專利名稱：具有大功率負載的微混合動力機動車的蓄電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于機動車的蓄電池系統(tǒng)，該蓄電池系統(tǒng)以相同的工作電壓供給多個不同類型的電力負載。此外本發(fā)明的主題是具有相應(yīng)的蓄電池系統(tǒng)的機動車。
背景技術(shù)：
在具有內(nèi)燃機的機動車中，為了為用于內(nèi)燃機的電動啟動器或啟動裝置以及機動車的其他電動裝置供電，設(shè)置了所謂的車載電氣系統(tǒng)，該車載電氣系統(tǒng)依據(jù)標準采用14V驅(qū)動(參見圖I)。在啟動內(nèi)燃機(未示出)時，取決于為供電而設(shè)置的啟動蓄電池10的充電狀態(tài)的電壓通過車載電氣系統(tǒng)被提供給啟動內(nèi)燃機的啟動器11 (在圖I的實施例中如果開關(guān)12通過相應(yīng)的啟動信號閉合的話)。如果內(nèi)燃機啟動，那么該內(nèi)燃機驅(qū)動發(fā)電機13-1 ( “機動車發(fā)電機”)，該發(fā)電機然后產(chǎn)生大約14V的電壓并通過車載電氣系統(tǒng)將其提供 給機動車上的不同的電力負載14-1。在此，發(fā)電機13-1還為承受了由啟動過程引起的負荷的啟動蓄電池10重新充電。能夠預(yù)料的是，所謂的微混合動力機動車在不遠的將來會得到廣泛推廣。相對于“純”混合動力機動車，這種類型的機動車僅使用內(nèi)燃機用于驅(qū)動。例如在制動時，設(shè)置用于回收動能的裝置(再生(Rekuperation)),然而以電的形式回收的能量卻不是用于驅(qū)動,而是用于例如起止自動裝置和其他電動子系統(tǒng)，以便盡可能少地必須使用由內(nèi)燃機驅(qū)動的發(fā)電機，這減少了內(nèi)燃機的負荷并且由此減少了其燃料消耗。但目前已經(jīng)批量生產(chǎn)的微混合動力機動車在常用的鉛酸蓄電池的使用壽命方面存在嚴重問題，因為與傳統(tǒng)的機動車相比這種車輛施加了很大地附加的充氣流量。在此原因是，電力負載在內(nèi)燃機斷開的停止階段期間必須由蓄電池供電。另一方面，按照這種方式快速放電的蓄電池在再生的相對較短的階段期間重新充電，這也是蓄電池的一種負荷。這就導(dǎo)致了微混合動力機動車上的蓄電池部分使用壽命不到兩年。經(jīng)常需要更換蓄電池導(dǎo)致機動車的可靠性方面出現(xiàn)問題并招致客戶的不滿。在如今裝配的機動車上的另一個問題是，在14V驅(qū)動的車載電氣系統(tǒng)情況下，像例如電動空調(diào)壓縮機或電加熱系統(tǒng)等電力大功率負載的供電會出現(xiàn)問題，因為這些負載由于電壓比較低而必須供給非常高的電流，以便能夠提供所需的功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面引入了用于具有內(nèi)燃機的機動車的蓄電池系統(tǒng)，其中，該蓄電池系統(tǒng)至少具有啟動電路、低壓車載電氣系統(tǒng)和具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)。啟動電路包括啟動蓄電池和與啟動蓄電池連接的或能夠連接的啟動器，該啟動器被構(gòu)造為根據(jù)啟動信號啟動內(nèi)燃機。低壓車載電氣系統(tǒng)包括車載電氣系統(tǒng)蓄電池和至少一個電力負載，該車載電氣系統(tǒng)蓄電池被構(gòu)造為產(chǎn)生第一電壓并將其輸出到低壓車載電氣系統(tǒng)。具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)包括至少一個發(fā)電機，該發(fā)電機能夠由內(nèi)燃機驅(qū)動并被構(gòu)造為產(chǎn)生高于第一電壓的第二電壓和并將其輸出到具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)。具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)通過第一耦合單元與低壓車載電氣系統(tǒng)連接，該第一耦合單元被構(gòu)造為從具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)提取電能并將其輸送到低壓車載電氣系統(tǒng)。低壓車載電氣系統(tǒng)通過第二耦合單元與啟動電路連接，該第二耦合單元被構(gòu)造為從低壓車載電氣系統(tǒng)提取電能并將其輸送到啟動電路。依據(jù)本發(fā)明的車載電氣系統(tǒng)或蓄電池系統(tǒng)所使用的蓄電池具有更長的使用壽命并更適用于向大功率負載的供電。本發(fā)明的優(yōu)點是，能夠通過低壓車載電氣系統(tǒng)進一步地驅(qū)動根據(jù)低(第一)電壓設(shè)計的電力負載。而具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)可供大功率負載使用，該車載電氣系統(tǒng)由于更高的第二電壓而能夠以更低的電流供給大功率負載。此外，啟動電路與低壓車載電氣系統(tǒng)分開，并且啟動電路以及低壓車載電氣系統(tǒng)各自具有自身的蓄電池，即一方面是啟動蓄電池和另一方面是車載電氣系統(tǒng)蓄電池。由此穩(wěn)定低壓車載電氣系統(tǒng)，并對于由于微混合動力機動車的起止自動裝置而頻繁的啟動過程更不敏感。在啟動時，尤其是低壓車載電氣系統(tǒng)的電壓將不中斷或至少明顯較少地中斷，這確保了在低壓車載電氣系統(tǒng)中驅(qū)動的電力負載的無故障，并因此確保其可靠的功能。 依據(jù)本發(fā)明，發(fā)電機設(shè)置在具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)內(nèi)并在內(nèi)燃機完成啟動后向該車載電氣系統(tǒng)提供電能，這種電能也能夠至少部分地輸送到低壓車載電氣系統(tǒng)用于啟動蓄電池的充電。發(fā)電機設(shè)置在具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)中的優(yōu)點是，在具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生電能，在具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)內(nèi)也設(shè)置有具有最大功率消耗的負載。僅較少部分的電能必須通過耦合單元輸送到低壓車載電氣系統(tǒng)，這改善了總體設(shè)置的效率。啟動電路也具有單獨的蓄電池(啟動蓄電池)，該蓄電池能夠在沒有干擾的中間部件情況下向啟動器提供啟動所需的大電流。特別優(yōu)選一種蓄電池系統(tǒng)，其中，啟動蓄電池和/或車載電氣系統(tǒng)蓄電池是鋰離子蓄電池。鋰離子蓄電池在給定的體積下能夠儲存比例如鉛電池更大的能量。在此特別有利的是，第二耦合單元在內(nèi)燃機完成啟動后從低壓車載電氣系統(tǒng)向啟動電路輸送電能，并起到用于啟動蓄電池的充電器的作用。在本發(fā)明的這種優(yōu)選實施方式中，啟動蓄電池必須以特別的方式充電，因為該啟動蓄電池被實施為鋰離子蓄電池，并因此對過壓敏感。鋰離子蓄電池的另一優(yōu)點是，其能夠承受大量的充電周期并因此能夠增加微混合動力機動車的可靠性。具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)能夠具有至少一個大功率負載,例如電動空調(diào)壓縮機、電加熱系統(tǒng)或電動機。低壓車載電氣系統(tǒng)的至少一個電力負載例如能夠是音響設(shè)備、導(dǎo)航裝置或電動搖窗機。在本發(fā)明一種有利的實施方式中，設(shè)置有二極管，其陽極與低壓車載電氣系統(tǒng)連接，并且其陰極與啟動電路連接。如果啟動電路內(nèi)的電壓由于啟動內(nèi)燃機時的高負荷而斷開，那么二極管開始自動接通并通過將車載電氣系統(tǒng)蓄電池與啟動蓄電池并聯(lián)連接來穩(wěn)定啟動電路的電壓。因為二極管能夠輸送明顯大于第二耦合單元的電流，所以第二耦合單元不會如所期望地穩(wěn)定啟動電路內(nèi)的電壓。優(yōu)選地，具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)具有緩沖電容器，該緩沖電容器平滑(glatten )在具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)內(nèi)由發(fā)電機產(chǎn)生的第二電壓。優(yōu)選地，第一耦合單元和/或第二耦合單元是DC/DC變換器。
第一電壓能夠在IOV到15V之間。這種電壓范圍保證與機動車結(jié)構(gòu)內(nèi)可供支配的大量電系統(tǒng)的兼容性。出于同樣原因，優(yōu)選地還設(shè)置用于啟動電路的第一電壓。第二電壓優(yōu)選地在24V到45V之間。這種電壓范圍允許了對大功率負載所需電功率的簡化的供給，而不會將電壓提高到使在修理情況下的維修人員或在事故情況下的救護人員或乘客遭受高電壓的危險。通過第二電壓基本為第一電壓的兩倍到三倍之間的方式，使得具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)與低壓車 載電氣系統(tǒng)的耦合成為可能，能夠以良好的效率進行第二電壓向第一電壓的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的第二方面涉及一種具有內(nèi)燃機和根據(jù)本發(fā)明的第一方面所述的蓄電池系統(tǒng)的機動車。優(yōu)選地，機動車被實施為微混合動力機動車。


下面借助附圖的實施例對本發(fā)明進行詳細說明。在此，相同或類似的附圖標記表示相同或類似的元件。附圖中圖I示出了現(xiàn)有技術(shù)中的蓄電池系統(tǒng)；以及圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的實施例。
具體實施例方式圖2示出了依據(jù)本發(fā)明的蓄電池系統(tǒng)的實施例。優(yōu)選地被實施為鋰離子蓄電池的啟動蓄電池10向啟動電路供給優(yōu)選為IOV至15V的電壓，其中，精確的電壓取決于啟動蓄電池10的充電狀態(tài)。與啟動蓄電池10連接的是啟動器11，其被構(gòu)造以啟動內(nèi)燃機(未示出)。與啟動器11串聯(lián)的是開關(guān)12，通過啟動信號控制該開關(guān)12。如果開關(guān)12閉合，那么啟動器11被激活，并且電流從啟動蓄電池10流來并流過啟動器11。優(yōu)選地,沒有其他電力負載與啟動器11并聯(lián)，以便不額外增加啟動蓄電池10的負荷。啟動電路通過在該實施例中被實施為DC/DC變換器的耦合單元17與低壓車載電氣系統(tǒng)連接。耦合單元17被構(gòu)造為從低壓車載電氣系統(tǒng)提取電能并將其提供給啟動電路，由此啟動蓄電池10重新充電?？蛇x擇地，能夠設(shè)置二極管18，該二極管在啟動電路內(nèi)的電壓降到低于車載電氣系統(tǒng)的電壓以下時將低壓車載電氣系統(tǒng)與啟動電路連接。低壓車載電氣系統(tǒng)具有自身的蓄電池，車載電氣系統(tǒng)蓄電池15，該蓄電池優(yōu)選地被實施為鋰離子蓄電池，并被構(gòu)造為產(chǎn)生優(yōu)選為IOV至15V的電壓。此外，在低壓車載電氣系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置至少一個電力負載14-2，其被設(shè)計為在IOV至15V的電壓下工作。這種電力負載例如能夠是音響設(shè)備、導(dǎo)航裝置、電力搖窗機等這類負載。低壓車載電氣系統(tǒng)通過在該實施例中同樣被實施為DC/DC變換器的另一稱合單兀16與具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)連接。具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)由發(fā)電機13-2供電，該發(fā)電機由(已啟動的)內(nèi)燃機驅(qū)動，并被構(gòu)造為產(chǎn)生優(yōu)選為24V至45V的電壓。另一耦合單元16被構(gòu)造為，從具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)提取電能并將其輸送到低壓車載電氣系統(tǒng)，由此將車載電氣系統(tǒng)蓄電池15充電并提供至少一個電力負載14-2運行所需的功率。相反，具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)包括這種電力負載，它們消耗比較高的電功率，并因此更簡單地由依據(jù)本發(fā)明地由發(fā)電機13-2產(chǎn)生的更高的電壓驅(qū)動，以降低必要的電流。圖2示例性地示出了這種大功率負載
19。在此，該大功率負載例如能夠是電動空調(diào)壓縮機或加熱系統(tǒng)。優(yōu)選地，具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)包括用于電壓平滑的裝置，該裝置的任務(wù)是平滑由發(fā)電機13-2產(chǎn)生的通常為矩形波的電壓。優(yōu)選地，用于電壓平滑的裝置被實施為緩沖電容器20。當(dāng)然，尤其地，第一耦合單元16和此外還有第二耦合單元17也能夠被構(gòu)造為用于雙向的電荷遷移。本發(fā)明的這種實施方式允許，在單個蓄電池或車載電氣系統(tǒng)之間按需遷移電荷。本發(fā)明提供了一種用于具有內(nèi)燃機的機動車、優(yōu)選地為微混合動力機動車的車載電氣系統(tǒng)以及蓄電池系統(tǒng)，該蓄電池系統(tǒng)更適用于大功率負載的供電并比依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的解決方案具有更高的可靠性。權(quán)利要求
1.一種用于具有內(nèi)燃機的機動車的蓄電池系統(tǒng)，所述蓄電池系統(tǒng)至少具有 啟動電路，其具有啟動蓄電池(10)和與所述啟動蓄電池(10)連接的或能夠連接的啟動器(11)，所述啟動器被構(gòu)造為根據(jù)啟動信號啟動所述內(nèi)燃機； 低壓車載電氣系統(tǒng)，其具有車載電氣系統(tǒng)蓄電池(15)以及至少一個電力負載(14-2)，所述車載電氣系統(tǒng)蓄電池被構(gòu)造為產(chǎn)生第一電壓并將其輸出到所述低壓車載電氣系統(tǒng)；以及 具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)，帶有至少一個發(fā)電機(13-2)，所述發(fā)電機能夠由所述內(nèi)燃機驅(qū)動并且被構(gòu)造為產(chǎn)生高于所述第一電壓的第二電壓并且將其輸出到具有增高電壓的所述車載電氣系統(tǒng)，其中，具有增高電壓的所述車載電氣系統(tǒng)通過第一耦合單元(16)與所述低壓車載電氣系統(tǒng)連接，所述第一耦合單元被構(gòu)造為從具有增高電壓的所述車載電氣系統(tǒng)提取電能并將其輸送到所述低壓車載電氣系統(tǒng)，并且其中所述低壓車載電氣系統(tǒng)通過第二耦合單元(17)與所述啟動電路連接，所述第二耦合單元被構(gòu)造為從所述低壓車載 電氣系統(tǒng)提取電能并將其輸送到所述啟動電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，所述啟動蓄電池(10)和/或所述車載電氣系統(tǒng)蓄電池(15)被實施為鋰離子蓄電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，具有增高電壓的所述車載電氣系統(tǒng)具有至少一個大功率負載(19)，例如電動空調(diào)壓縮機、電加熱系統(tǒng)或電動機。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，所述低壓車載電氣系統(tǒng)的所述至少一個電力負載(14-2)例如是音響設(shè)備、導(dǎo)航裝置或電動搖窗機。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，所述蓄電池系統(tǒng)具有二極管(18)，其陽極與所述低壓車載電氣系統(tǒng)連接，并且其陰極與所述啟動電路連接。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，具有增高電壓的所述車載電氣系統(tǒng)具有緩沖電容器(20)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，所述第一耦合單元(16)和/或所述第二耦合單元(17)是DC/DC變換器。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電壓在IOV到15V之間。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的蓄電池系統(tǒng)，其特征在于，所述第二電壓在24V到45V之間。
10.一種具有內(nèi)燃機和根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項所述的蓄電池系統(tǒng)的機動車，尤其是微混合動力機動車。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于具有內(nèi)燃機的機動車的蓄電池系統(tǒng)，其中，該蓄電池系統(tǒng)至少具有啟動電路、低壓車載電氣系統(tǒng)和具有增高電壓的車載電氣系統(tǒng)。該啟動電路具有啟動蓄電池和與該啟動蓄電池連接的或能夠連接的啟動器，該啟動器被構(gòu)造為根據(jù)啟動信號啟動內(nèi)燃機。該低壓車載電氣系統(tǒng)具有車載電氣系統(tǒng)蓄電池(15)以及至少一個電力負載(14-2)，該車載電氣系統(tǒng)蓄電池(15)被構(gòu)造為產(chǎn)生第一電壓并將其輸出到該低壓車載電氣系統(tǒng)。具有增高電壓的該車載電氣系統(tǒng)具有至少一個發(fā)電機(13-2)，該發(fā)電機能夠由該內(nèi)燃機驅(qū)動并被構(gòu)造為產(chǎn)生高于該第一電壓的第二電壓并將其輸出到具有增高電壓的該車載電氣系統(tǒng)。具有增高電壓的該車載電氣系統(tǒng)通過第一耦合單元(16)與該低壓車載電氣系統(tǒng)連接，該第一耦合單元(16)被構(gòu)造為從具有增高電壓的該車載電氣系統(tǒng)提取電能并將其輸送到該低壓車載電氣系統(tǒng)。該低壓車載電氣系統(tǒng)通過第二耦合單元(17)與該啟動電路連接，該第二耦合單元(17)被構(gòu)造為從該低壓車載電氣系統(tǒng)提取電能并將其輸送到該啟動電路。此外本發(fā)明的主題是具有相應(yīng)的蓄電池系統(tǒng)的機動車。
文檔編號H02J7/00GK102741082SQ201180007172
公開日2012年10月17日 申請日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月27日
發(fā)明者H·芬克, J·費策爾, S·布茨曼 申請人:Sb鋰摩托德國有限公司, Sb鋰摩托有限公司