CN110035919A - 具有电动机的机动车、尤其是混合动力车辆或电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括电动机(2)的机动车、尤其是混合动力车辆或电动车辆，包括具有高压储能器(3)的高压车载电网(1)以及用于为机动车中的一定数量的耗电器(7、8、9)供电的低压车载电网(10)，通过该高压储能器为电动机(2)提供用于驱动机动车的电能，其中，设置电信号导线(SI)，该信号导线在机动车的正常运行中通过低压车载电网(10)的电压通电，并且在不通电时引起高压储能器(3)与高压车载电网(1)的分离。所述信号导线(SI)从低压车载电网(10)通向高压车载电网(1)，并且设置中断装置，以便响应于控制信号(CS)中断信号导线(SI)，该控制信号由机动车的控制器(8)在机动车转入区别于机动车正常运行的紧急运行状态时发出。所述中断装置包括信号导线(SI)中的熔断保险丝(FU)和电阻(R)以及第一和第二开关(S1、S2)。在信号导线(SI)的从低压车载电网(10)向高压车载电网(1)延伸的预定方向(P)上，熔断保险丝(FU)设置在电阻(R)上游。第一开关(S1)设置在第一电导线(L1)中，该导线将信号导线(SI)在预定方向(P)上在电阻(R)下游的连接点(AP)处与地线(GND)连接。第二开关(S2)设置在第二电导线(L2)中，该导线将信号导线(SI)在熔断保险丝(FU)和电阻(R)之间的连接点(AP')处与地线(GND)连接。中断装置被配置成，使得第一和第二开关(S1、S2)在机动车的正常运行中打开，并且响应于控制信号(CS)闭合，以便通过断开熔断保险丝(FU)来中断信号导线(SI)。

Description

具有电动机的机动车、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动机的机动车、尤其是混合动力车辆或电动车辆。
背景技术
仅使用或在需要时使用电动机来驱动的机动车通常包括具有高压储能器的高压车载电网，借助该高压储能器为电动机供电。这种机动车还包括具有低压储能器的低压车载电网。通过低压车载电网为机动车中的耗电器供电。在此已知在机动车的正常运行中电信号导线通过低压车载电网通电。在紧急运行中，该电信号导线被中断，于是高压储能器与高压车载电网的其余部分分离。
为了分离上述电信号导线，在现有技术中使用高温热元件(pyrotechnischeElemente)，其也分离低压车载电网和发电机之间的负载路径。虽然高温热元件可确保快速分离高负载，但它们耗费且昂贵。因此，在上述信号导线中应尽可能用其它能继续确保短的开关时间的元件来代替高温热元件。
文献DE 102010029806 A1公开了一种用于车辆的电气系统，其包括用于驱动车辆的电源。通过操作开关使电源与车载电网分离并且与短路导线连接。在此在电源中安装分离器，其通过短路导线中的短路电流的热量断开短路导线。
发明内容
本发明的任务在于提供一种具有电动机的机动车，其高压储能器可通过由低压车载电网馈电的信号导线简单且快速地与高压车载电网分离。
所述任务通过根据权利要求1的机动车来解决。本发明的扩展方案在从属权利要求中定义。
根据本发明的机动车配备有用于驱动机动车的电动机。电动机在此必要时也可用于在发电机运行中回收能量。根据本发明的机动车包括具有高压储能器的高压车载电网，通过该高压储能器为电动机提供电能。此外，在机动车中设置用于为一定数量的耗电器供电的低压车载电网，该低压车载电网具有低压储能器。这里和下面的术语“高压储能器”和“低压储能器”应理解为提供直流电压和因此直流电的储能器。因此，为了驱动电动机在中间连接逆变器。优选地，高压储能器和/或低压储能器是电池。
在根据本发明的机动车中设置电信号导线，该信号导线在机动车的正常运行中通过低压车载电网的电压通电并且在不通电时引起高压储能器与高压车载电网的分离。信号导线从低压车载电网通向高压车载电网。在机动车中还设置中断装置，以便响应于控制信号而中断信号导线，该控制信号由机动车的控制器在机动车转入区别于机动车正常运行的紧急运行状态时发出。
根据本发明的机动车的特征在于中断装置的新型设计。中断装置包括设置在信号导线中的熔断保险丝和电阻以及第一和第二开关，所述第一和第二开关优选是半导体开关、如晶体管。
在信号导线的从低压车载电网向高压车载电网延伸的预定方向上，熔断保险丝设置在电阻上游。另外，第一开关设置在第一电导线中，该第一电导线将信号导线在预定方向上在电阻下游的连接点处与地线连接。与此相对，第二开关设置在第二电导线中，该第二电导线将信号导线在熔断保险丝和电阻之间的连接点处与地线连接。中断装置被配置成，使得第一和第二开关在机动车的正常运行中打开并且响应于控制信号闭合。在所述开关的闭合状态中，信号导线通过熔断保险丝的断开而中断。换句话说，第一和第二开关的闭合导致信号导线中的短路电流，该短路电流引起熔断保险丝熔化并因此引起信号导线的分离。
本发明的优点在于：上面描述的第一开关在其闭合后立即将信号导线上的电流导向地线，从而在信号导线上不再有电流流向高压车载电网。以这种方式第一开关桥接直到熔断保险丝熔化的时段，从而在第一和第二开关闭合时已经停止向高压车载电网供电，尽管熔断保险丝还没有分离信号导线。在特定时段之后，熔断保险丝熔化并且因此使信号导线不可逆地分离，不可逆地分离对于在紧急运行状态中的有效保护是强制需要的。根据本发明的中断装置构成用于昂贵的高温热元件的替代解决方案并且在这个意义上可理解为电仿真高温热保险丝。在此达到与高温热元件一样快的开关时间，但所述中断装置比高温热元件要便宜得多。
在一种特别优选的实施方式中，机动车的高压车载电网包括一个或多个开关构件，所述一个或多个开关构件可通过信号导线控制，所述一个或多个开关构件在信号导线通电时闭合，并且在信号导线不通电时打开，以便由此分离高压储能器与高压车载电网。开关构件在此可不同地构造。优选地，开关构件的至少一部分并且尤其是所有开关构件是接触器。
在根据本发明的机动车的另一种变型方案中，高压车载电网包括用于将来自高压储能器的电流供应到低压车载电网的DC-DC转换器，该DC-DC转换器在信号导线通电时被激活并且在信号导线不通电时停用。在DC-DC转换器的停用状态中，低压储能器与高压储能器分离。借助本发明的这种变型方案，在机动车的紧急运行状态中，也通过信号导线解耦低压储能器与高压车载电网。
在另一种特别优选的实施方式中，机动车包括用于识别紧急运行状态的传感装置，控制器被设计成，使得控制器在通过传感装置识别到紧急运行状态时输出控制信号，以用于闭合第一和第二开关。传感装置可根据设计形式而集成在控制器中或也可与控制器分离。优选地，传感装置是事故传感装置，所述事故传感装置借助一定数量的传感器识别机动车事故作为紧急运行状态。传感器在此以本身已知的方式例如可包括转速传感器和/或加速度传感器。控制器在本发明的一种优选变型方案中是安全气囊控制器。
在另一种特别优选的实施方式中，低压车载电网具有60V或更低、尤其是12V的电压。与此相对，高压车载电网优选具有大于60V、尤其是在大于60V且最大1500V之间的电压、特别优选在300V和1500V之间的电压、并且优选400V的电压。此外，优选地，机动车构造成，使得信号导线在机动车的正常运行中以20mA或更小的电流通电。上面描述的电阻在一种优选变型方案中介于100Ω和1000Ω之间。
附图说明
下面参考图1详细阐述本发明的实施例。该图示出具有用于在根据本发明的机动车的一种实施例中分离电信号导线的中断装置的示意性电路图。
具体实施方式
下面借助机动车说明本发明的一种实施方式，该机动车可借助电动机电驱动，该电动机通过高压电池形式的高压储能器供电。电动机在此在需要时也可作为发电机运行并且在回收运行中产生电能，该电能随后被存储在高压电池中。
图1以示意图示出相应机动车的对本发明重要的部件。该车辆包括高压车载电网1，其包括上面已经描述的电动机2和高压电池3。高压车载电网1还包括整体以附图标记4表示的多个接触器以及DC-DC转换器5，该DC-DC转换器将来自高压电池的直流电转换成具有低电流强度的直流电，以便将该直流电供应给以附图标记6表示的低压车载电网10的低压电池。为清楚起见，DC-DC转换器5和低压电池6之间的电连接未在图1中示出。在在此所描述的实施方式中，高压车载电网1的电压约为400V。与此相对，低压车载电网10具有约12V的电压Ubatt。
借助低压车载电网10为机动车中的不同耗电器供电，在图1中仅示意性示出几个这种耗电器7。耗电器可根据运行模式通过低压电池5或通过低压车载电网中的发电机馈电。耗电器例如可以是机动车中的导航系统、机动车中的辅助系统、机动车的照明装置等。另外，下面描述的控制器8和下面描述的事故传感装置9也构成耗电器，它们通过低压车载电网10馈电。在低压车载电网10和高压车载电网1之间延伸有处于电势Ubatt上的电信号导线SI。信号导线SI在图1的显示中从低压车载电网首先垂直向下延伸至连接点AP'并且随后从该连接点沿水平方向向右延伸至高压车载电网1。该延伸方向在图1中通过箭头P表示。在机动车的正常运行中，信号导线以20mA至100mA之间的范围内的低电流通电。
此外，借助信号导线SI控制接触器4以及DC-DC转换器5。当信号导线SI通电时，接触器4闭合并且DC-DC转换器5被激活。在信号导线SI不通电时，接触器4打开，由此高压电池2与其余的高压车载电网1分离。此外，在信号导线SI不通电时，DC-DC转换器停用。因此通过改变信号导线SI的通电实现机动车中用于断开高压车载电网1的保护功能。
为了在发生事故时中断信号导线SI，设置进行快速响应的中断电路，该中断电路包括熔断保险丝FU、电阻R以及两个开关S1和S2。在图1所示实施方式中，电阻和开关构成安全气囊控制器8的一部分，安全气囊控制器在发生事故的情况下通过相应的控制信号CS打开两个开关S1和S2。为此控制器8与事故传感装置9通信，如双向箭头DP所示。事故传感装置以本身已知的方式包括一定数量的传感器，通过所述一定数量的传感器识别机动车的事故。这些传感器还包括加速度传感器和转速传感器。当通过事故传感装置9识别到事故时，安全气囊控制器8一方面触发机动车中的安全气囊并且另一方面将控制信号CS发送至开关S1和S2，所述开关随后闭合。开关S1和S2是本身已知的半导体开关、如FET(场效应晶体管)。
开关S1设置在导线L1中，该导线在电阻R下游的连接点AP处与地线或者说GND连接。与此相对，开关S2设置在导线L2中，该导线在熔断保险丝FU和电阻R之间的连接点AP'处与信号导线SI连接。电阻R介于100Ω和1000Ω之间。通过所示出的、包括熔断保险丝FU、电阻R和开关S1和S2的中断电路导线SI可非常快速地切换为无电流，这在仅使用熔断保险丝FU时是不可能的。与在仅使用熔断保险丝FU进行中断时的20至30ms相比，电流中断的反应时间在小于100μs的范围内。因此，导线中断以与通常使用的高温热开关(Pyroschalter)类似快的速度进行，但中断装置的成本要低得多。
下面描述通过中断装置的中断导线SI电流的作用方式。在发生事故时，首先两个开关S1和S2借助相应控制信号CS闭合。闭合的开关S1在此引起信号导线SI上的电流经电阻R流向地线GND，从而不再有电流流向高压车载电网。此外，短路电流经熔断保险丝FU和导线L2从低压车载电网10流向地线。这导致熔断保险丝FU熔化并因此导致信号导线SI的不可逆分离。但熔断保险丝需要一定的反应时间才能熔断。而为了在开关S1和S2闭合后立即停止通过信号导线的供电，使用上面描述的开关S1，该开关在闭合后立即将电流导向地线，直至熔断保险丝FU基于短路电流熔化并且分离信号导线SI。
上述本发明的实施方式具有一系列优点。尤其是不必使用昂贵的高温热元件作为保险丝用来分离高压电池与高压车载电网。相反，可为此使用包括熔断保险丝、电阻和开关的低成本中断电路，但该中断电路反应时间却处于高温热元件的反应时间范围内。此外，正如高温热保险丝(Pyrosicherung)那样通过熔断保险丝来确保信号路径分离的不可逆性。
附图标记列表
1 高压车载电网
2 电动机
3 高压电池
4 接触器
5 DC-DC转换器
6 低压电池
7 耗电器
8 安全气囊控制器
9 事故传感装置
10 低压车载电网
FU 熔断保险丝
R 电阻
SI 电信号导线
S1、S2 开关
L1、L2 电导线
CS 控制信号
AP、AP' 连接点
P 箭头
DP 双向箭头
GND 地线
Ubatt 低压车载电网的电压

Claims (10)

1.一种包括电动机(2)的机动车、尤其是混合动力车辆或电动车辆，包括具有高压储能器(3)的高压车载电网(1)以及用于为机动车中一定数量的耗电器(7、8、9)供电的低压车载电网(10)，通过所述高压储能器为电动机(2)提供电能以用于驱动机动车，其中，所述低压车载电网(10)包括低压储能器(6)，其中，设置电信号导线(SI)，该信号导线在机动车的正常运行中通过低压车载电网(10)的电压通电并且在不通电时引起高压储能器(3)与高压车载电网(1)的分离，其中，所述信号导线(SI)从低压车载电网(10)通向高压车载电网(1)，并且设置中断装置，以便响应于控制信号(CS)中断信号导线(SI)，该控制信号由机动车的控制器(8)在机动车转入区别于机动车正常运行的紧急运行状态时发出，其特征在于，
-所述中断装置包括信号导线(SI)中的熔断保险丝(FU)和电阻(R)以及包括第一和第二开关(S1、S2)；
-在信号导线(SI)的从低压车载电网(10)向高压车载电网(1)延伸的预定方向(P)上，熔断保险丝(FU)设置在电阻(R)上游；
-第一开关(S1)设置在第一电导线(L1)中，该第一电导线将信号导线(SI)在预定方向(P)上在电阻(R)下游的连接点(AP)处与地线(GND)连接；
-第二开关(S2)设置在第二电导线(L2)中，该第二电导线将信号导线(SI)在熔断保险丝(FU)和电阻(R)之间的连接点(AP')处与地线(GND)连接；
-中断装置被配置成，使得第一和第二开关(S1、S2)在机动车的正常运行中打开，并且响应于控制信号(CS)闭合，以便通过断开熔断保险丝(FU)来中断信号导线(SI)。
2.根据权利要求1所述的机动车，其特征在于，所述第一和/或第二开关(S1、S2)是半导体开关。
3.根据权利要求1或2所述的机动车，其特征在于，所述高压车载电网(1)包括一个或多个开关构件(4)，所述一个或多个开关构件能通过信号导线(SI)控制，所述一个或多个开关构件(4)在信号导线(SI)通电时闭合，并且所述一个或多个开关构件在信号导线(SI)不通电时打开，以便由此分离高压储能器(3)与高压车载电网(1)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的机动车，其特征在于，所述高压车载电网(1)包括用于将来自高压储能器(3)的电流供应到低压储能器(6)的DC-DC转换器(5)，该DC-DC转换器(5)在信号导线(SI)通电时被激活并且在信号导线(SI)不通电时停用。
5.根据前述权利要求中任一项所述的机动车，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装置(9)，控制器(8)设计成，使得控制器在通过传感装置(9)识别到紧急运行状态时输出用于闭合第一和第二开关(S1、S2)的控制信号(CS)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的机动车，其特征在于，所述传感装置(9)是事故传感装置，所述事故传感装置借助一定数量的传感器识别机动车事故作为紧急运行状态。
7.根据前述权利要求中任一项所述的机动车，其特征在于，所述低压车载电网(10)具有60V或更低、尤其是12V的电压(Ubatt)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的机动车，其特征在于，所述高压车载电网(1)具有大于60V、尤其是在大于60V且最大1500V之间的电压并且优选为400V的电压。
9.根据前述权利要求中任一项所述的机动车，其特征在于，所述机动车设计成，使得信号导线(SI)在机动车的正常运行中以100mA或更小的电流通电。
10.根据前述权利要求中任一项所述的机动车，其特征在于，所述信号导线(SI)中的电阻(R)介于100Ω和1000Ω之间。
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