CN108569232A - 用于机动车辆的车辆电力系统布置 - Google Patents

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Abstract

一种用于机动车辆的车辆电力系统布置(10)，该车辆电力系统布置具有电池装置(20)，车辆主电力系统(30)和至少一个车辆次级电力系统(40)被导电地连接至该电池装置，其中，该车辆主电力系统(30)具有主负载组(32)，并且该车辆次级电力系统(40)具有次级负载组(42)，其中进一步地，备用电池(50)经由切换装置(60)被连接至该车辆主电力系统(30)和该车辆次级电力系统(40)，并且该切换装置(60)具有用于导电地连接至该车辆主电力系统(30)的至少一个主切换位置(PS)以及用于导电地连接至该车辆次级电力系统(40)的次级切换位置(SS)。

Description

用于机动车辆的车辆电力系统布置
技术领域
本发明涉及一种用于机动车辆的车辆电力系统布置，并且涉及一种用于运行车辆电力系统布置的方法。
背景技术
车辆电力系统布置和用于运行机动车辆的车辆电力系统布置的方法基本上是已知的。尤其考虑到车辆不断增加的驾驶操作自动化，需要以更高的确定性来确保单独的电力负载的系统供应的冗余。在此情况下提供这种冗余的一个选择是以呈车辆主电力系统形式和呈车辆次级电力系统形式来配置不同的车辆电力系统。如果车辆主电力系统故障，则这可以使车辆次级电力系统能够维持安全性相关的电力负载的运行。
然而，已知的方案的缺点在于，机动车辆中的每个车辆电力系统需要所谓的备用电池。这种备用电池借助于电压转换装置来对波动的功耗提供支持或者用于均衡电压变化。如果现在提供车辆主电力系统和车辆次级电力系统以车辆电力系统布置的形式来配置车辆冗余电力系统，则在已知的冗余实施例的情况下还需要提供额外的第二备用电池。除了第二备用电池的必要的空间要求之外，附加的重量和附加的成本是此方式的冗余配置中的较大不利因素。
发明内容
本发明的目的是至少部分地克服上述问题。具体地讲，本发明的目的是以廉价且简单的方式在车辆电力系统布置中提供冗余，并且尤其在重量、成本和/或空间要求方面获得改善。
以上目的是通过具有如下项1的特征的车辆电力系统布置和具有如下项7的特征的方法来实现的。由如下项2-6和8-9、说明书以及附图得出本发明的进一步的特征和细节。在此情况下，与根据本发明的车辆电力系统布置相关地描述的特征和细节自然也与根据本发明的方法相关地适用，并且相应地反之亦然，从而使得关于与本发明的这些单独的方面相关的本披露进行或者可以始终进行相互引用。
1.一种用于机动车辆的车辆电力系统布置，该车辆电力系统布置具有电池装置，车辆主电力系统和至少一个车辆次级电力系统被导电地连接至该电池装置，其中，该车辆主电力系统具有主负载组，并且该车辆次级电力系统具有次级负载组，其中进一步地，备用电池经由切换装置被连接至该车辆主电力系统和该车辆次级电力系统，并且该切换装置具有用于导电地连接至该车辆主电力系统的至少一个主切换位置以及用于导电地连接至该车辆次级电力系统的次级切换位置。
2.如以上项1所述的车辆电力系统布置，其特征在于，该切换装置具有监测装置，该监测装置用于至少监测这两个车辆电力系统的可操作性且用于控制该主切换位置和该次级切换位置。
3.如以上项中任一项所述的车辆电力系统布置，其特征在于，该车辆主电力系统经由主变压器被导电地连接至该电池装置，并且该车辆次级电力系统经由次级变压器被导电地连接至该电池装置。
4.如以上项3所述的车辆电力系统布置，其特征在于，该主变压器和/或该次级变压器具有微调装置，该微调装置用于对该车辆主电力系统与该车辆次级电力系统之间的电压进行微调。
5.如以上项1或2所述的车辆电力系统布置，其特征在于，该次级负载组的至少一个电力负载相对于该主负载组的对应的电力负载冗余地配置。
6.如以上项1或2所述的车辆电力系统布置，其特征在于，该次级负载组的这些电力负载的最大功率下降小于与该电池装置的电力连接的相关联的功率传输和/或该次级变压器的相关联的功率传输。
7.一种用于运行具有以上项1至6之一的特征的车辆电力系统布置的方法，该方法具有以下步骤：
-监测该车辆主电力系统的运行，
-在该车辆次级电力系统中识别出故障的情况下，将该切换装置从该主切换位置转换到该次级切换位置。
8.如以上项7所述的方法，该方法涉及该车辆主电力系统和该车辆次级电力系统中的电压的监测以及这两个监测到的电压的微调。
9.如以上项7和8中的任一项所述的方法，该方法涉及当该切换装置被转换到该次级切换位置时，将该备用电池转换到该车辆次级电力系统以便在尤其由于该次级变压器中的电压降造成该车辆次级电力系统故障的情况下支持该次级负载组的电力负载。
根据本发明，提供了一种用于机动车辆的车辆电力系统布置。这种车辆电力系统布置具有电池装置，车辆主电力系统和至少一个车辆次级电力系统被导电地连接至该电池装置。该车辆主电力系统配备有主负载组，并且该车辆次级电力系统配备有次级负载组。进一步地，备用电池经由切换装置被连接至该车辆主电力系统和该车辆次级电力系统。该切换装置具有用于导电地连接至该车辆主电力系统的至少一个主切换位置以及用于导电地连接至该车辆次级电力系统的次级切换位置。
因此，根据本发明的车辆电力系统布置旨在同样提供冗余。为此目的，提供了呈车辆主电力系统形式以及呈车辆次级电力系统形式的两个单独的车辆电力系统。两个车辆电力系统(也就是说，车辆主电力系统和车辆次级电力系统)被导电地连接至电池装置。可以经由另外的电力运行装置直接地或间接地提供这种连接。具体地讲，经由用于相应的车辆电力系统的电力变换器提供导电连接，随后将对相应的车辆电力系统进行更详细地解释。
此外，提供的是：每个车辆电力系统不仅用于电气布线而且用于与多个电力负载的可适用的连接。在此情况下，车辆主电力系统的电力负载被结合在主负载组中。车辆次级电力系统的这些电力负载一起被称为次级负载组。对于车辆电力系统布置的可操作性而言，对主负载组和次级负载组中的每个负载组提供至少一个电力负载。然而，通常，尤其存在至少两个被提供给主负载组的电力负载和至少两个被提供给次级负载组的电力负载。
然后，根据本发明的核心概念的突出之处在于，备用电池可以被提供为用于车辆主电力系统和用于车辆次级电力系统的共同备用电池。根据实际运行情况，备用电池现在可以被提供成首先用于支持车辆主电力系统，并且其次用于支持车辆次级电力系统。在标准情况下，与备用电池相关联的切换装置将处于主切换位置，因此，备用电池将对车辆主电力系统提供电力支持。在车辆次级电力系统故障的情况下，可以使用切换装置以便转换到次级切换位置，从而使得现在借助于备用电池对于车辆次级电力系统的电力支持变得可能。
用于支持车辆主电力系统和车辆次级电力系统的单个共用备用电池的使用允许省却用于支持车辆次级电力系统的第二单独备用电池。省却第二单独备用电池导致成本和重量方面的高节省可能性，并且此外减少了这种车辆电力系统布置的空间需求。然而，以与已知的解决方案相同的方式来保持由两个单独车辆电力系统(即，呈车辆主电力系统和车辆次级电力系统的形式)提供的冗余性。
对于车辆电力系统布置的构型而言，特别小心地确保单独的电力负载被有意义地并且有利地分配在两个负载组以及因此两个车辆电力系统上。具体地讲，电学上重要的或安全性相关的电力负载优选地被连接至车辆主电力系统，并且因此作为主负载组的部分。具体地讲，在冗余需求的情况下，与这两个车辆电力系统的连接是可能的。
进一步地，应该指出的是，单独的电力负载尤其是车辆的功能负载，并且明显并非是以电力方式的针对电力驱动的车辆的驱动马达。电力负载可以例如是传感器、致动器或控制器，以便为机动车辆提供自动化或半自动化的驾驶功能。为此，电池装置可以以高压电池的形式提供可适用的电力。
可以有利的是，在根据本发明的车辆电力系统布置的情况下，切换装置具有监测装置，该监测装置用于监测这两个车辆电力系统的可操作性，并且用于控制该主切换位置和该次级切换位置。监测装置尤其用于监测这两个车辆电力系统的电压情况和/或电流情况。一旦车辆次级电力系统的可操作性此时受到限制并且这还可被监测装置识别，就可以使用(可以被配置为控制器和/或调节功能的)控制功能来将切换装置从主切换位置转换到次级切换位置。在这个次级切换位置中，备用电池现在因此是车辆次级电力系统的部，并且用于在这种特殊情况下、在这个故障情况下对车辆次级电力系统提供电力支持。
可获得的进一步的优点是，在根据本发明的车辆电力系统布置中，该车辆主电力系统经由主变压器被导电地连接至该电池装置，并且该车辆次级电力系统经由次级变压器被导电地连接至该电池装置。具体地讲，变换器是电力变换器，这些电力变换器优选地被配置为DC/DC变换器。这两个变换器在这种情况下是用于这两个系统的单独的变换器，并且尤其适用于控制或控制和/或调节可适用的功率下降。
此外，有利的是，如果在根据本发明的车辆电力系统布置中，该主变压器和/或该次级变压器具有微调装置，该微调装置用于对该车辆主电力系统与该车辆次级电力系统之间的电压进行微调。因此，这种微调装置同样尤其用于监测这两个车辆电力系统的功能、尤其用于监测这两个车辆电力系统的电压。为了确保在故障情况下使备用电池的切换装置的简单、迅速以及以上所有的安全转换变得可能，目的是使车辆主电力系统与车辆次级电力系统之间的电压差异不是太大。微调装置用于均衡或微调这个电压差异，并且优选地用于保持该电压差异低于预先限定的微调阈值。在此情况下，该微调装置不仅可以是一个或两个变换器的部分，而且还可以被配置为单独的装置。
此外，有利的是，在根据本发明的车辆电力系统布置中，该次级负载组的至少一个电力负载相对于该主负载组的对应的电力负载被冗余地配置。除了上面段落中说明的方案之外或作为其替代方案，还可以以双重以及因此冗余的方式在这两个负载组中提供安全性相关的电力负载。因此，不仅对连接至相应的车辆电力系统的选择提供冗余，而且对相应的安全性相关的电力负载的可操作性提供冗余。
此外，有利的是，在根据本发明的车辆电力系统布置中，该次级负载组的这些电力负载的最大功率下降小于与该电池装置的电力连接的相关联的功率传输。具体地通过已经说明的变换器以电力的方式限定这个电力连接的功率传输。由于在标准操作过程中车辆次级电力系统此时未被连接至备用电池，一般说来，次级负载组的电力负载的最大功率下降的智能减小确保在车辆次级电力系统中不出现需要备用电池的备用情况。然而，一旦在车辆主电力系统故障的情况下还可以在车辆次级电力系统中记录增大的功率下降，就可以通过将切换装置适用地转换到次级切换位置来纠正这个问题。
本发明的主题同样是一种用于运行根据本发明的车辆电力系统布置的方法，该方法具有以下步骤：
-监测这两个车辆电力系统的运行，
-在该车辆次级电力系统中识别出故障的情况下，将该切换装置从该主切换位置转换到该次级切换位置。
根据本发明的方法对根据本发明的车辆电力系统布置的运行的应用获得了如参照根据本发明的车辆电力系统布置已经详细说明的相同优点。
根据本发明的方法可以开发出的效果是，对车辆主电力系统和车辆次级电力系统中的电压进行监测，并且对这两个监测到的电压进行微调。这避免了当切换装置在车辆主电力系统与车辆次级电力系统之间转换时突然的电压变化。例如，这种微调可以与阈值相关，该阈值预先限定或准许车辆主电力系统的电压与车辆次级电力系统的电压之间的最大电压差。
附图说明
从以下说明中得出本发明另外的优点、特征和细节，其中参照附图对本发明的示例性实施例进行详细说明。在这种情况下，在如上项1-9和说明书中提到的这些特征各自可以单独地就其本身而言或以任何组合对本发明来说是必不可少的。在这些附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的车辆电力系统布置的实施例，并且
图2示意性地示出了次级切换位置中图1的实施例。
具体实施方式
图1和图2示出了根据本发明的车辆电力系统布置10的第一实施例。在这个车辆电力系统布置10中，提供了呈高压电池形式的电池装置20，该电池装置为多个电力负载12提供充足的电力。在此情况下，单独的电力负载12以智能的方式被分配在两个不同的车辆电力系统(即，车辆主电力系统30和车辆次级电力系统40)上。安全性相关的电力负载12被具体地指配给主负载组32的部分，并且因此指配给车辆主电力系统30。为了确保来自电池装置20的对应的功率下降，车辆主电力系统30经由主转换器34被导电地连接至电池装置20，并且车辆次级电力系统40经由次级转换器44被导电地连接至电池装置20。在正常操作过程中，作为备用选项，备用电池50经由切换装置60(如图1所示，通过主切换位置PS)被提供用于车辆主电力系统30的备用选项。
在正常操作过程中，如通过图1所示，备用选项因此以电力方式通过备用电池50被提供给车辆主电力系统30。然而，如果借助于监测装置62检测到车辆次级电力系统40中的故障(例如，电压下降)，则切换装置60起作用而转换到次级切换位置SS。现在通过图2示出针对图1的实施例的可适用的切换位置。在此情况下，切换装置60处于次级切换位置SS，这意味着借助于备用电池50，该电力备用功能现在对次级负载组42和车辆次级电力系统40具有影响。
除了纯粹的转换功能之外，图1和图2的实施例还在主转换器34与次级转换器44之间提供了微调装置70。这个微调装置70用于减小车辆主电力系统30与车辆次级电力系统40之间的电压差，并且尤其用于保持该电压差低于预先限定的微调阈值。在切换装置60的转换运动的情况下，如参照图1和图2已经说明的，这确保在主切换位置PS与次级切换位置SS之间的转换过程中避免不希望的突然高的电压变化。
实施例的以上解释仅基于实例描述本发明。自然，这些实施例的单独的特征在技术上有意义的条件下可以彼此自由组合而不脱离本发明的范围。

Claims (9)

1.一种用于机动车辆的车辆电力系统布置(10)，该车辆电力系统布置具有电池装置(20)，车辆主电力系统(30)和至少一个车辆次级电力系统(40)被导电地连接至该电池装置，其中，该车辆主电力系统(30)具有主负载组(32)，并且该车辆次级电力系统(40)具有次级负载组(42)，其中进一步地，备用电池(50)经由切换装置(60)被连接至该车辆主电力系统(30)和该车辆次级电力系统(40)，并且该切换装置(60)具有用于导电地连接至该车辆主电力系统(30)的至少一个主切换位置(PS)以及用于导电地连接至该车辆次级电力系统(40)的次级切换位置(SS)。
2.如权利要求1所述的车辆电力系统布置(10)，其特征在于，该切换装置(60)具有监测装置(62)，该监测装置用于至少监测这两个车辆电力系统(30，40)的可操作性且用于控制该主切换位置(PS)和该次级切换位置(SS)。
3.如以上权利要求中任一项所述的车辆电力系统布置(10)，其特征在于，该车辆主电力系统(30)经由主变压器(34)被导电地连接至该电池装置(20)，并且该车辆次级电力系统(40)经由次级变压器(44)被导电地连接至该电池装置(20)。
4.如权利要求3所述的车辆电力系统布置(10)，其特征在于，该主变压器(34)和/或该次级变压器(44)具有微调装置(70)，该微调装置用于对该车辆主电力系统(30)与该车辆次级电力系统(40)之间的电压进行微调。
5.如权利要求1或2所述的车辆电力系统布置(10)，其特征在于，该次级负载组(42)的至少一个电力负载(12)相对于该主负载组(32)的对应的电力负载(12)冗余地配置。
6.如权利要求1或2所述的车辆电力系统布置(10)，其特征在于，该次级负载组(42)的这些电力负载(12)的最大功率下降小于与该电池装置(20)的电力连接的相关联的功率传输和/或该次级变压器(44)的相关联的功率传输。
7.一种用于运行具有权利要求1至6之一的特征的车辆电力系统布置(10)的方法，该方法具有以下步骤：
-监测该车辆主电力系统(30)的运行，
-在该车辆次级电力系统(40)中识别出故障的情况下，将该切换装置(60)从该主切换位置(PS)转换到该次级切换位置(SS)。
8.如权利要求7所述的方法，该方法涉及该车辆主电力系统(30)和该车辆次级电力系统(40)中的电压的监测以及这两个监测到的电压的微调。
9.如权利要求7和8中的任一项所述的方法，该方法涉及当该切换装置(60)被转换到该次级切换位置(SS)时，将该备用电池(50)转换到该车辆次级电力系统(40)以便在尤其由于该次级变压器(44)中的电压降造成该车辆次级电力系统(40)故障的情况下支持该次级负载组(42)的电力负载(12)。
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