用于機動車輛的電力網(wǎng)絡(luò)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于機動車輛的電力網(wǎng)絡(luò)，所述電力網(wǎng)絡(luò)包括至少一個瞬態(tài)地自身激活的高功率部件。更特別地，本發(fā)明涉及一種電力網(wǎng)絡(luò)，其還包括發(fā)電機、存儲由所述發(fā)電機產(chǎn)生的電能的能量存儲部，以及確保例如通風(fēng)和照明功能的車輛的能量消耗裝置(下文中稱作“電力消耗部”)。
【背景技術(shù)】
[0002]在本申請的背景中，高功率部件意味著一種電力消耗部，其要求的電功率大于能量消耗裝置的電功率。特別地，高功率部件可瞬態(tài)地要求大量的電能，例如當(dāng)其被激活時。例如，高功率消耗部可包括消耗高電流持續(xù)有限的持續(xù)時間的任何功率部件，所述高電流在400-500A的量級，所述持續(xù)時間在O到1s之間(在部件的瞬態(tài)激活時段期間)。
[0003]在本申請的背景中，功率存儲部的意思是具有高功率密度的任何能量存儲部。例如，功率存儲部是一種其P/E (功率/能量)比率大于預(yù)定值(例如P/E>20)的能量存儲部。
[0004]當(dāng)高功率部件激活時，在車輛的電力網(wǎng)絡(luò)上瞬態(tài)地產(chǎn)生高電流牽引(draw)。所牽引電流的強度取決于由該高功率部件所要求的、用于其激活的希望響應(yīng)時間。作為示例，當(dāng)電力增壓器(supercharger)激活時，所述增壓器的禍輪機的旋轉(zhuǎn)速度必須在350ms中從4000RPM升至70000RPM。激活所要求的功率可以在I到7kW之間。因此，這樣的部件在其激活的時刻要求相當(dāng)大的電功率?，F(xiàn)在，不希望的是，為了避免高電流牽引而降低部件的性能。在這樣的功率部件的起動(start-up)階段期間所要求的能量由能量存儲部提供，而不是由發(fā)電機提供，因為發(fā)電機的響應(yīng)時間通常長于高功率部件的響應(yīng)時間。然而，車輛電力網(wǎng)絡(luò)的能量存儲部在電壓上是有限的。對于車輛電池來說，電池電壓優(yōu)選地在12V左右。該電壓不足以用于最優(yōu)地確保高功率部件的激活和其他能量消耗部的供電二者。
[0005]實際上，高功率部件的激活引起電力網(wǎng)絡(luò)上電壓的下降，這可以導(dǎo)致車輛的其他消耗裝置的斷電或故障。這些以高于最小電壓閾值的電壓操作的消耗裝置可以是車輛安全或舒適部件，例如車輛的前大燈。為了車輛乘客的安全，它們的操作必須隨時被確保。
[0006]此外，由于高功率部件由車輛網(wǎng)絡(luò)的能量存儲部供電，所以能量存儲部的壽命通過其在高功率部件激活時所必須經(jīng)受的高電流牽引而減少。因此需要將具有更大功率的電池安裝到車載網(wǎng)絡(luò)上，但是這將涉及高成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明旨在彌補上述缺陷中的全部或一些，并且特別是提出一種用于機動車輛的更便宜的電力網(wǎng)絡(luò)，所述電力網(wǎng)絡(luò)被保護而免受在高功率部件激活時壓降的影響，同時不有損于網(wǎng)絡(luò)能量存儲部的性能或其壽命。
[0008]因此，本發(fā)明的一個方面涉及一種用于機動車輛的電力網(wǎng)絡(luò)，所述電力網(wǎng)絡(luò)包括:
[0009]-第一電力網(wǎng)絡(luò)，所述第一電力網(wǎng)絡(luò)包括，并聯(lián)地:
[0010]-發(fā)電機；
[0011]-第一能量存儲部；
[0012]-至少一個電力消耗部；
[0013]-第二電力網(wǎng)絡(luò)，所述第二電力網(wǎng)絡(luò)包括，并聯(lián)地:
[0014]-第二能量存儲部；
[0015]-第二電力消耗部；
[0016]-DC/DC轉(zhuǎn)換器，其被配置為從第一子網(wǎng)絡(luò)給第二能量存儲部充電；
[0017]其特征在于，所述電力網(wǎng)絡(luò)還包括在第一子網(wǎng)絡(luò)和第二子網(wǎng)絡(luò)之間的開關(guān)器件，所述開關(guān)器件被配置為當(dāng)跨第二能量存儲部的端子的電壓變得與跨第一能量存儲部的端子的電壓相等時電連接第一子網(wǎng)絡(luò)和第二子網(wǎng)絡(luò)，以確保由發(fā)電機供電給第二消耗部。
[0018]所述網(wǎng)絡(luò)因此包括第一電力子網(wǎng)絡(luò)，其意圖用于車輛第一電力能量消耗部，還被稱作車輛的電力充電部，要求穩(wěn)定的、并且由能量存儲部或由發(fā)電機供應(yīng)的電壓。所述網(wǎng)絡(luò)還包括第二電力子網(wǎng)絡(luò)，其意圖用于第二消耗部。第二消耗部特別地是一種引起電壓下降的部件，例如瞬態(tài)地自身激活的高功率部件。第一子網(wǎng)絡(luò)通過電力網(wǎng)絡(luò)的DC/DC轉(zhuǎn)換器而與第二子網(wǎng)絡(luò)隔離。第二子網(wǎng)絡(luò)的能量存儲部借助于DC/DC轉(zhuǎn)換器通過第一子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)電機或能量存儲部而被充電。第二能量存儲部因此可以在第二部件的激活時，供電給所述第二部件以足夠的電壓。特別地，DC/DC轉(zhuǎn)換器將其在輸入端處遇到的電壓(即第一電力子網(wǎng)絡(luò)的電壓)放大。在標(biāo)準(zhǔn)車輛的情況下，第一電力子網(wǎng)絡(luò)的電壓在12V左右。第二能量存儲部在布置在第二電力子網(wǎng)絡(luò)中的第二部件的基礎(chǔ)上被設(shè)置尺寸。在第一子網(wǎng)絡(luò)通過DC/DC轉(zhuǎn)換器而與第二子網(wǎng)絡(luò)隔離時，所述第一子網(wǎng)絡(luò)不被發(fā)生在第二部件激活時的壓降所影響。
[0019]特別地，第一能量存儲部被配置為供電給第一電力消耗部。特別地，第二能量存儲部被配置為供電給第二電力消耗部。
[0020]例如，第一電力子網(wǎng)絡(luò)被鏈接至DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入端，并且第二電力子網(wǎng)絡(luò)被鏈接至DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出端。
[0021]特別地，開關(guān)器件將DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入端連接至DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出端。如果第二部件的激活是長的或者如果第二能量存儲部過快地放電，即當(dāng)激活第二部件所要求的能量大于第二能量存儲部中可以使用的能量時，則開關(guān)器件允許供電從第二部件轉(zhuǎn)換至第一子網(wǎng)絡(luò)，并且因此轉(zhuǎn)換至發(fā)電機。因此，發(fā)電機可以接管并且確保用于第二部件的激活階段的剩余部分的供電。功率從第二部件轉(zhuǎn)換至第一子網(wǎng)絡(luò)是通過閉合開關(guān)器件而實現(xiàn)的。所述開關(guān)器件的閉合可以通過控制器件實現(xiàn)，所述控制器件，例如，由跨第二子網(wǎng)絡(luò)的能量存儲部的端子的電壓的傳感器來控制。
[0022]除了剛剛在先前段落中提及的主要特征之外，根據(jù)本發(fā)明的電力網(wǎng)絡(luò)可以具有下列中的一個或多個互補的特征，所述互補的特征個體地考慮或根據(jù)技術(shù)上可能的組合考慮:
[0023]-第二能量存儲部具有的存儲容量大于第一能量存儲部的存儲容量，并且第二電力消耗部具有的電功率大于第一電力消耗部具有的電功率；
[0024]-特別地，第二部件是高功率部件，特別是電力增壓器；
[0025]-第二能量存儲部是功率存儲部，特別是超級電容器(super-condenser)。超級電容器是特別良好地適于在有限的時間量期間供給高功率的功率存儲部。此外，與存在于機動車輛的電力網(wǎng)絡(luò)上的電池類型能量存儲部不同，超級電容器還具有能夠承受無限次的充電/放電循環(huán)的優(yōu)勢。特別地，電容器的數(shù)量和它們的特征在激活第二電力子網(wǎng)絡(luò)的部件所要求的功率的基礎(chǔ)上被設(shè)定(dimens1ned)。超級電容器的充電還具有快速的優(yōu)勢，這允許第二部件的激活階段在有限的時間量內(nèi)一個跟隨另一個，特別是在高功率部件的情況下。充電時間可以取決于超級電容器的容量、再充電電流以及Vmax/Vmin電壓差。例如，對于300A的電流，需要大約20s來將2000個燃料電池單元(F_cell)從OV充電至2.7V(2.7V是該電池單元的最大電壓)；
[0026]-第二電力子網(wǎng)絡(luò)包括并聯(lián)的電連接，所述電連接包括第三電力消耗部。第二電力子網(wǎng)絡(luò)可以意圖用于機動車輛的電力網(wǎng)絡(luò)的多個消耗部，所述消耗部在它們的激活期間引起壓降并且可能干擾第一電力子網(wǎng)絡(luò)；
[0027]-第二電力子網(wǎng)絡(luò)包括第二開關(guān)器件，所述第二開關(guān)器件配置為選擇性地隔離和連接至第二能量存儲部和第二電力消耗部的并聯(lián)連接；
[0028]-第一開關(guān)器件借助于所述并聯(lián)連接的端子連接至第二子網(wǎng)絡(luò)；
[0029]-第三部件是起動器。起動器在第二電力子網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)的布置防止在起動車輛時車載網(wǎng)絡(luò)上壓降的出現(xiàn)，特別地是第一子網(wǎng)絡(luò)。
[0030]在這種情況下，超級電容器優(yōu)選地設(shè)定為能夠在高功率部