專利名稱：機(jī)動(dòng)車的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于具有混合驅(qū)動(dòng)或電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)，具有直流變壓器，具有與地電勢(shì)不同的較高直流電壓的高電壓級(jí)和至少一個(gè)第一蓄能器經(jīng)由該直流變壓器與具有與地電勢(shì)不同的較低電壓的低電壓級(jí)和至少一個(gè)第二蓄能器連接。
背景技術(shù)：
這樣的具有直流變壓器(DC-DC變壓器)的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)有技術(shù)中以多種形式已知。直流變壓器可以將不同電壓的能量電器網(wǎng)絡(luò)能量地連接。為了提高直流變壓器的功率密度以及為了提高其電流承載能力，直流變壓器經(jīng)常多相地構(gòu)造。優(yōu)選涉及(下文中將以此為例)多個(gè)變壓器級(jí)的并聯(lián)。在對(duì)功率開關(guān)的觸發(fā)在時(shí)間上錯(cuò)開以(360度除以變壓器級(jí)的數(shù)量)的情況下，輸出端子總線電容器上的電流脈動(dòng)重疊，從而尤其是總線電容上的部件負(fù)載可以被降低。在現(xiàn)有技術(shù)中，多電壓電器網(wǎng)絡(luò)還用于提高潛在最大功率(例如混合驅(qū)動(dòng)，輔助機(jī)組的起電)。通常多相構(gòu)造的高效直流變壓器將這些子電器網(wǎng)絡(luò)連接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是以經(jīng)濟(jì)的方式方法擴(kuò)展多電壓電器網(wǎng)絡(luò)的功能性。該問題通過根據(jù)權(quán)利要求1的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)來解決。從屬權(quán)利要求給出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式和擴(kuò)展方案。與除了直流變壓器之外提供單獨(dú)的充電器相比，本發(fā)明使得減少了昂貴的、沉重的和龐大的部件。因此可以降低總成本，并且所需要的結(jié)構(gòu)空間最小化。此外還可以精簡(jiǎn)重量并因此節(jié)省發(fā)動(dòng)機(jī)燃料。現(xiàn)有技術(shù)中已知將充電器功能和結(jié)構(gòu)地集成到機(jī)動(dòng)車中。通過集成適當(dāng)?shù)某潆娖?，在未來的機(jī)動(dòng)車(尤其是城市用車輛)中可以以實(shí)用的方式方法對(duì)外部設(shè)備(例如小型電瓶車)進(jìn)行充電。能夠在機(jī)動(dòng)車能量電器網(wǎng)絡(luò)中對(duì)外部設(shè)備充電這種可能性提供了一個(gè)客戶非常喜歡的功能?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的充電器經(jīng)常包含自己的直流變壓器，經(jīng)由該直流變壓器可以從機(jī)動(dòng)車的能量電器網(wǎng)絡(luò)對(duì)相應(yīng)的外部設(shè)備充電。根據(jù)本發(fā)明，使用為多電壓電器網(wǎng)絡(luò)的不同電壓級(jí)總歸被提供的直流變壓器的至少一個(gè)變壓器級(jí)來對(duì)外部設(shè)備充電。為此，在多電壓網(wǎng)絡(luò)中提供用于對(duì)外部設(shè)備充電的充電接口。其中，多電壓網(wǎng)絡(luò)以及尤其是直流變壓器或其布線被構(gòu)造為使得直流變壓器的至少一個(gè)變壓器級(jí)能從低電壓級(jí)分離，并且作為代替能與充電接口連接。此外還提供要充電的第三蓄能器，第三蓄能器優(yōu)選是外部設(shè)備的部件并且能連接到充電接口。這個(gè)第三蓄能器在連接到充電接口的狀態(tài)下被供給以多電壓網(wǎng)絡(luò)的較低電壓，并且因此使得能夠通過從第一蓄能器到第三蓄能器的能量流對(duì)第三蓄能器充電。多電壓電器網(wǎng)絡(luò)由此可以構(gòu)造為具有僅僅一個(gè)高電壓級(jí)和一個(gè)低電壓級(jí)的雙電壓電器網(wǎng)絡(luò)。在最簡(jiǎn)單的情形下，直流變壓器被單相地實(shí)現(xiàn)。于是，直流變壓器的唯一一個(gè)變壓器相能從低電壓級(jí)分離，并且作為替代能與充電接口連接。但是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，直流變壓器具有多個(gè)并聯(lián)的變壓器相。于是其優(yōu)選能在至少第一和第二工作模式中工作。在第一工作模式中，直流變壓器的所有變壓器相與第二蓄能器連接，而沒有任何變壓器相與充電接口連接。直流變壓器于是只能用于高電壓級(jí)和低電壓級(jí)之間的電壓變換。而在第二工作模式中，直流變壓器的至少一個(gè)變壓器相與第二蓄能器連接，直流變壓器的至少一個(gè)其他變壓器相與充電接口連接。直流變壓器的變壓器相因此部分用于對(duì)第三蓄能器充電，但是還部分用于高電壓級(jí)和低電壓級(jí)之間的電壓變換。為了降低部件負(fù)載(尤其是對(duì)于可選地在高電壓級(jí)一側(cè)上與第一蓄能器并聯(lián)的總線電容器)，在第二工作模式中可以錯(cuò)開地觸發(fā)變壓器相。較低電壓(低電壓級(jí))優(yōu)選是大約12伏特的機(jī)動(dòng)車典型的電器網(wǎng)絡(luò)電壓。高電壓級(jí)優(yōu)選與機(jī)動(dòng)車的電動(dòng)車電池或者與機(jī)動(dòng)車的混合驅(qū)動(dòng)或電力驅(qū)動(dòng)的電池連接。至少一個(gè)變壓器相與低電壓級(jí)的上述分離以及其與充電接口的連接優(yōu)選能通過唯一一個(gè)能電子控制的開關(guān)元件來進(jìn)行。因此，工作模式可以特別簡(jiǎn)單地切換，轉(zhuǎn)換可以同步進(jìn)行。如果直流變壓器具有不止兩個(gè)變壓器相，則可以通過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換裝置使得能夠在 “任務(wù)”直流電壓變換和對(duì)外部設(shè)備充電之間可變地分配直流變壓器的總功率。因此例如在存在N個(gè)變壓器相的情況下，可以選擇性地將一個(gè)變壓器相或兩個(gè)變壓器相或直至(N-I) 個(gè)變壓器相用于對(duì)外部設(shè)備充電，而其余變壓器相還供直流電壓變換使用。用于將至少一個(gè)變壓器相從低電壓級(jí)斷開并且將其連接到充電接口的(在可能的情況下被構(gòu)造為單個(gè)能電子控制的開關(guān)元件的)轉(zhuǎn)換裝置優(yōu)選與直流變壓器的變壓器相一起集成到一設(shè)備部件中或一外殼中。還有可能設(shè)置有的總線電容器優(yōu)選也一起集成到該設(shè)備部件中或該外殼中。充電接口優(yōu)選被實(shí)現(xiàn)為插塞接頭或開關(guān)。外部設(shè)備可以特別容易地連接到插塞接頭。尤其地，可能的插塞接頭優(yōu)選具有與充電插頭標(biāo)準(zhǔn)化的外部設(shè)備兼容的標(biāo)準(zhǔn)化的充電插座。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施方式，能檢測(cè)第三蓄能器連接到充電接口，并且能自動(dòng)地根據(jù)這個(gè)檢測(cè)來控制與低電壓級(jí)的斷開和與充電接口的連接。尤其地，優(yōu)選上述轉(zhuǎn)換裝置(尤其是在其被構(gòu)造為單個(gè)能電子控制的開關(guān)元件的情況下)能根據(jù)這個(gè)檢測(cè)來控制。 于是一旦要充電的外部設(shè)備連接到充電接口就可以自動(dòng)地進(jìn)行工作模式的切換。


以下將借助于附圖介紹本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。從中可以了解到本發(fā)明的更多細(xì)節(jié)、優(yōu)選實(shí)施方式和擴(kuò)展方案。具體地，在附圖中圖1示意性地示出了基于多相直流變壓器的本發(fā)明的形式；圖2示意性地示出了基于單相直流變壓器的本發(fā)明的形式。
具體實(shí)施例方式以下描述的機(jī)動(dòng)車被構(gòu)造為混合動(dòng)力車輛或電動(dòng)車輛，包括具有高電壓級(jí)(電動(dòng)車電池)和低電壓級(jí)(12伏特)的雙電壓電器網(wǎng)絡(luò)，并且在高電壓級(jí)和12伏特電器網(wǎng)絡(luò)供電之間具有直流變壓器(以下稱為DC-DC變壓器)。這個(gè)DC-DC變壓器能在不同工作模式中工作。第一工作模式(Ml)是指從高電壓到12伏特的DC-DC變換，用于從電動(dòng)車電池或從高電壓系統(tǒng)為電器網(wǎng)絡(luò)供電。第二工作模式(IC)是指通過將DC-DC變壓器轉(zhuǎn)換到充電工作方式，對(duì)車載設(shè)備充電(在停車時(shí)或在機(jī)動(dòng)車行駛期間)。對(duì)于這里所述的DC-DC變壓器，第一和第二工作模式優(yōu)選可以組合為第三工作模式(Μ； )。前提是=DC-DC變壓器具有多個(gè)變壓器相，DC-DC變壓器(尤其是在第一工作模式 Ml中)借助于這些變壓器相進(jìn)行高電壓級(jí)和低電壓級(jí)之間的直流電壓變換。其中上面提到的將DC-DC變壓器轉(zhuǎn)換到充電工作方式限于這些變壓器相中幾個(gè)。于是，第一部分的變壓器相還執(zhí)行直流電壓變換，其他部分的餓變壓器相執(zhí)行按照模式M2的充電。其中與“純” 模式Ml相比，DC-DC功率降低，以支持充電功率。對(duì)于轉(zhuǎn)換裝置的相應(yīng)設(shè)計(jì)，可以改變?cè)谀Ｊ組3中用于充電操作的變壓器相的數(shù)量。可以通過相應(yīng)的分配變壓器相或確定上述數(shù)量來控制在模式M3中為了支持充電功率， DC-DC功率要降低的程度。在存在N個(gè)變壓器相的情況下，在模式M3中，在一個(gè)變壓器相和 (N-I)個(gè)變壓器相之間用于對(duì)外部設(shè)備充電?；旧希D(zhuǎn)換裝置也可以被構(gòu)造為使得完全將DC-DC變壓器(既所有變壓器相) 轉(zhuǎn)換到純充電操作(模式M2)也是可能的。為了實(shí)現(xiàn)組合模式M3而需要的裝置通過如下地修改傳統(tǒng)的多相DC-DC變壓器來實(shí)現(xiàn)，即一方面設(shè)置有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換裝置來將單個(gè)變壓器相從低電壓級(jí)斷開并且將其與充電接口連接，并且另一方面以軟件實(shí)現(xiàn)根據(jù)上述工作模式(至少M(fèi)l和M3，在可能的情況下還有M2)的轉(zhuǎn)換/分離，并且相應(yīng)地觸發(fā)轉(zhuǎn)換裝置。與在一個(gè)外殼中或甚至在兩個(gè)外殼中提供兩個(gè)分開的裝置(用于電器網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)DC-DC變壓器和單獨(dú)的充電器)相比，在這樣的裝置中，用于并行或同時(shí)滿足兩個(gè)“任務(wù)” 直流電壓變換和對(duì)外部設(shè)備充電的硬件開銷明顯更低。如果不需要充電操作，則由此可以進(jìn)行對(duì)12伏特電器網(wǎng)絡(luò)的支持，并且因此降低了 DC-DC變壓器的負(fù)荷。在需要的情況下，能想到專門設(shè)置用于比12伏特高的電壓的充電器相。圖1示出了一直流變壓器DOTC，其被構(gòu)造為具有第一相Pl和第二相P2的多相變壓器，其中能利用至少一側(cè)上的開關(guān)SW來斷開這些相。變壓器與通常包含蓄能器的能量電器網(wǎng)絡(luò)連接。在本例中，ESl表示高電壓電器網(wǎng)絡(luò)中的蓄能器，ES2表示低電壓電器網(wǎng)絡(luò)中的蓄能器。第三蓄能器ES3能借助于插塞接頭或開關(guān)S從直流變壓器分離。這個(gè)第三蓄能器ES3屬于外部設(shè)備(例如電瓶車)，并且應(yīng)在直流變壓器DCDC的模式M3中被充電。一旦外部設(shè)備ES3經(jīng)由插塞連接器S被連接，多相變壓器D⑶C就被開關(guān)SW斷開。 于是涉及兩個(gè)單獨(dú)的變壓器級(jí)Pl和P2。從ESl到ES2的能量傳輸可以降低地(僅僅還使用Pl)繼續(xù)。ES3可以(利用P2)從ESl充電。
變壓器相的輸入端/輸出端連接到總線電容器。在ESl側(cè)，總線電容器Cl與ESl 并聯(lián)?？偩€電容器C2與ES2并聯(lián)(與開關(guān)SW的開關(guān)位置無(wú)關(guān))?？偩€電容器C3選擇性地與ES2并聯(lián)(在將ES2與P2連接的情況下)或者與ES3并聯(lián)(在經(jīng)由S將ES3與P2連接的情況下)。通過錯(cuò)開地觸發(fā)變壓器級(jí)，可以減少總線電容器Cl中的部件負(fù)載。如果裝置ES3不連接到S，則變壓器D⑶C優(yōu)選又連接為多相變壓器(參考模式 Ml)，即ES2又與P2連接。ESl到ES2的能量傳輸于是又可能具有完全的變壓器功率。通過錯(cuò)開地觸發(fā)，還降低了所有總線電容器中在這種操作中的部件負(fù)載。對(duì)于所述配置還有利的是利用附加蓄能器ES3可以支持子電器網(wǎng)絡(luò)ESl和ES2。 例如能想到以恒定的電流從ES2對(duì)ESl充電，以便不使ES2瞬時(shí)負(fù)荷。為了降低網(wǎng)絡(luò)ESl中波動(dòng)的電壓(例如由瞬時(shí)高功率負(fù)載所導(dǎo)致的)，可以完全或部分地由ES3滿足瞬時(shí)需要。圖2示出了只具有一個(gè)相ΡΓ的單相直流變壓器D⑶C’。通過開關(guān)SW’，這一個(gè)變壓器相ΡΓ可以選擇性地用于直流電壓變換(在將ES2與ΡΓ連接的情況下)或者用于對(duì)連接到充電接口 S的蓄能器ES3充電(在經(jīng)由S將ES2與ΡΓ連接的情況下)。本發(fā)明使得能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的結(jié)構(gòu)空間利用和重量最小化。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所必需的兩個(gè)裝置(用于電器網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)DC-DC變壓器和單獨(dú)的充電器)的使用在費(fèi)用和結(jié)構(gòu)空間方面需求很大，即使這兩個(gè)裝置集成到一個(gè)外殼中。本發(fā)明消除了現(xiàn)有技術(shù)的多個(gè)效率欠缺認(rèn)識(shí)到一方面即使在機(jī)動(dòng)車中提供充電接口時(shí)相對(duì)很少的外部裝置在其上被充電，因此通常僅僅很少使用只用于充電目的的變壓器，并且另一方面在可能的情況下多相的變壓器的整個(gè)功率僅僅很少用于連接現(xiàn)代多電壓電器網(wǎng)絡(luò)的子電器網(wǎng)絡(luò)，有針對(duì)性地只簡(jiǎn)單地設(shè)置類似的部件，并且一起用于這兩個(gè)不同的目的。因此經(jīng)濟(jì)效益也提高了。
權(quán)利要求
1.一種用于具有混合驅(qū)動(dòng)或電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)，具有直流變壓器 (DCDC)，其中具有與地電勢(shì)不同的較高直流電壓的高電壓級(jí)和至少一個(gè)第一蓄能器(ESl) 經(jīng)由該直流變壓器與具有與地電勢(shì)不同的較低電壓的低電壓級(jí)和至少一個(gè)第二蓄能器 (ES2)連接，其特征在于，多電壓電器網(wǎng)絡(luò)具有充電接口(S)，用于對(duì)外部設(shè)備充電，直流變壓器的至少一個(gè)變壓器相能從低電壓級(jí)分離，并且作為替代能與充電接口連接，第三蓄能器(ES;3)能連接到充電接口，以便在連接狀態(tài)為第三蓄能器供應(yīng)所述較低電壓，并且使得能夠通過從第一蓄能器到第三蓄能器的能量流對(duì)第三蓄能器充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，直流變壓器被實(shí)現(xiàn)為是單相的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，直流變壓器具有多個(gè)并聯(lián)的變壓器相(Pl，P2)，并且能至少在第一工作模式和第二工作模式中工作，在第一工作模式(Ml)中，直流變壓器的所有變壓器相與第二蓄能器連接，而沒有任何變壓器相與充電接口連接，在第二工作模式(Μ； )中，直流變壓器的至少一個(gè)變壓器相(Pl)與第二蓄能器連接，并且直流變壓器的至少一個(gè)其他變壓器相(P》與充電接口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，在第二工作模式中，錯(cuò)開地觸發(fā)變壓器相。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，所述較低電壓是大約 12伏特的機(jī)動(dòng)車典型的電器網(wǎng)絡(luò)電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，高電壓級(jí)與機(jī)動(dòng)車的電動(dòng)車電池連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，能由單個(gè)能電子控制的開關(guān)元件(SW)來進(jìn)行從低電壓級(jí)的分離和與充電接口的連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一所述的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，充電接口被構(gòu)造為插塞接頭或開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一所述的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，能檢測(cè)第三蓄能器與充電接口的連接，并且根據(jù)這個(gè)檢測(cè)能自動(dòng)控制從低電壓級(jí)的分離和與充電接口的連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，直流變壓器以及為了從低電壓級(jí)的分離和與充電接口的連接而需要的轉(zhuǎn)換裝置(SW)以及在直流變壓器的變壓器相的輸入端和輸出端上可能存在的電容器(Cl，C2，C3)被集成到一個(gè)公共的外殼 (DCDC)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有混合或電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)動(dòng)車的多電壓電器網(wǎng)絡(luò)，具有直流變壓器(DCDC)，具有與地電勢(shì)不同的較高直流電壓的高電壓級(jí)和至少一個(gè)第一蓄能器(ES1)經(jīng)由該直流變壓器與具有與地電勢(shì)不同的較低電壓的低電壓級(jí)和至少一個(gè)第二蓄能器(ES2)連接，多電壓電器網(wǎng)絡(luò)具有充電接口(S)用于對(duì)外部設(shè)備充電，直流變壓器的至少一個(gè)變壓器相能從低電壓級(jí)分離且作為替代能與充電接口連接，第三蓄能器(ES3)能連接到充電接口以便在連接狀態(tài)為第三蓄能器供應(yīng)所述較低電壓并且使得能夠通過從第一蓄能器到第三蓄能器的能量流對(duì)第三蓄能器充電。
文檔編號(hào)B60L11/18GK102474126SQ201080036448
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月11日
發(fā)明者C·萬(wàn)科, J·弗勒舍爾, T·里特 申請(qǐng)人:寶馬股份公司