用于机动车辆的电力网络的制作方法
用于机动车辆的电力网络的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于机动车辆的电力网络，所述电力网络包括至少一个瞬态地自身激活的高功率部件。更特别地，本发明涉及一种电力网络，其还包括发电机、存储由所述发电机产生的电能的能量存储部，以及确保例如通风和照明功能的车辆的能量消耗装置(下文中称作“电力消耗部”)。
【背景技术】
[0002]在本申请的背景中，高功率部件意味着一种电力消耗部，其要求的电功率大于能量消耗装置的电功率。特别地，高功率部件可瞬态地要求大量的电能，例如当其被激活时。例如，高功率消耗部可包括消耗高电流持续有限的持续时间的任何功率部件，所述高电流在400-500A的量级，所述持续时间在O到1s之间(在部件的瞬态激活时段期间)。
[0003]在本申请的背景中，功率存储部的意思是具有高功率密度的任何能量存储部。例如，功率存储部是一种其P/E (功率/能量)比率大于预定值(例如P/E>20)的能量存储部。
[0004]当高功率部件激活时，在车辆的电力网络上瞬态地产生高电流牵引(draw)。所牵引电流的强度取决于由该高功率部件所要求的、用于其激活的希望响应时间。作为示例，当电力增压器(supercharger)激活时，所述增压器的祸轮机的旋转速度必须在350ms中从4000RPM升至70000RPM。激活所要求的功率可以在I到7kW之间。因此，这样的部件在其激活的时刻要求相当大的电功率。现在，不希望的是，为了避免高电流牵引而降低部件的性能。在这样的功率部件的起动(start-up)阶段期间所要求的能量由能量存储部提供，而不是由发电机提供，因为发电机的响应时间通常长于高功率部件的响应时间。然而，车辆电力网络的能量存储部在电压上是有限的。对于车辆电池来说，电池电压优选地在12V左右。该电压不足以用于最优地确保高功率部件的激活和其他能量消耗部的供电二者。
[0005]实际上，高功率部件的激活引起电力网络上电压的下降，这可以导致车辆的其他消耗装置的断电或故障。这些以高于最小电压阈值的电压操作的消耗装置可以是车辆安全或舒适部件，例如车辆的前大灯。为了车辆乘客的安全，它们的操作必须随时被确保。
[0006]此外，由于高功率部件由车辆网络的能量存储部供电，所以能量存储部的寿命通过其在高功率部件激活时所必须经受的高电流牵引而减少。因此需要将具有更大功率的电池安装到车载网络上，但是这将涉及高成本。
【发明内容】
[0007]本发明旨在弥补上述缺陷中的全部或一些，并且特别是提出一种用于机动车辆的更便宜的电力网络，所述电力网络被保护而免受在高功率部件激活时压降的影响，同时不有损于网络能量存储部的性能或其寿命。
[0008]因此，本发明的一个方面涉及一种用于机动车辆的电力网络，所述电力网络包括:
[0009]-第一电力网络，所述第一电力网络包括，并联地:
[0010]-发电机；
[0011]-第一能量存储部；
[0012]-至少一个电力消耗部；
[0013]-第二电力网络，所述第二电力网络包括，并联地:
[0014]-第二能量存储部；
[0015]-第二电力消耗部；
[0016]-DC/DC转换器，其被配置为从第一子网络给第二能量存储部充电；
[0017]其特征在于，所述电力网络还包括在第一子网络和第二子网络之间的开关器件，所述开关器件被配置为当跨第二能量存储部的端子的电压变得与跨第一能量存储部的端子的电压相等时电连接第一子网络和第二子网络，以确保由发电机供电给第二消耗部。
[0018]所述网络因此包括第一电力子网络，其意图用于车辆第一电力能量消耗部，还被称作车辆的电力充电部，要求稳定的、并且由能量存储部或由发电机供应的电压。所述网络还包括第二电力子网络，其意图用于第二消耗部。第二消耗部特别地是一种引起电压下降的部件，例如瞬态地自身激活的高功率部件。第一子网络通过电力网络的DC/DC转换器而与第二子网络隔离。第二子网络的能量存储部借助于DC/DC转换器通过第一子网络的发电机或能量存储部而被充电。第二能量存储部因此可以在第二部件的激活时，供电给所述第二部件以足够的电压。特别地，DC/DC转换器将其在输入端处遇到的电压(即第一电力子网络的电压)放大。在标准车辆的情况下，第一电力子网络的电压在12V左右。第二能量存储部在布置在第二电力子网络中的第二部件的基础上被设置尺寸。在第一子网络通过DC/DC转换器而与第二子网络隔离时，所述第一子网络不被发生在第二部件激活时的压降所影响。
[0019]特别地，第一能量存储部被配置为供电给第一电力消耗部。特别地，第二能量存储部被配置为供电给第二电力消耗部。
[0020]例如，第一电力子网络被链接至DC/DC转换器的输入端，并且第二电力子网络被链接至DC/DC转换器的输出端。
[0021]特别地，开关器件将DC/DC转换器的输入端连接至DC/DC转换器的输出端。如果第二部件的激活是长的或者如果第二能量存储部过快地放电，即当激活第二部件所要求的能量大于第二能量存储部中可以使用的能量时，则开关器件允许供电从第二部件转换至第一子网络，并且因此转换至发电机。因此，发电机可以接管并且确保用于第二部件的激活阶段的剩余部分的供电。功率从第二部件转换至第一子网络是通过闭合开关器件而实现的。所述开关器件的闭合可以通过控制器件实现，所述控制器件，例如，由跨第二子网络的能量存储部的端子的电压的传感器来控制。
[0022]除了刚刚在先前段落中提及的主要特征之外，根据本发明的电力网络可以具有下列中的一个或多个互补的特征，所述互补的特征个体地考虑或根据技术上可能的组合考虑:
[0023]-第二能量存储部具有的存储容量大于第一能量存储部的存储容量，并且第二电力消耗部具有的电功率大于第一电力消耗部具有的电功率；
[0024]-特别地，第二部件是高功率部件，特别是电力增压器；
[0025]-第二能量存储部是功率存储部，特别是超级电容器(super-condenser)。超级电容器是特别良好地适于在有限的时间量期间供给高功率的功率存储部。此外，与存在于机动车辆的电力网络上的电池类型能量存储部不同，超级电容器还具有能够承受无限次的充电/放电循环的优势。特别地，电容器的数量和它们的特征在激活第二电力子网络的部件所要求的功率的基础上被设定(dimens1ned)。超级电容器的充电还具有快速的优势，这允许第二部件的激活阶段在有限的时间量内一个跟随另一个，特别是在高功率部件的情况下。充电时间可以取决于超级电容器的容量、再充电电流以及Vmax/Vmin电压差。例如，对于300A的电流，需要大约20s来将2000个燃料电池单元(F_cell)从OV充电至2.7V(2.7V是该电池单元的最大电压)；
[0026]-第二电力子网络包括并联的电连接，所述电连接包括第三电力消耗部。第二电力子网络可以意图用于机动车辆的电力网络的多个消耗部，所述消耗部在它们的激活期间引起压降并且可能干扰第一电力子网络；
[0027]-第二电力子网络包括第二开关器件，所述第二开关器件配置为选择性地隔离和连接至第二能量存储部和第二电力消耗部的并联连接；
[0028]-第一开关器件借助于所述并联连接的端子连接至第二子网络；
[0029]-第三部件是起动器。起动器在第二电力子网络中并联的布置防止在起动车辆时车载网络上压降的出现，特别地是第一子网络。
[0030]在这种情况下，超级电容器优选地设定为能够在高功率部 件激活时补偿电压降低，所述高功率部件在起动时具有最大的压降；
[0031]-DC/DC转换器是升压/降压转换器(称为升降压型转换器)。DC/DC升降压型转换器允许第二能量存储部从所述转换器的输入电压(即，第一子网络的电压)在两个阶段中充电:
[0032]-在第一阶段中，当跨第二能量存储部的端子的电压为零或低于第一子网络的电压时，DC/DC转换器被命令器件命令为起电压降压的作用(降低)，使得输出电压处于O到第一子网络的电压之间。
[0033]-在第二阶段中，当跨功率存储部的端子的电压等于第一电力子网络的电压时，DC/DC转换器被命令器件命令为起电压升压的作用(升高)，使得输出电压处于第一子网络的电压到最大预设电压之间。该最大电压被确定为确保第二部件的激活；
[0034]并且
[0035]-发电机是并联连接至AC/DC转换器的交流发电机。
[0036]本发明还涉及一种管理用于机动车辆的电力网络部件的供电的方法，所述网络包括第一电力子网络，所述第一电力子网络包括，并联地:
[0037]-发电机；
[0038]-第一能量存储部；
[0039]-至少一个第一电力消耗部；
[0040]-第二电力子网络，所述第二电力子网络包括，并联地:
[0041]-第二能量存储部；
[0042]-第二电力消耗部；
[0043]-DC/DC转换器，其被配置为当第二电力消耗部关闭时从第一子网络给第二能量存储部充电；以及
[0044]-第一子网络和第二子网络之间的开关器件，
[0045]其特征在于，所述方法包括以下步骤:闭合开关器件，以当跨第二能量存储部的端子的电压等于跨第一能量存储部的端子的电压时电连接第一子网络和第二子网络，以确保由发电机供电给第二消耗部。
[0046]根据本发明的一个方面，本发明还涉及一种用于机动车辆的电力网络，所述电力网络包括:
[0047]-第一电力子网络，所述第一电力子网络包括，并联地:
[0048]-发电机；
[0049]-第一能量存储部；
[0050]-至少一个第一电力消耗部；
[0051]-第二电力子网络(3)，所述第二电力子网络包括，并联地:
[0052]-第二能量存储部；
[0053]-第二电力消耗部；
[0054]-第三电力消耗部；
[0055]-DC/DC转换器，其被配置为从第一子网络给第二能量存储部充电；
[0056]所述电力网络还包括:
[0057]-第一子网络和第二子网络之间的开关器件，所述开关器件被配置为当跨第二能量存储部的端子的电压变得与跨第一能量存储部的端子的电压相等时电连接第一子网络和第二子网络，以确保由发电机供电至第二消耗部；
[0058]-第二开关器件，其被配置为将第三电力消耗部与第二能量存储部和第二电力消耗部选择性地隔离和连接；
[0059]第三电力消耗部具有与第一开关器件和第二开关器件共用的(incommon) —个端子。
[0060]换句话说，在本发明的该方面中，第三部件具有一个与第一开关共用的端子。第三部件的该相同端子还与第二开关共用。特别地，第三部件具有将所述网络接地的连接端子，以及另一个端子，所述另一个端子在一个端部处被连接至第一开关器件的端子，并且在另一个端部处被连接至第二开关器件的端子。
[0061]因此，在本发明的该方面中，包括第三电力消耗部的电连接位于第一开关器件和第二开关器件之间。该第三消耗部可以因此由第一子网络和/或由第二子网络供电，而不管其他电力消耗部如何。
[0062]根据本发明的该方面的网络可以具有与之兼容的上述特征中的一个或多个。
[0063]在变化例中，DC/DC转换器可以是可逆转换器。换句话说，转换器可不仅允许电信号从第一子网络传输至第二子网络，而且还允许电信号从第二子网络3传输至第一子网络。因此，当第二存储部具有足够的电量时，第二存储部可以有利地供电第一子网络。
[0064]例如，功率存储部可以在再生制动阶段期间被充电。发电机则从车辆机械制动产生电能。该能量的全部或部分被传输至第二存储部。之后，存储在第二能量存储部中的能量可以被用于供电给第二消耗部和/或借助于可逆DC/DC转换器来供电给第一子网络。
【附图说明】
[0065]本发明进一步的特征和优势将从下文的描述中、参照附图凸现，所述附图中:
[0066]图1是根据本发明第一实施例的电力网络的示图；
[0067]图2是根据本发明第二实施例的电力网络的示图；
[0068]图3是根据本发明第三实施例的电力网络的示图。
[0069]为清楚起见，在全部附图中，同样或类似的元件采用相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0070]图1示出了用于机动车辆的电力网络I的示图。该电力网络I包括第一电力子网络2，所述第一电力子网络2包括能量存储部，这里是电池22，被并联连接至发电机21和电力消耗部23。电力消耗部23是车辆的消耗装置，例如用于通风或照明的装置。第一电力子网络2上可存在多个电力消耗部。该电力消耗部要求不掉落到操作阈值以下的稳定电压。注意到的是，对于一些消耗部，在操作阈值之下持续非常短的时段的电压可被承受。例如，持续几毫秒的电压降低将是不明显的，甚至在照明系统中。电力网络I包括第二电力子网络3，所述第二电力子网络3包括功率存储部，这里是超级电容器31，其并联连接至瞬态地自身激活的高功率部件，这里是电力增压器32。在该实施例中，功率存储部31是超级电容器，但是也可以是锂存储类型的。电力网络I包括DC/DC转换器4。第一电力子网络2被连接至DC/DC转换器4的输入端，并且第二电力子网络3被连接至DC/DC转换器4的输出端。示出的第一电力子网络2是以12V左右电压操作的车辆车载网络。在电力增压器32的瞬态激活阶段期间，电力增压器32具有高电流牵引，所述高电流牵引对第一电力子网络2的电力消耗部23没有影响。实际上，增压器32通过DC/DC转换器4而与第一电力子网络2隔离，并且在电力增压器32的激活期间的电流牵引将不导致第一子网络2中的压降。该压降仅通过第二电力子网络3的功率存储部31是明显的。电池22的寿命不受这些电流牵引的影响。
[0071]电池22由发电机21以已知的方式进行充电。在电池22由发电机充电，控制器件可以确保发电机21仅为电力消耗部23供电。所述控制器件可以被连接至测量电池22的电流的器件(未在图中示出)，所述测量装置可以被布置在电池22的正端子或负端子中的一个上，允许电池22的充电状态被检测。一旦电池22处于其最佳状态，发电机21借助于“零电池电流”电压调节器而仅为车辆的电力消耗部23供电，所述电压调节器允许在电池22处获得的总体零电流。
[0072]DC/DC转换器4采用第一子网络2中的能量来给超级电容器31充电。在图1中示出的实施例中，DC/DC转换器是升降压型(buck-boost)电压转换器。因此，转换器4的输出电压可以:
[0073]-在当转换器4用作降压(st印-down)转换器时的阶段期间，在O和跨第一电力子网络2的端子的电压值之间，其输入电压是跨第一电力子网络2的端子的电压；
[0074]-在所述增压器的激活阶段期间，在跨第一电力子网络2的端子的电压值和允许增压器32的足够功率供给被确保的预设最大值之间。在该阶段期间，转换器4用作升压(step-up)转换器，其输入电压是跨第一电力子网络2 的端子的电压。
[0075]因此，跨超级电容器31的端子的电压首先在零电压和跨电池22的端子的电压之间变化，继而在跨电池22的端子的电压和超级电容器31可以承受的最大电压之间变化。超级电容器31可以承受的该最大电压取决于电力增压器32所需的响应时间，该响应时间设定(dimens1n) 了在激活期间电流牵引的强度和持续时间。
[0076]在增压器32的激活期间，命令器件允许超级电容器31以足够的电压供给增压器32。超级电容器31放电在增压器32中。因此，仅第二电力子网络3被高功率部件32的激活干扰。超级电容器31，一旦被放电，被DC/DC转换器4再充电，以便能够响应于来自电力增压器32的新需求。
[0077]图2示意性地示出了用于机动车辆的另一电力网络I。图2的电力网络I与图1中所示的电力网络I区别在于在DC/DC转换器4的输入端和DC/DC转换器4的输出端之间添加了开关器件5。所使用的开关器件5例如可以是在最大电流和所设想的激活数量的基础上设定的机械式继电器。
[0078]特别地，控制器件引起开关器件在开状态和关状态之间转换。在其关状态中，电路的操作与先前参照图1的描述相同。当跨超级电容器31的端子的电压不再足够以供电给增压器32、并且激活阶段尚未完成时，可以通过控制器件进行至开状态的转换。特别地，当跨超级电容器31的端子的电压不再大于跨第一子网络2的端子(特别是跨第一存储部22的端子)的电压时，跨超级电容器31的端子的电压不再是足够的。该情形例如对应于这种情况:超级电容器31在其充电期间没有存储足够的功率以满足增压器32的需要。高功率部件32，这里是电力增压器32，则可以通过第一子网络的发电机21供给有功率。换句话说，如果需要的话，高功率部件32在其激活期间所需要的功率可以由发电机21提供。
[0079]第二子网络的存储部31的该功率缺乏可以是增压器32的瞬态激活阶段持续过长、或超级电容器31的未足够充电的结果。在这些情况下，开关器件5转换至开状态并且将DC/DC转换器4短路。增压器32由第一子网络2的发电机21供电，或可能地由电池22供电。
[0080]注意到的是，当增压器32的操作被延长时，其则处于稳定速度下，例如处于70000RPM下。由增压器32要求的功率则小于在其激活期间所要求的功率。当开关器件5改变至开状态时，增压器32因此不引起第一子网络2上的电压下降。
[0081]图3示意性地示出了用于机动车辆的另一电力网络I。图3的电力网络I与图2中所示的电力网络I不同之处在于添加了并联连接至第二子网络3的起动器33、以及在起动器33的一个端子和第二子网络3的其他元件31、32之间的开关6。第一开关5借助于起动器33的该相同端子而被连接至第二子网络3。该实施例描述了将起动器33并联连接至第二电力子网络，但是其应用至瞬态地自身激活的任何高功率部件，所述高功率部件的激活可以干扰车辆的第一电力子网络2的能量消耗部23的操作。
[0082]第二开关6允许第二子网络3的操作模式变化。增压器32和起动器33可以与第一子网络2隔离(第一开关5打开)并且由超级电容器31供电(第二开关6闭合)。因此，在起动车辆时，起动器33 (由于产生的电流牵引，所以起动器33的激活可干扰电力消耗部23的操作)与第一子网络2隔离并且超级电容器31确保其供电。增压器32和起动器33可以均由相同的子网络2供电(第一和第二开关5、6闭合)。可替代地，增压器32由超级电容器31供电，而起动器33由第一子网络2供电(第一开关5闭合并且第二开关6断开
[0083]显然，本发明不限于所描述的示例。特别地，增压器32和起动器33可以是其他高功率部件。
【主权项】
1.一种用于机动车辆的电力网络(1)，包括: -第一电力子网络(2)，所述第一电力子网络(2)包括，并联地: -发电机(21)； -第一能量存储部(22)； -至少一个第一电力消耗部(23); -第二电力子网络(3)，所述第二电力子网络(3)包括，并联地: -第二能量存储部(31)； -第二电力消耗部(32); -第三电力消耗部(33)； -DC/DC转换器(4)，配置为从所述第一子网络给所述第二能量存储部(31)充电； 所述电力网络⑴还包括: -在所述第一子网络(2)和所述第二子网络(3)之间的开关器件(5)，所述开关器件(5)被配置为当跨所述第二能量存储部(31)的端子的电压变得与跨所述第一能量存储部(22)的端子的电压相等时电连接所述第一子网络(2)和所述第二子网络(3)，以确保由所述发电机(21)供电给所述第二消耗部(32); -第二开关器件(6)，配置为将所述第三电力消耗部(33)与所述第二能量存储部(31)和所述第二电力消耗部(32)选择性地隔离和连接； 所述第三电力消耗部(33)具有与所述第一开关器件(5)和所述第二开关器件(6)共用的一个端子。
2.根据权利要求1所述的电力网络(I)，其中所述第二能量存储部(31)具有的存储容量大于所述第一能量存储部(22)的存储容量，并且所述第二电力消耗部(32)具有的电功率大于所述第一电力消耗部(23)的电功率。
3.根据权利要求1或2所述的电力网络(I)，其中，所述第三部件(33)是起动器。
4.根据前述权利要求中的一项所述的电力网络(1)，其中，所述能量存储部(31)是超级电容器。
5.根据前述权利要求中的一项所述的电力网络(I)，其中所述第二消耗部(32)是电力增压器。
6.根据前述权利要求中的一项所述的电力网络(1)，其中所述DC/DC转换器(4)是升压/降压转换器。
7.根据前述权利要求中的一项所述的电力网络(1)，其中所述DC/DC转换器(4)是可逆转换器。
8.根据前述权利要求中的一项所述的电力网络(I)，其中所述发电机(21)是并联连接至AC/DC转换器的交流发电机。
【专利摘要】本发明涉及一种用于机动车辆的电力网络(1)，其包括：第一电力子网络(2)，所述第一电力子网络(2)包括并联的发电机(21)、第一能量存储部(22)、至少一个第一电力消耗部(23)；第二电力子网络(3)，所述第二电力子网络(3)包括并联的第二能量存储部(31)、第二电力消耗部(32)、第三电力消耗部(33)；DC/DC转换器(4)，其被配置为从第一子网络给第二能量存储部(31)充电。所述电力网络(1)还包括：第一子网络(2)和第二子网络(3)之间的开关器件(5)，所述开关器件(5)被配置为当跨第二能量存储部(31)的端子的电压变得与跨第一能量存储部(22)的端子的电压相等时电链接第一子网络(2)和第二子网络(3)，以确保由发电机(21)供电给第二消耗部(32)；第二开关器件(6)，其被配置为将第三电力消耗部(33)与第二能量存储部(31)和第二电力消耗部(32)选择性地隔离和连接；第三电力消耗部(33)具有与第一开关器件(5)和第二开关器件(6)共用的一个相同端子。
【IPC分类】B60R16-04, F02N11-14, H02J7-14
【公开号】CN104813562
【申请号】CN201380061118
【发明人】S.德科斯特, C.科尼格利昂, A.里彻特, D.本切特里特, P.鲍德森, M.巴纳塞
【申请人】法雷奥电机控制系统公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2013年10月3日
【公告号】EP2904690A2, WO2014053780A2, WO2014053780A3
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于机动车辆的电力网络，所述电力网络包括至少一个瞬态地自身激活的高功率部件。更特别地，本发明涉及一种电力网络，其还包括发电机、存储由所述发电机产生的电能的能量存储部，以及确保例如通风和照明功能的车辆的能量消耗装置(下文中称作“电力消耗部”)。
【背景技术】
[0002]在本申请的背景中，高功率部件意味着一种电力消耗部，其要求的电功率大于能量消耗装置的电功率。特别地，高功率部件可瞬态地要求大量的电能，例如当其被激活时。例如，高功率消耗部可包括消耗高电流持续有限的持续时间的任何功率部件，所述高电流在400-500A的量级，所述持续时间在O到1s之间(在部件的瞬态激活时段期间)。
[0003]在本申请的背景中，功率存储部的意思是具有高功率密度的任何能量存储部。例如，功率存储部是一种其P/E (功率/能量)比率大于预定值(例如P/E>20)的能量存储部。
[0004]当高功率部件激活时，在车辆的电力网络上瞬态地产生高电流牵引(draw)。所牵引电流的强度取决于由该高功率部件所要求的、用于其激活的希望响应时间。作为示例，当电力增压器(supercharger)激活时，所述增压器的祸轮机的旋转速度必须在350ms中从4000RPM升至70000RPM。激活所要求的功率可以在I到7kW之间。因此，这样的部件在其激活的时刻要求相当大的电功率。现在，不希望的是，为了避免高电流牵引而降低部件的性能。在这样的功率部件的起动(start-up)阶段期间所要求的能量由能量存储部提供，而不是由发电机提供，因为发电机的响应时间通常长于高功率部件的响应时间。然而，车辆电力网络的能量存储部在电压上是有限的。对于车辆电池来说，电池电压优选地在12V左右。该电压不足以用于最优地确保高功率部件的激活和其他能量消耗部的供电二者。
[0005]实际上，高功率部件的激活引起电力网络上电压的下降，这可以导致车辆的其他消耗装置的断电或故障。这些以高于最小电压阈值的电压操作的消耗装置可以是车辆安全或舒适部件，例如车辆的前大灯。为了车辆乘客的安全，它们的操作必须随时被确保。
[0006]此外，由于高功率部件由车辆网络的能量存储部供电，所以能量存储部的寿命通过其在高功率部件激活时所必须经受的高电流牵引而减少。因此需要将具有更大功率的电池安装到车载网络上，但是这将涉及高成本。
【发明内容】
[0007]本发明旨在弥补上述缺陷中的全部或一些，并且特别是提出一种用于机动车辆的更便宜的电力网络，所述电力网络被保护而免受在高功率部件激活时压降的影响，同时不有损于网络能量存储部的性能或其寿命。
[0008]因此，本发明的一个方面涉及一种用于机动车辆的电力网络，所述电力网络包括:
[0009]-第一电力网络，所述第一电力网络包括，并联地:
[0010]-发电机；
[0011]-第一能量存储部；
[0012]-至少一个电力消耗部；
[0013]-第二电力网络，所述第二电力网络包括，并联地:
[0014]-第二能量存储部；
[0015]-第二电力消耗部；
[0016]-DC/DC转换器，其被配置为从第一子网络给第二能量存储部充电；
[0017]其特征在于，所述电力网络还包括在第一子网络和第二子网络之间的开关器件，所述开关器件被配置为当跨第二能量存储部的端子的电压变得与跨第一能量存储部的端子的电压相等时电连接第一子网络和第二子网络，以确保由发电机供电给第二消耗部。
[0018]所述网络因此包括第一电力子网络，其意图用于车辆第一电力能量消耗部，还被称作车辆的电力充电部，要求稳定的、并且由能量存储部或由发电机供应的电压。所述网络还包括第二电力子网络，其意图用于第二消耗部。第二消耗部特别地是一种引起电压下降的部件，例如瞬态地自身激活的高功率部件。第一子网络通过电力网络的DC/DC转换器而与第二子网络隔离。第二子网络的能量存储部借助于DC/DC转换器通过第一子网络的发电机或能量存储部而被充电。第二能量存储部因此可以在第二部件的激活时，供电给所述第二部件以足够的电压。特别地，DC/DC转换器将其在输入端处遇到的电压(即第一电力子网络的电压)放大。在标准车辆的情况下，第一电力子网络的电压在12V左右。第二能量存储部在布置在第二电力子网络中的第二部件的基础上被设置尺寸。在第一子网络通过DC/DC转换器而与第二子网络隔离时，所述第一子网络不被发生在第二部件激活时的压降所影响。
[0019]特别地，第一能量存储部被配置为供电给第一电力消耗部。特别地，第二能量存储部被配置为供电给第二电力消耗部。
[0020]例如，第一电力子网络被链接至DC/DC转换器的输入端，并且第二电力子网络被链接至DC/DC转换器的输出端。
[0021]特别地，开关器件将DC/DC转换器的输入端连接至DC/DC转换器的输出端。如果第二部件的激活是长的或者如果第二能量存储部过快地放电，即当激活第二部件所要求的能量大于第二能量存储部中可以使用的能量时，则开关器件允许供电从第二部件转换至第一子网络，并且因此转换至发电机。因此，发电机可以接管并且确保用于第二部件的激活阶段的剩余部分的供电。功率从第二部件转换至第一子网络是通过闭合开关器件而实现的。所述开关器件的闭合可以通过控制器件实现，所述控制器件，例如，由跨第二子网络的能量存储部的端子的电压的传感器来控制。
[0022]除了刚刚在先前段落中提及的主要特征之外，根据本发明的电力网络可以具有下列中的一个或多个互补的特征，所述互补的特征个体地考虑或根据技术上可能的组合考虑:
[0023]-第二能量存储部具有的存储容量大于第一能量存储部的存储容量，并且第二电力消耗部具有的电功率大于第一电力消耗部具有的电功率；
[0024]-特别地，第二部件是高功率部件，特别是电力增压器；
[0025]-第二能量存储部是功率存储部，特别是超级电容器(super-condenser)。超级电容器是特别良好地适于在有限的时间量期间供给高功率的功率存储部。此外，与存在于机动车辆的电力网络上的电池类型能量存储部不同，超级电容器还具有能够承受无限次的充电/放电循环的优势。特别地，电容器的数量和它们的特征在激活第二电力子网络的部件所要求的功率的基础上被设定(dimens1ned)。超级电容器的充电还具有快速的优势，这允许第二部件的激活阶段在有限的时间量内一个跟随另一个，特别是在高功率部件的情况下。充电时间可以取决于超级电容器的容量、再充电电流以及Vmax/Vmin电压差。例如，对于300A的电流，需要大约20s来将2000个燃料电池单元(F_cell)从OV充电至2.7V(2.7V是该电池单元的最大电压)；
[0026]-第二电力子网络包括并联的电连接，所述电连接包括第三电力消耗部。第二电力子网络可以意图用于机动车辆的电力网络的多个消耗部，所述消耗部在它们的激活期间引起压降并且可能干扰第一电力子网络；
[0027]-第二电力子网络包括第二开关器件，所述第二开关器件配置为选择性地隔离和连接至第二能量存储部和第二电力消耗部的并联连接；
[0028]-第一开关器件借助于所述并联连接的端子连接至第二子网络；
[0029]-第三部件是起动器。起动器在第二电力子网络中并联的布置防止在起动车辆时车载网络上压降的出现，特别地是第一子网络。
[0030]在这种情况下，超级电容器优选地设定为能够在高功率部 件激活时补偿电压降低，所述高功率部件在起动时具有最大的压降；
[0031]-DC/DC转换器是升压/降压转换器(称为升降压型转换器)。DC/DC升降压型转换器允许第二能量存储部从所述转换器的输入电压(即，第一子网络的电压)在两个阶段中充电:
[0032]-在第一阶段中，当跨第二能量存储部的端子的电压为零或低于第一子网络的电压时，DC/DC转换器被命令器件命令为起电压降压的作用(降低)，使得输出电压处于O到第一子网络的电压之间。
[0033]-在第二阶段中，当跨功率存储部的端子的电压等于第一电力子网络的电压时，DC/DC转换器被命令器件命令为起电压升压的作用(升高)，使得输出电压处于第一子网络的电压到最大预设电压之间。该最大电压被确定为确保第二部件的激活；
[0034]并且
[0035]-发电机是并联连接至AC/DC转换器的交流发电机。
[0036]本发明还涉及一种管理用于机动车辆的电力网络部件的供电的方法，所述网络包括第一电力子网络，所述第一电力子网络包括，并联地:
[0037]-发电机；
[0038]-第一能量存储部；
[0039]-至少一个第一电力消耗部；
[0040]-第二电力子网络，所述第二电力子网络包括，并联地:
[0041]-第二能量存储部；
[0042]-第二电力消耗部；
[0043]-DC/DC转换器，其被配置为当第二电力消耗部关闭时从第一子网络给第二能量存储部充电；以及
[0044]-第一子网络和第二子网络之间的开关器件，
[0045]其特征在于，所述方法包括以下步骤:闭合开关器件，以当跨第二能量存储部的端子的电压等于跨第一能量存储部的端子的电压时电连接第一子网络和第二子网络，以确保由发电机供电给第二消耗部。
[0046]根据本发明的一个方面，本发明还涉及一种用于机动车辆的电力网络，所述电力网络包括:
[0047]-第一电力子网络，所述第一电力子网络包括，并联地:
[0048]-发电机；
[0049]-第一能量存储部；
[0050]-至少一个第一电力消耗部；
[0051]-第二电力子网络(3)，所述第二电力子网络包括，并联地:
[0052]-第二能量存储部；
[0053]-第二电力消耗部；
[0054]-第三电力消耗部；
[0055]-DC/DC转换器，其被配置为从第一子网络给第二能量存储部充电；
[0056]所述电力网络还包括:
[0057]-第一子网络和第二子网络之间的开关器件，所述开关器件被配置为当跨第二能量存储部的端子的电压变得与跨第一能量存储部的端子的电压相等时电连接第一子网络和第二子网络，以确保由发电机供电至第二消耗部；
[0058]-第二开关器件，其被配置为将第三电力消耗部与第二能量存储部和第二电力消耗部选择性地隔离和连接；
[0059]第三电力消耗部具有与第一开关器件和第二开关器件共用的(incommon) —个端子。
[0060]换句话说，在本发明的该方面中，第三部件具有一个与第一开关共用的端子。第三部件的该相同端子还与第二开关共用。特别地，第三部件具有将所述网络接地的连接端子，以及另一个端子，所述另一个端子在一个端部处被连接至第一开关器件的端子，并且在另一个端部处被连接至第二开关器件的端子。
[0061]因此，在本发明的该方面中，包括第三电力消耗部的电连接位于第一开关器件和第二开关器件之间。该第三消耗部可以因此由第一子网络和/或由第二子网络供电，而不管其他电力消耗部如何。
[0062]根据本发明的该方面的网络可以具有与之兼容的上述特征中的一个或多个。
[0063]在变化例中，DC/DC转换器可以是可逆转换器。换句话说，转换器可不仅允许电信号从第一子网络传输至第二子网络，而且还允许电信号从第二子网络3传输至第一子网络。因此，当第二存储部具有足够的电量时，第二存储部可以有利地供电第一子网络。
[0064]例如，功率存储部可以在再生制动阶段期间被充电。发电机则从车辆机械制动产生电能。该能量的全部或部分被传输至第二存储部。之后，存储在第二能量存储部中的能量可以被用于供电给第二消耗部和/或借助于可逆DC/DC转换器来供电给第一子网络。
【附图说明】
[0065]本发明进一步的特征和优势将从下文的描述中、参照附图凸现，所述附图中:
[0066]图1是根据本发明第一实施例的电力网络的示图；
[0067]图2是根据本发明第二实施例的电力网络的示图；
[0068]图3是根据本发明第三实施例的电力网络的示图。
[0069]为清楚起见，在全部附图中，同样或类似的元件采用相同的附图标记。
【具体实施方式】
[0070]图1示出了用于机动车辆的电力网络I的示图。该电力网络I包括第一电力子网络2，所述第一电力子网络2包括能量存储部，这里是电池22，被并联连接至发电机21和电力消耗部23。电力消耗部23是车辆的消耗装置，例如用于通风或照明的装置。第一电力子网络2上可存在多个电力消耗部。该电力消耗部要求不掉落到操作阈值以下的稳定电压。注意到的是，对于一些消耗部，在操作阈值之下持续非常短的时段的电压可被承受。例如，持续几毫秒的电压降低将是不明显的，甚至在照明系统中。电力网络I包括第二电力子网络3，所述第二电力子网络3包括功率存储部，这里是超级电容器31，其并联连接至瞬态地自身激活的高功率部件，这里是电力增压器32。在该实施例中，功率存储部31是超级电容器，但是也可以是锂存储类型的。电力网络I包括DC/DC转换器4。第一电力子网络2被连接至DC/DC转换器4的输入端，并且第二电力子网络3被连接至DC/DC转换器4的输出端。示出的第一电力子网络2是以12V左右电压操作的车辆车载网络。在电力增压器32的瞬态激活阶段期间，电力增压器32具有高电流牵引，所述高电流牵引对第一电力子网络2的电力消耗部23没有影响。实际上，增压器32通过DC/DC转换器4而与第一电力子网络2隔离，并且在电力增压器32的激活期间的电流牵引将不导致第一子网络2中的压降。该压降仅通过第二电力子网络3的功率存储部31是明显的。电池22的寿命不受这些电流牵引的影响。
[0071]电池22由发电机21以已知的方式进行充电。在电池22由发电机充电，控制器件可以确保发电机21仅为电力消耗部23供电。所述控制器件可以被连接至测量电池22的电流的器件(未在图中示出)，所述测量装置可以被布置在电池22的正端子或负端子中的一个上，允许电池22的充电状态被检测。一旦电池22处于其最佳状态，发电机21借助于“零电池电流”电压调节器而仅为车辆的电力消耗部23供电，所述电压调节器允许在电池22处获得的总体零电流。
[0072]DC/DC转换器4采用第一子网络2中的能量来给超级电容器31充电。在图1中示出的实施例中，DC/DC转换器是升降压型(buck-boost)电压转换器。因此，转换器4的输出电压可以:
[0073]-在当转换器4用作降压(st印-down)转换器时的阶段期间，在O和跨第一电力子网络2的端子的电压值之间，其输入电压是跨第一电力子网络2的端子的电压；
[0074]-在所述增压器的激活阶段期间，在跨第一电力子网络2的端子的电压值和允许增压器32的足够功率供给被确保的预设最大值之间。在该阶段期间，转换器4用作升压(step-up)转换器，其输入电压是跨第一电力子网络2 的端子的电压。
[0075]因此，跨超级电容器31的端子的电压首先在零电压和跨电池22的端子的电压之间变化，继而在跨电池22的端子的电压和超级电容器31可以承受的最大电压之间变化。超级电容器31可以承受的该最大电压取决于电力增压器32所需的响应时间，该响应时间设定(dimens1n) 了在激活期间电流牵引的强度和持续时间。
[0076]在增压器32的激活期间，命令器件允许超级电容器31以足够的电压供给增压器32。超级电容器31放电在增压器32中。因此，仅第二电力子网络3被高功率部件32的激活干扰。超级电容器31，一旦被放电，被DC/DC转换器4再充电，以便能够响应于来自电力增压器32的新需求。
[0077]图2示意性地示出了用于机动车辆的另一电力网络I。图2的电力网络I与图1中所示的电力网络I区别在于在DC/DC转换器4的输入端和DC/DC转换器4的输出端之间添加了开关器件5。所使用的开关器件5例如可以是在最大电流和所设想的激活数量的基础上设定的机械式继电器。
[0078]特别地，控制器件引起开关器件在开状态和关状态之间转换。在其关状态中，电路的操作与先前参照图1的描述相同。当跨超级电容器31的端子的电压不再足够以供电给增压器32、并且激活阶段尚未完成时，可以通过控制器件进行至开状态的转换。特别地，当跨超级电容器31的端子的电压不再大于跨第一子网络2的端子(特别是跨第一存储部22的端子)的电压时，跨超级电容器31的端子的电压不再是足够的。该情形例如对应于这种情况:超级电容器31在其充电期间没有存储足够的功率以满足增压器32的需要。高功率部件32，这里是电力增压器32，则可以通过第一子网络的发电机21供给有功率。换句话说，如果需要的话，高功率部件32在其激活期间所需要的功率可以由发电机21提供。
[0079]第二子网络的存储部31的该功率缺乏可以是增压器32的瞬态激活阶段持续过长、或超级电容器31的未足够充电的结果。在这些情况下，开关器件5转换至开状态并且将DC/DC转换器4短路。增压器32由第一子网络2的发电机21供电，或可能地由电池22供电。
[0080]注意到的是，当增压器32的操作被延长时，其则处于稳定速度下，例如处于70000RPM下。由增压器32要求的功率则小于在其激活期间所要求的功率。当开关器件5改变至开状态时，增压器32因此不引起第一子网络2上的电压下降。
[0081]图3示意性地示出了用于机动车辆的另一电力网络I。图3的电力网络I与图2中所示的电力网络I不同之处在于添加了并联连接至第二子网络3的起动器33、以及在起动器33的一个端子和第二子网络3的其他元件31、32之间的开关6。第一开关5借助于起动器33的该相同端子而被连接至第二子网络3。该实施例描述了将起动器33并联连接至第二电力子网络，但是其应用至瞬态地自身激活的任何高功率部件，所述高功率部件的激活可以干扰车辆的第一电力子网络2的能量消耗部23的操作。
[0082]第二开关6允许第二子网络3的操作模式变化。增压器32和起动器33可以与第一子网络2隔离(第一开关5打开)并且由超级电容器31供电(第二开关6闭合)。因此，在起动车辆时，起动器33 (由于产生的电流牵引，所以起动器33的激活可干扰电力消耗部23的操作)与第一子网络2隔离并且超级电容器31确保其供电。增压器32和起动器33可以均由相同的子网络2供电(第一和第二开关5、6闭合)。可替代地，增压器32由超级电容器31供电，而起动器33由第一子网络2供电(第一开关5闭合并且第二开关6断开
[0083]显然，本发明不限于所描述的示例。特别地，增压器32和起动器33可以是其他高功率部件。
【主权项】
1.一种用于机动车辆的电力网络(1)，包括: -第一电力子网络(2)，所述第一电力子网络(2)包括，并联地: -发电机(21)； -第一能量存储部(22)； -至少一个第一电力消耗部(23); -第二电力子网络(3)，所述第二电力子网络(3)包括，并联地: -第二能量存储部(31)； -第二电力消耗部(32); -第三电力消耗部(33)； -DC/DC转换器(4)，配置为从所述第一子网络给所述第二能量存储部(31)充电； 所述电力网络⑴还包括: -在所述第一子网络(2)和所述第二子网络(3)之间的开关器件(5)，所述开关器件(5)被配置为当跨所述第二能量存储部(31)的端子的电压变得与跨所述第一能量存储部(22)的端子的电压相等时电连接所述第一子网络(2)和所述第二子网络(3)，以确保由所述发电机(21)供电给所述第二消耗部(32); -第二开关器件(6)，配置为将所述第三电力消耗部(33)与所述第二能量存储部(31)和所述第二电力消耗部(32)选择性地隔离和连接； 所述第三电力消耗部(33)具有与所述第一开关器件(5)和所述第二开关器件(6)共用的一个端子。
2.根据权利要求1所述的电力网络(I)，其中所述第二能量存储部(31)具有的存储容量大于所述第一能量存储部(22)的存储容量，并且所述第二电力消耗部(32)具有的电功率大于所述第一电力消耗部(23)的电功率。
3.根据权利要求1或2所述的电力网络(I)，其中，所述第三部件(33)是起动器。
4.根据前述权利要求中的一项所述的电力网络(1)，其中，所述能量存储部(31)是超级电容器。
5.根据前述权利要求中的一项所述的电力网络(I)，其中所述第二消耗部(32)是电力增压器。
6.根据前述权利要求中的一项所述的电力网络(1)，其中所述DC/DC转换器(4)是升压/降压转换器。
7.根据前述权利要求中的一项所述的电力网络(1)，其中所述DC/DC转换器(4)是可逆转换器。
8.根据前述权利要求中的一项所述的电力网络(I)，其中所述发电机(21)是并联连接至AC/DC转换器的交流发电机。
【专利摘要】本发明涉及一种用于机动车辆的电力网络(1)，其包括：第一电力子网络(2)，所述第一电力子网络(2)包括并联的发电机(21)、第一能量存储部(22)、至少一个第一电力消耗部(23)；第二电力子网络(3)，所述第二电力子网络(3)包括并联的第二能量存储部(31)、第二电力消耗部(32)、第三电力消耗部(33)；DC/DC转换器(4)，其被配置为从第一子网络给第二能量存储部(31)充电。所述电力网络(1)还包括：第一子网络(2)和第二子网络(3)之间的开关器件(5)，所述开关器件(5)被配置为当跨第二能量存储部(31)的端子的电压变得与跨第一能量存储部(22)的端子的电压相等时电链接第一子网络(2)和第二子网络(3)，以确保由发电机(21)供电给第二消耗部(32)；第二开关器件(6)，其被配置为将第三电力消耗部(33)与第二能量存储部(31)和第二电力消耗部(32)选择性地隔离和连接；第三电力消耗部(33)具有与第一开关器件(5)和第二开关器件(6)共用的一个相同端子。
【IPC分类】B60R16-04, F02N11-14, H02J7-14
【公开号】CN104813562
【申请号】CN201380061118
【发明人】S.德科斯特, C.科尼格利昂, A.里彻特, D.本切特里特, P.鲍德森, M.巴纳塞
【申请人】法雷奥电机控制系统公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2013年10月3日
【公告号】EP2904690A2, WO2014053780A2, WO2014053780A3
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