用于无低压电池的电驱动的车辆的电池控制设备、包括该控制设备的电驱动的车辆及方法

摘要

本发明涉及用于至少部分地电驱动的车辆(电动车辆或混合动力车辆)的电子设备和方法，所述车辆具有设置用于车辆的驱动装置的电蓄能器和耦合到蓄能器上的变压器，以用于对车辆的至少一个其他电消耗器供电，所述蓄能器包括串联的蓄能器电池。所述设备构造用于在如下情况下由电蓄能器的一定数量的串联的蓄能器电池以电流供给车辆的所述其他电消耗器中的至少一个，所述数量小于蓄能器的串联的蓄能器电池的最大数量，在所述情况下，用于所述至少一个其他电消耗器的最大电流超过能由变压器提供的最大电流。本发明同样涉及一种至少部分地电驱动的车辆，其包括以上类型的设备或适合于实施相应的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电驱动的车辆的控制设备、一种包括控制设备的电驱动的车辆和一种用于控制电驱动的车辆的方法。

背景技术

已知的电驱动的车辆、如电动车辆或混合动力车辆通常为驱动使用第一电池、也就是高压电池，其提供例如300V的电压并且当然提供用于电动车辆的驱动装置的电流。第一电池具有多个串联的电池单元。此外设有另外的电池，也就是起动器电池或备用电池，其可以为常见的控制仪、如防抱死系统(ABS)、(控制和监控不同的车辆功能如电的车窗玻璃升降器、前照灯和尾灯、轮胎压力或无钥匙的进入控制(简称：体控制器(Body-Controller))、闪光信号装置等的)车身控制仪至少暂时地独立于第一电池以较小的例如12V的电压供电。此外存在DC/DC变压器，其同样可以为控制仪供电并且也用于对起动器电池充电。DC/DC变压器由高压蓄电池馈电。DC/DC变压器仅能够提供控制仪的平均的需要的功率。尤其是ABS例如在紧急制动时需要直至100A的非常高的电流。为了满足该电流峰值，同样动用起动器电池。然而使用两个电池是昂贵并且耗费的。对于较高的电流的DC/DC变压器的设计同样过于昂贵。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种至少部分地电驱动的车辆的电流或电压供应的改善的电子控制或调节设备、一种具有改善的控制或调节设备的至少部分地电驱动的车辆以及用于控制或调节电驱动的车辆的 电流或电压供应的改善的方法，其消除已知的控制设备或调节设备的缺点。

按照本发明的一方面因此提供一种用于至少部分地电驱动的车辆的电子设备。

所述车辆可以是电动车辆或混合动力车辆。所述车辆具有电蓄能器(也称为电池或蓄电池)，所述电蓄能器设置用于车辆的驱动装置。所述蓄能器包括串联的蓄能器电池。此外所述车辆具有耦合到蓄能器上的变压器(例如DC/DC变压器)，以用于对车辆的其他电消耗器供电。所述变压器由蓄能器馈电。

所述电子设备有利地构造用于在如下情况下由电蓄能器的一定数量的串联的蓄能器电池以电流(也称为备用或附加电流)供给车辆的所述其他电消耗器中的至少一个，所述数量小于蓄能器的串联的蓄能器电池的最大数量，在所述情况下，用于所述至少一个其他电消耗器的最大电流(最高的电流)超过能由变压器提供的最大电流。概念“最大电流”或“最高的电流”在这里不仅涉及电流的量而且涉及电流的持续时间。按照这种方式和方法可以完全放弃备用电池或起动电池。

所述变压器在输入端耦合到蓄能器的输出节点上，所述输出节点例如提供最大的电压、但至少提供比通过所述数量的用于提供备用电流的串联的蓄能器电池产生的电压而更高的电压。亦即借助电子设备的电流或电压供应在绕行变压器的情况下进行。变压器因此无须提供过高的峰值电流或最大电流。

所述蓄能器包括多个串联的蓄能器电池。通过串联电路，蓄能器电池的电压加合。

所述电子设备也可以包括蓄能器和/或变压器。

所述电子设备可以此外构造用于响应于蓄能器的充电或放电状态而由不同数量的串联的蓄能器电池提供最大电流(最高的电流、尖峰或峰值电流)。借此可以考虑蓄能器或蓄能器的蓄能器电池的不同的充电状态。因此当变压器不能供应足够的电流来维持用于所述其他电消耗器的供电节点上的电压，或换句话说，由消耗器需要的电流过大时， 供电节点上的电压减少并且以电功率对消耗器的供电直接并且必要时附加地由蓄能器的相应的蓄能器电池进行。

所述电子设备可以此外构造用于响应于蓄能器的充电或放电状态而由第一数量和第二数量的串联的蓄能器电池提供最大电流，其中，所述第一数量与第二数量不同。因此原则上可以按照用于车辆的其他电消耗器的需要的最小的和最大的电平而利用不同数量的串联的蓄能器电池。

所述蓄能器电池的第一数量可以与蓄能器电池的第二数量相差一个蓄能器电池。蓄能器电池的数量一般取决于蓄能器的类型或蓄能器电池的类型。在使用锂离子电池时，蓄能器电池的差别产生有利的电压范围。例如所述第一数量可以是3而第二数量可以是4。

所述电子设备可以构造用于当在第一数量的串联的蓄能器电池上的电压达到或低于下边界值时，将所述至少一个其他电消耗器的电压供应或电流供应从第一数量的串联的蓄能器电池转换到(更大的)第二数量的串联的蓄能器电池上。此外所述设备可以设计用于当在第二数量的串联的蓄能器电池上的电压达到或超过上边界值时，将所述至少一个其他电消耗器的电压供应或电流供应从第二数量的串联的蓄能器电池转换到更小的第一数量的串联的蓄能器电池上。这能够实现，将供电电压保持在允许的范围内。

所述上边界值可以至少主要部分由变压器的标称输出电压定义。因此当在电子设备的用于消耗器的供电节点上的输出电压大于变压器(例如DC/DC变压器)的标称的所调节的输出电压值时，可以转换到更小的数量的串联的蓄能器电池上。下边界值例如可以通过用于所述至少一个电消耗器的必需的供电电压的下边界值来确定。

所述电子设备可以具有开关、第一二极管和第二二极管和控制单元。因此电子设备可以极其低成本并且简单地构造，其中，其已经在该简单的形式中使显著较昂贵的备用蓄电池或起动器电池成为多余。尽管在这里使用概念“控制单元”，该控制单元尤其是也具有调节功能，因为该单元响应于输入信号提供输出信号。在这方面代替概念“控制 单元”也可以使用“调节单元”。

第一二极管可以耦合到蓄能器的第一输出节点和供电节点之间。第一输出节点具有第一电压，所述第一电压相当于第一数量的串联的蓄能器电池的单个电压的总和。供电节点可以耦合到其他消耗器或所述至少一个其他的要供电的消耗器上。第一二极管沿从第一输出节点至供电节点的流动方向耦合。换句话说，第一二极管的阳极耦合到第一输出节点上并且第一二极管的阴极耦合到供电节点上。第二二极管可以耦合到蓄能器的第二输出节点和供电节点之间，其中，第二输出节点具有第二电压，所述第二电压相当于第二数量的串联的蓄能器电池的单个电压的总和。因此第二二极管沿从第二输出节点至供电节点的流动方向耦合，或换句话说，第二二极管的阳极耦合到第二输出节点上并且第二二极管的阴极耦合到供电节点上。所述至少一个开关耦合到第二二极管和第二输出节点之间。

所述控制单元一般可以设置用于响应于蓄能器的充电或放电状态而打开(中断)或闭合(使导电)至少一个经过所述二极管之一的电路径。控制电路然后例如可以这样设置，使得如果并且只要第二输出电压小于或变得小于供电电压，则接通开关，而如果并且只要第二输出电压大于或变得大于供电电压，则打开(断开或中断)开关。

第一输出电压于是可以通过所述二极管之一持久地与供电节点保持耦合。对此也可看出电路的小的复杂性和效率。

所述控制电路可以构造为比较器电路(比较器)，所述比较器电路的(非反向的、正的)第一输入端可以耦合到第二输出节点上，而所述比较器电路的(反向的、负的)第二输入端可以耦合到供电节点上。比较器电路的输出端可以在功能上与所述开关耦合，以便响应于第一输入端和第二输入端之间的电压差而闭合或打开开关。亦即总体上得出具有小的复杂性但具有对于总系统的大的作用的电路。

蓄能器电池也可以称为电池或蓄电池电池。蓄能器电池有利地是锂离子电池。锂离子电池的电压处于2.8V至4.15V之间，由此可以得出本发明上述有利的方面和构造形式。

所述蓄能器可以设计用于60V的标称电压。在此涉及通过最大数量的串联的蓄能器电池确定的输出电压。该最大的或标称输出电压用于车辆的电的驱动装置。此外在60V的范围内的电压的情况下(区别于也常见的300V)得出蓄能器和其他电消耗器的接地端的电流耦合的可能性。这也使构造变得容易。

本发明同样提供一种电动车辆或混合动力车辆、尤其是电动双轮车或电动摩托车，其具有按照该说明书的一个或多个方面和构造形式的电子设备。尤其是所述电动车辆也包括蓄能器。

本发明同样提供一种用于调节对至少部分地电驱动的车辆、尤其是电动或混合动力车辆的电消耗器供电的方法。如以上说明的，所述车辆具有电蓄能器，所述蓄能器设置用于车辆的驱动装置并且包括串联的蓄能器电池。此外设有耦合到蓄能器上的变压器，以用于对车辆的其他电消耗器供电。按照所述方法，选择性地由电蓄能器的一定数量的蓄能器电池对车辆的所述其他电消耗器中的至少一个供应电流，所述数量小于蓄能器的串联的蓄能器电池的最大数量。这在如下情况下发生，用于所述至少一个其他电消耗器的最大电流超过能由与蓄能器耦合的变压器提供的最大电流。

附图说明

本发明其他的方面和优点由对本发明的实施例借助附图的以下说明得出，其中：

图1是按照现有技术的系统的简化的示意方框图；

图2是按照一种实施例的系统的简化的示意方框图；

图3是一种实施例的简化的示意图；

图4是按照一种实施例的电路的简化的示意图；以及

图5是按照一种实施例的电路的简化的示意图。

具体实施方式

图1是按照现有技术的系统的简化的示意方框图。示出蓄能器1、 消耗器2(电驱动的车辆的驱动装置)和变压器或DC/DC变压器3，其耦合到蓄能器1上并且承担车辆的其他电消耗器4的供电。此外示出起动器电池5，如果用于消耗器4的峰值电流不再能由DC/DC变压器产生，则起动器电池提供所述电流。

图2示出一种实施例的简化的示意图。在这里也设有蓄能器1、消耗器或驱动装置2(电驱动的车辆的驱动装置)和变压器或DC/DC变压器3，其耦合到蓄能器1上并且承担车辆的其他电消耗器4的供电。现在不再需要起动器电池5。取而代之地，备用或附加电流和电压供电由电子设备6承担。如果用于消耗器4的需要的峰值电流不再能由DC/DC变压器3产生，电子设备6现在提供所述峰值电流。电子设备6耦合到多个串联的蓄能器电池(在这里一些以附图标记7-14表示)上。

需要峰值电流的情况例如可能在紧急情况制动时出现。所述至少一个电消耗器这时例如是防抱死系统(ABS)，其短时可能需要直至100A的电流。变压器3而并不为此设计。因此按照本发明为此设有直接由蓄能器1的蓄能器电池7-14等的供电。

电子设备6构造用于在如下情况下由电蓄能器1的一定数量的串联的蓄能器电池(例如7至14中的7、8、9等)对车辆的所述其他电消耗器4中的至少一个提供电功率或电流，所述数量(小于蓄能器1的串联的蓄能器电池的最大数量的，在所述情况下，用于所述至少一个其他电消耗器4的最大电流(最高的电流)超过能由变压器(DC/DC变压器3)供使用的最大电流。

图3示出电子设备6或其耦联到蓄能器1上的一种实施例的简化的示意图。因而电子设备亦或电路6在输入端耦合到节点V3上。在该节点上存在电压，所述电压由三个蓄能器电池7、8和9的串联电路产生。因此，V3是所述三个蓄能器电池7、8和9的电压的总和。设备6在输入端同样耦合到节点V4上。在所述节点上存在蓄能器电池7、8、9和10的电压的总和。因此在电子设备上存在两个部分电压V3和V4，其分别相当于三个蓄能器电池或四个蓄能器电池的电压的总 和。电子设备6的输出端耦合到供电节点VN上。DC/DC变压器3的输出端同样耦合到所述供电节点VN上。此外电消耗器4由所述供电节点VN供电。蓄能器1和消耗器4具有共同的接地端V1。基于串联的蓄能器电池7、8、9、10、11…ZX的最大的数量的最大的输出电压处于节点V2上。在本实施例中，所述电压为标称60V。DC/DC变压器在输入端耦合到该节点V2上。如果DC/DC变压器不能够提供用于消耗器4需要的电流IMAX，则所述电流(至少按份额地)由电子设备6提供，所述设备从串联的蓄能器电池7至10提取其电压和需要的电流。蓄能器电池7至10的数量小于蓄能器1的串联的蓄能器电池7至ZX的最大数量。自然基于此，电压(部分电压)V3和V4也小于在节点V2上的电压。

图4示出一种实施例的简化的示意电路图。电子设备6包括开关S4、第一二极管D3和第二二极管D4和控制单元12。尽管在这里使用概念“控制单元”，该单元尤其是承担调节功能，如由以下说明同样得出的那样。第一二极管D3耦合到蓄能器1的第一输出节点V3和供电节点VN之间。第一输出节点V3具有第一电压，所述第一电压相当于第一数量(在这里3)的串联的蓄能器电池7、8、9的单个电压的总和。供电节点VN耦合到其他要供电的消耗器4上或消耗器4连接到所述节点VN上。第一二极管D3沿从第一输出节点V3至供电节点VN的流动方向耦合。第一二极管D3的阳极耦合到第一输出节点V3上而第一二极管D3的阴极耦合到供电节点VN上。第二二极管D4耦合到蓄能器1的第二输出节点V4和供电节点VN之间。第二输出节点具有第二电压V4，所述第二电压相当于第二数量(在这里四个)的串联的蓄能器电池7至10的单个电压的总和。因此第二二极管D4沿从第二输出节点至供电节点VN的流动方向耦合。换句话说，第二二极管D4的阳极耦合到第二输出节点V4上，而第二二极管D4的阴极耦合到供电节点VN上。开关S4处于第二二极管D4的阳极和第二输出节点V4之间。就这点而言也清楚的是，“耦合”按本说明书的意义并不排除，还有其他的构件存在于两个耦合的构件之间。控制单元 12在输入端至少与供电节点VN耦合。优选地，控制单元12的另一个输入端与第二输出节点V4耦合。控制单元12此外设置用于将开关S4在闭合的(导电)和打开的(不导电)位置之间转换。为此控制电路12的输出端与开关S4耦合。控制电路12一般设置用于响应于蓄能器1的充电或放电状态而打开(中断)或闭合(使导电)至少一个经过所述二极管D3、D4之一的电路径。在本情况下，所述路径是经过第二二极管D4的电流路径。当然也可设想其他情况，尤其是包括多个开关的情况。

如在图3中，蓄能器1的最大的电压基于串联的蓄能器电池7至ZX的最大数量处于节点V2上并且在该实施例中为60V。蓄能器1和消耗器4的共同的接地端是V1。

当在DC/DC变压器3的输出端上的电流IDC不足够为消耗器4供电时(IMAX)，则至少所述差别由设备6以备用或附加电流IERS(IERS＝IMAX-IDC)的形式提供。当在第一输出节点V3上的电压不足够，亦即当电压V3基于蓄能器1及其蓄能器电池7至9的充电状态过于小时，则控制电路12将开关S4切换到导电的状态中。由此通过二极管D4建立第二输出节点V4和供电节点VN之间的连接并且可以由此提高在供电节点VN上的电压。

在正常运行中，变压器3提供在供电节点上的供电电压。该电压例如可以是14V。在正常运行中，变压器3可以供应足够的电流，以便为所有消耗器4供电。开关S4断开(中断)，并且在节点V3上的电压例如为11V。在该情况下，没有电流流过D3。因为在阳极(V3＝11V)上的电压低于在阴极(VN＝14V)上。如果消耗器4的电流消耗升高超过能由变压器最大提供的电流，例如在ABS全制动时，变压器3不能提供该电流。在节点VN上的电压这时下降(zusammenbrechen)(减小)。当该电压扰动足够大时，例如当电压VN从14V扰动到10V时，则二极管D3导电，因为现在在阳极上存在比在阴极(10V)上更高的电压(11V)。借此附加的电流从节点V3(亦即蓄能器电池7、8和9)流出，由此阻止在VN上的电压进一步减小。在此假定，消耗 器在电压低于变压器(在这里14V)的电压时还正常工作。可能例如假定，消耗器4在直至例如9V的下边界的电压时可以运行。这总体上也表示，在二极管D3的阳极上的电压总是小于通过变压器3的正常的14V的供电电压。借此当在节点VN上出现电压扰动时，电路非常快速支持地起作用。通过在V3上的电压(亦即通过蓄能器电池7、8和9的串联电路)总是小于在正常运行中的变压器的正常的输出电压，也阻止电流持久地从蓄能器电池7、8、9流至消耗器4。所选择的蓄能器电池(亦即在本示例中下面的3个或4个电池)应该只在紧急情况下被加载，因为否则得出蓄能器的不对称的负载。

仅当电压V3过低、例如8V，并且因此低于消耗器4的需要的运行电压(在这里亦即9V)的下边界值时，开关S4才接通。借此电压在这里提高例如一个蓄能器电池电压(电池10)，由此VN上的电压又处于最小运行电压上。电压V4-VD处于供电节点VN上。该电压高于由V3提供的电压，因为用于V4的串联的能量供应电池的数量大于用于V3的串联的电池的数量。二极管D3在此阻止电流流回蓄能器1中。备选地，经过D3的电流路径也可以通过另一个开关中断。当然，当开关S4闭合并且在供电节点VN上例如基于DC/DC变压器的电压应该大于电压V4时，二极管D4也阻止电流的流回。

图5基本上示出按照图4的实施例，其中在这里现在控制电路12实施为比较器电路或比较器。比较器12的(非反向的、正的)第一输入端耦合到第二输出节点V4上，并且比较器的(反向的、负的)第二输入端耦合到供电节点VN上。比较器12的输出端在功能上与开关S4耦合，以便响应于比较器的第一输入端和第二输入端之间的电压差V4-VN而闭合或打开开关S4。

因此控制电路12可以有利地这样设置，使得如果并且只要电压V4小于/变得小于VN，则开关S4接通(导电)，而如果并且只要电压V4大于/变得大于VN，则开关S4打开(亦即不导电)。

在一种实施例中，蓄能器电池可能是锂离子电池(锂离子电池)，其分别具有2.8V(放电)至4.15V(完全充电)之间的电压。第一输 出电压V3由三个蓄能器电池7至9提供并且因而可能处于8.4V至12.45V之间(亦即相当于按照在放电的和充电的状态时电池的最大的和最小的值的三个单个电压的总和)。第二输出电压V4因而处于11.2V至16.6V之间。DC/DC变压器可能与此独立地调节到节点VN上的14V的输出电压。当在节点VN上的车载网络电压(供电电压)不允许小于9V(下边界值)并且不允许大于16V时，则得出如下情况：

如果在蓄能器电池7、8和9的放电的状态中使用输出电压V3，则在VD＝0.7V的二极管通过电压时在供电节点上存在电压VN＝V3-VD＝8.4V-0.7V＝7.7V。这可能太小并且处于下边界值UG＝9V之下。因此必须在该情况下(亦即当电压V3小于9.7V时)闭合开关S4，由此电压VN现在通过第二输出电压V4确定。供电电压然后在最差的情况下是VN＝V4-VD＝11.2V-0.7V＝10.5V并且因此处于V下边界值UG＝9V上方(亦即在允许的区域中)。

当蓄能器1完全充电时，输出电压V4更确切地说是16.6V，并且在供电节点上的电压VN＝V4-VD＝15.9V并且借此理论上还在对于车载网络电压允许的范围内。当然在VN上的电压借此超过DC/DC变压器的14V的输出电压。因此应该在第二输出电压V4大于DC/DC变压器的所调节的输出电压加上二极管导通电压VD(在该示例中14.7V)时，再次打开开关S4，由此第一输出电压V3通过二极管D3可以确定在紧急情况下的电压VN。在本情况下其为12.45V-0.7V＝11.75V。由这些考虑，对于用于V4的电压的上边界值OG得出，OG＝VDC+VD，即，上电压边界值通过用于DC/DC变压器的所调节的输出电压VDC加上二极管导通电压VD的总和确定。

更确切地说，在该实施例中也可以进行在节点V3上的电压的单独的监控，然而这在这里不是强制必需的。在本情况下不需要单独地监控电压V3。当V4处于VN之下，完全相同于在V3上的电压一样高，则开关S4接通。亦即当V4>VN并且VN是通过变压器3的正常的运行电压时(亦即在这里例如14V时)，则适用：V3＝V4-1×电池电压(亦即在V3上的电压这时自动是比V4小一个蓄能器电池电压并且 借此大于用于运行电压的下边界值(亦即V3这时达到或超过最小运行电压9V。因此在这里不需要附加地监控电压V3来控制开关S4。在一种变换的实施例中，V3的监控和开关S4的相应的附加的操控当然可能。

在这里按照各方面和各实施例，能够实现选择性地由电蓄能器的一定数量的蓄能器电池为车辆的所述其他电消耗器中的至少一个供应电流(也称为备用或附加电流)，所述数量小于蓄能器的串联的蓄能器电池的最大数量；并且更确切地说是在如下情况下，用于其他电消耗器的最大电流超过能由与蓄能器耦合的变压器提供的最大电流。亦即当变压器不能供应足够的电流来维持在供电节点上的电压时，或换句话说，由消耗器需要的电流变得过大时，则在供电节点上的电压强制性地减少直至供电直接由对应的蓄能器电池进行。

之前所述的电子设备和方法有利地可以在电动车辆或混合动力车辆、尤其是电动双轮车或电动摩托车中使用。