汽车电气系统和用于运行汽车电气系统的方法

摘要

本发明涉及一种汽车电气系统(1)，包括具有高压侧(HSS)和低压侧(NSS)的DC/DC变压器(2)，其中，在高压侧(HSS)连接有至少一个牵引用蓄电池(3)，并且在低压侧(NSS)连接有电负载(4、5)，其中，DC/DC变压器(2)可以通过电气装置(6、6'、6″)的控制信号被接通或唤醒，其中，电气装置(6)设置在高压侧(HSS)或者设计具有在本地配属于电气装置(6'、6″)的电能存储器(10、18)，借助所述电能存储器可产生至少一个控制信号，本发明还涉及一种用于运行这种汽车电气系统(1)的方法。

说明书

本发明涉及一种汽车电气系统和一种用于运行汽车电气系统的方法。

汽车电气系统包括具有高压侧和低压侧的DC/DC变压器，其中，在高 压侧连接有至少一个牵引用蓄电池，并且在低压侧连接有电负载，这种汽车 电气系统特别是在混合动力车辆和电动车辆中使用。但这种装置原则上也可 以用于其中例如只通过内燃机提供驱动功率的汽车。在这些情况下，高压侧 的蓄电池在此也称为牵引用蓄电池。在汽车电气系统中，低压侧的电压例如 为12V，而高压侧的电压根据系统的设计例如可以在300V、600V、750V的 范围内。在此，电压高低取决于所使用的蓄电池单元的单元电压和串联的蓄 电池单元的数量。对于预设的驱动功率适用：牵引用蓄电池的输出电压选择 得越高，达到所选的驱动功率所需的电流就越小。较小的电流可使电连接导 线的横截面在功率电阻相同或类似的情况下选择得更小。这通常使重量减 小。牵引用蓄电池指的是储存用于驱动汽车的能量并且在运行中提供该能量 的蓄电池。对于混合动力车辆，该牵引用蓄电池的驱动能量也可以用于辅助 驱动，因此平行地还有另一个驱动装置，例如发动机驱动装置可供使用。

按本发明所述类型的汽车电气系统例如由DE 10 2007 052 750 A1已知。 此外由该专利文献已知一种用于借助辅助能量源启动混合驱动装置的方法， 其具有以下步骤：设置共同用于在混合驱动装置中产生动能的电机和内燃 机；设置为电机提供牵引能量的牵引用蓄电池、用于在正常运行中启动内燃 机的电气系统和用于由牵引用蓄电池为电气系统供电的DC/DC变压器的变 压器控制装置，其中，电气系统为变压器控制装置供电。当在由于电气系统 能量缺失的紧急运行中电气系统中剩余的能量既不够运行变压器控制装置 也不够启动内燃机时，为变压器控制装置输入外部辅助能量，该外部辅助能 量小于缺失能量，以便至少短期地确保变压器控制装置的运行；通过借助变 压器控制装置的控制激活DC/DC变压器并且通过DC/DC变压器将来源于牵 引用蓄电池的启动过程能量馈入电气系统中，该启动过程能量与电气系统中 剩余的能量足够用于启动内燃机，其中，内燃机通过传递启动器的转动能量 而启动。

已知汽车电气系统的缺点在于，其由于用于为控制仪供电的低压侧上的 电气系统蓄电池、DC/DC变压器和牵引用蓄电池而具有不可忽略的重量和 结构空间。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种汽车电气系统以及一种用于 运行汽车电气系统的方法，从而尤其可以节省结构空间和重量。

该技术问题按本发明通过具有权利要求1和11的特征的技术方案解决。 本发明其它有利的设计方案由从属权利要求得出。

在此，汽车电气系统包括具有高压侧和低压侧的DC/DC变压器，其中， 在高压侧连接有至少一个牵引用蓄电池，并且在低压侧连接有电负载，其中， 所述DC/DC变压器能够通过电气装置的控制信号接通或唤醒，其中，所述 电气装置设置在高压侧或者设计具有在本地配属于电气装置的电能存储器， 借助所述电能存储器能够产生至少一个控制信号。由此，低压侧的电负载可 以只通过降低牵引用蓄电池的高压予以供电，从而可以省去低压侧的蓄电 池，这减少了重量、结构空间和成本。电气装置优选设计为控制仪。

在一种实施形式中，电气装置设置在高压侧，其中，从高压侧为DC/DC 变压器供电。这形成了非常明确的分离，因为整个变压器控制和供电装置设 置在高压侧。不利的是，电气装置的供电电压通常小于高压侧的电压，因此 需要相应地减小。这例如借助电阻分压器实现，因此产生相应的损失。

在一种备选实施形式中，电气装置设置在低压侧，其中，所述电气装置 设计具有电容器，所述电容器通过开关与DC/DC变压器的控制线路连接， 其中，从高压侧为DC/DC变压器供电。通过接通开关可以产生起到唤醒信 号作用的信号，该信号唤醒DC/DC变压器。该DC/DC变压器可以处于具有 较小静态电流或没有静态电流的关断或静止状态，以便节省能量。这种布置 的优点在于减小了由于分压或类似设置造成的高压侧损失。在此只需确保电 容器可以足够长时间地储存电荷，以便在停车时间较长时也能保证接通或唤 醒DC/DC变压器。取代电容器，也可以使用其它电能存储器，例如蓄电池。

在另一种备选实施形式中，电气装置设计具有本地能量存储器，其中， 所述本地能量存储器至少在接通DC/DC变压器时为该DC/DC变压器供电。 在此，本地能量存储器可以比普通的电气系统蓄电池设计得小很多，并且例 如设计为多层电解质电容器(超电容)、电化学蓄电池或者电化学原电池。这 允许电气装置能够单独地设置，从而在很大程度上不用在高压侧或低压侧进 行变化或适配。

优选在接通DC/DC变压器之后，通过高压侧或者低压侧为该DC/DC变 压器供电，以使本地能量存储器不会过于强烈地放电。

在另一种实施形式中，DC/DC变压器通过网络信息、信号或者手动开 关接通。在此，网络信息例如通过打开车门(手动打开或者通过中控联锁的 远程操纵信号打开)或者产生中控联锁的无钥匙进入信号。

在另一种实施形式中，DC/DC变压器通过网络信息、信号或者手动开 关连接到睡眠模式(静态电流消耗很小或无消耗的静止状态)或者断开。由此 可以确保，在熄火后(断开15处的接线端子后)也能够为低压侧的电负载提供 电能。

在另一种实施形式中，本地能量存储器能够通过高压侧或者低压侧充 电。

在另一种实施形式中，在汽车停下后和/或在牵引用蓄电池充电时，本地 能量存储器每隔一段可预设的时间进行充电，其中，在汽车停下后也可以周 期性地重复充电。由此确保本地能量存储器总是被充分地充电，以便接通或 唤醒DC/DC变压器。DC/DC变压器或另一车辆设备(例如控制仪)也可以周 期性地或者以预定义的时间历程从静止状态中醒来并且确定电压或者本地 能量存储器所含有的能量，根据所确定的电压或者所确定含有的能量为本地 能量存储器充电。

在另一种实施形式中，在接通设置在低压侧的大电流负载或峰值电流负 载(大电流负载)之前，提高低压侧的电压，以防止电压波动。例如将电压提 高到12V至14V。大电流负载例如是伺服电机(如电动车窗玻璃升降器)或者 机电转向装置的伺服电机或者加热装置(如车窗加热装置或座椅加热装置)或 者是打开车灯。

与汽车电气系统相关的实施形式实质上也适用于运行这种汽车电气系 统的方法。

以下根据优选的实施例进一步阐述本发明。在附图中：

图1示出第一种实施形式的汽车电气系统；

图2示出第二种实施形式的汽车电气系统并且

图3示出第三种实施形式的汽车电气系统。

图1示出第一种实施形式的汽车电气系统1。所述汽车电气系统1包括 具有高压侧HSS和低压侧NSS的DC/DC变压器2。在此，高压侧HSS的 电压水平例如为48V、60V或者几百伏(根据设计例如可以为300V至750V)。 低压侧NSS的电压水平例如为12V。在高压侧HSS设置有牵引用蓄电池3。 所述牵引用蓄电池3为车辆驱动装置提供驱动能量，其可以例如在加速过程 中起到促进作用，或者也可以设计为唯一的驱动能量存储器。在低压侧NSS 设置有电负载4、5。所述电负载4、5例如是控制仪、机电传感器和执行器、 灯、屏幕、收音机或导航仪等。在高压侧HSS设置有控制仪6，该控制仪从 高压侧HSS得到其电源电压。此外，控制仪6与总线系统7，例如CAN总 线或FlexRay总线连接。最后，控制仪6通过控制线路8与DC/DC变压器2 连接。作为备选或补充，DC/DC变压器2也可以与总线系统7连接。DC/DC 变压器2的运行电压供给通过供电线路9由高压侧HSS进行。在此，低压 侧NSS的电负载4、5只通过DC/DC变压器2供应电能。在汽车电气系统1 的静止状态，DC/DC变压器2可以关闭或者处于睡眠模式。如果控制仪6 通过汽车的总线系统7检测到(例如无钥匙进入系统的)网络信息，则通过控 制线路8接通或唤醒DC/DC变压器2，从而使电负载4、5准备就绪可用于 启动汽车。相应地，可以再通过网络信息关闭DC/DC变压器2或者使其进 入睡眠模式。

在图2中示出了汽车电气系统1的一种替代性实施形式，其中，与图1 中相同的元件配有相同的附图标记。取代控制仪6，存在例如设计为控制仪 或收音机的电气装置6'。该装置6'包括通过开关11与DC/DC变压器2的控 制线路12相连的电容器10。在此，控制线路12可以但不是必须相当于图1 中的控制线路8。在此假设在静止状态下DC/DC变压器2处于睡眠模式， 并且电容器10被充电。通过(手动地或通过网络信息地)接通开关11，电流 脉冲流过控制线路12并且唤醒DC/DC变压器2。通过由此在低压侧上形成 的电压接通晶体管13，从而可使电容器10再次充电。在此，电阻14至16 用于调节电平。对DC/DC变压器2真正的控制可以在将其唤醒后通过装置 6'或另一控制仪进行。为了确保电容器10总是充分地充电以唤醒DC/DC变 压器2，该电容器优选周期性地根据汽车的静态电流或者根据电容器10的剩 余电荷量进行充电。与图1中的实施形式相同，低压侧NSS的所有电负载4、 5、6'的电能供应只通过DC/DC变压器2实现。不存在单独的电气系统蓄电 池。

最后在图3中示出了汽车电气系统1的第三种实施形式。汽车电气系统 1包括具有例如设计为蓄电池的本地电能存储器18的控制仪6″。所述本地 能量存储器18通过开关装置19与DC/DC变压器2连接。控制仪6″同样通 过控制线路8与DC/DC变压器2连接。在静止状态，DC/DC变压器2被关 闭或者处于睡眠模式。如果控制仪6″通过总线系统7接收到相应的网络信息 时，则控制仪6″通过本地能量存储器18为DC/DC变压器2供电并且通过控 制线路8接通该DC/DC变压器2。在完成DC/DC变压器2的接通之后，通 过开关装置19切换到高压侧HSS的电压作为用于DC/DC变压器2的供电 电压，并且附加地在必要时为本地能量存储器18充电。作为备选，也可以 通过低压侧NSS为本地能量存储器18充电和/或为DC/DC变压器2供电。 在这种实施形式中，低压侧NSS的所有电负载4、5也只通过DC/DC变压 器2提供电能。

附图标记清单

1汽车电气系统

2DC/DC变压器

3牵引用蓄电池

4、5电负载

6、6'、6″电气装置，控制仪

7总线系统

8控制线路

9供电线路

10电容器

11开关

12控制线路

13晶体管

14-16电阻

18本地能量存储器

19开关装置

HSS高压侧

NSS低压侧