車載電網中的電壓控制的製作方法

2023-06-10 19:02:41 2

專利名稱：車載電網中的電壓控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於保持電池支持的車載電網中的預先確定的電壓的方法和裝置。
背景技術：
通常藉助電起動裝置開動機動車的內燃發動機。起動裝置運行所需的能量從機動車的車載電網的電池獲得。通過由起動裝置加載電池，車載電壓可以在起動過程期間如此程度地跌落，使得沒有給車載電網中的其他用電器供給足夠的電壓。特別是由微處理器控制的用電器可以靈敏地對小的車載電壓進行反應並且在預先確定的時間間隔內不起作用或僅僅受限制地起作用。所述用電器可以是對於機動車的運行和/或安全性而言重要相關的控制裝置。如果機動車配備有在短暫停車時已經關閉內燃發動機並且在需要時才重新起動內燃發動機的啟動/停止自動系統，則起動過程在機動車行駛期間可能相對頻繁，並且用電器的暫時失效可能特別嚴重。

發明內容
因此，本發明所基於的任務是，提供用於在起動過程期間確保預先確定的車載電壓的方法和裝置。本發明藉助具有權利要求1的特徵的方法和具有權利要求9的特徵的裝置解決所述任務。從屬權利要求說明優選的實施方式。根據本發明的用於在電起動裝置運行期間保持電池支持的車載電網中的預先確定的電壓的方法包括:在車載電網上在第一時段期間與限流電阻串聯地運行電起動裝置以便限制流經起動裝置的電流的步驟；以及在車載電網上在第二時段期間以減小的限流電阻運行電起動裝置以便增大由起動裝置轉換的功率的步驟。在此，基於在第一時段期間在限流電阻上採樣的電特徵參量來控制從第一時間段到第二時間段的過渡。由此可以確保:在最佳時刻進行限流電阻的減小，也就是說，儘可能早地進行限流電阻的減小，以便使由起動裝置轉換的功率最大化並且由此加速起動過程，並且同時如所需要的那樣晚地進行限流電阻的減小，以便避免電池電壓跌落到預先確定的值以下。通過根據分別在每個起動過程中檢測到的值的控制能夠考慮可變的影響參量，如內燃發動機在不同溫度下的機械阻抗、對電池的老化影響和溫度影響以及其他用電器的電流消耗。在第一階段期間可以確定閾值，並且當流經限流電阻的電流低於確定的閾值時可以開始第二階段。由此可以基於相對簡單的確定來實施第二階段的開始或限流電阻的減小。優選地，基於在預先確定的時刻進行的測量實施閾值的確定，以便在測量時間間隔期間不僅使電感影響最小化而且使起動裝置的變化的反電動勢最小化。所述時刻取決於線路的電感和起動過程期間反電動勢增長的速度。可以基於多次在時間上校正的測量實施所述方法，以便首先粗略並且然後越來越精細地確定最佳的切換時刻。在一個用於確定和監視用於電流的閾值的替代實施方式中，所述方法可以包括:在第一階段期間基於限流電阻上的電壓測量來確定時刻的步驟；以及當達到確定的時刻時開始第二階段的步驟。所述確定可以基於微分方程來實施並且可以允許最佳的切換時刻的預測，而不必監視流經起動裝置的電流。根據本發明的用於在電起動裝置運行期間保持電池支持的車載電網中的預先確定的電壓的裝置包括可控制的限流電阻、第一與第二採樣裝置、定時器和控制裝置，所述可控制的限流電阻用於在車載電網上與電阻串聯地運行起動裝置，所述第一與第二採樣裝置用於記錄電阻的不同連接端上的電壓，所述控制裝置用於根據上述方法減小限流電阻。所述裝置允許從第一階段到第二階段的最佳過渡，而不要求需以與限流電阻隔開一間距地施加的傳感器。


接下來參考附圖更詳細地解釋本發明，附圖示出:圖1:機動車中的車載電網的電路圖；圖2:用於在附圖1的車載電網中使用的電流控制；圖3:圖1中的車載電網中的電壓和電流的變化曲線；圖4:圖1的機動車車載的方法的流程圖。
具體實施例方式圖1示出機動車102中的車載電網100的電路圖。車載電網100包括電池105、限流電阻110、起動裝置115以及從電池105至限流電阻110的第一線路120和從限流電阻110至起動裝置115的第二線路125。在第二線路125中插入起動器繼電器130。此外，與電池105並聯地連接用電器135，所述用電器可以代表性地代表一些不同的用電器。用電器135在車載電網100中運行並且為此要求工作電壓的提供，所述工作電壓不允許低於預先確定的閾值。例如用電器135可以包括電子的部件或微處理器控制的部件，其在供電電壓低於閾值之後復位(執行恢復)並且隨後需要一定的復位時間，以便再次能夠使用。本發明的任務是，避免電池105上的電壓跌落到所述閾值以下。機動車102包括未示出的內燃發動機，可以藉助起動裝置115開動所述內燃發動機。如果內燃發動機運行，則它驅動同樣未示出的發電機，所述發電機對電池105充電。然而，在內燃發動機的起動過程期間，發電機不運行或僅僅引起電池105的可忽略不計的充電。為了起動內燃發動機，閉合起動器繼電器130，從而起動裝置115基本上與電池105並聯連接。起動裝置115包括高效的直流電動機，所述直流電動機隨後開始以增長的速度旋轉。在此，電動機驅動內燃發動機，直至其起動。最晚當內燃發動機運行時，打開起動器繼電器130並且起動裝置115漸漸停止。起動過程通常持續幾秒，儘管如此，接下來僅僅考慮起動過程的短暫的第一區段。在閉合起動器繼電器130之後，保持靜止的起動裝置115立即具有接近於O的反電動勢，從而在電路140中大電流從電池105流經第一線路120、限流電阻110、第二線路125、起動器繼電器130和起動裝置115。因為電池105具有非零的內阻，在其連接端上可用的車載電壓根據流動的電流跌落，從而存在復位用電器135的風險。已知可以減輕車載電壓的跌落，其方式是，將限流電阻110置於預先確定的大於O歐姆的值上。為了針對起動過程使通過起動裝置115轉換的功率最大化，可以在預先確定的時間之後減小限流電阻110。通常在車載電網100的方案範疇內一次性地確定並且此後不再改變可以減小限流電阻110而不使車載電壓低於預先確定的閾值的時刻。基於電池105的範圍內的測量來減小限流電阻110要求測量裝置，出於成本原因，儘可能避免所述測量裝置。如果過早或過於嚴重地減小限流電阻110，則存在車載電壓跌落從而復位用電器135的危險。然而，如果過晚或過少地減小限流電阻110，則由起動裝置115轉換的功率沒有最大化，從而內燃發動機的起動過程可能受損害或延長。為了更準確地考慮起動過程期間詳細發生的流程，在圖1中作為等效電路圖示出了電池105、限流電阻110、起動裝置115和線路120和125，所述線路包括歐姆電阻、電感和電壓源。電池105提供電壓Ubatt ;電池105的內阻是Ri。第一線路120包括內阻Rzull和電感Lzull。限流電阻110是R，其中所述限流電阻例如藉助半導體或電機械控制的開關在兩個或更多個值Rl、R2、...之間變化，並且R1>R2>...。最後使用的電阻值Ri可以是O或近似於O。第二線路125包括內阻Rzul2和電感Lzul2。起動裝置115包括電感L_St、內阻R_St和電壓源G_EMK，其提供的電壓相應於起動裝置的互感電壓(Gegen-ΕΜΚ:反電動勢)並且取決於起動裝置的轉速並且反作用於電池電壓U_batt。將起動器繼電器130假設為理想的或者所述起動器繼電器在閉合狀態中的電阻通過第二線路125建模。接地的連接通常也假設為理想的或在其餘的電路140中建模。

示例性地假設車載電網100中的以下值:
Ri 6mO Rzul 2ιηΩ Lzull 5μΗ
Rzul2 5mOLzuI2 I μΗLSt 4.3μΗRSt 1.75ηιΩG_EMK取決於時間，見文中。在圖1中以電壓標記示出電壓測量裝置。電壓測量裝置顯示:怎樣的電壓施加在車載電網100中的哪個位置上。相應的情況適於起動器繼電器130範圍內的電流測量裝置。圖2示出在圖1中的限流電阻110的位置上使用的集成電流控制器200。電流控制器200包括第一連接端205和第二連接端210，所述第一連接端用於與第一線路120連接，所述第二連接端用於與第二線路125連接。在連接端205和210之間設置限流電阻215，所述限流電阻可選擇性地藉助可控的開關220減小到O。連接端205或210與地之間的電壓藉助於電壓測量裝置225或230記錄並且提供給控制裝置235。控制裝置235與時鐘發生器240連接並且被設置用於控制開關220。時鐘發生器240被設置用於提供時間標準，所述時間標準用於確定事件之間的時間或時間間隔、特別是用於電壓測量裝置225和230的測量時刻。在圖2的示圖中，根據開關220的位置，限流電阻215或零電阻位於連接端205和210之間。在其他實施方式中，可以設置多個限流電阻215並且必要時也可以設置多個開關220，以便在連接端205和210之間調節多個不同的電阻。在一個實施方式中，位於連接端205和210之間的電阻通過半導體裝置實現，所述半導體裝置優選無級地通過控制裝置235控制。圖3示出圖1中的車載電網中的電壓和電流的變化曲線。在水平方向上繪製時間、在垂直方向上繪製電流或不同的電壓的變化曲線310-370。第一變化曲線310描述流過起動裝置115的電流1_5七&1^61"。如從圖1中可看出的那樣，在任何時刻，相同的電流I_Starter流經電路140的所有支路，因為涉及純串聯電路。在時刻O開始起動過程,在所述起動過程中閉合起動器繼電器130。I_Starter快速上升到將近600A並且從那根據對數函數下落。內燃發動機的可變的機械阻抗可能導致起動裝置電流I_Starter的疊加的周期性變化並且在當前分析中不考慮。在時刻a、約130ms時，限流電阻110減小到 O。隨後I_Starter直到時刻b、約140ms時重新上升直至將近600A並且重新對數式地下落。流經起動裝置115的電流I_Starter主要取決於起動裝置115的轉速。隨著增大的轉速，起動裝置115上的電壓降也上升並且流經起動裝置115的電流下跌。最下面的變化曲線370描述電池105上的電壓U_Sternpkt，其也是用電器135的供電電壓。U_Sternpkt在起動過程開始時是12V並且隨後快速地跌落到約8.4V。之後U_Sternpkt與I_Starter基本上成反比地上升並且在時刻a達到約9.2V。在時刻a和b之間，U_Sternpkt重新下跌到約8.4V並且隨後重新與I_Starter基本上成反比地上升。在圖3中上部的第二變化曲線320描述了反電動#G_EMK，所述反電動勢在起動裝置115運行時形成並且取決於起動裝置115的轉速。G_EMK對數式地上升到約8V，其中所述上升是足夠均勻的，以便在足夠短的區段內視為是線性的。在圖3中上部的第三變化曲線330描述輸入電壓U_in，所述輸入電壓可在第一線路120和限流電阻110之間的一個點上相對於地測量。U_in是圖2中的電壓測量裝置225米樣的電壓。在圖3中上部的第六變化曲線360描述輸出電壓U_out，所述輸出電壓可在第一線路120和限流電阻110之間的一個點上相對於地測量。U_out是圖2中的電壓測量裝置230採樣的電壓。U_in和U_out定性地跟隨U_Sternpkt,其方式是,U_in和U_out在時刻O從接近於電池105的空載電壓的值快速跌落並且隨後對數式地上升直至時刻a，直至時刻b重新下落並且接著又對數式地上升。在圖3中上部的第四變化曲線340描述圖1中的第一線路120的電感L_zull上的第一感應電壓U_L_indl。在圖3中上部的第五變化曲線350以相應的方式描述圖1中的第一線路120的電感L_zul2上的第二感應電壓U_L_ind2。兩個感應電壓U_L_ind僅僅分別在I_Starter變化之後的一個短暫時段內是正的。所述時段與電感Lzull和Lzul2的數值成比例並且與其相應的電阻Rzull和Rzul2成比例。所述時段分別在時刻a和b開始。電感L_zull上的感應電壓U_L_indl和電感L_zul2上的U_L_zul2在相對較短的時間內以如此程度衰減，使得其與電路140中的其他電壓相比可忽略不計。對於圖1中的元件所假設的值，在約2ms至4ms之後是這種情況。在電感效應衰減之後，U_L_zulUU_L_zul2和U_L_St分別近似於O,從而不再考慮L_zull、L_zul2和L_St。接下來解釋:可以如何根據第一階段期間、即在限流電阻110具有大於O的第一預先確定的值Rl期間在限流電阻110上的測量來確定閾值I_umschalt，在限流電阻110可以減少到第二預先確定的值R2而電壓U_Sternpkt沒有跌落超過預先確定的大小之前，電流I_Starter必須低於所述閾值。所說明的時間從在時刻O閉合起動器繼電器130起確定。如果在超過兩個階段中逐步減少限流電阻110，則可以相應地、迭代地實施接下來說明的確定。可以通過限流電阻110上的U_in和U_out的測量如下確定流經電路140的電流
權利要求
1.一種用於在電起動裝置(115)運行期間保持電池支持的車載電網(100)中的預先確定的車載電壓的方法(400)，所述方法包括以下步驟: -在所述車載電網(100)上在第一階段期間與限流電阻(110)串聯地運行(405)所述電起動裝置(115)，以便限制流經所述起動裝置(115)的電流；以及 -在所述車載電網(100)上在第二階段期間以減小的限流電阻(110)運行(425)所述電起動裝置(115)，以便增大由所述起動裝置(115)轉換的功率，其中， -基於在所述第一階段期間在所述限流電阻(110)上採樣的電特徵參量(U_in，U_out)來控制(410-420)從所述第一階段到所述第二階段的過渡。
2.根據權利要求1所述的方法(400)，所述方法還包括以下步驟: -在所述第一階段期間確定(415)閾值；以及 -當流經所述限流電阻的電流低於所確定的閾值時開始(425)所述第二階段。
3.根據權利要求2所述的方法(400)，其中，將所述閾值確定為一個值，所述值最大與一樣大； Rk ! R; 其中，I1是在所述第一階段期間流動的電流； Rk是電路(140)中的 歐姆電阻的總和，所述電路(140)包括所述車載電網(100)的電池(105),從所述電池(105)至所述限流電阻(110)的第一線路(120)、從所述限流電阻(110)至所述起動裝置(115)的第二線路(125)和所述起動裝置(115); Rl是所述限流電阻(110); R2是所述減小的限流電阻(110 )。
4.根據權利要求3所述的方法(400)，其中，如下確定Rk: -在時刻h確定(410)所述限流電阻(110)的兩個連接端上的電壓； -基於在所述時刻^確定的電壓來確定(415)所述電池的電阻與從所述電池引導到所述限流電阻(110)的線路的電阻之和； -在彼此不同的時刻t2和t3來確定(415)所述限流電阻(110)的兩個連接端上的電壓； -基於在所述時刻12和t3確定的電壓來確定(415)從所述限流電阻(110)引導到所述起動裝置(115)的第二線路(125)的電阻和所述起動裝置(115)的電阻之和。
5.根據權利要求4所述的方法(400)，其中，在所述時刻tl，在所述電池(105)和所述第一線路(120)的區域內的電感影響衰減，並且所述起動裝置(115)的轉速如此小，使得所述起動裝置(115)的反電動勢小得可忽略不計。
6.根據權利要求4或5所述的方法(400)，其中，所述時刻t3在所述時刻t2之後如此遠，使得流經所述限流電阻(110)的電流在所述時刻t2和t3彼此顯著不同。
7.根據以上權利要求4至6中任一項所述的方法(400)，其中，在所述限流電阻(110)的兩個連接端上，在其他的時刻確定其他的電壓，並且從所述限流電阻(110)引導至所述起動裝置(115)的線路的電阻與所述起動裝置(115)的電阻之和的確定關於在不同時刻確定的多個電壓實現。
8.根據權利要求1所述的方法(1)，所述方法還包括以下步驟: -在所述第一階段期間基於所述限流電阻(110)上的電壓測量確定時刻；以及-當達到所確定的時刻時，開始所述第二階段。
9.一種用於在電起動裝置(115)運行期間保持電池支持的車載電網(100)中的預先確定的電壓的裝置，所述裝置包括: -可控制的限流電阻(215)，用於在所述車載電網(100)上與所述電阻串聯地運行所述起動裝置(115)； -第一與第二採樣裝置(225，230)，用於記錄在所述限流電阻(215)的不同連接端上的電壓； -定時器(240)； -控制裝置(235)，用於根據以上權利要求中任一項所述的方法(400)減小所述限流電阻(215)。`
全文摘要
一種用於在電起動裝置運行期間保持電池支持的車載電網中的預先確定的電壓的方法，所述方法包括以下步驟所述車載電網上在第一時段期間與限流電阻串聯地運行電起動裝置，以便限制流經起動裝置的電流；以及在車載電網上在第二時段期間以減小的限流電阻運行電起動裝置，以便增大由起動裝置轉換的功率。在此，基於在第一時段期間在限流電阻上採樣的電特徵參量來控制從第一時段到第二時段的過渡。
文檔編號F02N11/08GK103154498SQ201180048956
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月9日 優先權日2010年10月13日
發明者R·雷蒂希, W·席曼 申請人:羅伯特·博世有限公司