CN105210255A - 用于机动车辆车载电网的转换供电装置 - Google Patents

用于机动车辆车载电网的转换供电装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于为机动车辆的车载电网供电的转换供电装置。其特征在于，所述装置包括能够使性能适配于机动车辆需求的可编程控制器。所述装置使用三个电能存储装置，以便在不同驾驶阶段确保为车辆的整个车载电网充分供电。

Description

用于机动车辆车载电网的转换供电装置
技术领域
本发明涉及一种用于为机动车辆车载电网供电的转换供电装置。本发明尤其涉及装配有自动重启系统的机动车辆，在所述机动车辆中不同的电动系统对于取决于驾驶阶段的电功率具有各种需求。
背景技术
在机动车辆中，电能消耗配件趋于越来越多。所述配件涉及例如空调、助力转向系统、或内燃机的自动停止和重启装置(经常被称为“Start&Stop”系统)。所述自动停止和重启装置例如可包括能够在车辆制动时重启内燃机并且回收动能的可逆交流发电机。回收到的该能量可被转化为可用于为车辆的电能存储器充电的电能。
这些能够使内燃机恢复运转的装备具有较高的能量需求。所述装备需要较强的电功率，这通过较大的电流体现。然而该功率要求需被满足，既不因此使供电部件的尺寸过大，也不因此促使车载电网上的电压下降，这通过感知到车辆的较差性能而体现，所述较差性能为发动机转矩的瞬时降低甚至是车辆的安全功能(例如制动或外部照明)的损失。
为了解决这些问题，已提出增加与车辆车载电网连接的辅助能量源，例如第二电池。然而，该解决方案相对昂贵并且占用发动机盖下方或车辆行李箱内的额外空间。
另一个解决方案在于提供一种通过在车载电网中再增加第二电能存储部件而瞬时增加电压的装置，所述第二电能存储部件例如为具有较大电容量(例如300F)的电容器。除了使用用于启动和重启电容器并且用于为与电网连接的电能消耗配件供电的12V传统酸铅电池之外，还可使用该解决方案。
专利文件US2009050092描述了一种带有蓄能器、二极管和变压器的发动机启动器，所述发动机启动器用于在启动时增加电压并且因此增加所需的功率。
专利文件WO2011121053描述了一种带有两个电能存储器和相关联的控制装置的车载电网。所述装置能够调节传送到车载电网上的电压。
专利文件FR2896744描述了一种带有可充电电能存储元件的车辆车载电网供电系统，所述电能存储元件能够通过使用增压器和电网电压调节系统而传送电功率。
专利US2004239181描述了一种制动电能再生系统。根据再生功率的等级，该系统为与车载电网连接的不同电动配件供电。
专利文件FR2784517描述了一种具有两个电压等级的为车辆车载电网供电的电路。第一电路分支直接由转换器供电，而第二电路分支包括带有转换器的蓄能部件，该转换器具有多种输出等级。
在已知的装置中，附加的电能存储器只用于起到唯一的作用。附加的存储器或者用于增加车载电网的电压，或者用于维持车载电网的电压。
发明内容
本发明的目的在于提供弥补至少其中一个上述缺陷的装置和方法。更具体地，本发明的目的在于提供一种能够对于不同任务而使用同一附加电能存储器的转换供电装置。例如涉及启动、重启、增加车载电网电压或维持车载电网电压的任务。本发明提出了对于装配有“Stop&Start”系统的车辆的一般供电概念。
本发明的目的在于提供一种用于为机动车辆车载电网供电的转换供电装置。所述电网被分成连接在所述装置上游的电网部分以及连接在所述装置下游的电网部分。其特征在于，所述装置包括：
-用于控制开关组的控制器；
-用于与至少三个电能存储器连接的输入端口，以及
-DC/DC电功率转换器，
控制器的特征还在于其允许以选择性方式由第一存储器为连接在上游的电网部分供电。此外，所述控制器允许选择性地转换以使第二存储器与第一存储器串联，以便为连接在上游的电网部分供电。所述控制器还允许以选择性方式由第一存储器为连接在下游的电网部分供电，以及所述控制器允许以选择性方式由第二存储器或第三存储器经由DC/DC转换器为连接在下游的电网部分供电。
所述开关组包括五个断路开关。可选地，所述开关组包括两个断路开关和两个换向开关。
优选地，所述控制器允许以选择性方式由连接在上游的电网部分为所连接的至少一个存储器充电。
所述DC/DC电功率转换器可优选地为可逆转换器，这能够增加或降低输入电压。
所述控制器可优选地包括输入部件，所述输入部件能够接收来自与车载电网连接的至少一个元件的信号。
此外，所述控制器可配置成根据至少一个接收到的信号以选择性方式转换开关。
本发明的目的还在于提供一种包括程序代码指令的电脑程序，在由可编程处理器执行所述程序时，所述程序使所述可编程处理器作为根据本发明所述的装置的控制器运行。
本发明的目的还在于提供一种包括车载电网和至少三个电能存储器的机动车辆。其特征在于，所述车载电网包括符合本发明的转换供电装置。优选地，所述车辆可包括自动重启系统。
根据本发明的装置的逻辑转换结构不取决于与所述装置连接的存储器的类型和电容量。这允许为所述控制器编程，以与车辆的供电需求一致。例如通过装载恰当的计算机程序来进行编程，所述计算机程序建立了在不同驾驶阶段中电网部分的需求与开关的状态之间的联系。这些程序的输入处于本领域技术人员所知的范围内。所提出的系统是一般的并且可使用在不同类型的车辆上。另外，该系统能够优化与所述装置连接的不同存储器的使用，这增加了使用周期。
附图说明
通过阅读以下详细说明和附图，本发明的其它特征和优点将更加清楚，在附图中：
-图1为应用根据本发明的装置的优选实施例的电路图；
-图2为应用根据本发明的装置的优选实施例的电路图的细节，其中包括所应用的可选方式。
具体实施方式
图1示例性示出了实施根据本发明的装置100的电路。该装置用于在上游与车辆车载电网的第一部分200连接并且在下游与车辆车载电网的第二部分300连接。电网200典型地包括尤其可使用“Stop&Start”自动重启系统的电动发电机和机械发电机。电压Vup通过装置100传送到电网200。在启动阶段或重启阶段中，电压Vup需增加，以便通过电机传送所需的电功率，从而提供用于启动或重启发动机的充足机械转矩。
电网300典型地包括安装在车辆中的耗电装置，例如助力转向系统或空调。该装置将电压Vdown施加在电网300上。为电网部分300提供通常不变的电压是重要的，所述电压不取决于电网部分200中的能量需求。
装置100包括能够分别连接电能存储器10、20和30的连接端口101、102和103。在所描述的非限制性示例中，假定能量存储器10为已知的12V铅酸型汽车电池。与车辆的地线联接的能量存储器20和30优选地为超级电容器。超级电容器为能够得到在电池与传统的电解电容器之间的功率密度和能量密度的特定电容器。在现有技术中已知这些元件，这些元件的功能将不在本说明书的范围中被更详细地阐述。通常，位于存储器10的接线柱处的电压V1明显比分别位于存储器20和30的接线柱处的电压V2和V3更高。优选地，电压V3基本比电压V2更高。
在所给出的示例的配置中，未示出的控制器元件能够根据电网部分200和300的电功率要求而控制断路开关K1、K2、K3、K4和K5。可编程处理器可用于应用控制器元件。有利地，该控制器拥有与传感器元件联接的信号输入端，所述传感器元件向该控制器通知联结在两个电网部分200和300上的元件的暂时状态。根据如此检查的电网状态和要求，该控制器根据预定的规则来致动开关，所述规则优选地储存在可编程存储器中，该控制器具有对所述可编程存储器的读取入口。有利地通过现有技术中已知的MOSFET型晶体管应用开关K1至K5。应用变型将为本领域技术人员所知。
作为示例并且参考图1，装置100的多个运行状态将根据开关K1至K5的各自状态来描述。在下文中，除非相反的指示，每个开关都处于断开位置。
-开关K1和K5闭合
在该状态下，与端口101连接的能量存储器10为在装置100上游的电网部分200供电。开关K5的闭合还允许存储器10为在该装置下游的电网300供电。传送到车辆的整个车载电网上的电压等级等于Vup＝Vdown＝V1。存储器20和30不参与车载电网的供电，并且不处于充电状态。该状态通常对应于车辆的静止状态。该状态下的供电运行100对应于没有能量回收系统及Stop&Start系统的传统车辆的供电。
-开关K1、K3和K5闭合
在该状态下，与端口101连接的第一能量存储器10为在装置100上游的电网部分200供电。开关K5的闭合还允许存储器10为在该装置下游的电网300供电。传送到车辆的整个车载电网上的电压等级等于Vup＝Vdown＝V1。开关K3的闭合允许经由DC/DC转换器为与端口102连接的第二电能存储器20充电。存储器20和30不参与车载电网的供电。该状态通常对应于车辆启动的准备状态。
-开关K1、K4和K5闭合
在该状态下，与端口101连接的第一能量存储器10为在装置100上游的电网部分200供电。开关K5的闭合还允许存储器10为在装置下游的电网300供电。传送到车辆的整个车载电网上的电压等级等于Vup＝Vdown＝V1。开关K4的闭合允许经由DC/DC转换器为与端口103连接的第三电能存储器30充电。存储器20和30不参与车载电网的供电。该状态通常对应于车辆启动的准备状态。
-开关K1和K3闭合
在该状态下，与端口101连接的第一能量存储器10为在装置100上游的电网部分200供电。与端口102连接的第二存储器20经由DC/DC转换器为电网部分300供电。该转换器根据其输入端电压V2为电网部分300提供额定电压Vdown＝Vdcdc。由于开关K5是断开的，电网部分200和300的供电没有关联。这能够避免电网300中的电压由于响应电网200上的电压增长要求而下降。此外，二极管D允许存储器10满足电网部分300的对于高电功率的瞬时请求。传送到电网部分200上的电压等级等于Vup＝V1。该状态通常对应于作为电网部分200组成部分的内燃机的启动阶段。可选地，该状态对应于短暂静止(Stop)阶段，在该阶段中存储器10没有被激发(sollicité)。
-开关K1和K4闭合
在该状态下，与端口101连接的第一能量存储器10为在装置100上游的电网部分200供电。与端口103连接的第三存储器30经由DC/DC转换器为电网部分300供电。该转换器根据其输入端电压V3为电网部分300提供额定电压Vdown＝Vdcdc。由于开关K5是断开的，电网部分200和300的供电没有关联。这能够避免电网300中的电压由于响应电网200上的电压增长要求而下降。传送到电网部分200上的电压等级等于Vup＝V1。该状态通常对应于作为电网部分200组成部分的内燃机的启动阶段。可选地，该状态对应于短暂静止(Stop)阶段，在该阶段中存储器10没有被激发。如果在启动的时刻存储器20没有充足的充电等级，该装置可借助于存储器30。
-开关K2和K4闭合
在该状态下，与端口102连接的第二能量存储器20被转换成串联于与端口101连接的第一能量存储器10。串联的组件为在该装置上游的电网部分200供电。因此施加在电网部分200上的电压等级提升至Vup＝V1+V2。同时，与端口103连接的第三存储器30经由DC/DC转换器为电网部分300供电。该转换器根据其输入端电压V3为电网部分300提供额定电压Vdcdc。由于开关K5是断开的，电网部分200和300的供电没有关联。这能够避免电网300中的电压由于响应电网200上的电压增长要求而下降。该状态通常对应于在要求升高电压的情况下作为电网部分200组成部分的内燃机的启动阶段。
注意到开关K2和K3从不同时闭合，这两个开关可由换向开关或双稳态开关K23(如图2所示)替换。同样，图1的电路中的断路开关K3和K4可由换向开关替换。以该方式，该电路的开关总数由五个减少到四个。
根据所描述的使用示例，存储器20或者用于辅助通过暂时增加电压的启动，或者用于在静止(Stop)阶段增加自主性。通常对应于12V蓄电池的存储器10被较少激发，这减少了充电的循环次数。由于存储器10通常保持高充电等级，这使其使用期限延长。
二极管D允许存储器10瞬时补充由存储器20或30经由DC/DC转换器的供电。例如在避车情况下激发助力转向系统时存在电流请求的情况下该二极管是必需的。助力转向系统作为电网部分300的一部分。该请求在大约2秒期间大大超过DC/DC开关的电容量。在该情况下，电网300侧的电压Vdown将下降到电压V1之下。当电势差达到二极管的导通电压(latensiondelajonctiondiode)，该二极管将被导通，电功率将来自存储器10并且补充已经通过DC/DC转换器传送的功率。

Claims (10)

1.一种用于为机动车辆的车载电网供电的转换供电装置(100)，所述电网被分成连接在所述装置上游的具有可变功率需求的电网部分(200)，以及连接在所述装置下游的具有基本不变功率需求的电网部分(300)，其特征在于，所述装置包括：
-用于控制开关组的控制器；
-用于与至少三个电能存储器连接的输入端口；
-DC/DC电功率转换器，
并且，
-所述控制器允许以选择性方式由第一存储器为连接在上游的电网部分(200)供电；
-所述控制器允许选择性地转换以使第二存储器与第一存储器串联，以便为连接在上游的电网部分(200)供电；
-所述控制器允许以选择性方式由第一存储器为连接在下游的电网部分(300)供电，以及
-所述控制器允许以选择性方式由第二存储器或第三存储器并且经由DC/DC转换器为连接在下游的电网部分(300)供电。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关组包括5个断路开关。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述开关组包括两个换向开关和两个断路开关。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器允许以选择性方式由连接在上游的电网部分(200)为所连接的至少一个存储器充电。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述DC/DC电功率转换器为可逆转换器。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述控制器包括输入部件，所述输入部件能够接收来自与车载电网连接的至少一个元件的信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器根据至少一个接收到的信号以选择性方式转换开关。
8.一种包括程序代码指令的电脑程序，在由可编程处理器执行所述程序时，所述程序使所述可编程处理器作为根据权利要求1至7中任一项所述的装置的控制器运行。
9.一种机动车辆，其包括车载电网和至少三个电能存储器，其特征在于，所述车载电网包括根据权利要求1至7中任一项所述的转换供电装置。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述车载电网包括自动重启系统。
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