CN104838561A - 机动车辆的电路 - Google Patents

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Abstract

一种机动车辆的电路(CE)，包括：第一电能存储器(1)；电流发生器(3)，以与所述第一电能存储器(1)并联的方式被连接在参考电位(M)与所述电路(CE)的第一节点(E)之间；所述车辆的车载网络(RDB)，具有被安装在所述电路(CE)的第二节点(S)与所述参考电位(M)之间的至少一个电能消费组件(8)；电压调节装置(5)，被安装在所述第一节点(E)与所述第二节点(S)之间，具有被联接至所述第一节点(E)的输入端，并且具有被联接至所述第二节点(S)的输出端；其特征在于，所述调节装置具有旁路转换开关(10)，所述旁路转换开关(10)以串联的方式被安装在对应于所述调节装置(5)的输入端(E)和输出端(S)的所述第一节点和所述第二节点(E和S)之间，所述旁路转换开关具有转换开关(K)和二极管(D)，所述二极管(D)被安装为与所述转换开关(K)并联，并且从所述调节装置(5)的所述输入端(E)向所述输出端(S)导通，以及所述调节装置(5)包括可逆DC/DC变流器(11)，所述可逆DC/DC变流器(11)被安装为与第二电能存储器(12)串联，所述DC/DC变流器(11)被连接至所述调节器(5)的所述输出端(S)，并且所述第二电能存储器(12)被连接至所述参考电位(M)。

Description

机动车辆的电路
优先权声明
本发明要求享有于2012年8月29日递交的法国申请1258081的优先权，该申请的内容(说明书、附图和权利要求书)以引用方式并入本文。
技术领域
本发明关于一种车辆、尤其是机动车辆的电路，更具体地说，涉及针对车辆的车载网络的电压和电流的调节装置。
背景技术
某些电压电源电路包括诸如交流发电机之类的电压和电流的发生器、以及诸如电池之类的电能存储模块，所述电压电源电路负责永久地或切换地向一个或多个电气组件供应电压。这例如机动车辆的车载网络的情况。
此外，受操纵的交流发电机的出现已经促使制定输出电压调制策略，以便从车辆的消耗中获得大量收益。
为此，诸如车辆变速、车辆减速之类的能够恢复能量的车辆寿命的一些阶段已被考虑，以便确定从在每个阶段期间更好地限制车辆消耗的角度来看的合适的输出电压。
受操纵的交流发电机因而可以具有被调制为被包括在最小电压与最大电压之间的电压范围内的输出电压。
从文献FR2970094获知一种针对车辆的电源电路的电压和电流的电气调节装置，包括电化学电池、起动机、交流发电机、车辆的车载网络的电气消费组件(organe consommateur électrique)。
电化学电池被电气联接至起动机和接地极。
消费组件被电气联接至交流发电机和接地极。
无区别地，该交流发电机可以是提供恒定电压的传统交流发电机、其输出电压可以被操纵的交流发电机又或可逆交流发电机。
该调节装置具有DC/DC型的变流器组和DC/DC变流器组的控制单元。
该装置还包括被联接至DC/DC变流器组的控制单元的调节单元。
所述调节单元被配置用于：根据强制功能模式的启动信号的出现，在DC/DC变流器组的可能功能模式组合中选择预定功能模式或者有别于该预定功能模式的强制功能模式，随后将所选择的功能模式传送给控制单元。
DC/DC变流器组的可能功能模式是：
-“旁路”断开模式：DC/DC变流器组用作断开的开关；
-“旁路”导通模式：DC/DC变流器组等效于弱阻抗的电导体；
-升压器(或者“升压”)模式：在为了充电的情况下，朝向能量存储器，或者朝向消费组件以维持车载网络的消费组件的电压；以及
-朝向能量存储器的降压器(“降压”)模式。
因而，在包括能量存储器和在出现减速阶段的情况下的强制模式的启动信号的电气架构中，该电气调节装置保证在车辆减速的情况下对能量存储器的充电，该能量存储器例如为电池，具有朝向该电池的升压型的强制功能模式。
为了可以响应不同的模式，DC/DC变流器组是电压可逆的，并且包括多个以并联方式电气安装的电流变流器。
该装置有以下缺点：
-交流发电机不能被直接联接至电池，这会限制其根据电气架构的选择的使用；
-该调节装置需要多个可逆变流器，以便可以实现不同的功能模式；
-变流器的结构故需要至少两个MOS开关/晶体管半桥。这种结构成本高昂而且体积庞大；
-由于运行安全的缘故，“旁路”断开模式不宜采用。事实上，除“旁路”外，安置允许电流从主存储器流向车载网络的附加装置是恰当的；
-当电池反转时，变流器在电流上不受保护，而在调节装置输入端上再添加功率二极管装置，会造成装置的体积和成本的损失。
发明内容
本发明旨在通过提出一种调节装置来克服这些缺点，它能够利用最少的部件一方面在抬脚阶段中恢复电能，然后将该能量释出给车载网络，且另一方面在热力发动机停止、起动和再次起动阶段期间实现对稳定的车载网络电压的保持。
为此，本发明提出一种机动车辆的电路，包括：第一电能存储器、以与第一电能存储器并联的方式被连接在参考电位与该电路的第一节点之间的电流发生器、具有被安装在该电路的第二节点与参考电位之间的至少一个电能消费组件的车辆的车载网络、被安装在第一节点与第二节点之间的电压调节装置。
该电路的特征在于，该调节装置具有旁路转换开关，该旁路转换开关以串联的方式被安装在对应于调节装置的输入端和输出端的第一节点和第二节点之间，所述旁路转换开关具有转换开关和二极管，该二极管被安装为与转换开关并联，并且从调节装置的输入端向输出端导通，以及该调节装置包括可逆DC/DC变流器，该可逆DC/DC变流器被安装为与第二电能存储器串联，DC/DC变流器被连接至调节器的输出端，并且第二电能存储器被连接至所述参考电位。
根据一个特征，该调节装置还具有：旁路转换开关和DC/DC变流器的控制模块、监测DC/DC变流器、旁路转换开关的运行状态的诊断模块，并且控制模块能够控制旁路转换开关和DC/DC变流器。
根据另一个特征，车载网络具有ECU控制模块，该ECU控制模块能够根据是能量恢复运行阶段或是能量释出运行阶段来操纵调节装置。
根据另一个特征，能量恢复阶段是通过抬起油门踏板上的脚来减速的阶段。
根据另一个特征，ECU控制模块是用于控制车辆的热力发动机的计算机。
根据另一个特征，电流发生器是可逆的交流发电机。
根据另一个特征，第一电能存储器是电化学电池，而第二电能存储器是超级电容。
本发明还旨在提出一种机动车辆，具有诸如上文所描述的电路。
附图说明
通过参照附图阅读以下本发明的非限制性的具体实施方式的描述，其它特性和优点向会显现，在附图中：
-图1是根据本发明的调节装置和电路的实施方式的示意图；
-图2a至2d是以时序图形式的、处于两个运行阶段的根据本发明的在调节装置内部以及调节装置与电源电路的车载网络之间交换的信号的图；
-图3是处于能量恢复阶段的根据本发明的电路和调节装置的实施方式的示意图；以及
-图4是处于能量释出阶段的根据本发明的电路和调节装置的实施方式的示意图。
具体实施方式
在图1示出的实施方式中，电路CE包括：输入级EE、输出级ES和安置在输入级EE与输出级ES之间的调节装置5。
输入级EE包括：诸如电化学电池之类的主电能存储器1、起动机2、诸如交流发电机3之类的电发生器。
无区别地，交流发电机3可以是提供恒定电压的传统交流发电机、其输出电压可以被操纵的交流发电机又或可逆交流发电机。
电池1、起动机2和交流发电机3以并联的方式被安装在相同的参考电位M(下文中用术语“接地极”表示)与公共节点E之间。
节点指的是电路的几个分支之间的公共点，因而处于相同的电位。
输出级ES包括：发动机计算机ECU(发动机控制单元)型的控制模块6和负载8。
负载8是车载网络RDB的电能消费组件，例如电气辅助转向装置(direction assistée électrique，DAE)、ABS……。
ECU控制模块6和负载8以并联的方式被安装在接地极与公共节点S之间。
由断续的闭合线条划定范围的调节装置5被安置在分别对应于调节装置5的输入端和输出端的节点E与节点S之间。
具有ECU控制模块6和负载8的输出级ES代表车辆的车载网络RDB。
在以下描述中，ECU控制模块将用“ECU”表示。
根据本发明的调节装置5包括“旁路”转换开关10，其以串联的方式被安装在调节装置5的输入端E与输出端S之间。在以下描述中，旁路转换开关将用术语“旁路”表示。
旁路10具有转换开关K和被安装为与转换开关K并联的二极管D；该二极管被安装为从调节装置5的输入端E向输出端S导通。
调节装置5还具有：在以下描述中用术语可逆、“DC/DC变流器”表示的直流/直流变流器11、诸如在以下描述中用术语“UCAP”表示的超导体或超级电容之类的第二能量存储器12、旁路10和DC/DC变流器11的控制模块13、不同于控制模块13的诊断模块14。
DC/DC变流器11和UCAP 12以串联的方式被安装在节点P与接地极M之间；DC/DC变流器11被连接到节点P。
旁路10以串联的方式被安装在输入节点E与节点P之间。节点P与电路CE的输出节点S是公共点。故其被直接联接到车载网络RDB。
对本领域技术人员来说，可逆DC/DC变流器11是熟知的。另外，在文献FR2970094中对其进行了描述，必要时可参见该文献。
ECU 6一方面操纵旁路10的控制模块13和DC/DC变流器11，且另一方面从诊断模块14接收诊断信息。
诊断模块14向ECU 6发送与UCAP 12和DC/DC变流器11有关的诊断信息。
调节装置5故被电气连接在电池1与车载网络RDB之间。
在所描述的例子中考虑作为调节装置5的一部分的第二能量存储器是其最大电压为13V的UCAP 12。其还可以由锂电池构成。
在抬脚阶段(能量恢复阶段)期间，调节装置利用由DC/DC变流器11输出的能量供给来给UCAP 12充电。
在不同于能量恢复阶段的阶段期间，储存在UCAP 12中能量通过可逆DC/DC变流器11向车载网络RDB释出(能量释出阶段)。
诊断模块14监测DC/DC变流器11和UCAP 12的状态，并且与这些状态有关的信息被发送给ECU 6，后者根据热力发动机的信息(速度、抬脚、再次起动)以及DC/DC变流器11和UCAP12的相应状态来操纵DC/DC变流器11和旁路10。
现将参照图2、图3和图4详细描述根据本发明的调节装置的两个运行阶段(能量恢复阶段和能量释出阶段)。
针对这两个阶段，图2a至图2d示出了由调节装置5在内部以及在调节装置5和RDB之间分别对于ECU 6、控制模块13、旁路10和UCAP 12交换的信息和控制的信号的形式。
在能量恢复阶段中，控制模块13从ECU 6接收信号，例如与被控制模块13解释为能量恢复阶段的逻辑状态相对应的5v电压。
控制模块13操纵旁路10进入闭合模式(旁路“导通”)。因而，调节装置5的输入电压与车载网络RDB的电压处于相同的电位(节点E、P和S处的相同电位)。
控制模块13还操纵DC/DC变流器11进入“降压”模式(降压器)。DC/DC电压变流器11此时在“交流发电机的输入电压”(节点E)向UCAP12的方向上转换能量。
UCAP 12此时在最小低电压(例如，5V)与上限电压(例如，12V)之间充电。
DC/DC变流器11内的单元能够限制UCAP 12的充电电压，以避免能量过载。
在能量释出阶段中，控制模块13从ECU 6接收信号，例如与被控制模块13解释为能量释出阶段的逻辑状态相对应的0v电压。
控制模块13操纵旁路10进入断开模式(转换开关K断开)。因而，调节装置5的输入电压不再与车载网络RDB的电压(VRDB)处于相同电位。
控制模块13还操纵DC/DC变流器11进入“升压”模式(升压器)。DC/DC电压变流器11此时在UCAP 12向“车载网络RDB的电压(VRDB)”(节点S)的方向上转换能量。
UCAP 12此时在最大高电压(例如，12V)与下限电压(例如，5V)之间放电。
DC/DC变流器11内的单元能够限制UCAP 12的放电电压，以避免放出全部能量。
DC/DC变流器11将车载网络RDB的电压(VRDB)稳定为接近于交流发电机所提供的电压的值(例如，13.5v)。
因而，阶段过渡期间发生的电压变化较小。
图3和图4分别针对能量恢复阶段和能量释出阶段，示出了调节装置5的运行，以及对于恒定的车载网络电压(VRDB)，UCAP 12的端子电压(VUCAP)在时间t中的演变。
在能量恢复阶段中(图3)，尤其是油门踏板上的脚抬起之后，旁路10闭合(转换开关K闭合)。
旁路10此时呈现为调节装置5的输入端E与输出端S之间的简单的导线连接。
DC/DC变流器11在点P向UCAP 12的方向上等效于电流发生器。在节点P处测量的电流值等于交流发电机3可以输出的最大电流值(在该例子中为140A)扣除车载网络RDB消耗的电流值(在该例子中为40A)后的结果。在DC/DC变流器11内部，该方法由消耗电流(在该例子中为100A)的伺服装置根据代表交流发电机3的电压的、在节点P处测量的电压值，在变流器11内部实现并输送至UCAP 12。
因而，当由DC/DC变流器11测量的节点P处的电压达到最小值(例如，12.6v)时，认为交流发电机的电流达到其上限值，且其端子电压向下调整。
随后，在恢复阶段中建立消耗电流平衡，例如交流发电机3总是输出其最大电流。
交流发电机3输出的总电流(在考虑的例子中为140A)在车载网络RDB(40A)与DC/DC变流器组11、UCAP 12(140A)之间分配。
可以更迅速地建立充电电流：例如，电流上升和下降的时间小于100ms。即使驾驶员抬脚时间非常短也可以恢复能量，这是因为不再有车辆的乘客可见的、车辆功能的性能变化。
在能量释出阶段中(图4)，旁路10断开(转换开关K断开)。
旁路10此时由其二极管D唯一呈现。当UCAP 12和交流发电机3的电压较低时(在考虑的例子中为13.2v)，DC/DC变流器11将车载网络RDB的电压保持在高电压(例如，13.5v)上。
在这种情况下，DC/DC变流器11供给的电流严格地等于车载网络RDB的全部负载所消耗的电流。在图4)示出的例子中，它是40A，处于DC/DC变流器11可接受的上限中，该上限在考虑的例子中是100A。
若车载网络RDB出现强负载，例如在电气辅助转向装置(DAE)或者ABS被激活之后，此时车载网络RDB的全部负载所消耗的总电流可能超过120A，而DC/DC变流器11最多只能接受100A。
在这样的情况下，车载网络RDB的输出电压下降到电池1的端子电压与二极管的端子电压之间的电压差给出的数值，为12.6v(13.2v-0.6v)。
因而，由于电池1和旁路10的二极管D，车载网络RDB的电压被维持在可接受的电压(12.6v)上。
故当负载电流需求上升超过DC/DC变流器11所容许的最大电流时，二极管D构成用于维持电压的安全单元。
利用根据本发明的调节装置5，在恢复阶段或释出阶段期间，车载网络DRB的电压不变化或者变化非常小，这是因为车载网络的电压被稳定为恒定电压，例如13.5V。
相对于文献FR2970094的DC/DC变流器组，两个DC/DC变流器模块的并联结构被唯一的DC/DC变流器模块和旁路代替。
根据本发明的调节装置5只使用九个MOS转换开关，而不是用于文献FR2970094中所描述的调节装置的十二个MOS。
这种结构故在相等的功率下更易于实现且成本较低。
所提出的旁路结构通过与转换开关K并联的二极管D的存在来实现对电池反转的保护，以及确保车载网络RDB的输入端与输出端之间的电气连续性。
根据本发明的调节装置能够在城市循环上恢复大量电能。
当第一次起动后接着再次起动(启&停功能“STT”)时，它能够保证对电压的保持。
主存储器的使用寿命延长。
主存储器的容量缩小。
更少地促使电气部件到达其运行极限：其使用寿命从而延长。

Claims (8)

1.一种机动车辆的电路(CE)，包括：
第一电能存储器(1)；
电流发生器(3)，以与所述第一电能存储器(1)并联的方式被连接在参考电位(M)与所述电路(CE)的第一节点(E)之间；
所述车辆的车载网络(RDB)，具有被安装在所述电路(CE)的第二节点(S)与所述参考电位(M)之间的至少一个电能消费组件(8)；
电压调节装置(5)，被安装在所述第一节点(E)与所述第二节点(S)之间；
其特征在于，所述调节装置(5)具有旁路转换开关(10)，所述旁路转换开关(10)以串联的方式被安装在对应于所述调节装置(5)的输入端(E)和输出端(S)的所述第一节点和所述第二节点(E和S)之间，所述旁路转换开关具有转换开关(K)和二极管(D)，所述二极管(D)被安装为与所述转换开关(K)并联，并且从所述调节装置(5)的所述输入端(E)向所述输出端(S)导通，以及
所述调节装置(5)包括可逆DC/DC变流器(11)，所述可逆DC/DC变流器(11)被安装为与第二电能存储器(12)串联，所述DC/DC变流器(11)被连接至所述调节器(5)的所述输出端(S)，并且所述第二电能存储器(12)被连接至所述参考电位(M)。
2.根据前述权利要求所述的电路(CE)，其特征在于，所述调节装置(5)还具有：所述旁路转换开关(10)和所述DC/DC变流器(11)的控制模块(13)、监测所述DC/DC变流器(11)、所述旁路转换开关(10)的运行状态的诊断模块(14)，并且控制模块(13)用于控制所述旁路转换开关(10)和所述DC/DC变流器(11)。
3.根据前述权利要求所述的电路，其特征在于，所述车载网络(RDB)具有ECU控制模块(6)，所述ECU控制模块(6)用于根据是能量恢复运行阶段或是能量释出运行阶段来操纵所述调节装置(5)。
4.根据前述权利要求所述的电路，其特征在于，所述能量恢复阶段是通过抬起油门踏板上的脚来减速的阶段。
5.根据权利要求3或4中的一项所述的电路，其特征在于，所述ECU控制模块(6)是用于控制所述车辆的热力发动机的计算机。
6.根据前述权利要求中的一项所述的电路，其特征在于，所述电流发生器(3)是可逆起动机。
7.根据前述权利要求中的一项所述的电路，其特征在于，所述第一电能存储器(1)是电化学电池，而所述第二电能存储器(12)是超级电容。
8.一种机动车辆，具有根据权利要求1至7中的任何一项的电路。
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