CN105034991A - 车载电网和用于运行车载电网的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车载电网和用于运行车载电网的方法。一种用于机动车的车载电网具有至少一个低压耗电器的低压子电网以及有至少一个高压耗电器、起动器－发电机和电池组的高压子电网，所述电池组被设立用于生成高电压并输出给高压子电网，其中高压子电网经由耦合单元与低压子电网连接，所述耦合单元被设立用于从高压子电网提取能量并输送给低压子电网并且此外被设立用于从低压子电网提取能量并输送给高压子电网。在此规定，电池组具有至少两个有电压分接头的电池组单元，所述电压分接头被引导到耦合单元上，并且耦合单元被设立用于选择性地将电池组单元接入低压子电网和从低压子电网断开。

Description

车载电网和用于运行车载电网的方法
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的车载电网、一种用于运行该车载电网的方法以及一种具有该车载电网的机动车。
背景技术
在具有内燃机的机动车中，为了给内燃机的电起动机或起动器以及机动车的另外的电气装置供电，设置车载电网，该车载电网按标准以12V来运行。在起动内燃机的情况下，当例如通过相应的起动器信号使开关断合时，经由该车载电网由起动器电池组给起动内燃机的起动器提供电压。如果内燃机被起动，则该内燃机驱动发电机，该发电机于是生成大约12V的电压，并且经由车载电网提供给机动车中的不同的耗电器。在此，发电机还对通过起动过程被加载的起动器电池组进行再充电。如果该电池组经由车载电网被充电，则实际电压可以处于标称电压之上、例如处于14V或14.4V。
已知的是，在电动和混合动力车辆中使用具有48V的标称电压的另一车载电网。
US7,193,392示出一种电池组包（Batteriepack），该电池组包可以在该电池组包通过HEV电动机或者通过机动车在制动过程期间的动能和势能作为发电机被驱动时从HEV电动机获得电荷。为了将单个电池组电池以电子方式耦合到补偿转换器（Ausgleichskonverter）上，控制单元向一对双向开关提供能量。该对开关被用于选择性地对各个电池组电池充电和放电。
US6,909,201示出用于机动车的车载电网的可切换电源架构，其中使用仅仅一种电池组配置，以便降低结构空间、成本和复杂性。双向DC/DC转换器在低电流电网被供应电流时充当降压转换器，并且也可以在高压电网被供应电流时在另一运行模式下充当升压转换器。
US8,129,952公开了一种具有转换电路和多个主端子的电池组系统，所述主端子被配置为使得其可以与位于主端子之间的充电单元、充电设备和多个可再充电的相互串联的可再充电电池组模块连接。该电池组系统具有切换电路，该切换电路被构成为使得电池组模块中的第一个耦合到切换电路的输入端上。此外，所述模块与补偿电路连接，其中该补偿电路被配置为使得该补偿电路由可再充电电池组模块中的第一个来供应电能。
发明内容
本发明提供一种用于机动车的车载电网，其中该车载电网具有有至少一个低压耗电器的低压子电网、以及有至少一个高压耗电器、起动器发电机和电池组的高压子电网，该电池组被设立用于生成高电压并输出给高压子电网。在此规定：高压子电网经由耦合单元与低压子电网连接，该耦合单元被设立用于从高压子电网提取能量并输送给低压子电网并且该耦合单元此外还被设立用于从低压子电网提取能量并输送给高压子电网。此外规定：电池组具有至少两个有电压分接头的电池组单元，所述电压分接头被引导到耦合单元上，并且耦合单元被设立用于选择性地将电池组单元接入低压子电网和从低压子电网断开。
该车载电网所具有的优点是，通过低压子电网可以运行根据第一低电压设计的耗电器，并且高压子电网、即具有相对于第一电压提高的电压的子电网可用于高功率耗电器。在此，低压子电网的供电与高压子电网中的充电和放电过程重叠。
该车载电网既可以在固定应用中、例如在风力发电装置中使用，也可以在机动车中、例如在混合动力和电动车辆中使用。该车载电网尤其是可以在具有起停系统的机动车中使用。
所介绍的系统、即该车载电网和相关控制设备、例如电池组管理系统尤其适合于在具有48V发电机和14V起动器的机动车中使用，其中14V起动机优选地被设计用于起/停系统。具有12V或14V电压的车载电网在本公开的范围中被称为低压车载电网。具有48V的标称电压的车载电网也被称为高压车载电网。
所介绍的系统尤其适合于在如下的机动车中使用：所述机动车具有用于在加速（boost（助推））以及回收（recuperation）制动能时进行支持的系统（助推回收系统，BRS）。在助推回收系统的情况下，在制动过程中、在下坡行驶中或者在滑翔运行中获得电能，以便将该电能供应给耗电器。该助推回收系统提高系统的效率，使得可以节省燃料或可以减小排放。在此，高压子电网中的电池组可以支持内燃机，这被称为所谓的助推，或者可以在低速度下针对短路段被用于纯电行驶，例如在驶入和驶出停车位时。
术语“电池组”和“电池组单元”在本说明书中与通常的语言惯用法相适配地被用于蓄电池或蓄电池单元。
电池组包括一个或多个电池组单元，所述电池组单元可以表示电池组电池、电池组模块、模块串（Modulstrang）或者电池组包。在此，电池组电池优选地在空间上被联合并且以电路技术被相互连接，例如串联或并联布线成模块。多个模块可以形成所谓的电池组直接转换器（BDC,batterydirectconverter）并且多个电池组直接转换器形成电池组直接逆变器（BDI,batterydirectinverter）。
独立权利要求中所说明的主题的有利的改进方案和改善方案可以通过从属权利要求中列举的措施来实现。
有利的是，可选择性地接入的电池组单元分别被设计用于提供低电压。因此电池组单元可以交替地被要求提供低电压，例如以便支持起停系统，这导致电池组单元的提高的寿命。
根据一种优选的实施方式，耦合单元具有双向开关，借助于所述双向开关可以选择性地将电池组单元接入低压子电网和从低压子电网断开。双向开关具有两个接线端子，借助所述接线端子将所述双向开关合并到相应线路中。所述双向开关可以经由第三接线端子被转换到第一状态“通”和第二状态“断”中。双向开关优选地在第一状态“通”下能够实现两个方向上、即相对于双向开关的将其合并到相应线路中所借助的接线端子而言的两个方向上的电流流动。此外，双向开关优选地在第二状态“断”下采取（aufnehmen）两种极性的截止电压。
在将电池组单元接入到低压子电网中时，优选地操作至少一个双向开关。特别优选地操作两个双向开关。在将电池组单元从低压子电网切断时，同样优选地操作至少一个双向开关、特别优选地操作两个双向开关。
电池组单元相对于高压电网而言被串联、即相互串联。
在一种实施方式中规定：低压子电网具有电压缓冲设备，以便在耦合单元中的切换过程中给低压子电网供应电流，使得在低压子电网中不出现不容许地高的电压扰动。如果为此使用高功率蓄能器，则该高功率蓄能器可以在耦合单元的持续时间短的切换过程中没有问题地缓冲低压子电网中的电压。如果作为电压缓冲设备使用电容器，则该电容器优选地如下被确定尺寸：
，
其中imax是在切换过程期间应当在低压子电网中流动的最大车载电网电流，tumschalt是没有电池组单元可用于供电的时长，并且ΔUmax是在切换过程期间车载电网电压的最大容许的改变。电容器因此适合于作为电荷存储器，该电荷存储器被设立用于至少短期地生成低电压并且输出给低压子电网。
优选地规定：低压子电网具有外部起动控制点（Fremdstartstützpunkt）。如果电池组例如由于非常长的静止时间而被放电到了如下程度，即车辆的起动不再能够进行，则存在经由低压子电网对电池组进行充电的可能性。为此使用外部起动控制点，以便将低压子电网与其它车辆耦合或者连接充电设备。经由耦合单元，于是可以相继地将电池组的电池组单元与低压子电网电连接并进行充电。以这种方式，整个电池组可以顺序地被充电并且接着表示车辆起动。对于充电功能来说需要耦合单元支持双向能量流。这基于双向开关利用根据本发明的装置来给定。
该车载电网优选地具有用于为了连接电池组单元而控制耦合单元的控制设备。该控制设备例如可以是分配给电池组的电池组管理系统，该电池组管理系统例如包括另外的功能单元，这些功能单元被设立用于检测、处理关于电池组或电池组单元的温度、所提供的电压、所输出的电流和充电状态的测量数据并且借助于这些参量实现提高电池组系统的寿命、可靠性和安全性的管理功能。
用于控制耦合单元的控制单元可以具有计算机程序，该计算机程序可以存储在机器可读存储介质上、譬如持久或可重写存储介质上、或者在向计算机设备的分配中、例如便携式存储器、比如CD-ROM、DVD、蓝光光盘、USB棒或存储卡上。附加地或者替代于此地，该计算机程序可以在计算机设备上、譬如在服务器或云服务器上提供以便例如经由诸如因特网之类的数据网络或譬如电话线或无线连接之类的通信连接下载。
此外，根据本发明说明一种机动车，其具有内燃机和之前所描述的车载电网。
此外，根据本发明说明一种用于运行之前所描述的车载电网的方法。
在观察车载电网的经优化的运行策略的情况下，进行如下考虑。在此，出发点是：在均匀地老化的电池的情况下，电池的内阻和电容在相同的参考条件下、即在基本相同的温度和相同的充电状态下近似地相同。
对于电池组电池的串联，下列陈述适用：
最大可输出的功率在均匀地老化的电池的情况下受到具有最小充电状态的那个电池的限制。
最大可提取的能量在均匀地老化的电池的情况下受到具有最小充电状态的电池的限制。
在充电过程中最大容许的功率在均匀地老化的电池的情况下受到具有最高充电状态的电池的限制。
最大可输送的能量在均匀地老化的电池的情况下受到具有最高充电状态的电池的限制。
相应的陈述也适用于相对于高压子电网而言串联的电池组单元、优选地电池组模块。
由于助推回收系统中的电池组系统应当能够随时能够在制动过程中存储尽可能多的能量，并且同时应当能够尽可能好地支持助推过程，因此由此可以导出如下要求，即电池组单元以及位于其中的电池应当全部尽可能具有相同的充电状态，以便尽可能好地满足所提出的要求。
因此，对低压子电网的供电优选地从在给定时刻具有最高充电状态的那个电池组单元进行。由于对低压子电网的供电与高压子电网中的充电和放电过程重叠，因此通过该选择规定来确保：具有最高充电状态的电池组单元与其它电池组单元相比被更快地放电或更慢地充电。这导致电池组单元的充电状态的对称化。下面提及的针对切换过程的准则可以相互组合。在此，供电时的切换优选地根据当前具有最高充电状态的那个电池组单元进行。
优选地，从一个电池组单元到具有最高充电状态的电池组单元的切换过程在当前为了给低压子电网供电而被接通的电池组单元具有比具有最高充电状态的电池组单元的充电状态至少小所定义的值的充电状态时进行。为了在电池组单元的相同充电状态的情况下因此不出现从一个电池组单元到下一个电池组单元的非常快速的转变，引入用于充电状态的差ΔSOCumschalt的阈值，例如具有0.5％至20％之间、优选地1％至5％之间、特别优选地大约2％的所定义的值的差ΔSOCumschalt。为了对低压子电网的供电从当前接通的电池组单元转变到具有最高充电状态的电池组单元，必须超过所定义的值。
此外优选地确定低压子电网的电流强度，并且仅当所确定的电流强度处于所定义的阈值之下时才实施切换过程。用于低压子电网电流的信号因此被分析并且进行耦合单元的开关的控制，使得仅当低压子电网的电流强度处于所定义的阈值之下时才能发生转变。如果在车载电网电流尽可能小的这样的时刻进行转变，则可以进一步减小低压子电网中的电压扰动。
根据一种实施方式规定：在切换过程之前切断低压耗电器。低压子电网中的电压扰动可以通过如下方式进一步有利地被减小：进行与耗电器管理系统的同步，以便短时间地在没有舒适性损失的情况下切断诸如加热系统之类的低压耗电器，以便能够在没有值得一提的电压扰动的情况下实现电池组单元的切换过程。
为了给高压子电网进行无中断的供电，优选地在相继地实施下列步骤的情况下进行接入低压子电网的第一电池组单元到要接入低压子电网的第二电池组单元之间的转变：
a）从低压子电网切断所接入的第一电池组单元，
b）将要接入的第二电池组单元接入到低压子电网。
在此，步骤a）和b）以延迟、即非同时地执行。
在步骤a）中切断所接入的第一电池组单元时，优选地操作至少一个双向开关、特别优选地两个双向开关。在步骤b）中接入要接入的第二电池组单元时，优选地操作至少一个双向开关、特别优选地两个双向开关。
发明优点
本发明提供一种低成本的用于机动车的车载电网，其具有电池组系统、尤其是锂离子电池组系统，该车载电网具有高压子电网、低压子电网、以及助推回收系统，该助推回收系统具有对子电网的双向供电。在此情况下，与已知系统相比，可以取消电势隔离直流电压转换器（DC/DC转换器）、以及铅酸电池组和起动器。因此，该系统的特征在于与当前处于开发中的助推回收系统相比减小的体积和更小的重量。此外，该助推回收系统可以在合适地设计的情况下与当前处于开发中的助推回收系统相比存储明显更多的能量并且由此在较长的制动过程或下坡行驶中回收系统中的更多电能。
附图说明
本发明的实施例在附图中予以示出并且在随后的描述中予以进一步阐述。
图1示出根据现有技术的低压车载电网，
图2示出具有高压子电网和低压子电网以及单向电势隔离DC/DC转换器的车载电网，
图3示出具有高压子电网和低压子电网以及双向电势隔离DC/DC转换器的车载电网，
图4示出具有高压子电网和低压子电网以及非电流隔离的耦合单元的车载电网，
图5示出图4中的车载电网的具有耦合单元的详细图示的部分，
图6示出在运行状态下的图4中的车载电网的部分，
图7示出双向开关。
在本发明的实施例的随后的描述中，相同或相似的部件和元件以相同或相似的附图标记来表示，其中在个别情况下放弃对这些部件或元件的重复描述。在相同元件在一个图中多次出现的情况下，可以为了更好理解的目的将这些元件的附图标记连续编号。但是在文本中为清楚起见有时又放弃连续编号。所述图仅仅示意性地示出本发明的主题。
具体实施方式
图1示出根据现有技术的车载电网1。在起动内燃机时，当例如通过相应起动器信号使开关12闭合时，经由车载电网1由起动器电池组10给起动内燃机（未示出）的起动器11提供电压。如果内燃机被起动，则该内燃机驱动发电机13，该发电机于是生成大约12V的电压，并且经由车载电网1提供给机动车中的不同的耗电器14。在此，发电机13还对通过起动过程被加载的起动器电池组10进行再充电。
图2示出具有高压子电网20和低压子电网21以及单向电势隔离DC/DC转换器22的车载电网1，该单向电势隔离DC/DC转换器形成高压子电网20与低压子电网21之间的耦合单元33。车载电网1可以是机动车、运输车辆或叉车的车载电网。
高压子电网20例如是具有发电机23的48V车载电网，该发电机可以由内燃机（未示出）来运行。在该实施例中，发电机23被构造用于根据机动车的内燃机的旋转运动生成电能并馈入到高压子电网20中。此外，高压子电网20包括电池组24，该电池组例如可以被构造为锂离子电池组并且被设立用于将所需的运行电压输出给高压子电网20。在高压子电网20中布置有被示出为负载电阻的高压耗电器25，所述高压耗电器例如可以由机动车的至少一个、优选地多个以高电压运行的耗电器形成。
用于起动内燃机的起动器26和开关27、以及蓄能器28位于被布置在DC/DC转换器22的输出侧的低压子电网21中，该蓄能器被设立用于为低压子电网21提供高度为例如12V或14V的低电压。在低压子电网21中布置有以低电网运行的低压耗电器29。蓄能器28例如包括原电池、尤其是铅酸电池组的这样的原电池，所述原电池在完全充电状态（stateofcharge（充电状态），SOC＝100％）下通常具有12.8V的电压。在放电状态（stateofcharge，SOC＝0％）下，蓄能器28未加载地具有典型地10.8V的端电压。在行驶运行中，根据蓄能器28的温度和充电状态，低压子电网21中的车载电网电压大约处于10.8V至15V的范围内。
DC/DC转换器22在输入侧与高压子电网20并且与发电机23连接。DC/DC转换器22在输出侧与低压子电网21连接。DC/DC转换器22被构造用于接收在输入侧接收的直流电压、例如运行高压子电网20所利用的例如在12V至48V之间的直流电压并且生成与在输入侧接收的电压不同的输出电压、尤其是生成比在输入侧接收的电压更小的、例如12V或14V的、并且与低压子电网21的电压相对应的输出电压。
图3示出具有通过双向电势隔离DC/DC转换器31连接的高压子电网20和低压子电网21的车载电网1。所示出的车载电网1基本上如图2中所示出的车载电网1那样被构造，其中图2中的起动器26与图2中的发电机23被合并为高压子电网20中的起动器－发电机30，并且双向地被实施的DC/DC转换器31用于子电网20、21之间的能量传输。此外，在子电网20、21中布置有如参考图2所描述的电池组24、蓄能器28和耗电器25、29。
图3中所示的系统主要区别在于起动器26的合并。在图2中所示的系统中起动器26被布置在低压子电网21中并且由此DC/DC转换器22可以被单向地设计用于从高压子电网20到低压子电网21中的能量传输，而在图3中所示的架构中在高压子电网20中使用起动器－发电机30。在这种情况下，DC/DC转换器31双向地被实施，使得电池组24、尤其是锂离子电池组可以必要时经由低压子电网21被充电。于是，机动车的起动辅助经由低压接口（未示出）和DC/DC转换器31来进行。
图4示出具有高压子电网20和低压子电网21的车载电网1、例如根据本发明的第一实施方式的机动车、运输车辆或叉车的车载电网1。车载电网1尤其适合于在具有48V发电机、14V起动器和助推回收系统的机动车中使用。
高压子电网20包括起动器－发电机30，该动器－发电机可以起动内燃机（未示出）并且可以由该内燃机来运行。起动器－发电机30被构造用于根据机动车的内燃机的旋转运动生成电能并馈入到高压子电网20中。在高压子电网20中布置有高压耗电器25，所述高压耗电器例如可以由机动车的至少一个、优选地多个以高电压运行的耗电器形成。
此外，高压子电网20包括电池组40，该电池组例如可以被构造为锂离子电池组并且该电池组被设立用于将48V的运行电压输出给高压子电网20。锂离子电池组40在48V的标称电压的情况下优选地具有大约15Ah的最小容量，以便能够存储需要的电能。
电池组40具有多个电池组单元41-1、41-2、...41-n，其中给电池组单元41分别分配有多个电池组电池，所述电池组电池通常被串联以及部分地附加地彼此并联，以便利用电池组40获得所要求的功率和能量数据。各个电池组电池例如是具有2.8至4.2V的电压范围的锂离子电池组。
给电池组单元41-1、41-2、...41-n分配有单电压分接头42，经由所述单电压分接头给耦合单元33输送电压。在如图4中所示的那样电池组单元41-1、41-2、...41-n串联的情况下，所述单电压分接头42被布置在电池组单元41之间，以及在电池组40的端部处布置有各一个单电压分接头。在电池组单元41的数目为n个的情况下，由此得出n＋1个单电压分接头42。通过附加的单电压分接头42，电池组40被划分成多个电池组单元41-1、41-2、...41-n，这些电池组单元在本发明的范围内也可以被称为子电池组。单电压分接头42被选择为使得电池组单元41分别具有可以给低压子电网21供应的电压水平（Spannungslage）。
耦合单元33的任务是将电池组40的电池组单元41-1、41-2、...41-n中的至少一个接通到低压子电网21上。因此，耦合单元33将高压子电网20与低压子电网21耦合，并且在输出侧给低压子电网21提供所需的运行电压、例如12V或14V。
耦合单元33的另一任务是能够实现从低压子电网21到高压子电网20的能量流动。例如，如果电池组40被放电到如下程度，即不再能够起动车辆，则可以利用从低压子电网21到高压子电网20的能量流动。在此，电池组40可以经由布置在低压子电网21中的外部起动控制点53被充电，以便能够实现起动。起动辅助例如可以通过具有通常的标准车载电网的车辆来进行以及通过具有专门的低压接口的车辆、但是也借助于低压电网设备或充电设备来进行。
耦合单元33的构造和工作方式参考图5和6予以描述。
低压子电网21包括低压耗电器29，所述低压耗电器例如被设计用于在14V电压下运行。根据一种实施方式规定：电池组40在停放的机动车的情况下承担对耗电器25、29的供电。例如，可以规定：在此情况下满足所谓的机场测试的要求，其中在六周的静止时间之后，机动车仍然可起动，并且其中电池组40在静止时间期间尤其还提供低压子电网21中的低压耗电器29的静电流，因此例如给防盗报警设备供电。
在低压子电网21中可选地布置有例如被设计为高功率存储器或缓冲存储器的蓄能器28，该蓄能器可以短时间地输出高功率，也就是说，根据高功率进行了优化。该蓄能器28实现以下目的，即进一步避免在切换电池组单元41-1、41-2、...41-n时的过电压。如果电容器被用作蓄能器28，则该电容器的尺寸确定是优选的：
其中Imax是在切换过程期间可以在车载电网1中流动的最大车载电网电流，tumschalt是没有电池组单元41-1、41-2、...41-n可用于供电的时长，并且ΔUmax是在切换过程期间车载电网电压的最大容许的改变。
此外，图4中所示出的车载电网1可以包括电池组管理系统（BMS）（未示出）。该电池组管理系统包括控制设备，该控制设备被设立用于检测、处理关于电池组40或电池组单元41-1、41-2、...41-n的温度、所提供的电压、所输出的电流和充电状态的测量数据并由此作出关于电池组40的健康状态的结论。在此，电池组管理系统包括如下单元，该单元被设立用于将耦合单元33调节为使得该耦合单元可以选择性地将电池组单元41-1、41-2、...41-n接入低压子电网21。
图5示出根据本发明的一种实施方式具有耦合单元33的详细图示的图4中的部分，该耦合单元33被实施为双向的非电流隔离的直流电压转换器（DC/DC转换器）。耦合单元33包括双向开关54，所述双向开关54具有如下特性，即所述双向开关能够在状态“通”下实现在两个电流方向I1、I2上的电流流动，并且在第二状态“断”下采取两种极性的截止电压。这是与诸如IGBT开关的简单半导体开关的主要区别，因为这些简单半导体开关在反向方向上由于其本征二极管而不能采取截止电压。双向开关54的更进一步的构造的实例参考图7来描述。
耦合单元33具有用于电池组单元41-1、41-2、...41-n的单电压分接头42的高压子电网接口35。在耦合单元33中，高压子电网接口35在分岔点43处分岔并且分别被引向双向开关54中的两个。双向开关54在耦合单元33的输出侧被连接到正极52上或者负极51上。为此，耦合单元33具有低压子电网接口36。
在图6中示出，对低压子电网21的供电如何从电池组单元41-1、41-2、...41-n之一经由相关的双向开关54进行。在此，两个子电网20、21相互电流连接。
第一电流路径71从正极52经由第一双向开关54-i、经由所接通的第一电池组单元41-1、以及经由第二双向开关54-j通向负极51。此外，另一电流路径72从正极52经由第三双向开关54-k、经由所接通的第二电池组单元41-n、经由第四双向开关54-l通向负极51。在实践中，在给定时刻，两个电流路径71、72中仅仅一个是有效的，也就是说，仅仅一个电池组单元41-1、41-2、...41-n被用于给低压子电网21供电。
图4中所示的起动器－发电机30的运行不依赖于耦合单元33的运行以及低压子电网21的供电。在例如给低压子电网21供电的所接通的第一电池组单元41-1中，得出低压子电网电流以及必要时由起动器－发电机30馈入到整个电池组40中的充电电流（在发电机运行时）或从整个电池组40提取的放电电流（在电动机运行时）的叠加。只要未超过电池组电池的容许的极限、例如电池的最大容许的放电电流，就可以彼此独立地观察这些过程。为了低压子电网21可靠地被供电，总是电池组单元41-1、41-2、...41-n中的至少一个经由耦合单元33的相关的双向开关54被接入。高压子电网20相对于低压子电网21的地的电压水平依赖于电池组单元41-1、41-2、...41-n中的哪个被接入。但是在运行状态中的任何一个下，电势之一都不具有超过60V的接触电压极限的绝对值。但是可能出现相对于低压子电网21的地的负电势。
如果为了给低压子电网21供电而应当进行从所接通的第一电池组单元41-1到所接通的第二电池组单元41-n的转变，则必须关断第一和第二双向开关54-i、54-j并且接通第三和第四双向开关54-k、54-l。如果用于第一、第二、第三和第四双向开关54-i、54-j、54-k、54-l的转换命令同步地进行，则由于双向开关54的工作方式，低压子电网21的正极52将在转换阶段期间与所接通的两个电池组单元41-1、41-n的较高电势连接并且负极51将与所接通的两个电池组单元41-1、41-n的较低电势连接。因此，短时间地将有比规范所允许的电压显著更大的电压施加到低压子电网21上。在图6中所观察到的最不利情况下，短期地在低压子电网21中将存在整个电池组40的电压。为了避免这些过电压，首先切断当前传输电流的电池组单元41-1的双向开关54-i、54-j。在迄今传输电流的电池组单元41-1的双向开关54-i、54-j不再传输电流之后，接通要接入的电池组单元41-n的双向开关54-k、54-1。以这种方式避免在低压子电网21中出现不容许地高的电压。
由于对低压子电网21的多重冗余供电，可以利用所介绍的架构构建一种系统，该系统在低压子电网21中具有电能的非常高的可用性。
图7示出双向开关54的两种可能的构造，其被称为第一类型的双向开关54-1和第二类型的双向开关54-2。
双向开关54的导通方向是通过具有I1、I2的电流方向来说明的。
第一类型的双向开关54-1例如包括与二极管桥电路组合的IGBT、MOSFET101或双极晶体管。在图7中示出了具有其本征二极管102的MOSFET101。二极管桥电路在此示例性地包括四个二极管103、104、105、106，其中第一二极管103和第二二极管104相对于第三二极管105和第四二极管106被并联。MOSFET101一方面连接在第一二极管103与第二二极管104之间并且另一方面连接在第三晶体管105与第四晶体管106之间。第一二极管103和第二二极管104以及第三二极管105和第四二极管106反极性地或者反串联地布线，使得没有电流只能流经二极管103、104、105、106，而与此同时不经过MOSFET101。经由第三二极管105的电流流动在第一电流方向I1上是不可能的，因为该二极管截止。同样，在第二电流方向I2上经由第四二极管106的电流流动是不可能的，因为该二极管截止。如果MOSFET101被关断，则其本征二极管102阻断两个电流方向I1、I2上的电流流动。
而如果MOSFET101被操作，则两个方向I1、I2上的电流流动是可能的。第一电流方向I1上的电流流动在接通的MOSFET101的情况下经由第一二极管103和第四二极管106进行。在第二电流方向I2上，电流流动在接通的MOSFET101的情况下经由第二二极管104和第三二极管105进行。
第二类型的双向开关54-2包括两个IGBT、MOSFET101-1、101-2或双极晶体管的反极性或反串联布线。在图7中，又示出了具有其本征二极管102-1、102-2的两个MOSFET101-1、101-2。如果MOSFET101-1、101-2被关断，则由于反串联布线，各一个本征二极管102-1或102-2截止。
在接通的MOSFET101的情况下，电流在第一电流方向I1上经由未截止的本征二极管102-1和被接通的MOSFET101-2进行。在第二电流方向I2上，电流流动经由未截止的本征二极管102-2和被接通的MOSFET101-1进行。
第一和第二类型的双向开关54-1、54-2的特征还在于在转换过程中几乎不明显的延迟，也就是说，其允许非常短的转换持续时间。经由合适的控制电路，双向开关54的关断与接通之间的时间延迟可以被非常精确地调整。
本发明不限于此处所描述的实施例和其中强调的方面。更确切地说，在由权利要求书说明的范围之内可以进行多种处于本领域技术人员的行动范围内的修改。

Claims (12)

1.一种用于机动车的车载电网（1），其中所述车载电网（1）具有有至少一个低压耗电器（29）的低压子电网（29）和有至少一个高压耗电器（25）、起动器－发电机（30）和电池组（40）的高压子电网（20），所述电池组被设立用于生成高电压并输出给所述高压子电网（20）；
其中所述高压子电网（20）经由耦合单元（33）与所述低压子电网（21）连接，所述耦合单元被设立用于从所述高压子电网（20）提取能量并输送给所述低压子电网（21）并且此外被设立用于从所述低压子电网（21）提取能量并输送给所述高压子电网（20）；
其中所述电池组（40）具有至少两个有电压分接头（42）的电池组单元（41-1、41-2、...41-n），所述电压分接头被引导到所述耦合单元（33）上，其中所述耦合单元（33）被设立用于选择性地将所述电池组单元（41-1、41-2、...41-n）接入所述低压子电网（21）和从所述低压子电网断开。
2.根据权利要求1所述的车载电网（1），其特征在于，所述电池组单元（41-1、41-2、...41-n）分别被设计用于提供低电压。
3.根据前述权利要求之一所述的车载电网（1），其特征在于，所述耦合单元（33）具有双向开关（54），借助于所述双向开关能够选择性地将所述电池组单元（41-1、41-2、...41-n）接入所述低压子电网（21）和从所述低压子电网断开。
4.根据权利要求3所述的车载电网（1），其特征在于，所述双向开关（54）被设立用于在第一状态“通”下能够实现两个电流方向（I1、I2）上的电流流动并且在第二状态“断”下采取两种极性的截止电压。
5.根据前述权利要求之一所述的车载电网（1），其特征在于，所述电池组单元（41-1、41-2、...41-n）相对于所述高压子电网（20）被串联。
6.根据前述权利要求之一所述的车载电网（1），其特征在于，所述低压子电网（21）具有外部起动控制点（53）。
7.一种具有内燃机和根据权利要求1至6之一所述的车载电网（1）的机动车。
8.一种用于运行根据权利要求1至6之一所述的车载电网（1）的方法，其特征在于，对所述低压子电网（21）的供电优选地从在给定时刻具有最高充电状态的那个电池组单元（41-1、41-2、...41-n）进行。
9.根据权利要求8所述的方法，其中在当前为了给所述低压子电网（21）供电而被接通的电池组单元（41-1、41-2、...41-n）具有比具有最高充电状态的电池组单元（41-1、41-2、...41-n）的充电状态至少小所定义的值的充电状态时，进行从一个电池组单元（41-1、41-2、...41-n）到具有最高充电状态的电池组单元（41-1、41-2、...41-n）的切换过程。
10.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述低压子电网（21）的电流强度，并且仅当所确定的电流强度处于所定义的阈值之下时才实施所述切换过程。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中在所述切换过程之前切断低压耗电器（29）。
12.一种用于运行根据权利要求1至6之一所述的车载电网（1）的方法或者根据权利要求8至11之一所述的方法，其中优选地在相继实施下列步骤的情况下进行被接入所述低压子电网（21）的第一电池组单元（41-1、41-2、...41-n）到要接入所述低压子电网（21）的第二电池组单元（41-1、41-2、...41-n）之间的转变：
a）从所述低压子电网（21）切断被接入的第一电池组单元（41-1、41-2、...41-n）；
b）将要接入的第二电池组单元（41-1、41-2、...41-n）接入到所述低压子电网（21）。
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