CN107850032A - 集成式起动机电流控制装置和车载电网断路开关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于连接至起动机电池(2)和带有变换器(4)的车载电网(3)的集成式起动机和车载电网断路模块(13)、汽车起动电流限制方法和集成式起动机和车载电网断路模块在多电压车载电网中的用途，该用途尤其用于插电混合动力车辆的起停操作中和用于混合动力车载电网。变换器(4)可从车载电网侧通过起动机控制装置和车载电网断路装置被连接至包含起动机电池(2)的起动电路(5)，车载电网(3)可以与起动电路(5)断开，且该起动机控制装置和车载电网断路装置被集成在该模块(13)中。

Description

集成式起动机电流控制装置和车载电网断路开关
技术领域
本发明涉及一种用于连接至起动机电池和带有变换器的车载电网/车载电力系统的集成式起动机和车载电网断路模块以及涉及一种汽车起动电流限制方法。本发明还涉及集成式起动机和车载电网断路模块在多电压车载电网中的用途，该用途尤其用于插电混合动力车辆的起停操作中以及用于混合动力车载电网。
背景技术
在混合动力车辆中，在电动行驶中的内燃机起动通常通过已知的12伏起动电机实现。该电机可以完全将其转矩用作电驱动，并且由另一能量源提供附加力矩以使内燃机转动。此时的问题是，12伏车载电网供电受到起动过程干扰并且发生电压降低。起动电路必须与车载电网断开并且车载电网通过附加电源供电，一般通过变换器，该变换器提供来自驱动电池的电能供应。如果该电源突然失效，则必须保证车载电网冗余供电以保证安全功能例如灯、转向等。通常，这通过辅助电池实现，在此，辅助电池、变换器和起动机电池的布线连接是很复杂且费事的。
从现有技术中知道了用于在断路时执行各功能的多个单独模块，在此，附加的辅助电池或通过DC-DC变换器的冗余供电装置是必需的。当车载电网供电系统或变换器在内燃机起动中失效时，必然中断所述起动，且带有电驱动装置的车辆被紧急停下。
WO 2014/064148 A1公开了具有内燃机和车载电网的车辆，其中，该车辆包括电池、配电器、起动机、发电机和耗电负载。在此描述了用于起停操作的起动电流限制。
此外，关于其它的现有技术，可以参照EP 2 469 070 A1。在该出版物中描述了汽车车载电网和汽车起动方法，在此如此阻止起动时的电池的过度电压降低，即起动机的耗电利用可桥接的串联电阻时间有限地得以限制。时间限制取决于实时确定并加以分析的参数。通常，起动机高耗电导致了用于支持车载电网内电压的措施，其补偿车载电网内的电压降低。在此出版物中，实现了串联电阻的集成，用于限制起动电流。但已知的电流限制手段总是只关注局部电网或钳位车载电网。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于多电压车载电网中的起动电流限制的装置，其中，能够利用改善的起动电流限制手段来获得多电压车载电网的电势，以便利用电压情况不同和负载情况不同的电池进行起动。
该任务通过独立权利要求的主题完成。尤其由其从属权利要求得到有利的实施方式和改进方案。
根据本发明的第一方面，该任务通过一种用于连接至起动机电池和带有变换器的车载电网的集成式起动机和车载电网断路模块来完成，其中，该变换器可以从车载电网侧通过起动机控制装置和车载电网断路装置被连接至包括该起动机电池的起动电路。根据本发明，该车载电网可与该起动电路断开，并且所述起动机控制装置和车载电网断路装置被集成在该模块中。
本发明的构想是允许从不同的局部车载电网进行起动。通过相应选择合适的电势分支，起动电路可以根据所接通的电源的负载状况被优化供电。有利地，当从内电阻很小的电源如高压锂电池起动时，可以实现针对起动电路的过电流保护。
根据本发明的一个优选实施例，该起动机控制装置包括用于接通起动电机的起动机开关，在此，起动电机与起动机电池电连接，从而起动电机和起动机电池在起动过程中可以与车载电网断开。因此，车载电网和起动电路可以根据需要被断开或连接。车载电网断路装置最好包括车载电网断路开关，在这里，起动机开关和/或车载电网断路开关以带有本征二极管的MOSFET形式构成。起动机开关和车载电网断路开关最好彼此并联。
根据本发明的另一个优选实施例，设有第一准二极管(Quasi-Diode)，它在其基本状态中是闭合的，在起动过程中该第一准二极管被打开且进行针对车载电网的电压监测。因此，第一准二极管可集成在该模块内。此外，可以有利地监测车载电网且随时根据需要采取措施。最好设有控制单元，其与第一准二极管相连，其中，当在车载电网侧(电压)下降至低于预定电压降时或者在变换器出故障时，该控制单元接通第一准二极管并中断起动过程。这样，该控制单元优选可以对电压降低或变换器故障做出反应。最好设有串联电阻，其与起动机开关串联，其中，该串联电阻从起动电路侧可以与第一准二极管电连接。最好设有第二准二极管，其与第一准二极管串联。就是说，因此两个准二极管串联，在这里，最好在两个准二极管之间提供电压支点。第二准二极管最好也可以由控制单元来控制。两个准二极管优选可被集成在具有起动电流限制功能的模块中。在第一准二极管和第二准二极管之间最好设有电压支点和/或在起动电路中设有多个可切换的电位分接头。这些电位分接头优选具有不同的电阻。起动机控制装置和车载电网断路装置最好由同一个电源供电，其提供来自起动机电池的电能供应。所述同一个电源最好是变换器。该变换器最好以DC-DC变换器形式构成且在起动过程中给车载电网供电。最好还可以将一个电子继电器集成在该模块内。
根据本发明的第二方面，该任务通过一种汽车起动电流限制方法来完成，在这里，变换器从车载电网侧通过起动机控制装置并通过车载电网断路装置被连接至起动电路。根据本发明，车载电网在起动过程中与起动电路断开，并且该起动机控制装置和车载电网断路装置被集成在一个模块中。
根据本发明的一个优选实施例，通过起动机控制装置不仅给起动电路供电，也给车载电网供电。
根据本发明的第三方面，该任务通过将根据本发明第一方面的集成式起动机和车载电网断路模块用在多电压车载电网中的用途完成，该用途尤其用于插电混合动力车辆的起停操作中和用于混合动力车载电网。
本发明的构想是，该起动机控制装置和车载电网断路装置被集成在一个模块中。此外，精心的控制允许只用12伏电池不仅保证起动机供电，也保证了车载电网紧急供电。
有利地，通过安装在电池极上且省掉附加辅助电池或附加辅助变换器来实现简单集成。起动机控制装置和车载电网断路开关的集成允许在“断开电池与车载电网之间的连接”与“起动”之间的很快速的切换顺序，即在起动中断与接通之间的快速切换顺序得到了保证。车载电网断路开关最好被用于与电流方向相关地中断电池与车载电网之间的连接。有利地，可以实现起动过程中的峰值电流限制和起动电压降低限制。此外，可以直接将模块安装在电池极上。其它优点是撞车安全性，因为可以在直接起动过程外，实现了至起动电路的无电位接通，并且在起动过程中在车载电网供电出故障时实现起动的自动中断。准二极管将起动电路与变换器断开，而且在车载电网侧发生电压降低(故障)的情况下从起动机电池给车载电网供电。通过直接安装在电池上，实现了简单的集成，并且也得到重量和成本优势。成本优势也源自省掉了否则需要的带有相应布线的辅助电池。此外，如此得到成本节约，即允许在一道工序中的安装。
附图说明
以下结合多个优选实施例并参照附图来进一步详述本发明，其中：
图1示出根据本发明第一实施例的集成式起动机和车载电网断路模块，
图2示出根据本发明第二实施例的集成式起动机和车载电网断路模块，
图3示出根据本发明第三实施例的借助串联电阻限制起动电压降低的示意图，
图4示出根据本发明第四实施例的在变换器故障时的车载电网断路和起动中断以及车载电网支持，以及
图5示出根据本发明第五实施例的在低欧姆电池时的起动机保护。
具体实施方式
如图1所示，示出根据第一实施例的具有相连的起动机电池2的集成式起动机和车载电网断路模块13。该模块13在车载电网侧与位于车载电网3中的变换器4相连。变换器4从车载电网侧起可通过模块13被连接至带有起动机电池2的起动电路5。这种连接通过模块13内的车载电网断路装置和起动机控制装置实现。车载电网3可以与起动电路5断开，且起动机控制装置和车载电网断路装置共同集成在模块13中。混合动力车辆要求在高速行驶时的12伏起动。转向和行走系/齿轮传动系的电压要求需要起动电路5与车载电网3之间断开。
在无起动过程的行驶运行中和车辆停止时，不需要断开。设置在模块13中的准二极管9在其基本状态中是闭合/接通(closed)的。一旦车辆在起动过程中进行加速，则执行起动电路5与车载电网3之间的断开。由此，准二极管开关9被打开(opened)。针对车载电网3的电压监测起效。起动电机7设于起动电路5内，且起动电路5可通过串联电阻12与准二极管9串联。此时，在起动电路5本身中设有起动机开关6，其与串联电阻12串联且与车载电网断路开关8并联。
当在车载电网侧电压降低至小于11伏的电压时或者当变换器出故障时，进行起动中断。在第一实施例中，在小于1μs的开关时间的情况下，电池2又回到12伏额定电压的恢复时间为20毫秒。低于11伏电压的最大时间小于20毫秒。该时间可在行走系中得到支持。
图2示出了根据本发明的第二实施例的模块13。图2与图1的区别是还设有控制单元11，其控制第一准二极管9和第二准二极管10，在此，这两个准二极管9、10串联。在下降至低于车载电网电压极限时，控制单元9接通准二极管9并中断所述起动。在第二实施例中，通过相应的软件控制装置进行故障诊断和状态通报。此外，两个准二极管9、10的耗电通过相应控制装置被最小化，在这里，起动机开关6和车载电网断路开关8以带有本征二极管的MOSFET形式构成。图2的整个系统1因此尤其在模块13方面不同于图1的系统。
图3示出了根据本发明第三实施例借助串联电阻限制电压降低。在此，施加到车载电网3上的电压在时间轴上被绘制出。当两个开关6、8被打开时，串联电阻12处于空载，起动机线路无电位。一旦电压在20毫秒时间内降低至低于11伏，则起动机开关6被闭合，从而串联电阻12与准二极管9串联接通。串联电阻12等于8.5mΩ，且被接通直至车载电网电压可靠保持高于9伏。在70毫秒至80毫秒的时间内，其中在第三实施例中所述最大时间为150毫秒，电压又近似以指数关系上升，随后车载电网断路开关8也被闭合且进而串联电阻12被桥接，总/全电流流动。接着电压进一步降低至约9伏，电压随后又连续上升，直至又达到额定电压并且起动机线路变成无电位。在第三实施例中，起动持续时间为500毫秒。
图4示出了根据第四优选实施例的在变换器出故障时的车载电网断路、快速起动中断和车载电网支持。在图4中用带有标记DCDC的箭头所绘制的那里，出现变换器故障。此前，变换器给车载电网3供电，且准二极管9被闭合并将起动电路5与车载电网3断开。随后，准二极管9被接通且起动机电池2给车载电网3供电。另外，在此曲线图中用虚线绘制出了车载电网断路开关8的二极管功能，在此，电压降随着时间被绘制出。在最后部分，电池电压在15毫秒内恢复至最终的负载电压。
图5示出了根据本发明的第五实施例的利用低欧姆电池的起动机保护。图5在三个时段方面完全不同于图3，但是在第五实施例中，采用起动机锂电池，并且在第一时段结束时，发现该低欧姆电池。由此，电阻保持接通，直到电阻变得过热。另外，曲线在第二和第三时段之间不同，因此在图5中没有看到在第二时段结束时的突然电压降低。在第二时段期间，电流接通，并且在高出电阻温度极限时可以进行紧急接通。

Claims (10)

1.一种用于连接至起动机电池(2)和带有变换器(4)的车载电网(3)的集成式起动机和车载电网断路模块(13)，其中，该变换器(4)能从车载电网侧经起动机控制装置和车载电网断路装置被连接至包括该起动机电池(2)的起动电路(5)，其特征是，该车载电网(3)能与该起动电路(5)断开，并且该起动机控制装置和该车载电网断路装置被集成在该模块(13)中。
2.根据权利要求1的模块，其特征是，该起动机控制装置包括用于接通起动电机(7)的起动机开关(6)，其中，该起动电机(7)与该起动机电池(2)电连接，从而该起动电机(7)和该起动机电池(2)在起动过程中能与该车载电网(3)断开。
3.根据权利要求2的模块，其特征是，该车载电网断路装置包括车载电网断路开关(8)，其中，该起动机开关(6)和/或该车载电网断路开关(8)以带有本征二极管的MOSFET形式构成。
4.根据前述权利要求之一的模块，其特征是，设有第一准二极管(9)，该第一准二极管在其基本状态中是闭合的，其中，在起动过程中，该第一准二极管(9)被打开且进行针对车载电网(3)的电压监测。
5.根据权利要求4的模块，其特征是，设有控制单元(11)，它与该第一准二极管(9)相连，其中，当在车载电网侧下降至低于预定电压降时或者在该变换器(4)出故障时，该控制单元(11)接通该第一准二极管(9)并中断起动过程。
6.根据引用权利要求2的权利要求4或5的模块，其特征是，设有与该起动机开关(6)串联的串联电阻(12)，其中，该串联电阻(12)能从起动电路侧与第一准二极管(9)电连接。
7.根据权利要求4至6之一的模块，其特征是，设有与第一准二极管(9)串联的第二准二极管(10)。
8.一种汽车起动电流限制方法，其中，变换器(4)从车载电网侧通过起动机控制装置和车载电网断路装置被连接至起动电路(5)，其特征是，车载电网(3)在起动过程中与该起动电路(5)断开，且该起动机控制装置和该车载电网断路装置被集成在一个模块(13)中。
9.根据权利要求8的方法，其特征是，通过该起动机控制装置给该起动电路(5)和该车载电网(3)供电。
10.将根据权利要求1至7之一的集成式起动机和车载电网断路模块(13)用在多电压车载电网中的用途，该用途尤其用于插电混合动力车辆的起停操作中和用于混合动力车载电网。
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