CN104662285B - 车载电网架构 - Google Patents

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Abstract

具有内燃机和具有车载电网的车辆，所述车载电网包括电池(1)、配电器(5)、起动器(2)、发电机(3)和电消耗器(4)，使得车辆包括第一供电线路(6a)，第一供电线路将配电器与起动器连接器(7a)或者与起动器连接，车辆包括第二供电线路，第二供电线路(6b)将配电器与过渡性配电点(7b)连接，电消耗器和发电机与过渡性配电点电连接。

Description

车载电网架构
技术领域
本发明涉及一种具有内燃机和具有车载电网的车辆，所述车载电网包括电池、配电器、起动器、发电机和电消耗器。
背景技术
机动车的车载电网供给多个电气组件。在此，电功率由车载电网电池和/或由发电机提供。在现代车辆中，数量越来越多的电消耗器实施为高电流消耗器。这点对车载电网中电压的稳定性提出了特别的要求，因为高消耗电流降低了由电池和/或由发电机输出的电压。特别是起动器在具有自动马达启停功能的现代车辆中比在传统车辆中更频繁地被使用，起动器作为高电流消耗器具有直至超过600A的峰值。
起动器的高电流消耗引起现有技术中描述的对车载电网中的电压支持的措施，所述电压支持补偿车载电网中电压的扰动。这例如涉及按照EP 2 469 070 A1集成用于限制起动器电流的镇流电阻或者按照EP 1 564 862 A1并联附加的电压源、如超级电容器。
发明内容
本发明的任务在于，描述一种改进的具有内燃机和具有车载电网的车辆，所述车载电网包括电池、配电器、起动器、发电机和电消耗器。
所述任务通过按照本发明所述的车辆来解决。一种具有内燃机和具有车载电网的车辆，所述车载电网包括电池、配电器、起动器、发电机和电消耗器，其中，车辆包括第一供电线路，第一供电线路将配电器与起动器连接器或者与起动器连接，车辆包括第二供电线路，第二供电线路将配电器与过渡性配电点连接，电消耗器和发电机与过渡性配电点电连接，其特征在于，车辆包括开关，所述开关位于过渡性配电点和起动器连接器之间，车辆包括控制单元以用于控制开关，并且开关实施为常闭触点。
按照本发明，车辆包括第一供电线路，所述第一供电线路将配电器与起动器连接器或者与起动器连接，并且车辆包括第二供电线路，所述第二供电线路将配电器与过渡性配电点(Stützpunkt)电连接，其中，电消耗器和发电机与过渡性配电点电连接。
因此，在车辆中存在两个供电线路用于将电池的电势分配至车载电网中的组件。起动器连接到所述线路之一上，发电机和电消耗器连接到所述两个线路中的另一个上。由此给出稳定电压的车载电网架构。
按照本发明的一种优选的实施形式，车辆包括开关，所述开关位于过渡性配电点与起动器连接器之间，车辆包括控制开关的控制单元。开关实施为常闭触点。
在一种按照标准调整的切换位置中，开关因此将过渡性配电点与起动器连接器相互电连接。过渡性配电点可以配设有经由保险装置连接的用于车辆的电消耗器的负荷电路。
此外有利的是，车辆包括至少一个控制器，控制器将用于起动要求的状态信号能至少单向地经由数据连接传送到控制器上并且控制器在要求起动时将用于打开开关的控制信号发送到控制单元上。
控制器和控制单元因此是车辆的数据传输系统中的参与者。用于要求起动的状态信号例如可以在具有自动的马达启停功能的车辆中在马达停止期间通过操纵离合器踏板传送到控制器上。
按照本发明的一种优选的变形方案，控制单元在起动马达之前打开而在起动马达之后闭合开关。
特别是在起动期间并且在起动器电流消耗最大的时刻，过渡性配电点和起动器连接器在其电位方面分开。在马达起动时流过的用于给起动器供电的起动电流因此与连接过渡性配电点的供电线路分开地而流过连接起动器连接器的供电线路并且因此不降低在过渡性配电点上的电势。
当数据传输系统实施为LIN(局域互联网络)总线时并且控制单元实施为具有处理器和驱动器的LIN模块时，得出另一个优点。LIN总线是成本有利的且鲁棒的数据传输系统。
此外，过渡性配电点可以用作用于车辆的外部电压供应的外部起动过渡性配电点。附加地，控制单元可以被配电器所包括。
本发明基于一下说明的考虑：机动车的车载电网如所述具有电池、高电流保护配电器、发电机、用于内燃机的起动器和用于连接这些组件的线路以及用于其它电消耗器的连接器。
特别是在集成马达启停自动装置的情况下，将用于避免在消耗器、例如控制器上的低电压的不同措施实施到所述车载电网架构中。此外，这可以是接通用于在启动时稳定车载电网的附加集成的电池。这样的稳定措施的缺点在于，该稳定措施是成本密集且结构空间密集的解决方案并且需要用于附加的能量存储器和切换单元的运行策略。
提出一种车载电网架构，所述车载电网架构与此相对地具有低的复杂性和高的鲁棒性。在此，在直流电压车载电网中在两个单独的电气并联的线路上提供电势。特别是，起动器以一条单独的起动器线路来供电。由此，在起动器线路上下降的电压不在并联的第二线路中产生影响。
附加地，切换元件集成到车载电网中，在起动器上的电势通过所述切换元件可以与在消耗器过渡性配电点上的电势连接，在所述消耗器过渡性配电点上也电路连接有发电机。因此起动器/发电机线路的电阻减半，并且车辆的电池可以以较低的电损耗功率来充电。切换元件与集成到车辆总线系统中的模块、优选LIN模块接通。
附图说明
以下接着所附的附图描述本发明的优选的实施例。由此得出本发明的其它细节、优选的实施形式和进一步扩展方案。图中示意性地：
图1示出车载电网架构。
具体实施方式
图1示出机动车的车载电网的局部，其具有电能存储器1。该电能存储器在没有普遍性限制的情况下构成为电化学能量存储器、例如铅酸电池。
此外，车载电网具有用于内燃机的起动器2。发电机3机械上也位于内燃机处，通过所述发电机给车载电网组件、特别是所选的电消耗器4、如控制器或致动器和传感器馈送电功率并且为电池提供充电电流。
电池配设有配电器5，通过所述配电器在车辆中分配电池相对于接地的电势。在此，特别是至少两个并联的线路集成到车辆中。第一供电线路6a由配电器引导至第一连接器7a。可能仅仅起动器接通到该连接器上。所述连接器被称为起动器连接器。
与第一供电线路并联地，第二供电线路6b由配电器延伸至第二连接器7b。该连接器被称为过渡性配电点。发电机和电消耗器接通到该过渡性配电点上。
过渡性配电点和起动器连接器能通过切换元件8相互电连接。切换元件由切换单元切换，所述切换单元在没有普遍性限制的情况下是配电器的组成部分。
切换元件在功能上优选实施为常闭触点，由此在静止位置中无能量地建立电连接。不过也可以想到利用常开触点代替常闭触点的互补的切换。然而在两种情况下，过渡性配电点和起动器连接器按照标准地相互电连接。
按照该实施形式，切换元件在其结构型式中实施为双稳态继电器。作为备选的切换元件例如可使用单稳态常闭触点继电器或者类二极管(Quasi-Dioden)。类二极管包括两个场效应晶体管并且在其电路连接中具有带有沿通流方向非常小的电阻的二极管特性。
此外，基于由切换单元9来切换的继电器。切换单元实施为模块，亦即，切换单元包括处理器和驱动器。处理器确定继电器的要调整的切换状态。驱动器输出相应的切换信号。
模块集成到车辆的总线系统中，例如通讯系统LIN或者CAN(控制器局域网)。经由LIN/CAN通讯将相关信息传送给处理器以用于确定切换状态。
处理器例如实施为具有16位字宽和具有20MHz的时钟频率。
在以运转内燃机的行驶运行中，常闭触点继电器闭合。这提供如下优点，即，车载电网电池在充电电流的情况下通过发电机经由第一供电线路和第二供电线路充电。由此，与仅经由第二供电线路的充电相比，线路电阻由于导通横截面扩大而变小并且损耗电功率降低。
在起动内燃机的情况下，亦即，在为了冷启动而操纵起动器的情况下或者在利用马达启停功能在行驶运行中的热起动的情况下，切换单元打开继电器。
在起动过程中出现的高电流导致电池上的电压扰动。附加地，在第一供电线路上的电压降低。该效应随着第一供电线路(起动器线路本身)增长而增强并且特别是在车辆具有安装在车辆尾部中的电池的情况下起重要作用。在马达起动时出现高于600A的电流的情况下，在线路长度为6m(例如铝，横截面为80mm2连同电阻率为0.368mΩ/m)时，在线路上的电压降约为1.32伏特。该在起动器线路上的电压降导致在起动器连接器上的较低的电势。在起动器连接器上的电势相对于在配电器上的电势降低了在起动器线路上的电压降。在配电器(该配电器理想地直接与电池的电极连接)上，电压扰动了由于通过起动过程的高电流放电而在电池内阻上的电压降。在第二供电线路上的附加的电压降和因此在过渡性配电点上电势的进一步降低与第二供电线路中的电流强度有关。在假设消耗器电流为示例性的60A的情况下，过渡性配电点在继电器打开时的电势比在起动电流为600A时起动器连接器上的电势(在假设所述两个供电线路特性相同的情况下)高约1.18V。
在车载电网具有额定电压水平为12伏特时，控制器或者其它电消耗器例如要求用于按照规定的运行的最低电压水平。这样的最低电压水平可以在没有普遍性限制的情况下为9伏特。在额定电压为12V的充满电的铅酸电池(所述铅酸电池具有约13-14伏特的电压水平)中并且在起动电压(决定性地通过电池的内阻所引起地)扰动了约4伏特而扰动到9-10伏特时，证明了：在线路上的1伏特的进一步的电压降在几个消耗器方面可能导致在车载电网中的不稳定的电压情况。用于起动器的单独的第二供电线路的集成因此在没有使用贵的复杂的组件、如直流电压置位器(Gleichspannungssetzer)或者除了电池以外的附加的能量存储器的情况下负责稳定电压。如果起动器供电线路和过渡性配电点供电线路与常闭触点电连接，则通过较低的总线路电阻而得出不仅在电池充电运行而且在负载运行中的降低的损耗功率。
继电器通过切换单元的打开通过模块基于传送给模块的总线通知而进行。如果例如对起动器提出针对热启动的要求，则发生将该起动信号也传送至模块。在自动启停功能时运转的行驶运行的范围内，热启动是在激活连接器15时在自动停止马达之后的马达起动。如果例如通过通过由车辆使用者切断离合器而给出对于马达起动的要求，则中央马达电子装置将启动信号传送到起动器上和模块上。
模块在起动过程的时间段打开继电器。在现代内燃机和平均健康状态的电池(该健康状态这里对于本领域技术人员作为健康度已知)和足够的充电状态(该充电状态这里对于本领域技术人员作为充电度已知)的情况下，起动过程要求不多于约1秒。
继电器的关闭(亦即切换回到按照标准的状态中)通过模块例如在由马达达到最小转速时进行，其中，由马达电子装置将马达的转速传送到模块上。备选地，在打开后的固定地预定的时间段之后可以进行闭合，其中，该时间段这样选择，使得在常见的情形下，起动过程的持续时间不超过该时间段。附加地，由于集成了位于电池上的配电器，模块可以通过在电池上测量电位而确定在电池上的电压，并且开关的闭合仅在超过固定地预定最低电压时进行。继电器在该最低电压时的闭合也在起动过程期间保证消耗器4的稳定的电压供应。
作为另外的优点，按照标准闭合的继电器负责电池通过发电机经由所述两个供电线路的可充电性。由于与在电池、发电机和起动器之间具有仅一条供电线路的架构相比更小的线路电阻，这意味着更低的线路损耗。更低的线路损耗在电池充电时导致对发电机的降低的功率要求，这随之带来更低的燃料消耗和降低的CO2排放。上面提到的简单的铝导线(长度L＝6m、横截面80mm2和电阻率R＝0.368mΩ/m)的示例在假设电池充电电路l为50A时按照P＝R*L*I2导致数量级为5瓦特的功率P的功率损耗。通过另外的供电线路能降低该值并且例如将通过另一个同样的线路而减半。
所述实施例能以类似的方式转用到具有多个电池的车载电网上。

Claims (6)

1.具有内燃机和具有车载电网的车辆，所述车载电网包括电池(1)、配电器(5)、起动器(2)、发电机(3)和电消耗器(4)，
其中，
-车辆包括第一供电线路(6a)，
-第一供电线路将配电器与起动器连接器(7a)或者与起动器连接，
-车辆包括第二供电线路，
-第二供电线路(6b)将配电器与过渡性配电点(7b)连接，
-电消耗器和发电机与过渡性配电点电连接，
其特征在于，
-车辆包括开关(8)，所述开关位于过渡性配电点和起动器连接器之间，
-车辆包括控制单元(9)以用于控制开关，并且
-开关实施为常闭触点。
2.按照权利要求1所述的车辆，
其特征在于，
-车辆包括至少一个控制器，
-能至少单向地经由数据连接将用于要求起动的状态信号传送到控制器上，
-由控制器能至少单向地经由数据连接将控制信号传送到控制单元上，并且
-控制器在要求起动时将用于打开开关的控制信号传送到控制单元上。
3.按照权利要求2所述的车辆，
其特征在于，
-控制单元在起动马达之前打开开关，并且
-控制单元在起动马达之后闭合开关。
4.按照权利要求3所述的车辆，
其特征在于，
-在所述至少一个控制器与控制单元之间的数据连接实施为LIN总线，并且
-控制单元实施为具有处理器和驱动器。
5.按照权利要求1至4之一所述的车辆，
其特征在于，
-过渡性配电点能用作外部起动过渡性配电点。
6.按照权利要求1至4之一所述的车辆，
其特征在于，
-控制单元被配电器所包括。
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