專利名稱：車載電網(wǎng)中的電壓控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于保持電池支持的車載電網(wǎng)中的預(yù)先確定的電壓的方法和裝置。
背景技術(shù)：
通常借助電起動裝置開動機動車的內(nèi)燃發(fā)動機。起動裝置運行所需的能量從機動車的車載電網(wǎng)的電池獲得。通過由起動裝置加載電池，車載電壓可以在起動過程期間如此程度地跌落，使得沒有給車載電網(wǎng)中的其他用電器供給足夠的電壓。特別是由微處理器控制的用電器可以靈敏地對小的車載電壓進行反應(yīng)并且在預(yù)先確定的時間間隔內(nèi)不起作用或僅僅受限制地起作用。所述用電器可以是對于機動車的運行和/或安全性而言重要相關(guān)的控制裝置。如果機動車配備有在短暫停車時已經(jīng)關(guān)閉內(nèi)燃發(fā)動機并且在需要時才重新起動內(nèi)燃發(fā)動機的啟動/停止自動系統(tǒng)，則起動過程在機動車行駛期間可能相對頻繁，并且用電器的暫時失效可能特別嚴重。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明所基于的任務(wù)是，提供用于在起動過程期間確保預(yù)先確定的車載電壓的方法和裝置。本發(fā)明借助具有權(quán)利要求1的特征的方法和具有權(quán)利要求9的特征的裝置解決所述任務(wù)。從屬權(quán)利要求說明優(yōu)選的實施方式。根據(jù)本發(fā)明的用于在電起動裝置運行期間保持電池支持的車載電網(wǎng)中的預(yù)先確定的電壓的方法包括:在車載電網(wǎng)上在第一時段期間與限流電阻串聯(lián)地運行電起動裝置以便限制流經(jīng)起動裝置的電流的步驟；以及在車載電網(wǎng)上在第二時段期間以減小的限流電阻運行電起動裝置以便增大由起動裝置轉(zhuǎn)換的功率的步驟。在此，基于在第一時段期間在限流電阻上采樣的電特征參量來控制從第一時間段到第二時間段的過渡。由此可以確保:在最佳時刻進行限流電阻的減小，也就是說，盡可能早地進行限流電阻的減小，以便使由起動裝置轉(zhuǎn)換的功率最大化并且由此加速起動過程，并且同時如所需要的那樣晚地進行限流電阻的減小，以便避免電池電壓跌落到預(yù)先確定的值以下。通過根據(jù)分別在每個起動過程中檢測到的值的控制能夠考慮可變的影響參量，如內(nèi)燃發(fā)動機在不同溫度下的機械阻抗、對電池的老化影響和溫度影響以及其他用電器的電流消耗。在第一階段期間可以確定閾值，并且當流經(jīng)限流電阻的電流低于確定的閾值時可以開始第二階段。由此可以基于相對簡單的確定來實施第二階段的開始或限流電阻的減小。優(yōu)選地，基于在預(yù)先確定的時刻進行的測量實施閾值的確定，以便在測量時間間隔期間不僅使電感影響最小化而且使起動裝置的變化的反電動勢最小化。所述時刻取決于線路的電感和起動過程期間反電動勢增長的速度?？梢曰诙啻卧跁r間上校正的測量實施所述方法，以便首先粗略并且然后越來越精細地確定最佳的切換時刻。在一個用于確定和監(jiān)視用于電流的閾值的替代實施方式中，所述方法可以包括:在第一階段期間基于限流電阻上的電壓測量來確定時刻的步驟；以及當達到確定的時刻時開始第二階段的步驟。所述確定可以基于微分方程來實施并且可以允許最佳的切換時刻的預(yù)測，而不必監(jiān)視流經(jīng)起動裝置的電流。根據(jù)本發(fā)明的用于在電起動裝置運行期間保持電池支持的車載電網(wǎng)中的預(yù)先確定的電壓的裝置包括可控制的限流電阻、第一與第二采樣裝置、定時器和控制裝置，所述可控制的限流電阻用于在車載電網(wǎng)上與電阻串聯(lián)地運行起動裝置，所述第一與第二采樣裝置用于記錄電阻的不同連接端上的電壓，所述控制裝置用于根據(jù)上述方法減小限流電阻。所述裝置允許從第一階段到第二階段的最佳過渡，而不要求需以與限流電阻隔開一間距地施加的傳感器。


接下來參考附圖更詳細地解釋本發(fā)明，附圖示出:圖1:機動車中的車載電網(wǎng)的電路圖；圖2:用于在附圖1的車載電網(wǎng)中使用的電流控制；圖3:圖1中的車載電網(wǎng)中的電壓和電流的變化曲線；圖4:圖1的機動車車載的方法的流程圖。
具體實施例方式圖1示出機動車102中的車載電網(wǎng)100的電路圖。車載電網(wǎng)100包括電池105、限流電阻110、起動裝置115以及從電池105至限流電阻110的第一線路120和從限流電阻110至起動裝置115的第二線路125。在第二線路125中插入起動器繼電器130。此外，與電池105并聯(lián)地連接用電器135，所述用電器可以代表性地代表一些不同的用電器。用電器135在車載電網(wǎng)100中運行并且為此要求工作電壓的提供，所述工作電壓不允許低于預(yù)先確定的閾值。例如用電器135可以包括電子的部件或微處理器控制的部件，其在供電電壓低于閾值之后復(fù)位(執(zhí)行恢復(fù))并且隨后需要一定的復(fù)位時間，以便再次能夠使用。本發(fā)明的任務(wù)是，避免電池105上的電壓跌落到所述閾值以下。機動車102包括未示出的內(nèi)燃發(fā)動機，可以借助起動裝置115開動所述內(nèi)燃發(fā)動機。如果內(nèi)燃發(fā)動機運行，則它驅(qū)動同樣未示出的發(fā)電機，所述發(fā)電機對電池105充電。然而，在內(nèi)燃發(fā)動機的起動過程期間，發(fā)電機不運行或僅僅引起電池105的可忽略不計的充電。為了起動內(nèi)燃發(fā)動機，閉合起動器繼電器130，從而起動裝置115基本上與電池105并聯(lián)連接。起動裝置115包括高效的直流電動機，所述直流電動機隨后開始以增長的速度旋轉(zhuǎn)。在此，電動機驅(qū)動內(nèi)燃發(fā)動機，直至其起動。最晚當內(nèi)燃發(fā)動機運行時，打開起動器繼電器130并且起動裝置115漸漸停止。起動過程通常持續(xù)幾秒，盡管如此，接下來僅僅考慮起動過程的短暫的第一區(qū)段。在閉合起動器繼電器130之后，保持靜止的起動裝置115立即具有接近于O的反電動勢，從而在電路140中大電流從電池105流經(jīng)第一線路120、限流電阻110、第二線路125、起動器繼電器130和起動裝置115。因為電池105具有非零的內(nèi)阻，在其連接端上可用的車載電壓根據(jù)流動的電流跌落，從而存在復(fù)位用電器135的風(fēng)險。已知可以減輕車載電壓的跌落，其方式是，將限流電阻110置于預(yù)先確定的大于O歐姆的值上。為了針對起動過程使通過起動裝置115轉(zhuǎn)換的功率最大化，可以在預(yù)先確定的時間之后減小限流電阻110。通常在車載電網(wǎng)100的方案范疇內(nèi)一次性地確定并且此后不再改變可以減小限流電阻110而不使車載電壓低于預(yù)先確定的閾值的時刻?；陔姵?05的范圍內(nèi)的測量來減小限流電阻110要求測量裝置，出于成本原因，盡可能避免所述測量裝置。如果過早或過于嚴重地減小限流電阻110，則存在車載電壓跌落從而復(fù)位用電器135的危險。然而，如果過晚或過少地減小限流電阻110，則由起動裝置115轉(zhuǎn)換的功率沒有最大化，從而內(nèi)燃發(fā)動機的起動過程可能受損害或延長。為了更準確地考慮起動過程期間詳細發(fā)生的流程，在圖1中作為等效電路圖示出了電池105、限流電阻110、起動裝置115和線路120和125，所述線路包括歐姆電阻、電感和電壓源。電池105提供電壓Ubatt ;電池105的內(nèi)阻是Ri。第一線路120包括內(nèi)阻Rzull和電感Lzull。限流電阻110是R，其中所述限流電阻例如借助半導(dǎo)體或電機械控制的開關(guān)在兩個或更多個值Rl、R2、...之間變化，并且R1>R2>...。最后使用的電阻值Ri可以是O或近似于O。第二線路125包括內(nèi)阻Rzul2和電感Lzul2。起動裝置115包括電感L_St、內(nèi)阻R_St和電壓源G_EMK，其提供的電壓相應(yīng)于起動裝置的互感電壓(Gegen-ΕΜΚ:反電動勢)并且取決于起動裝置的轉(zhuǎn)速并且反作用于電池電壓U_batt。將起動器繼電器130假設(shè)為理想的或者所述起動器繼電器在閉合狀態(tài)中的電阻通過第二線路125建模。接地的連接通常也假設(shè)為理想的或在其余的電路140中建模。

示例性地假設(shè)車載電網(wǎng)100中的以下值:
Ri 6mO Rzul 2ιηΩ Lzull 5μΗ
Rzul2 5mOLzuI2 I μΗLSt 4.3μΗRSt 1.75ηιΩG_EMK取決于時間，見文中。在圖1中以電壓標記示出電壓測量裝置。電壓測量裝置顯示:怎樣的電壓施加在車載電網(wǎng)100中的哪個位置上。相應(yīng)的情況適于起動器繼電器130范圍內(nèi)的電流測量裝置。圖2示出在圖1中的限流電阻110的位置上使用的集成電流控制器200。電流控制器200包括第一連接端205和第二連接端210，所述第一連接端用于與第一線路120連接，所述第二連接端用于與第二線路125連接。在連接端205和210之間設(shè)置限流電阻215，所述限流電阻可選擇性地借助可控的開關(guān)220減小到O。連接端205或210與地之間的電壓借助于電壓測量裝置225或230記錄并且提供給控制裝置235?？刂蒲b置235與時鐘發(fā)生器240連接并且被設(shè)置用于控制開關(guān)220。時鐘發(fā)生器240被設(shè)置用于提供時間標準，所述時間標準用于確定事件之間的時間或時間間隔、特別是用于電壓測量裝置225和230的測量時刻。在圖2的示圖中，根據(jù)開關(guān)220的位置，限流電阻215或零電阻位于連接端205和210之間。在其他實施方式中，可以設(shè)置多個限流電阻215并且必要時也可以設(shè)置多個開關(guān)220，以便在連接端205和210之間調(diào)節(jié)多個不同的電阻。在一個實施方式中，位于連接端205和210之間的電阻通過半導(dǎo)體裝置實現(xiàn)，所述半導(dǎo)體裝置優(yōu)選無級地通過控制裝置235控制。圖3示出圖1中的車載電網(wǎng)中的電壓和電流的變化曲線。在水平方向上繪制時間、在垂直方向上繪制電流或不同的電壓的變化曲線310-370。第一變化曲線310描述流過起動裝置115的電流1_5七&1^61"。如從圖1中可看出的那樣，在任何時刻，相同的電流I_Starter流經(jīng)電路140的所有支路，因為涉及純串聯(lián)電路。在時刻O開始起動過程,在所述起動過程中閉合起動器繼電器130。I_Starter快速上升到將近600A并且從那根據(jù)對數(shù)函數(shù)下落。內(nèi)燃發(fā)動機的可變的機械阻抗可能導(dǎo)致起動裝置電流I_Starter的疊加的周期性變化并且在當前分析中不考慮。在時刻a、約130ms時，限流電阻110減小到 O。隨后I_Starter直到時刻b、約140ms時重新上升直至將近600A并且重新對數(shù)式地下落。流經(jīng)起動裝置115的電流I_Starter主要取決于起動裝置115的轉(zhuǎn)速。隨著增大的轉(zhuǎn)速，起動裝置115上的電壓降也上升并且流經(jīng)起動裝置115的電流下跌。最下面的變化曲線370描述電池105上的電壓U_Sternpkt，其也是用電器135的供電電壓。U_Sternpkt在起動過程開始時是12V并且隨后快速地跌落到約8.4V。之后U_Sternpkt與I_Starter基本上成反比地上升并且在時刻a達到約9.2V。在時刻a和b之間，U_Sternpkt重新下跌到約8.4V并且隨后重新與I_Starter基本上成反比地上升。在圖3中上部的第二變化曲線320描述了反電動#G_EMK，所述反電動勢在起動裝置115運行時形成并且取決于起動裝置115的轉(zhuǎn)速。G_EMK對數(shù)式地上升到約8V，其中所述上升是足夠均勻的，以便在足夠短的區(qū)段內(nèi)視為是線性的。在圖3中上部的第三變化曲線330描述輸入電壓U_in，所述輸入電壓可在第一線路120和限流電阻110之間的一個點上相對于地測量。U_in是圖2中的電壓測量裝置225米樣的電壓。在圖3中上部的第六變化曲線360描述輸出電壓U_out，所述輸出電壓可在第一線路120和限流電阻110之間的一個點上相對于地測量。U_out是圖2中的電壓測量裝置230采樣的電壓。U_in和U_out定性地跟隨U_Sternpkt,其方式是,U_in和U_out在時刻O從接近于電池105的空載電壓的值快速跌落并且隨后對數(shù)式地上升直至?xí)r刻a，直至?xí)r刻b重新下落并且接著又對數(shù)式地上升。在圖3中上部的第四變化曲線340描述圖1中的第一線路120的電感L_zull上的第一感應(yīng)電壓U_L_indl。在圖3中上部的第五變化曲線350以相應(yīng)的方式描述圖1中的第一線路120的電感L_zul2上的第二感應(yīng)電壓U_L_ind2。兩個感應(yīng)電壓U_L_ind僅僅分別在I_Starter變化之后的一個短暫時段內(nèi)是正的。所述時段與電感Lzull和Lzul2的數(shù)值成比例并且與其相應(yīng)的電阻Rzull和Rzul2成比例。所述時段分別在時刻a和b開始。電感L_zull上的感應(yīng)電壓U_L_indl和電感L_zul2上的U_L_zul2在相對較短的時間內(nèi)以如此程度衰減，使得其與電路140中的其他電壓相比可忽略不計。對于圖1中的元件所假設(shè)的值，在約2ms至4ms之后是這種情況。在電感效應(yīng)衰減之后，U_L_zulUU_L_zul2和U_L_St分別近似于O,從而不再考慮L_zull、L_zul2和L_St。接下來解釋:可以如何根據(jù)第一階段期間、即在限流電阻110具有大于O的第一預(yù)先確定的值Rl期間在限流電阻110上的測量來確定閾值I_umschalt，在限流電阻110可以減少到第二預(yù)先確定的值R2而電壓U_Sternpkt沒有跌落超過預(yù)先確定的大小之前，電流I_Starter必須低于所述閾值。所說明的時間從在時刻O閉合起動器繼電器130起確定。如果在超過兩個階段中逐步減少限流電阻110，則可以相應(yīng)地、迭代地實施接下來說明的確定。可以通過限流電阻110上的U_in和U_out的測量如下確定流經(jīng)電路140的電流
權(quán)利要求
1.一種用于在電起動裝置(115)運行期間保持電池支持的車載電網(wǎng)(100)中的預(yù)先確定的車載電壓的方法(400)，所述方法包括以下步驟: -在所述車載電網(wǎng)(100)上在第一階段期間與限流電阻(110)串聯(lián)地運行(405)所述電起動裝置(115)，以便限制流經(jīng)所述起動裝置(115)的電流；以及 -在所述車載電網(wǎng)(100)上在第二階段期間以減小的限流電阻(110)運行(425)所述電起動裝置(115)，以便增大由所述起動裝置(115)轉(zhuǎn)換的功率，其中， -基于在所述第一階段期間在所述限流電阻(110)上采樣的電特征參量(U_in，U_out)來控制(410-420)從所述第一階段到所述第二階段的過渡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(400)，所述方法還包括以下步驟: -在所述第一階段期間確定(415)閾值；以及 -當流經(jīng)所述限流電阻的電流低于所確定的閾值時開始(425)所述第二階段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法(400)，其中，將所述閾值確定為一個值，所述值最大與一樣大； Rk ! R; 其中，I1是在所述第一階段期間流動的電流； Rk是電路(140)中的 歐姆電阻的總和，所述電路(140)包括所述車載電網(wǎng)(100)的電池(105),從所述電池(105)至所述限流電阻(110)的第一線路(120)、從所述限流電阻(110)至所述起動裝置(115)的第二線路(125)和所述起動裝置(115); Rl是所述限流電阻(110); R2是所述減小的限流電阻(110 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法(400)，其中，如下確定Rk: -在時刻h確定(410)所述限流電阻(110)的兩個連接端上的電壓； -基于在所述時刻^確定的電壓來確定(415)所述電池的電阻與從所述電池引導(dǎo)到所述限流電阻(110)的線路的電阻之和； -在彼此不同的時刻t2和t3來確定(415)所述限流電阻(110)的兩個連接端上的電壓； -基于在所述時刻12和t3確定的電壓來確定(415)從所述限流電阻(110)引導(dǎo)到所述起動裝置(115)的第二線路(125)的電阻和所述起動裝置(115)的電阻之和。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法(400)，其中，在所述時刻tl，在所述電池(105)和所述第一線路(120)的區(qū)域內(nèi)的電感影響衰減，并且所述起動裝置(115)的轉(zhuǎn)速如此小，使得所述起動裝置(115)的反電動勢小得可忽略不計。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法(400)，其中，所述時刻t3在所述時刻t2之后如此遠，使得流經(jīng)所述限流電阻(110)的電流在所述時刻t2和t3彼此顯著不同。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求4至6中任一項所述的方法(400)，其中，在所述限流電阻(110)的兩個連接端上，在其他的時刻確定其他的電壓，并且從所述限流電阻(110)引導(dǎo)至所述起動裝置(115)的線路的電阻與所述起動裝置(115)的電阻之和的確定關(guān)于在不同時刻確定的多個電壓實現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法(1)，所述方法還包括以下步驟: -在所述第一階段期間基于所述限流電阻(110)上的電壓測量確定時刻；以及-當達到所確定的時刻時，開始所述第二階段。
9.一種用于在電起動裝置(115)運行期間保持電池支持的車載電網(wǎng)(100)中的預(yù)先確定的電壓的裝置，所述裝置包括: -可控制的限流電阻(215)，用于在所述車載電網(wǎng)(100)上與所述電阻串聯(lián)地運行所述起動裝置(115)； -第一與第二采樣裝置(225，230)，用于記錄在所述限流電阻(215)的不同連接端上的電壓； -定時器(240)； -控制裝置(235)，用于根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的方法(400)減小所述限流電阻(215)。`
全文摘要
一種用于在電起動裝置運行期間保持電池支持的車載電網(wǎng)中的預(yù)先確定的電壓的方法，所述方法包括以下步驟所述車載電網(wǎng)上在第一時段期間與限流電阻串聯(lián)地運行電起動裝置，以便限制流經(jīng)起動裝置的電流；以及在車載電網(wǎng)上在第二時段期間以減小的限流電阻運行電起動裝置，以便增大由起動裝置轉(zhuǎn)換的功率。在此，基于在第一時段期間在限流電阻上采樣的電特征參量來控制從第一時段到第二時段的過渡。
文檔編號F02N11/08GK103154498SQ201180048956
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者R·雷蒂希, W·席曼 申請人:羅伯特·博世有限公司