CN113226829A - 供电网络与混合动力车辆 - Google Patents

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CN113226829A CN201980084850.5A CN201980084850A CN113226829A CN 113226829 A CN113226829 A CN 113226829A CN 201980084850 A CN201980084850 A CN 201980084850A CN 113226829 A CN113226829 A CN 113226829A
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Abstract

本文公开了一种用于安装在车辆中的供电网络(1)，其中，供电网络(1)布置成提供第一供电电压，从而以第一供电电压向电连接到该供电网络的电负载供电。供电网络(1)布置成向电负载(6)供电，该电负载(6)构造成以小于第一供电电压的第二供电电压供电。此外，本文还公开了一种车辆，其包括操作地连接到该车辆的这种供电网络(1)。该供电网络允许更环境友好的操作。

Description

供电网络与混合动力车辆
技术领域
本发明涉及一种用于安装在车辆中的供电网络，其中，该供电网络布置成提供第一供电电压，从而为电连接到供电网络的电负载提供第一供电电压。
本发明还涉及一种混合动力车辆，该车辆包括操作地连接到车辆的这种供电网络。
背景技术
关于车辆中的内燃机的法规越来越严格。内燃机提供的废气在进入环境之前必须尽可能多地通过催化剂进行净化。催化剂的性能通常随温度的升高而提高。催化剂的温度通常取决于内燃机温度。因此，在内燃机冷启动后的某个时间段内，催化剂可能仍然太冷而无法提供最佳性能。
因此，具有内燃机的车辆有时采用电加热催化剂(EHC)来对催化剂进行电加热，从而提高其对内燃机提供的废气的清洁效果，而较少依赖于内燃机温度。电加热催化剂是指催化剂包括布置成对催化剂进行加热的电气加热元件，例如加热电阻器或类似物。
混合动力电动车辆(HEV)的内燃机通常会在行驶过程中频繁开启和关闭，这可能不允许内燃机本身将排气系统和催化剂加热至最佳性能。然而，到目前为止，EHC还不能轻易用于混合动力电动车辆，因为安装在混合动力电动车辆中的已知供电网络通常提供约350V直流电的供电电压，而EHC需要的电压通常在10V直流电至50V直流电之间供电，例如12V直流电或48V直流电。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种相比于现有技术有所改进的供电网络和包括这种供电网络的车辆，该供电网络操作地连接到车辆。更具体地，供电网络和车辆应当允许更环境友好的操作。
通过开始描述的供电网络来解决该目的，其中，供电网络布置成向电负载供电，该电负载构造成以小于第一供电电压的第二供电电压供电。
这具有可以在车辆中使用单个供电网络来为具有彼此不同的供电电压需求的电负载供电的效果。换句话说，不必提供多个独立的供电网络，每个供电网络例如具有提供彼此不同的供电电压的电池。此外，例如，不再需要放弃混合动力电动车辆中的低压应用，因为它们现在可以由通常已经提供的高压供电网络供电。因此，供电网络允许更环境友好的操作。
优选实施例构成从属专利权利要求的一部分。
优选地，供电网络包括布置成将第一供电电压转换为第二供电电压的转换器装置。因此，转换器装置优选地操作地连接到供电网络。具有转换器装置允许以简单的方式将第一供电电压降压到小于第一供电电压的第二供电电压，从而为电负载供电，该电负载构造成由来自供电网络的第二供电电压供电。
优选地，供电网络包括布置成提供第一供电电压的第一供电子网和布置成提供第二供电电压的第二供电子网，第一供电子网和第二供电子网经由转换器装置彼此操作地连接。优选地，转换器装置包括逆变器，以将第一供电电压转换为第二供电电压。逆变器可以包括一个或多个变压器绕组。优选地，逆变器包括一个用于接收第一供电电压的一次变压器绕组和至少一个用于提供从第一供电电压降压的第二供电电压的二次变压器绕组。优选地，一次变压器绕组的变压器绕组匝数大于各二次绕组的变压器绕组匝数，以将第一供电电压降压到第二供电电压。优选地，供电网络包括电连接到第一供电子网的高压电池。逆变器由此优选地布置成将由高压电池向第一供电子网提供的较高的第一供电电压转换成较小的第二供电电压，并且向第二供电子网提供第二供电电压。
优选地，一次变压器绕组是第一供电子网的一部分，至少一个二次变压器绕组是第二供电子网的一部分。优选地，一次变压器绕组与至少一个二次变压器绕组并排布置，以经由在一次变压器绕组和至少一个二次变压器绕组之间建立的磁场将第一供电电压转换为第二供电电压。逆变器在其他电子应用中是众所周知的，因此可以很容易地集成到本解决方案中。
在一些实施例中，逆变器构造成控制(优选地启用和停用)从第一供电电压到第二供电电压的转换。优选地，为此，逆变器包括开关。如上所述，电加热催化剂可能不需要始终相同的电加热量。因此，可能有用的是，例如线性地控制供应的电量，或者至少根据需要启用或停用经由逆变器供应第二供电电压。因此，优选开关具有启用位置和停用位置。另一优选开关替代地具有线性比例，以线性地控制所提供的第二供电电压的量。
供电网络可以包括控制单元，该控制单元用于控制逆变器，从而控制从第一供电电压到第二供电电压的转换。可以向控制单元本身提供来自第二供电子网或来自逆变器内的变压器绕组的第二供电电压来为控制单元供电。优选地，逆变器包括额外的二次变压器绕组来为控制单元供电。因此，优选地用二次变压器绕组为第二电压子网和连接到其上的电负载供电，并且用额外的二次变压器绕组为控制单元供电。因此，为了供电，控制单元可以电连接到第二供电子网或直接连接到额外的二次变压器绕组。在其他实施例中，可以向控制单元提供来自第一供电子网的第一供电电压。
优选地，供电网络包括电容器。优选地，电容器布置成从第一供电子网充电。优选地，电容器布置成向第二供电子网提供第二供电电压。优选地，电容器布置在第二供电子网中。优选地，电容器是超级电容器。优选地，在第二供电子网中布置子网开关，以断开和闭合构成第二供电子网的电路。当电路闭合时，由电容器提供的电流可以流经第二供电子网，从而为连接到其上的电负载供电。另一方面，当电路断开时，将对电容器充电。这例如允许在短时间内提供第二供电电压。可以用变压器(例如由逆变器提供)的额外二次变压器绕组对子网开关本身供电。
在一些实施例中，第一供电电压是350V直流电，第二供电电压在10V直流电和50V直流电之间。因此，优选的高压电池是350V直流电高压电池。在HEV中通常提供350V直流电供电网络，而像EHC一样的电子应用通常需要10V直流电至50V直流电，更具体地是约12V直流电或约48V直流电。因此，提供这两种供电电压的供电网络非常有利。
供电网络优选地包括构造成用第二供电电压供电的电加热催化剂。EHC因此是构造成用第二供电电压供电的非常优选的电负载。以约12V直流电或约48V直流电的第二供电电压为EHC供电非常有利，该第二供电电压由优选地在HEV中最初提供约350V直流电的第一供电电压的供电网络供电。
此外，通过开始描述的车辆来解决该目的，其中，供电网络布置成向电负载供电，该电负载构造成以小于第一供电电压的第二供电电压供电。
这具有可以在车辆中使用单个供电网络来为具有彼此不同的供电电压需求的电负载供电的效果。换句话说，不必提供多个独立的供电网络，每个供电网络例如具有提供彼此不同的供电电压的电池。此外，例如，不再需要放弃混合动力电动车辆中的低压应用，因为它们现在可以由通常已经提供的高压供电网络供电。因此，供电网络允许更环境友好的操作。
优选实施例构成从属专利权利要求的一部分。
优选地，供电网络包括布置成提供第一供电电压的第一供电子网和布置成提供第二供电电压的第二供电子网。优选地，第一供电子网和第二供电子网经由转换器装置彼此操作地连接。转换器装置优选地包括逆变器,以将第一供电电压转换为第二供电电压。逆变器可以包括一个或多个变压器绕组。优选地，逆变器包括一个用于接收第一供电电压的一次变压器绕组和至少一个用于提供从第一供电电压降压的第二供电电压的二次变压器绕组。优选地，供电网络包括与第一供电子网电连接的高压电池。逆变器由此优选地布置成将由高压电池向第一供电子网提供的较高的第一供电电压转换成较小的第二供电电压，并且向第二供电子网提供第二供电电压。逆变器在其他电子应用中是众所周知的，因此可以很容易地集成到本解决方案中。
优选地，车辆是混合动力电动车辆。在HEV中通常提供350V直流电供电网络，而像EHC一样的电子应用通常需要10V直流电至50V直流电，更具体地是约12V直流电或约48V直流电。因此，提供这两种供电电压的供电网络非常有利。
优选地，车辆包括构造成用第二供电电压供电的电加热催化剂。EHC因此是构造成用第二供电电压供电的非常优选的电负载。以约12V或约48V直流电的第二供电电压为EHC供电非常有利，该第二供电电压由优选地在HEV中最初提供约350V直流电的第一供电电压的供电网络供电。
车辆的其他实施例及其优点来自以上关于供电网络的描述。
附图说明
下面仅通过示例并参考附图对本发明的实施例进行详细说明，图中：
图1示意性地示出了根据本发明的供电网络的第一实施例；和
图2示意性地示出了根据本发明的供电网络的第二实施例。
具体实施方式
示例性实施例的以下详细描述、附图和限定了本发明的范围的随附专利权利要求包括附图标记。附图标记仅是为了提高可读性而引入，绝非是限制性的。
图1示意性地示出了根据本发明的供电网络1的第一实施例。供电网络1安装在混合动力电动车辆中。省略了混合动力电动车辆的许多细节以简化描述。供电网络1包括提供350V直流电的高压电池2、低压电池3和电机4。此外，供电网络1包括转换器装置5a、5b、5c，其包括用于为电机4供电的AC/DC逆变器5a、用于为真空泵(未示出)和动力转向器(未示出)供电的DC/DC转换器5b和用于为电加热催化剂(EHC)6供电的逆变器5c。部件之间的接线示意性地如图1所示。关于为EHC 6供电的逆变器5c的细节将在下面参考图2更详细地公开。
如图所示，供电网络1布置成从350V直流电高压电池2提供第一供电电压，从而使用第一供电电压为电连接到供电网络1的电负载供电。
此外，供电网络1布置成为EHC 6供电，EHC 6是构造成以小于第一供电电压的第二供电电压供电的电负载。在给出的示例性情况下，EHC6仅需要以12V直流电供电，而高压电池2仅提供350V直流电的第一供电电压。因此，供电网络1包括转换器装置5，特别是逆变器5c，其布置成将第一供电电压转换为第二供电电压。
更具体地，供电网络1包括布置成提供第一供电电压的第一供电子网7和布置成提供第二供电电压的第二供电子网8。第一供电子网7和第二供电子网8经由转换器装置5(特别是经由逆变器5c)彼此操作地连接。
逆变器5c包括开关(未示出)。因此，逆变器5c构造成控制从第一供电电压到第二供电电压的转换。开关包括开关闭合的启用位置。开关包括开关断开的停用位置。当开关断开时，第一供电电压350V直流电不会转换为第二供电电压12V直流电，因此不会向EHC 6提供第二供电电压。因此停止对EHC 6加热。当开关闭合时，第一供电电压转换为第二供电电压，因此向EHC 6提供第二供电电压。由此开始对EHC 6的加热。
图2示意性地示出了根据本发明的供电网络1的第二实施例。供电网络1也安装在混合动力电动车辆中。供电网络1在此包括电容器9。电容器9布置成从第一供电子网7(即通过高压电池2)充电，并且布置成向第二供电子网8提供第二供电电压。为了实现这一点，逆变器5c构造成将由高压电池2提供的350V直流电降压，在这种情况下，降压到用于EHC 6的48V直流电供电电压。部件的接线如图2所示。
从图2可以看出，与图1所示的第一实施例一样，逆变器5c包括作为第一供电子网7的一部分的一次变压器绕组和作为第二供电子网8的一部分的二次变压器绕组。由于逆变器5c由此将第一供电子网7操作地连接到第二供电子网8，同时没有在高压电池2和EHC 6之间建立有线连接，因此可以保护EHC 6免于过压，从而提高第二供电子网8的电安全性。
图2中的逆变器5c布置成经由第一供电子网7从高压电池2接收第一供电电压，并且向包括电容器9的第二供电子网8提供第二供电电压。第二供电子网8包括子网开关10，以选择性地断开和闭合通过第二供电子网8的电路。当子网开关10断开时，电容器9经由逆变器5c从第一供电子网7充电。当子网开关10闭合时，电容器9放电，并且将提前储存在电容器9中的电能提供给EHC 6。当电容器9放完电时，子网开关10需要再次断开，以经由逆变器5c等向电容器9充电。
图2中的第二供电子网8包括二极管11，其安装成防止电流从电容器9流回逆变器5c。因此，存储在电容器9中的电能仅可以用于为设置在第二供电子网8中的电负载提供第二供电电压。因此，此处的第二供电电压将再次为EHC 6的加热元件(例如加热电阻器)供电，从而独立于内燃机热量对EHC 6进行电加热。
根据图2，电容器9与逆变器5c电并联布置。EHC 6与电容器9电并联布置。EHC 6与逆变器5c电并联布置。二极管11电串联布置在逆变器5c和电容器9之间。子网开关10电串联布置在电容器9和EHC 6之间。图2中的第一供电子网7包括控制单元12，因此向该控制单元12提供第一供电电压。控制单元12构造成控制子网开关10。
本领域技术人员将理解，仅通过从图2所示的第二供电子网8中省略电容器9、子网开关10和二极管11来建立第三实施例(未示出)。逆变器5c的二次晶体管绕组和EHC 6由此构成第二供电子网8。因此，逆变器5c可以直接向EHC 6提供第二供电电压，而不使用电容器9的电能存储容量，这类似于图1所示的第一实施例。
因此，如图1和图2所示，本发明的效果是可以在车辆中使用单个供电网络1来为具有彼此不同的供电电压需求的电负载供电。可以相应地由通常已经提供的高压供电网络1向混合动力电动车辆中像EHC 6一样的低压应用供电。
尽管上面示出和描述了本发明的一些示例性实施例，但是应当理解，本发明不限于这些实施例。此外，应当理解，实施例中给出的特征可以在不同的实施例之间进行组合。此外，可以组合上文描述中提到的所有特征，以创建新的实施例，只要这些特征不相互排斥即可。

Claims (10)

1.一种用于安装在车辆中的供电网络(1)，其中，所述供电网络(1)布置成提供第一供电电压，从而为电连接到所述供电网络的电负载提供第一供电电压，
其特征在于，
所述供电网络(1)布置成为电负载(6)供电，该电负载(6)构造成被供以小于所述第一供电电压的第二供电电压。
2.根据权利要求1所述的供电网络(1)，其特征在于，所述供电网络(1)包括布置成将所述第一供电电压转换为所述第二供电电压的转换器装置(5)。
3.根据权利要求2所述的供电网络(1)，其特征在于，所述供电网络(1)包括布置成提供所述第一供电电压的第一供电子网(7)和布置成提供所述第二供电电压的第二供电子网(8)，所述第一供电子网(7)和所述第二供电子网(8)经由所述转换器装置(5)彼此操作地连接，其中，所述转换器装置(5)包括逆变器(5c)，以将所述第一供电电压转换为所述第二供电电压。
4.根据权利要求3所述的供电网络(1)，其特征在于，所述逆变器(5c)构造成控制从所述第一供电电压到所述第二供电电压的转换。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的供电网络(1)，其特征在于，所述供电网络(1)包括电容器(9)，所述电容器(9)布置成从所述第一供电子网(7)充电，并且布置成向所述第二供电子网(8)提供所述第二供电电压。
6.根据上述权利要求中任一项所述的供电网络(1)，其特征在于，所述第一供电电压是350V直流电，所述第二供电电压介于10V直流电与50V直流电之间。
7.根据上述权利要求中任一项所述的供电网络(1)，其特征在于，所述供电网络(1)包括构造成被供以所述第二供电电压的电加热催化剂(6)。
8.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括操作地连接到所述车辆的根据上述权利要求中任一项所述的供电网络(1)。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述供电网络(1)包括布置成提供所述第一供电电压的第一供电子网(7)和布置成提供所述第二供电电压的第二供电子网(8)，所述第一供电子网(7)和所述第二供电子网(8)经由转换器装置(5)彼此操作地连接，其中，所述转换器装置(5)包括逆变器(5c)，以将所述第一供电电压转换为所述第二供电电压。
10.根据权利要求8或9所述的车辆，其特征在于，所述车辆是混合动力电动车辆，并且包括构造成被供以所述第二供电电压的电加热催化剂(6)。
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