CN110023131B - 具有电机的机动车、尤其是混合动力车辆或电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有电机的机动车，所述机动车包括具有高压蓄能器的高压车载电网以及用于为在机动车中的多个用电器供电的低压车载电网，通过所述高压蓄能器为用于驱动机动车的电机提供电能，在低压与高压车载电网之间设有电气的信号路径，所述信号路径通过低压车载电网的电压馈电。机动车的控制器配置为用于在信号路径上引起从第一到第二信号状态的预定的信号转换，第一信号状态表明机动车的正常运行，第二信号状态表明机动车的偏离正常运行的紧急运行状态。高压车载电网配置为用于响应于预定的信号转换将高压蓄能器与高压车载电网断开。信号路径包括第一和第二信号线，预定的信号转换包括在第一和第二信号线的每个信号线上的信号电平的转换。

Description

具有电机的机动车、尤其是混合动力车辆或电动车辆
技术领域
本发明涉及一种具有电机的机动车、特别是混合动力车辆或电动车辆。
背景技术
可以利用电机驱动的机动车通常具有包括高压蓄能器的高压车载电网，所述蓄能器给电机输送电能。在机动车的紧急运行状态下、例如在存在事故的情况下可以确保高压蓄能器快速且安全地与高压车载电网的剩余部分断开。为此使用断开元件、例如烟火技术元件或电磁接触器。
为了切断高压车载电网，可以在使用机动车的具有低压蓄能器的低压车载电网的情况下使用信号装置。在此，所述信号传输应该尽量快，以便以小的延迟停用高压车载电网。此外信号传输应该可靠，以便禁止由于在信号传输中发生故障而引起的高压车载电网的意外的切断。
文献DE 10 2010 029 806 A1公开了一种用于具有驱动车辆用的电源的车辆的电气系统。通过操作开关将电源与车载电网断开并且与短路线相连接。在此，在电源中安装有分离器，所述分离器通过在短路线中的短路电流的热量引起短路线的断开。
发明内容
本发明的任务在于，在机动车中借助于经由低压车载电网的信号装置实现高压车载电网的可靠的切断。
所述任务通过按照本发明的机动车解决。
按照本发明的机动车装备有电机，所述电机提供用于机动车的驱动。在此，所述电机可以持续地用于机动车的驱动，或者所述电机也可以仅在需要时接通。因此，机动车可以是纯电动车辆亦或混合动力车辆。在机动车中设有具有高压蓄能器的高压车载电网，通过所述高压蓄能器为电机提供电能。
此外，机动车包括低压车载电网，所述低压车载电网用于为机动车中的多个用电器供电，其中，所述低压车载电网包括低压蓄能器。在此和以下，高压蓄能器和低压蓄能器可以理解为这样的蓄能器，所述蓄能器提供直流电压和因此提供直流电流。因此为了驱动电机在中间连接逆变器。优选地，所述高压蓄能器和/或低压蓄能器是电池。
在按照本发明的机动车中，所述低压车载电网特别具有60V或更小、优选12V的电压。与此相对地，所述高压车载电网优选具有超过60V的电压，特别是在多于60V至最大1500V之间、优选在300V至1500V之间并且特别优选400V的电压。
在按照本发明的机动车中，在低压车载电网与高压车载电网之间设有电气的信号路径，所述信号路径通过低压车载电网的电压馈电。此外，机动车的控制器配置为用于在信号路径上引起从第一信号状态到第二信号状态的预定的信号转换，其中，所述第一信号状态表明机动车的正常运行，而第二信号状态表明机动车的偏离正常运行的紧急运行状态。机动车的高压车载电网配置为用于响应于所述预定的信号转换将高压蓄能器与高压车载电网(的剩余部分)断开。必要时，响应于预定的信号转换也可以切断在高压车载电网中的其它高压用电器。
按照本发明的机动车的特征在于，所述信号路径包括第一信号线和第二信号线，并且在信号路径上的预定的信号转换包含信号电平的转换，并且特别是在第一信号线和第二信号线的每个信号线上的电平的转换。换句话说，为了切断高压车载电网需要在两个信号线上改变信号电平。由此实现非常可靠的信号传输，所述信号传输即使在一个信号线上存在错误时也不导致高压蓄能器与高压车载电网的意外的断开。
在按照本发明的机动车的一种特别优选的实施形式中，不仅第一信号线而且第二信号线分别由低压车载电网馈电，其中，第一信号线包括第一开关，所述第一开关为了断开和连接第一信号线而能通过控制器来操纵，而第二信号线包括第二开关，所述第二开关为了断开和连接第二信号线而能通过控制器来操纵。在所述实施形式中，同时操作第一开关和第二开关引起在信号路径上预定的信号转换。按照本发明的所述变型方案，以简单的方式通过相应的开关实现预定的信号转换。在此，所述开关优选构造为半导体开关、例如晶体管。
在刚刚描述的实施形式的一种优选变型方案中，在预定的信号转换时第一开关和第二开关闭合，亦即从机动车的正常运行中两个开关都打开的开关位置转换到两个开关都闭合的开关位置。然而也可能的是，在预定的信号转换时第一开关和第二开关打开，从而在机动车正常运行时两个开关都闭合。同样在另一种构造形式中，在预定的信号转换时，第一开关和第二开关中的一个开关可以打开，而第一开关和第二开关中的另一个开关可以闭合。
此外在按照本发明的机动车的一种特别优选的实施形式中，设有逻辑分析单元，所述逻辑分析单元具有一个用于第一信号线的输入端和一个用于第二信号线的输入端以及一个输出端，其中，仅预定的信号转换能在输出端处触发预定的信号电平的输出，并且所述预定的信号电平引起高压蓄能器与高压车载电网的断开。由此以简单的方式通过单独的预定的信号电平引起高压车载电网的切断。
在刚刚描述的实施形式中的逻辑分析单元可以以不同的类型实现。在一种优选的变型方案中，所述逻辑分析单元是与逻辑元件，其中，根据信号路径的构造形式，所述与逻辑元件的各输入端中一个或两个或者必要时也没有输入端可以是反向输入端。此外也可能的是，所述逻辑分析单元构造为其它逻辑元件，例如构造为或逻辑元件或构造为多个逻辑元件的组合。
在按照本发明的机动车的另一种优选的变型方案中，所述信号路径能通过控制器切换到用于检验第一信号线的第一测试状态并且能切换到用于检验第二信号线的第二测试状态。从相应于机动车的正常运行的第一信号状态出发，通过仅在第一信号线和第二信号线中的一个信号线上的信号电平的转换来占据第一测试状态。与此相反地，从第一信号状态出发，通过仅在第一信号线和第二信号线中的另一个信号线上的信号电平的转换来占据第二测试状态。本发明的所述变型方案能以简单的方式实现检验相应信号线的功能作用。在此，在相应的测试状态中借助于测试器测量信号电平，并且将其与预期的信号电平相比较。在此，所述测试器可以是连接在机动车上的外部测试器，或者可以是已经集成在机动车内的。
在另一种优选的变型方案中，所述机动车包括用于识别紧急运行状态的传感机构，其中，所述控制器构造为使得其在通过传感机构识别出紧急运行状态时引起预定的信号转换。优选地，所述传感机构是事故传感机构，所述事故传感机构借助于多个传感器(例如借助加速度传感器和/或转矩传感器)将机动车的事故识别为紧急运行状态。
在按照本发明的机动车的另一种优选的实施形式中，在所述高压车载电网中设有用于将高压蓄能器与高压车载电网断开的一个或多个断开元件。相应的断开元件优选是不可逆的断开元件，以便实现在紧急运行状态中安全地断开。例如相应的断开元件可以是烟火技术元件。
附图说明
以下根据所附的图1详细地描述本发明的一个实施例。该附图以示意图示出在按照本发明的机动车的一个实施形式中的电路图，以用于将高压蓄能器与高压车载电网断开。
具体实施方式
以下根据如下机动车来描述本发明的一个实施形式，所述机动车可以通过安装在其中的电机来驱动。在此，所述机动车可以不仅是纯电动车辆，而且可以是混合动力车辆。电机必要时也可以在能量回收运行中使用，在所述能量回收运行中所述电机作为发电机工作，并且可以从机动车的运动产生电流，所述电流存储在高压蓄能器中。
在图1的示图中，机动车的电机利用附图标记2来标记。所述电机是高压车载电网1的组成部分，所述高压车载电网具有运行电压约600V的高压电池3形式的高压蓄能器。所述高压电池给电机2馈电，以便由此驱动机动车。此外，高压车载电网1包括以烟火技术元件4形式的不可逆的开关，在紧急情况下和特别是在存在事故的情况下，将高压电池3与高压车载电网1的剩余部分利用所述烟火技术元件来断开。事故的出现通过合适的事故传感机构探测，如再下面还更详细地说明的那样。
除了高压车载电网1以外，机动车包括具有低压电池5的低压车载电网10，其中，低压车载电网的运行电压和因此低压电池的运行电压也处于大约12V。低压车载电网的电压在图1中以Ubatt标记。低压车载电网给在机动车中的不同用电器馈电，其中示例性地，一些这样的用电器以附图标记6标记。用电器可以按照运行方式通过低压电池5亦或通过在低压车载电网中的发电机馈电。此外，用电器包括导航系统、驾驶员辅助系统、机动车的照明系统以及诸如此类。再下面描述的事故传感机构7和再下面描述的安全气囊控制器8也是用电器，所述用电器通过低压车载电网10馈电。
安全气囊控制器8与事故传感机构7相互作用，如通过双向箭头DP在图1中所表明的那样。在此，事故传感机构通过不同的传感器、特别是通过加速度传感器和转速传感器识别机动车的事故。将这些传感器的传感器信号输送给安全气囊控制器8，所述安全气囊控制器在所述传感器信号指示事故的情况下在机动车中触发安全气囊。在所述情况下，安全气囊控制器8还引起在高压车载电网1中操纵烟火技术元件4，以便由此通过高压电池3的断开来切断高压车载电网。为了实现所述切断，在安全气囊控制器8与高压车载电网1之间构成有信号路径。与现有技术不同，所述信号路径包括两个信号线Sl1和Sl2。两个信号线输送低压车载电网10的电压Ubatt。信号线Sl1通过开关S1和电阻R1将电压Ubatt引导至接地端GND。开关S1在机动车正常运行中处于打开状态。信号线Sl2通过电阻R2和开关S2将电压Ubatt引导至接地端GND。与开关S1完全相同，开关S2在机动车的正常运行中是打开的。所述两个开关S1和S2优选是半导体开关、例如是FET(FET＝场效应晶体管)。
此外，信号线Sl1引导至与分析逻辑器件9的非反向输入端I1，而信号线Sl2引导至与分析逻辑器件9的反向输入端I2。在图1中示出的带有打开的开关S1和S2的机动车的正常运行中，输入端I1处于接地并且因此处于低电平上。与此相对地，在输入端I2处存在电压Ubatt并且因此存在高电平。在此，对于逻辑分析单元，接地电势相应于逻辑零，而电压Ubatt相应于逻辑一。通过反向输入端I2，逻辑一反向成逻辑零。因此，在与分析逻辑器件9的图1中示出的开关状态中提供两个逻辑零，从而在分析逻辑器件的输出端O处存在逻辑零。在此要注意的是，仅在通过输出端O输出逻辑一的情况下才触发烟火技术元件4的操纵，以用于将高压电池3与高压车载电网1断开。
如果现在机动车出现事故，通过控制器8引起所述两个开关S1和S2的闭合，从而在所述两个信号线Sl1和Sl2上的信号电平变化。结果，在信号线Sl1上存在电池电压Ubatt并且因此存在逻辑一，而信号线Sl2处于接地并且因此处于逻辑零。所述逻辑零通过反向输入端I2转变成逻辑一，从而给与分析逻辑器件9提供两个逻辑一，从而在输出端O处产生逻辑一。这导致，触发烟火技术元件4并且将高压电池3与高压车载电网1的剩余部分安全地断开。
除了开关S1和S2要么都闭合要么都打开的所述两种开关状态以外，控制器8也可以这样切换开关，使得占据用于信号线Sl1的第一测试模式和占据用于信号线Sl2的第二测试模式。通过连接到导线Sl1和Sl2上的(未示出的)测试器，由此可以检验所述各导线的功能作用。在此，所述测试器可以是机动车的固定安装的组成部分，或者必要时也可以是在需要时连接的外部装置。
在第一测试模式中为了检验导线Sl1，从所述两个开关S1和S2都打开的状态出发仅闭合开关S1。因此在输出端O处继续保持逻辑零，并且不触发烟火技术元件。借助检验在所述状态中电压Ubatt是否实际存在于信号线Sl1上，可以测试该导线的功能作用。
与第一测试模式不同，在第二测试模式中从所述开关S1和S2都打开的位置出发仅闭合开关S2，从而信号线Sl1处于接地电势GND上。因此在输出端O处继续产生逻辑零，从而不触发烟火技术元件。通过检验在所述开关状态中信号线Sl2是否实际处于接地，可以检验该信号导线Sl2的功能作用。
在以下的表格中针对正常运行、紧急运行状态以及第一测试模式和第二测试模式再一次描述在各个信号线Sl1和Sl2上的信号电平。
状态 Sl1 Sl2
正常运行 GND Ubatt
第一测试模式 Ubatt Ubatt
第二测试模式 GND GND
紧急运行模式 Ubatt GND
本发明的在前面阐明的实施形式具有一系列优点。特别是通过使用具有两个信号线的信号路径实现安全的、对干扰不敏感的信号传输。由此在紧急情况下实现将高压电池与高压车载电网可靠地断开，并且不发生烟火技术元件的意外的触发。在此，通过所述各信号线也确保在μs范围内快速的信号传输，从而在存在事故时以较小的迟延进行高压车载电网的切断。此外，使用两个信号线能通过相应的测试模式实现在两个导线上诊断信号传输。
附图标记
1 高压车载电网
2 电机
3 高压电池
4 烟火技术元件
5 低压电池
6 用电器
7 事故传感机构
8 安全气囊控制器
9 与分析逻辑器件
Sl1、Sl2 信号线
S1、S2 开关
Ubatt 低压车载电网的电压
GND 接地端
R1、R2 电阻
DP 双向箭头

Claims (14)

1.具有电机(2)的机动车，所述机动车包括具有高压蓄能器(3)的高压车载电网(1)以及用于为在机动车中的多个用电器(6、7、8)供电的低压车载电网(10)，通过所述高压蓄能器为用于驱动机动车的电机(2)提供电能，其中，所述低压车载电网(10)包括低压蓄能器(5)，其中，在低压车载电网(10)与高压车载电网(1)之间设有电气的信号路径，所述信号路径通过低压车载电网(10)的电压馈电，其中，机动车的控制器(8)配置为用于在信号路径上引起从第一信号状态到第二信号状态的预定的信号转换，其中，所述第一信号状态表明机动车的正常运行，而第二信号状态表明机动车的偏离正常运行的紧急运行状态，并且所述高压车载电网(1)配置为用于响应于预定的信号转换将高压蓄能器(3)与高压车载电网(1)断开；
其特征在于，
所述信号路径包括第一信号线(Sl1)和第二信号线(Sl2)，并且在信号路径上的预定的信号转换包含在第一信号线(Sl1)和第二信号线(Sl2)的每个信号线上的信号电平的转换，
所述信号路径能通过控制器(8)切换到用于检验第一信号线(Sl1)的第一测试状态，并且能切换到用于检验第二信号线(Sl2)的第二测试状态，其中，从第一信号状态出发，通过仅在第一信号线(SI1)和第二信号线(SI2)中的一个信号线上的信号电平的转换来占据第一测试状态，并且通过仅在第一信号线(Sl1)和第二信号线(Sl2)中的另一个信号线上的信号电平的转换来占据第二测试状态。
2.按照权利要求1所述的机动车，其特征在于，所述机动车是混合动力车辆或电动车辆。
3.按照权利要求1所述的机动车，其特征在于，所述第一信号线(Sl1)和第二信号线(Sl2)分别由低压车载电网(10)馈电，其中，第一信号线(Sl1)包括第一开关(S1)，所述第一开关为了断开和连接第一信号线而能通过控制器(8)来操纵，而第二信号线(Sl2)包括第二开关(S2)，所述第二开关为了断开和连接第二信号线(SI2)而能通过控制器(8)来操纵，其中，通过同时操纵第一开关(S1)和第二开关(S2)引起在信号路径上的预定的信号转换。
4.按照权利要求3所述的机动车，其特征在于，在预定的信号转换时，第一开关(S1)和第二开关(S2)闭合；或者第一开关(S1)和第二开关(S2)打开；或者第一开关(S1)和第二开关(S2)中的一个开关打开，而第一开关(S1)和第二开关(S2)中的另一个开关闭合。
5.按照权利要求1至4之一所述的机动车，其特征在于，设有逻辑分析单元(9)，所述逻辑分析单元具有一个用于第一信号线(Sl1)的输入端(I1)和一个用于第二信号线(Sl2)的输入端(I2)以及一个输出端(O)，其中，仅预定的信号转换在输出端(O)处触发预定的信号电平的输出，并且所述预定的信号电平引起高压蓄能器(3)与高压车载电网(1)的断开。
6.按照权利要求1至4之一所述的机动车，其特征在于，所述机动车包括用于识别紧急运行状态的传感机构(7)，其中，控制器(8)构造为使得其在通过传感机构(7)识别出紧急运行状态时引起预定的信号转换。
7.按照权利要求1至4之一所述的机动车，其特征在于，传感机构(7)是事故传感机构，所述事故传感机构借助于多个传感器将机动车的事故识别为紧急运行状态。
8.按照权利要求1至4之一所述的机动车，其特征在于，在所述高压车载电网(1)中设有用于将高压蓄能器(3)与高压车载电网(1)断开的一个或多个断开元件。
9.按照权利要求8所述的机动车，其特征在于，所述断开元件是不可逆的断开元件。
10.按照权利要求9所述的机动车，其特征在于，所述不可逆的断开元件是烟火技术元件。
11.按照权利要求1至4之一所述的机动车，其特征在于，所述低压车载电网(10)具有60V或更小的电压(Ubatt)，和/或所述高压车载电网(1)具有超过60V的电压。
12.按照权利要求11所述的机动车，其特征在于，所述低压车载电网(10)具有12V的电压。
13.按照权利要求11所述的机动车，其特征在于，所述高压车载电网(1)具有在多于60V至最大1500V之间的电压
14.按照权利要求13所述的机动车，其特征在于，所述高压车载电网(1)具有400V的电压。
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