CN114025987A - 用于为交通工具的电驱动器的高压电池充电的方法以及用于交通工具的能量传输系统 - Google Patents

用于为交通工具的电驱动器的高压电池充电的方法以及用于交通工具的能量传输系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于为交通工具(1)的电驱动器(14)的高压电池(3)充电的方法，在所述方法中，将电能从交通工具(1)的低压车载网络(4)传输至高压电池(3)，其中，为了实现交通工具(1)的启动辅助，将电能从单独的外部单元(9)传输至交通工具(1)的低压车载网络(4)并且从低压车载网络(4)传输至高压电池(3)。本发明也涉及一种能量传输系统(8)。

Description

用于为交通工具的电驱动器的高压电池充电的方法以及用于 交通工具的能量传输系统
本发明的一个方面涉及一种用于为交通工具的电驱动器的高压电池充电的方法。将电能从交通工具的低压车载网络传输至高压电池。本发明的另一方面涉及一种用于交通工具的能量供应系统。
由DE 10 2014 208 191 A1已知一种用于存储电能以供应可电气驱动的交通工具的电动机的存储器装置。这个外部单元可以连接在交通工具上，以便为主存储器装置、例牵引用电池供应电能，所述主存储器装置设置用于供应可电气驱动的交通工具的电动机。
由US 6 701 880 B1已知一种方法，其中可以由交通工具的具有电能的低压电池为交通工具的高压电池馈送电能。
具有电驱动器的、可以包括纯电动车或者混合动力车的交通工具具有有限的续航里程，所述续航里程可能由于气候改变、通过舒适性功能增加消耗或者更具有运动性的驾驶方式增加消耗而更快地减小。如果还包括交通工具的高压电池的高压车载网络的电能耗尽，则不可能像在具有内燃机的交通工具那样例如通过来自备用油箱的燃料进行快速辅助。在具有电驱动器的交通工具中，只能通过在插座处的充电实现，在这种停滞的情况下通常在续航里程降低为0的地方并不直接存在该插座。另一方面，交通工具可能切换至回收模式并且被拖走。然而这可能被交通工具制造商禁止，以便能够在必要时避免对交通工具的相应损坏。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种方法和能量供应系统，在方法和能量供应系统中即使在这种停滞的情况下交通工具也能够通过电驱动器更简单地再次继续运行。
该技术问题按本发明通过按照独立权利要求所述的方法和能量传输系统解决。
本发明的第一方面涉及一种用于为交通工具的电驱动器的高压电池充电的方法，在所述方法中，将电能从交通工具的低压车载网络传输至高压电池。为了在交通工具停滞的情况下实现交通工具的启动辅助，将电能从外部单元传输至交通工具的低压车载网络并且从低压车载网络传输至高压电池。对于这种方式现在可行的是，在停滞的情况下也能够简单地在一定程度上实现启动辅助并且因此在一定程度上实现交通工具的外部启动。在此规定，不直接地向高压车载网络并且因此向高压电池进行外部传输能量。这种传输通常较难并且由于高压是非常关键的。现在通过将低压车载网络用于接收从外部输入的电能并且随即经由这个低压车载网络传输至高压车载网络并且因此传输至高压电池，在此也可以排除对于安全性关键的操作和操纵。因此排除了使用从外部输入交通工具的高压的可能性。此外，通过这种设计方案能够简单和大规模地将电能从外部输入交通工具。因为在小于50V的低压的情况下，电能可以由各式各样的外部单元产生和提供，所以可以在任何时间使用各式各样的不同的外部单元，以将电能输入交通工具并且随即在内部经由低压车载网络提供给高压电池。因此恰恰在停滞的情况下，例如也能够由其它交通工具在任何时间输入电能，因为在每个交通工具中都存在提供这种处于低压范围内的所述电压的能量源。
在一种有利的实施方式中规定，所述低压车载网络通过启动辅助电缆与其它交通工具的设计为外部单元的能量源连接并且将电能从这个能量源传输至所述交通工具的低压车载网络，以便传输至所述高压电池。因此可以在一定程度上将其它的外部交通工具用作电能提供源并且将在该处提供的低压简单和安全地经由启动辅助电缆传输至待充电的交通工具的低压车载网络上。
在一种有利的实施方式中，所述低压车载网络与所述交通工具的低压接口连接，并且为了实现所述交通工具的启动辅助，将布置在所述交通工具中的并且设计为外部单元的备用电池连接到所述低压接口上。随即将电能从所述备用电池传输至所述交通工具的低压车载网络，以便传输至所述高压电池。在这种设计方案中可以规定，这个备用电池例如布置在交通工具的行李舱中并且在使用情况下随即主动地连接至低压接口。因此，这个备用电池尤其在交通工具的常规运行中不使用。所述备用电池在一定程度上具有如在带有内燃机的交通工具中所使用的备用油箱的功能。在交通工具的按规定的运行中，这个备用电池尤其不属于低压车载网络并且也不属于交通工具的高压车载网络。因此，备用电池对于本身来说是外部的和单独的单元。备用电池尤其只在以下情况下使用，即备用电池应该在交通工具的这种停滞的情况下提供形式为低压的电能并且应该随即通过低压接口传输至低压车载网络。低压车载网络尤其具有自身的低压车载网络电池，因此所述低压车载网络电池是这个低压车载网络的按规定的组成部分并且在一定程度上持久地存在于低压车载网络中并且与这个车载网络的其它电气部件电连接。
在一种有利的实施方式中，在从所述外部单元向高压电池传输能量时，所述低压车载网络至少暂时地只用作传输系统，因此尤其与之相关地规定，这个低压车载网络本身不通过所述外部能量输入被充电并且因此只在一定程度上用作这种从外部输入的低压范围内的电能的执行系统。在这种设计方案中，这个低压车载网络在一定程度上设置为电压耦合系统，所述电压耦合系统从外部接收低压并且随即将该低压在交通工具本身中直接传输至高压车载网络、尤其是高压电池上。
在一种备选的实施方式中可以规定，在从所述外部单元向高压电池传输能量时，至少暂时地为所述低压车载网络自身充电。尤其可以与之相关地规定，为所述低压车载网络的低压车载网络电池充电，其中，随即在启动辅助时将电能从充过电的低压车载网络、尤其是充过电的低压电池传输至所述高压电池。在这种设计方案中，低压车载网络则至少暂时地用作用于从外部输入的电能的能量存储器。
在一种有利的实施方式中规定，所述低压车载网络具有电压互感器，通过所述电压互感器转换从所述外部单元输入的电能，或者转换电压，以便能够将所述电能输入所述高压电池。因此，将从外部输入的低压提高地转换为能够被输入高压电池的电压。
所述低压车载网络尤其设计用于提供小于100V的电压、尤其是12V或者34V或者48V的电压。这些电压随即尤其可以被提供用于低压车载网络的部件，因此能够以相应的低压供应所述部件。所述电压互感器设计用于将电压转换为大于100V、尤其是大于300V的值。
在一种有利的实施方式中规定，在所述高压电池损坏或者所述高压电池由于故障被切断的、不能为所述高压电池充电的情况下，通过所述低压车载网络执行所述交通工具的紧急行驶运行。因此，在与之相关地非常有利的实施方式中也可行的是，在高压电池的充电不再可行或者不再充分地可行时，执行由此必需的紧急行驶运行，其中，这种紧急行驶运行在没有高压车载网络的情况下通过低压车载网络执行。因此，通过低压车载网络并且尤其是只还通过这个低压车载网络提供电能，以便能够实现与之相关的紧急行驶运行。
优选地规定，在所述紧急行驶运行中可能的行驶距离被限制为小于或者等于5km，在所述紧急行驶运行中只还通过低压车载网络并且不再通过高压车载网络提供电能，和/或在通过所述低压车载网络的运行中所述交通工具的速度被限制为小于或者等于50km/h。
因此在所述方法中尤其在一定程度上提供用于连接外部单元的低压紧急充电接口。所述低压紧急充电接口例如可以布置在交通工具的行李舱中。由此在由于放电的高压电池出现停滞的情况的紧急运行中，每个传统的交通工具可以作为具有外部的低压能量源的外部单元执行启动辅助。备选地，与之相关地也可以将完整的备用电池定位在交通工具本身中，例如存放在行李舱中，并且交通工具则可以在停滞的情况下通过这个备用电池被再充电。
因此可以在高压电池没电(或者说被排空)的情况下应用这种所建议的方法。在此，高压电池可以通过这个低压车载网络由相应的外部单元充电，所述外部单元是用于提供低压的单元。低压车载网络的电压互感器尤其是DC/DC转换器。在高压电池损坏的其它情况下，同样可以使用用于提供低压的外部单元，因此这个外部单元随即为交通工具的低压车载网络提供外部的电能并且随即只基于低压车载网络的电能为用于执行交通工具的紧急行驶运行所必要的部件供应电能。在其它情况下，例如可以触发高压电池的保险。在此也可以例如通过备用电池或者通过外部交通工具的电能量源进行充电并且因此例如在此也实现向交通工具的低压车载网络的电能输入。在此，紧急行驶运行例如也可以只基于交通工具的低压车载网络进行。当例如在交通工具的行驶中由于故障导致高压车载网络切断时，也可以相应地操作。例如这可能基于以上已经阐述的对高压车载网络的保险的触发或者高压电池内部的故障。尤其在这个故障已导致切断且未发生在交通工具的传动系中时，可以立即将低压车载网络用于紧急行驶运行。在此例如也可以执行简单的避让机动，如行驶到紧急车道或者说路肩等上。
通过所述方法尤其也可以为了牵引交通工具将从外部输入的、是低压的电能通过低压车载网络导引。
尤其实现了用于运行具有电驱动器的交通工具的方法。如果可行，则按照上述方法为高压电池充电。如果这不可行，则只通过低压车载网络为交通工具部件供应电能来执行紧急行驶运行。这可以通过外部单元供应电能，以便尤其在启动辅助之后提供能量。
本发明的另一方面涉及一种用于交通工具的能量供应系统。这个能量供应系统具有交通工具的高压电池和所述交通工具的低压车载网络。此外，所述能量供应系统具有用于控制能量供应的控制单元。所述能量供应系统设计用于执行按照上述方面的方法或者其有利的实施方式。这种方法尤其通过所述能量供应系统执行。
本发明的另一方面也涉及一种具有这种能量供应系统的交通工具。
本发明也包括所述的实施方式的特征的组合。
以下描述本发明的实施例。在附图中：
图1示出布置在交通工具中的能量供应系统的一个实施例的示意图；并且
图2示出能量供应系统的另一实施例。
以下阐述的实施例是本发明的优选的实施方式。在该实施例中，所描述的实施方式的部件分别是本发明的各个单独的、能够彼此无关地观察的特征，它们分别也彼此无关地改进本发明并且因此也能够单独地或者以与所示不同的组合被视作本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也可以通过本发明的其它已经描述的特征进行补充。
在附图中，功能相同的元件配设有相同的附图标记。
在图1中以示意图示出交通工具1。所述交通工具1是机动车、尤其是轿车。交通工具1在本实施例中设计为电动车。这表示交通工具具有电驱动器14，以便能够使交通工具1前行。交通工具1与之相关地具有高压车载网络2。所述高压车载网络2具有高压电池3。此外，交通工具1具有低压车载网络4。这个低压车载网络4具有电压互感器5。低压车载网络4与高压车载网络2电耦合。此外，低压车载网络4具有低压车载网络电池6。因此这个低压车载网络电池按规定地配属于低压车载网络4。此外，交通工具1具有低压接口7。与之相关地提到的部件是用于交通工具1的能量供应系统8的组成部分。在能量供应系统8中可以提供和传输电能。在按照图1的实施例中，还设置有外部单元9。这个外部单元尤其也是能量供应系统8的组成部分。在按照图1的实施例中，外部单元9是备用电池。所述备用电池设计为便携式的备用电池并且例如可以无损地可拆卸地布置在交通工具1的行李舱10中。在交通工具1的正常运行中，这个设计为备用电池的外部单元9尤其不与低压车载网络4或者高压车载网络2电连接。因此与之相关地，外部单元按规定地不设置用于在交通工具8的正常运行中提供电能并且馈入低压车载网络4或者高压车载网络2中。
如果现在高压车载网络2的能量状态这样低，使得交通工具1不再能够继续行驶并且与之相关地停滞，则出现交通工具1的停滞状态。在这种紧急情况下，则可以将这个形式为外部单元9的备用电池电气连接在低压接口7上。然后，通过这个外部单元9将低压范围内的电能传输至低压车载网络4。电能在该处通过电压互感器5被转化，使得其能够作为高压传输至高压车载网络2并且因此传输至高压电池3。与之相关地可以规定，低压车载网络4只用作用于将外部单元9的电能向高压车载网络2传输的传输系统。然而也可以规定，从外部单元9输入的电能至少暂时地存储在低压车载网络电池6中或者由此为这个低压车载网络电池6充电。这样存储的能量随即又可以按照之前所述的场景传输至高压车载网络2并且因此传输至高压电池3。由此可以借助外部的低压能量为高压车载网络2充电。因此，对于电动车也可以在一定程度上在任何时间进行外部的启动辅助，方式为输入低压范围内的电能。
在图2中示出另一实施例。在此规定，外部单元9是其它交通工具11的低压能量源。在此可以规定，交通工具11中的这个外部单元9可以通过启动辅助电缆12与交通工具1的低压接口13连接。这个低压接口13可以是低压接口7或者与之不同的接口。在实施例中，要么存在一个低压接口7或者一个低压接口13，要么存在两个低压接口7、13。如何通过这个外部单元9将低压范围内的电能输入交通工具1并且在该处通过低压车载网络4传输至高压车载网络2的场景则与图1中的实施例相应。因此，与之相关的阐述在此相应地适用并且不需要再重复。低压接口7、13可以是12V或者24V或者48V的接口。
尤其可以规定，在所述高压电池3损坏或者所述高压电池3由于故障被切断的、不能为所述高压电池3充电的情况下，基于所述低压车载网络4执行所述交通工具1的紧急行驶运行。因此，直接由低压车载网络4并且不再由高压电池2为与之相关地所需的部件供应电能。在通过低压车载网络4的所述紧急行驶运行中可能的行驶距离尤其被限制为小于或者等于5km，例如被限制为小于或者等于3km，和/或在通过所述低压车载网络4的运行中所述交通工具1的速度被限制为小于或者等于50km/h，例如被限制为步行速度。交通工具1尤其具有至少一个控制单元15。通过所述控制单元执行用于关于电能管理运行交通工具1的方法的至少部分步骤、尤其是用于为高压电池3充电的方法的至少部分步骤。
附图标记清单
1 交通工具
2 高压车载网络
3 高压电池
4 低压车载网络
5 电压互感器
6 低压车载网络电池
7 低压接口
8 能量供应系统
9 外部单元
10 行李舱
11 其它交通工具
12 启动辅助电缆
13 低压接口
14 电驱动器
15 控制单元

Claims (10)

1.一种用于为交通工具(1)的电驱动器(14)的高压电池(3)充电的方法，在所述方法中，将电能从所述交通工具(1)的低压车载网络(4)传输至所述高压电池(3)，
其特征在于，
为了实现所述交通工具(1)的启动辅助，将电能从单独的外部单元(9)传输至所述交通工具(1)的低压车载网络(4)并且从所述低压车载网络(4)传输至所述高压电池(3)。
2.按权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述低压车载网络(4)通过启动辅助电缆(12)与其它交通工具(1)的设计为外部单元(9)的能量源连接并且将电能从这个能量源传输至所述交通工具(1)的所述低压车载网络(4)，以便传输至所述高压电池(3)。
3.按权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
所述低压车载网络(4)与所述交通工具(1)的低压接口(7)连接，并且为了实现所述交通工具(1)的启动辅助，将布置在所述交通工具(1)中并且设计为外部单元(9)的备用电池连接到所述低压接口(7)上，其中，随即将电能从所述备用电池传输至所述交通工具(1)的所述低压车载网络(4)，以便传输至所述高压电池(3)。
4.按前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
在从所述外部单元(9)向高压电池(3)传输能量时，所述低压车载网络(4)至少暂时地只用作传输系统，尤其是不进行低压车载网络电池(6)的充电。
5.按前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
在从所述外部单元(9)向所述高压电池(3)传输能量时，至少暂时地为所述低压车载网络(4)自身充电，尤其是为所述低压车载网络(4)的低压车载网络电池(6)充电，其中，随即在启动辅助时将电能从充过电的所述低压车载网络(4)传输至所述高压电池(3)。
6.按前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
所述低压车载网络(4)具有电压互感器(5)，通过所述电压互感器转换从所述外部单元(9)输入的电能，以便能够将所述电能输入所述高压电池(3)。
7.按权利要求6所述的方法，
其特征在于，
所述低压车载网络(4)设计用于为低压车载网络(4)的部件提供小于100V的电压、尤其是12V、34V或者48V的电压，并且所述电压互感器(5)设计用于将电压转换为大于100V、尤其是大于300V的值。
8.按前述权利要求之一所述的方法，
其特征在于，
在所述高压电池(3)损坏或者所述高压电池(3)由于故障被切断的、不能为所述高压电池(3)充电的情况下，通过所述低压车载网络(4)执行所述交通工具(1)的紧急行驶运行。
9.按权利要求8所述的方法，
其特征在于，
在通过所述低压车载网络(4)的运行中可能的行驶距离被限制为小于或者等于5km，和/或在通过所述低压车载网络(4)的运行中所述交通工具(1)的速度被限制为小于或者等于50km/h。
10.一种用于交通工具(1)的能量供应系统(8)，具有交通工具(1)的高压电池(3)和所述交通工具(1)的低压车载网络(4)并且具有用于控制能量供应的控制单元(15)，其中，所述能量供应系统(8)设计用于执行按前述权利要求之一所述的方法。
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