CN106585392B - 在载荷下降时对电流梯度的限制 - Google Patents

在载荷下降时对电流梯度的限制 Download PDF

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Abstract

本发明涉及在载荷下降时对电流梯度的限制，其中说明了应用于机动车中的系统，其包括第一及第二车载电网和至少一个直流电压转换器，其被构造成使得在其两个输入极之间下降的直流电压转换成在其两个输出极之间下降的直流电压。直流电压转换器形成调节电路的至少一部分；当调节电路占据第一状态时，第一车载电网电压或第二车载电网电压用作其被控变量；当切断耗电器时，调节电路从第一状态变换到第二状态中；当调节电路占据第二状态时，在第一蓄电池的极、直流电压转换器的输入极、直流电压转换器的输出极或第二蓄电池的极之间流动的电流用作其被控变量；当第二车载电网电压低过阈值时，调节电路从第二状态变换到第一状态中。

Description

在载荷下降时对电流梯度的限制
技术领域
本发明涉及一种应用于机动车中的系统。
背景技术
这种类型的系统例如应用在电驱动的机动车中。由12V电池进行供应的12V车载电网在此主要提供给内燃机的起动器。经由高伏车载电网给电机供能用以驱动车辆。DC/DC转换器被用于经由高伏车载电网给12V电池充电。
如果在12V车载电网中出现载荷下降，例如这是因为突然断开了耗电器，那么在高伏电池上流动的电流将相应减小。尤其是在低温下这会导致高伏电池损伤。时间长了将使电池的使用寿命减小。
发明内容
本发明任务在于提供开头所描述的、现有技术中还存在的问题的解决方案。特别是还应当延长在具有混合动力驱动的车辆中的蓄电池的使用寿命。
该任务通过本发明的应用于机动车中的系统来解决，其中，
所述系统包括第一车载电网、第二车载电网和至少一个直流电压转换器；其中，
所述第一车载电网包括第一蓄电池；其中，
所述第二车载电网包括第二蓄电池和至少一个耗电器；其中，
所述直流电压转换器被构造成使得在所述直流电压转换器的两个输入极之间下降的直流电压转换成在所述直流电压转换器的两个输出极之间下降的直流电压；其中，
第一车载电网电压在所述直流电压转换器的输入极之间以及在所述第一蓄电池的两个极之间下降；并且其中，第二车载电网电压在所述直流电压转换器的输出极之间以及在所述第二蓄电池的两个极之间下降；
其特征在于，
所述直流电压转换器形成调节电路的至少一部分；其中，
当所述调节电路占据第一状态时，所述第一车载电网电压或所述第二车载电网电压用作所述调节电路的被控变量；其中，
当切断所述耗电器时，所述调节电路从所述第一状态变换到第二状态中；其中，
当所述调节电路占据所述第二状态时，在所述第一蓄电池的极之间、在所述直流电压转换器的输入极之间、在所述直流电压转换器的输出极之间或在所述第二蓄电池的极之间流动的电流用作所述调节电路的被控变量；并且其中，
当所述第二车载电网电压低过阈值时，所述调节电路从所述第二状态变换到所述第一状态中。
优选的改进方案在下文中得到。
该系统适合用于机动车中。该系统包括第一车载电网、第二车载电网和至少一个也被称为DC-DC转换器的直流电压转换器。
车载电网被用于给一个或多个耗电器提供电能。电能由至少一个属于车载电网的电压源来提供。此外，车载电网配属有电线路，这些电线路将耗电器与电压源连接起来以提供电能。当两个耗电器通过共同的电压源提供电能时，那么这两个耗电器恰好配属于一个共同的车载电网。在这种情况下，电压源也配属于该车载电网。车载电网可以包括多个电压源，这些电压源共同地或交替地给配属于车载电网的耗电器提供电能。也能够实现不同的运行状态，其中，依赖于各个运行状态地，车载电网的部件可以作为电压源或作为耗电器来起作用。这例如适用于蓄电池。如果蓄电池被充电，那么其表现为耗电器。如果随后蓄电池放出所储存的能量，那么该蓄电池成为电压源。
第一车载电网包括第一蓄电池。第二车载电网包括第二蓄电池和至少一个耗电器。耗电器是第二车载电网的与其他提及的组件，尤其是与第二蓄电池不同的组件。
在机动车中一般也被称为电池的蓄电池通常被理解为基于电化学的能再充电的电能存储器。
直流电压转换器被构造成使得在直流电压转换器的两个输入极之间下降的直流电压转换成在直流电压转换器的两个输出极之间下降的直流电压。也就是如果在两个输入极之间的第一直流电压下降，那么直流电压转换器将该第一电压转换成在直流电压转换器的两个输出极之间下降的第二直流电压。在此，第二直流电压的值通常不同于第一直流电压的值。
本发明规定，第一车载电网电压在直流电压转换器的输入极之间以及在第一蓄电池的两个极之间下降。相应地，第二车载电网电压在直流电压转换器的输出极之间以及在第二蓄电池的两个极之间下降。第一车载电网电压以及第二车载电网电压分别指的是直流电压。
由直流电压转换器的上述工作方式得出：当前的直流电压转换器被构造成使得第一车载电网电压转换成第二车载电网电压。直流电压转换器形成调节电路的至少一部分。
本发明的构思在于，使该调节电路以如下方式运行，即，在第一蓄电池的两个极之间流动的电流在第二车载电网中载荷下降时有针对性地以减小的梯度进行坡式下降(abrampen)。为了该目的，调节电路在载荷下降之后由电压调节变换至电流调节。
调节电路的由直流电压转换器形成的部分优选是调整装置和/或调节装置。
调节电路被构造成有选择地占据第一状态和第二状态。当调节电路占据第一状态时，该调节电路以电压调节的方式工作。相应地，当调节电路占据第一状态时，第二车载电网电压优选被视为调节电路的被控变量。替选地，第一车载电网电压可以作为被控变量使用，这是因为在此处所讨论的准稳态的情况下，电路的电压传输比，也就是第二车载电网电压和第一车载电网电压的商是恒定的。
在载荷下降时，也就是一旦耗电器被切断，调节电路就从第一状态变换到第二状态中。
当调节电路占据第二状态时，该调节电路以电流调节的方式工作。在此，在第一蓄电池的极之间流动的电流优选被视为调节电路的被控变量。
替选地，在直流电压转换器的输入极之间、在直流电压转换器的输出极之间或在第二蓄电池的极之间流动的电流适合作为被控变量。这出于功率考虑。因此，直流电压转换器的输出功率相当于输入功率。由在准稳态的情况下恒定的电压传输比导致的是，在直流电压转换器的输入极之间流动的电流与在直流电压转换器的输出极之间流动的电流成比例。此外，由于在第一车载电网中的互连，使得在第一蓄电池的极之间流动的电流与在直流电压转换器的输入极之间流动的电流之间存在可逆的一对一的关系，也就是说，这两个电流可以彼此换算。尤其地，这两个电流可以相等。同样地，由于在第二车载电网中的互连，在直流电压转换器的输出极之间流动的电流与在第二蓄电池的极之间流动的电流之间存在可逆的一对一的关系，也就是说，这两个电流可以彼此换算。尤其地，这两个电流可以相等。
当调节电路处于第二状态中时，该调节电路可以使所提及的电流，尤其是在第一蓄电池的极之间流动的电流有针对性地减小，从而使第一蓄电池不受损伤。一旦第二车载电网电压或者说第二车载电网电压的绝对值低过阈值，那么调节电路就从第二状态变换回到第一状态中。
阈值可以是预先限定的值。该预先限定的值事先在任意时间设定好。尤其地，在第二车载电网电压达到阈值之前、在调节电路从第一状态变换到第二状态之前，也或者在机动车开始运行或被出售之前，可以设定好阈值。
为了检查第二车载电网电压是否已经达到或低过阈值，可以测量第二车载电网电压并且将其与阈值进行比较。由于上述在准稳态的情况下第一车载电网电压和第二车载电网电压的成比例性而能够实现的是，替选地测量第一车载电网电压并且由此计算出第二车载电网电压。也可以测量第一车载电网电压并且将其与等效的阈值相关联。在此，该等效的阈值由开头所提及的阈值推导出。如果第一车载电网低过等效的阈值，那么调节电路从第二状态变换到第一状态中。
在一个优选改进方案中，阈值是第二蓄电池的额定电压。DIN EN 60050-482限定了蓄电池的额定电压。
为了在切断耗电器之后，也就是当调节电路从第一状态变换到第二状态中时，达到被控变量的理想的变化曲线，在一个优选改进方案中，给调节电路加载以基准变量，当调节电路占据第二状态时，该基准变量线性递减。因此，在从第一变换到第二状态之后，调节电路的基准变量的变化曲线由线性递减函数来描述。
通过该线性递减的基准变量，被控变量进而是在第一蓄电池的极之间流动的电流坡式下降。被控变量的值通过与下降的基准变量的比较被减小。在此，在基准变量与被控变量之间可能存在的差最小化。这相应于调节电路的常用功能，像例如在Otto
Figure GDA0002873399750000061
所著的：“Regelungstechnik(调节技术)”，2013中所描述的那样。
此外，系统优选以识别装置来进行改进。识别装置被构造成当切断耗电器时，借助第一车载电网电压的、第二车载电网电压的、在第一蓄电池的极之间流动的电流的、在直流电压转换器的输入极之间流动的电流的、在直流电压转换器的输出极之间流动的电流的和/或在第二蓄电池的极之间流动的电流的变化曲线进行识别，以便随后导致调节电路从第一状态到第二状态的状态变换。
在载荷下降时，第一车载电网电压、第二车载电网电压、在第一蓄电池的极之间流动的电流、在直流电压转换器的输入极之间流动的电流、在直流电压转换器的输出极之间流动的电流和在第二蓄电池的极之间流动的电流遵循具有表征性的变化曲线。识别装置被构造成当对耗电器进行开关时，借助该变化曲线进行识别。
例如对于载荷下降来说具有表征性的是所提及的变量的大程度的负梯度。因此，例如在一个优选实施例中，识别装置可以测量其中至少一个所提及的变量的梯度，并且一旦梯度降低到阈值之下就导致调节电路的状态变换。
识别装置可以实施为独立的部件或至少部分地整合在调节电路中。
在另一优选改进方案中，第一车载电网是高伏电网，第二车载电网是低伏电网。这意味着，第一蓄电池的额定电压高过第二蓄电池的额定电压。
附图说明
本发明的优选实施例在附图中示出。相一致的附图标记在此标注了相同或作用相同的特征。其中详细地：
图1示出混合动力车辆的车载电网；
图2示出在载荷下降时电流和电压的变化曲线。
具体实施方式
按照图1中的图示的混合动力车辆配备有第一车载电网101、第二车载电网103和直流电压转换器105。
第一车载电网101包括高伏电池107和用于电机111运行的逆变器109。第二车载电网103包括12V电池113，该12V电池除了为内燃机117的起动器115提供电能之外还为另一耗电器119提供电能。
直流电压转换器105不仅属于第一车载电网101而且还属于第二车载电网103。直流电压转换器被构造成经由第一车载电网101中根据行驶状态由高伏电池107或电机111所提供的电能来给12V电池充电。
在直流电压转换器105的输入极121上相应施加由第一车载电网101提供的电压。直流电压转换器105将该电压转换成较低的电压，该较低的电压提供到直流电压转换器105的输出极123上。
经由直流电压转换器105的输出极123为12V电池充电。为此，直流电压转换器105的各一个输出极123与12V电池的一个极导电连接。
在图2中示出了第二车载电网103的车载电网电压的电压变化曲线201和流经直流电压转换器105的输出极123的输出电流的电流变化曲线203。
当直流电压转换器105根据现有技术通常进行电压调节时，电压变化曲线205和电流变化曲线207在载荷下降时分别沿着实线进行。
由于载荷下降209，电压变化曲线205描述了尖峰211。同时，电流变化曲线207经受剧烈的下降213。
为了保护电池107、113，应当避免电流的剧烈下降213。这可以通过如下方式来实现，即，在识别出尖峰211和/或下降213的开始之后，从电压调节215过渡至电流调节217。电流调节217可以实现电池电流的连续的坡式下降，并且与此相关地可以实现车载电网电压的连续的坡式下降。坡式下降的电压变化曲线和电流变化曲线在图2中用虚线示出。
在坡式下降期间，首先12V电池113被充电。电流调节217一直继续直到电压和电流剧烈下降，从而12V电池113最终被放电。由于12V电池113被放电而促使电流调节217变换回到电压调节215。因此，结束了电流和电压的坡式下降。
附图标记列表
101 第一车载电网
103 第二车载电网
105 直流电压转换器
107 高伏电池
109 逆变器
111 电机
113 12V电池
115 起动器
117 内燃机
119 耗电器
121 直流电压转换器的输入极
123 直流电压转换器的输出极
201 电压变化曲线
203 电流变化曲线
205 在通常的电压调节中的电压变化曲线
207 在通常的电压调节中的电流变化曲线
209 载荷下降
211 尖峰
213 下降
215 电压调节
217 电流调节

Claims (5)

1.应用于机动车中的系统，其中，
所述系统包括第一车载电网(101)、第二车载电网(103)和至少一个直流电压转换器(105)；其中，
所述第一车载电网(101)包括第一蓄电池(107)；其中，
所述第二车载电网包括第二蓄电池(113)和至少一个耗电器(115、119)；其中，
所述直流电压转换器(105)被构造成使得在所述直流电压转换器(105)的两个输入极之间下降的直流电压转换成在所述直流电压转换器(105)的两个输出极之间下降的直流电压；其中，
第一车载电网电压在所述直流电压转换器(105)的输入极之间以及在所述第一蓄电池(107)的两个极之间下降；并且其中，第二车载电网电压在所述直流电压转换器(105)的输出极之间以及在所述第二蓄电池(113)的两个极之间下降；
其特征在于，
所述直流电压转换器(105)形成调节电路的至少一部分；其中，
当所述调节电路占据第一状态时，所述第一车载电网电压或所述第二车载电网电压用作所述调节电路的被控变量；其中，
当切断所述耗电器时，所述调节电路从所述第一状态变换到第二状态中；其中，
当所述调节电路占据所述第二状态时，在所述第一蓄电池(107)的极之间、在所述直流电压转换器(105)的输入极之间、在所述直流电压转换器(105)的输出极之间或在所述第二蓄电池(113)的极之间流动的电流用作所述调节电路的被控变量；并且其中，
当所述第二车载电网电压低过阈值时，所述调节电路从所述第二状态变换到所述第一状态中。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述阈值是所述第二蓄电池(113)的额定电压。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，
当所述调节电路占据所述第二状态时，所述调节电路的基准变量线性递减。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于具有识别装置；其中，
所述识别装置被构造成当切断所述耗电器时，借助所述第一车载电网电压的、所述第二车载电网电压的、在所述第一蓄电池(107)的极之间流动的电流的、在所述直流电压转换器(105)的输入极之间流动的电流的、在所述直流电压转换器(105)的输出极之间流动的电流的和/或在所述第二蓄电池(113)的极之间流动的电流的变化曲线进行识别。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，
所述第一蓄电池(107)的额定电压高过所述第二蓄电池(113)的额定电压。
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