CN1967967A - 用于管理机动车中的电能供应的系统 - Google Patents

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Abstract

系统包括：发电机(1)，其能有机动车辆的发动机进行驱动，并且其连接有电压调节器设备(2)，以及(至少)一个电存储电池(3)，该电池连接到发电机(1)上并且旨在由发电机(1)产生的与负载(5，6)的消耗相比过多的能量进行充电，并旨在当由发电机(1)产生的能量不够时为负载(5，6)提供能量，能控制从发电机(1)到电池(3)的能量流的管理存储电池(3)的管理单元(4)，能选择性地控制无优先权负载(5)与发电机(1)以及电池(3)的连接的受控电开关装置(7)，能提供表示机动车辆的多个工作参数的值或状态的信号或数据的多个传感器(S1，…，SN)，能提供表示电池(3)的充电状态的信号或数据(SOC)的检测器(Sm+1)，以及处理和控制单元(PCU)，其设置成基于机动车辆的当前工作状态(M)和电池(3)的充电状态(SOC)，根据预定程序，以使提供给至少一个无优先权电负载(5)的能量能在机动车辆处于预定工作状态(M)并且电池处于预定充电状态(SOC)时被减小和/或延迟或中断的方式而产生用于与发电机(1)相连的电压调节器(2)，用于电池(3)的管理装置(4)以及受控开关(7)的控制信号。

Description

用于管理机动车中的电能供应的系统
技术领域
本发明涉及一种用于管理为安装在机动车辆中的电气/电子用户设备或负载所供给的电能的系统。
更具体的是，本发明的一个主题是权利要求1前序部分所限定的那种电能供给系统，用于为预定的无优先权的用户设备和预定的优先权用户供电，其电能的供给分别可以或者不可减小和/或延迟或中断。
背景技术
在当前生产的常规机动车辆中，车载电气/电子用户器件所需要的电能由发电机(典型的是连接整流器的三相交流发电机)产生，该发电机由机动车辆的发动机驱动，然后进行存储并由(至少)一个电存储电池提供，由运行中的各种车载用户设备或负载吸收。
当然，在机动车辆车上产生的能量受到限制并取决于机动车辆发动机瞬时转速。
由此在工作过程中可能出现各种状况，其中一种为由车上产生的能量比用户设备所需的能量少；这种情况下，能量的“缺少”量从蓄电池中得到，其电荷相应地减少。如果蓄电池完全放电，那么所有的车载用户系统停止工作。
车载电气/电子设备出现增加以及它们增加功率的趋势使得在能量需求上出现明显的增加，特别是所需要的电功率，然而车上所产生的功率并不能这么快速的增加。近来的趋势是有效地，剧烈地减少能量裕度。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于管理机动车辆上的电能的系统，从而改进车载电能的产生和分配，特别是避免和/或能控制能量过剩或者不足的出现。
该目的以及其他目的可根据本发明采用系统来实现，其主要特征限定在独立权利要求1中。
附图说明
本发明的其他优点和特征将从下面的详细描述中更加清楚，下面的详细描述将仅以非限制性实施例的方式并参考附图给出，其中：
图1是根据本发明所得的系统的框图；
图2是示出包括在图1的系统中的电子控制单元结构的框图；
图3是示出能量E的实例图的正交卡笛尔坐标图，其中能量E可作为横坐标上显示的时间t的函数提供给根据本发明的系统中的无优先权的负载。
具体实施方式
参考图1，根据本发明的一种用于提供机动车辆车载电能的系统包括发电机1(具有整流器的交流发电机)，该发电机1能由机动车辆内部的内燃机(未示出)进行驱动。
电压调节器2与发电机1相连，该电压调节器是我们每个人所知道的那种，在工作过程中由图1和2中标以10的电子控制单元进行驱动。
该能源系统还包括(至少)一个电存储电池3，其与发电机1的连接由用于管理其充电状态的单元4进行控制。
管理单元4可包括，例如，受控DC/DC变换器，该DC/DC变换器可操作地由电子控制单元10进行控制。
安装在机动车辆上的电气/电子用户设备或负载可操作地连接到发电机1以及存储电池3上。这种设备包括多个“正常”，即无优先权的，在图1中由标以5的总负载总体表示的电负载，以及由标以6的总负载总体表示的多个优先权负载。
在本说明书中，以及在随后的权利要求中，无优先权的电气用户设备或者负载被理解为可减小和/或延迟或中断电能供给而不会对机动车辆的安全驱动所必须的功能造成有害影响的那些设备或负载。
另一方面，优先权负载被理解为绝对不可中断或减小，或延迟电能供给的那些设备。该第二组负载包括，例如，形成部分线控转向系统(by-wire steering)和/或制动系统、或者其功能对于机动车辆的安全驱动是必须的其他线控(by-wire)系统的电气/电子设备，以及用于控制发动器以及其他单元或机动车辆必须的功能部件的系统，等等。
无优先权负载可通过相关的受控电开关7连接到车载发电设备(通常包括发电机1和存储电池3的设备)，在图1中仅示意性地表示出一个受控电开关。这种开关可以是电断续器(导通-关断型开关)，该断续器优选是静态固态断续器，或者是在工作过程中能在提供给相关负载地电流中产生连续变量的受控开关。
开关7受相关电子管理单元8的控制，其依次由主电子控制电路10进行驱动。
如图1和2所示，标以S1到SN的多个传感器或检测器设备连接到电子控制单元10上。
参考图2，这种传感器中的第一组S1-Sn连接到图2中标以CU1的第一关联单元的对应输入上。传感器S1到Sn提供给单元CU1表示机动车辆的多个运行参数的值或状态的信号或数据，例如机动车辆的正向运动速度，机动车辆制动系统的启动或未启动状态，方向盘的转动角度和/或机动车辆的横向加速度，油门踏板的位置，机动车辆内燃机的转速或每单位时间的转数，以及表示由机动车辆的变速箱实现的变速比的信号。
关联单元CU1设置成每个人所公知的方式，并基于来自传感器S1-Sn的信息，对在控制单元10中采用的某些数值或参数的值进行计算。在一个非限制性实施例中，单元CU1设置成计算例如下面的量：
机动车辆的平均速度 V，
平均机动车辆每行驶一千米制动系统所工作的时间 tb，以及
机动车辆的平均横向加速度 α。
基于上述量所计算的值，将单元CU1根据预定程序设置成确定或者估计能从多个预定种类的行程或任务中识别行程或机动车辆任务种类的预定标引IM的值。行程或任务的种类可以是如下的这些：
-市内行程，
-丘陵/高山行程，以及
-郊区行程。
确定标引IM的值的一种方法在例如名称与本申请相同的在先欧洲专利申请EP-A-0 950 839中进行了披露。
将表示标引IM所确定的值的信号或数据提供给第二关联单元CU2(电关联)的输入上。
另外，多个传感器Sn+1-Sm也连接到该单元CU2上，多个传感器Sn+1-Sm为其提供表示机动车辆电系统的另外的多个工作参数(电流，电压，温度)的值或状态的信号或数据。
关联单元CU2设置成基于来自这些传感器的信息计算随后在控制单元10中所采用的某些电参数或量的值。单元CU2设置成例如计算如下的量：
-由交流发电机传送的最大瞬时功率，
-电负载的瞬时吸收和最大吸收之间的比。
基于由传感器Sn+1，……，Sm所提供的信号和数据以及识别机动车辆的行程或任务的当前类型的标引IM的值，关联单元CU2在其输出上从多个预定的工作状态或模式中提供表示识别机动车辆当前工作状态或模式的标引M的值的信号或数据，该多个预定的工作状态或模式例如驱动模式(正常运行)，泊车模式(当泊车时)，曲柄要求(crank request)模式(启动需求)，逻辑模式(当泊车到扩展期间时)，残车回家(limp home)模式(当车辆局部毁坏时恢复)，等等。
表示车辆的当前运行模式的信号或数据M到达图2中标以PCU的处理和控制单元。
其他的传感器Sm+1…SN连接到单元PCU上，其中一个(Sm+1)专门提供表示电池3的充电状态SOC的信号和数据。
基于机动车辆的当前工作模式M和由传感器Sm+1，…，SN，所提供的信号，处理和控制单元PCU产生用于与发电机1相连的电压调节器2，与电池3相连的控制单元4以及用于驱动与无优先权的负载5相连的开关的单元8的控制信号。
无优先权的电负载5可被方便地进行控制如下。对于在给定时刻工作的无优先权的负载5来说，将处理和控制单元PCU预先安排成确定作为机动车辆的当前工作模式M的函数的电池3的当前充电状态SOC，自上次负载工作所过去的时间，单独的一对值I1，I2(I1＜I2)，其间由电池3所提供的电流I必定减小。如果由电池3当前提供的电流I位于区间[I1，I2]之外，那么提供给特定无优先权负载的电流减小(或者甚至于为零)或者增加，这取决于是I＞I2还是I＜I1，还可能考虑到分配给每个无优先权负载的优先权标引(例如下文中所述的标引P)，以这种方式尽量保持电池提供的电流落在期望的区间之内。
这种管理技术确保了快速干预，将使电池到最佳使用区域所需的负载停用限制为最小。
在现有技术的系统中，将每个无优先权负载与其他的负载独立地进行启动和停用，其启动和停止仅仅根据SOC或者最多是遵循优先权表。另外，许多负载在没有实际需要时可同时停用，电池电流不会立即减小。
相反，根据本发明的系统的上述管理技术可以只将负载限制或停用到严格必须的范围内，对电池电流几乎立即产生效果。
处理和控制单元PCU具有图2中标以11的另一个输出，其连接到机动车辆内燃机上的电子控制单元上。通过这种连接，当必须增加发电机1和2的供给以减小依赖于电池3的电流吸收时，单元PCU能给发动机的电子控制单元发送旨在得到内燃机空转时单位时间内转数增加的信号。
在工作过程中，基于由关联单元CU2所显示的机动车辆的当前工作状态M、以及发电机设备1-3的能量状态，单元PCU执行相应的预定干预方法。
因此，例如，如果机动车辆的当前工作模式是驱动模式(正常驱动)，那么将单元PCU设置成例如依据电池3的电荷状态SOC是“低”，“正常”或“高”而执行三种不同的干预。
如果电池的充电状态为“低”，那么单元PCU通过输出11要求空转发动机的转速增加，并且当如果必要时，通过相关的受控开关7触发非优先权负载5的吸收受控而减小，所有这些旨在尽可能减小依赖于存储电池3的所吸收电流。
一个或多个无优先权负载5的吸收可通过实际中断提供电流到这个或这些负载来减小，或者通过减小所提供的电流强度和/或通过相对用户发出的指令延迟启动供电而减小。如后面将要描述的，根据随着时间变化的可变图形可将能量总体提供给无优先权负载，该图形每次可通过分配给多个参数的特定值来限定。下面参考图3这将变得更加清楚。
如果电池3的充电状态“正常”，这表示着机动车辆运行的标准状态。那么单元PCU将通过调节器2控制发电机1，以便达到和保持电池3的充电状态SOC，该状态基本恒定并且等于预设值。同样这具有防止电池过充电现象的效果。
如果电池3的充电状态SOC为“高”，特别是高于设定参考值，那么单元PCU控制调节器2以便将电池3维持在预定恒压，如果必要的话，使电池放电直到它的电压达到目标值为止。
当电池的电荷状态是“正常”或者“高”时，通常不必动作，以免将减小无特权负载5的能量供给。
再次以实施例的方式，在曲柄需求(crank request)操作模式中，如果电池3的充电状态SOC为“低”时，通过受控开关7，单元PCU使无优先权负载5断开连接。作为将要启动内燃机的结果，如果电池3的电荷状态恶化，单元PCU可以在最坏的情况下使优先权负载6的能源供给减小，以便保持剩余的启动能力。
如上所述，控制单元10，特别是包含在其中的处理和控制单元PCU，被设置成驱动受控开关7，以使提供给无优先权负载5的能量E表现出随时间变化的可变图形，例如，根据图3的实线曲线所示。每次采用所分配的值将这种随时间变化的图形定义给多个能源供给控制参数，例如现在参考图3所述的那些参数。
在图3的图表中，以虚线A表示的基本为矩形的曲线代表供给总的无优先权负载的电能E，当用户(驾驶员或者乘客)在时刻ti启动一启动指令时这种情况将出现，直到在最终时刻tf发出停止指令为止。
在图3中，实线曲线B表示供给无优先权负载的电能随时间变化的图形，其由相关受控开关7受到电子控制单元10的控制而产生。这种图形提供了上升斜线B1，其起始端相对用户进行的负载启动时刻ti延迟了时间tD。上升斜线B1表现出与提供给无优先权负载的能量E随着时间增加的速度相对应的斜率α。
上升斜线B1后面是水平直线B2，其对应于能量E供给的最大值，该最大值基本等于根据曲线A恒定提供的值。直线B2具有时间段tM。
在直线B2之后存在下降斜线B3，其斜率β对应于提供给无优先权负载的能量随时间减小的速度，该能量值介于直线B2对应的最大值和图形B的下一条直线B4对应的中间值之间。提供给无优先权负载的能量值在下降斜线B3的起始端和结束端之间的“跳越”或者差表示为ΔE。
最后，在直线B4之后是几乎“垂直的”的下降直线B5，，即，实际上是瞬时的。直线B4所持续的时间段表示为tI，而根据图形B的能量供给的整个时间段表示为tT。
从上面的描述中，我们清楚了，依据参数tD，α，tM，β，ΔE，和ti(或tT)的值，图形B(在极限情况下)可与图形A重合，或者(在相反的极限情况下)可导致负载不被供电。然而，总的来说，分配给上述参数的值(或者上述参数中的某些参数的其他等效组合)是这样的，图形B相对时间轴t所界定的区域小于图形A的“矩形”所包围的面积。包括在t轴和图形A和B之间的面积综合表示当总的无优先权负载5的电源根据图形B进行控制时所实现的能量节省。
便利地，在处理和控制单元PCU中，关于机动车辆的状态或工作模式以及发电设备1-3的能量状态的各种可能组合，分配给上述参数以便定义出减小或延迟或最坏情况下中断电能供给每个无优先权负载的特定值都被存储起来。
根据另一方面，可将单元PCU方便地设置成分配上述能量供给控制参数值，这些参数值根据预定的程序基于其他被监测的预定量可以变化，例如环境参数(外部温度，降水量的出现等)。
根据又一方面，可将处理和控制单元PCU方便地设置成根据参数的预定函数为每个无优先权负载5指定各个优先权标引P，这些参数一方面显示负载的特定能量要求，另一方面显示该负载对由机动车辆的用户所体会到的舒适度的影响程度。
分配给总负载的优先权标引可例如用这种关系进行表示：
P＝k1Ea+k2C
其中Ea表示单个负载的能量“加权值(weight)”，C是由用户体会到的与单个负载相关的舒适度的标引，k1和k2是预定乘法系数。
在必须减小和/或延迟或者在最坏情况下中断提供电能给一个或多个无优先权负载的情况下，控制单元10(PCU)基于它们的优先权标引P的值对各无优先权负载进行动作。
参考上述表达式，与每个无优先权负载的所体会的舒适度C相关的系数k2可由同一用户方便地进行修正(“用户化)。为此，可将一设定装置SD连接到单元10，尤其是连接到后者的单元PCU上，该设定装置SD根据用户个人的主观品味使用户为每个无优先权负载5的舒适度标记C指定加权值k2。
自然，本发明的原理仍然相同，不脱离如所附权利要求所限定的本发明的范围，可相对那些仅通过非限制性实施例的方式描述和示出的实施例可以进行广泛地改变实施例的形式以及具体的结构。

Claims (6)

1、一种用于提供电能(E)给配备有发动机的机动车辆中的电气/电子用户设备或负载(5，6)的系统，该电气用户设备包括预定的无优先权用户设备(5)和预定的优先权用户设备(6)，提供给这些用户设备的能量分别可以或不可减小和/或延迟或中断，
该系统包括：
发电机(1)，其能由机动车辆的发动机进行驱动，并且其连接有电压调节器设备(2)，以及
(至少)一个电存储电池(3)，该电池连接到发电机(1)上并且旨在由发电机(1)产生的与上述负载(5，6)的消耗相比过多的能量进行充电，并旨在当由发电机(1)产生的能量不够时为负载(5，6)提供能量，
该系统的特征在于，它包括：
能控制从发电机(1)到电池(3)的能量流的管理存储电池(3)的装置(4)，
能选择性地控制无优先权负载(5)与发电机(1)以及电池(3)的连接的受控电开关装置(7)，
能提供表示机动车辆的多个工作参数的值或状态的信号或数据的多个传感器(S1，…，SN)，
第一关联装置(CU1)，其连接到传感器(S1，…，Sn)中的至少一些上，设置成根据预定程序能产生从多个预定类型的行程或任务识别机动车辆行程或任务的当前类型的信号或数据(IM)，
第二关联装置(CU2)，其连接到传感器(Sn+1，…，SM)中的至少一些上并连接到第一关联装置(CU1)上，设置成能根据预定程序，基于传感器(Sn+1，…，Sm)所传输的信号或数据以及行程或任务(IM)的当前类型，产生从多个预定工作状态识别机动车辆的当前工作状态的信号或数据(M)，
能提供表示电池(3)的充电状态的信号或数据(SOC)的检测器(Sm+1)，以及
处理和控制装置(PCU)，其连接到第二关联装置(CU2)上并连接到检测器(Sm+1)上，设置成根据预定程序，基于机动车辆的当前工作状态(M)以及电池(3)的充电状态(SOC)，产生用于与发电机(1)相连的电压调节器(2)、用于电池(3)的管理装置(4)和受控开关装置(7)的控制信号，从而使得当机动车辆处于预定工作状态(M)并且电池(3)处于预定充电状态(SOC)时，对至少一个无优先权电负载(5)的能量供给被减小和/或延迟和中断。
2、根据权利要求1的系统，其中处理和控制装置(PCU)设置成驱动受控开关装置(7)使得提供给无优先权负载(5)的能量(E)表现出随着时间变化的可变图形(B)，其采用分配给多个能量供给控制参数(tD，α，tM，β，ΔE，等)的值限定，该能量供给控制参数包括：
-由用户进行的无优先权负载(5)的启动和电能(E)提供给负载(5)的实际启动之间的初始延迟(tD)，
-提供给无优先权负载(5)的能量(E)的最大值，以及
-将最大值的能量提供给无优先权负载的时间(tM)。
3、根据权利要求2的系统，其中能量供给控制参数还包括：
-提供给无优先权负载(5)的能量(E)从上述最大值减小到预定中间值的速度(β)，以及
-将中间值的能量提供给无优先权负载(5)的时间(tI)，或者每次将能量提供给无优先权负载(5)的总时间(tT)。
4、根据权利要求2的系统，其中处理和控制装置(PCU)设置成根据预定程序，分配基于预定量变化的上述能量供给控制参数(tD，α，tM，β，…)的值。
5、根据权利要求1的系统，其中处理和控制装置(PCU)设置成根据第一和第二参数(E，C)的预定功能为每个无优先权负载(5)分配各自的优先权标引(P)，第一和第二参数表示负载(5)的能量需求以及该负载(5)对用户所体会的舒适度的影响程度。
6、根据权利要求5的系统，其中表示无优先权负载(5)对用户所体会的舒适度的影响程度的第二参数(C)可由相同的用户通过连接到处理和控制装置(PCU)上的设定装置(SC)进行修正。
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