具有高壓供電系統的機動車的製作方法

2023-11-06 10:58:22 2

具有高壓供電系統的機動車的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種機動車(10)，具有第一高壓供電系統(12)，該第一高壓供電系統包括第一高壓電源(16)、與該第一高壓電源連接的第一中間電路(18)和至少一個連接在第一中間電路(18)上的高壓耗電器(24、26)。按照本發明設有附加的第二高壓供電系統(14)，該第二高壓供電系統包括第二高壓電源(28)、與該第二高壓電源連接的第二中間電路(30)和至少一個連接在第二中間電路(30)上的高壓耗電器(36)。
【專利說明】具有高壓供電系統的機動車

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種機動車，具有高壓供電系統，該高壓供電系統包括高壓電源一例如動力電池、與該高壓電源連接的中間電路和至少一個連接在中間電路上的高壓耗電器一例如電動的驅動電機。與本發明相關，概念「高壓」應理解為高於60伏特、尤其高於200V的電壓。

【背景技術】
[0002]在這種高壓供電系統中可以期望的是，在中間電路中藉助於兩個或多個高壓電源提供電能。例如，當兩個或多個動力電池在機動車中供使用時，能夠提供更大的電能儲存容量。也可以提供動力電池作為第一高壓電源，提供燃料電池堆作為蓄電池並且作為第二高壓電源。通過燃料電池堆能夠提供源自運行燃料、例如氫的電能。
[0003]但是當兩個高壓電源在一個中間電路上運行時是有問題的:如果沒有採取其它措施，則兩個電源必需在中間電路上準確地提供相同的電壓。否則通過中間電路在兩個電源之間流動的是不期望的平衡電流。
[0004]對此由DE 10 2008 047 502 Al已知，中間電路通過第一變壓器與第一電源電連接，並且通過第二變壓器與第二電源電連接。由此利用兩個變壓器能夠監控在各電源與中間電路之間的能流。但是在通過變壓器耦聯電源時的缺陷是，各變壓器必需能夠傳輸相對較大的額定功率，用於例如也可以將來自各電源的電能供應到機動車的驅動電機，或者可以使驅動電機的再生電流返回儲存到電源中。當驅動電機在再生期間以發電機運行模式運行時，是後述的情況。
[0005]對此由DE 10 2005 042 654 Al已知，直接在中間電路上運行功率最佳的第一蓄能器，而僅電能最佳的第二蓄能器通過變壓器與中間電路耦聯。由此在高壓供電系統中僅需唯一一個變壓器。但是這個變壓器還必需總是設計成用於能夠從電能最佳的第二蓄能器傳輸足夠的電功率到驅動電機。
[0006]在DE 10 2009 018 011 Al中描述一種用於在機動車中分配電能的裝置，所示機動車具有至少一個電機。該電機通過逆變器與高壓電網至少暫時地導電連接，其中，為高壓電網分派有第一動力電池。第二動力電池能夠通過變壓器與高壓電網導電地連接。利用變壓器能夠在第二動力電池的百分之百負荷的情況下供給驅動電機，直到第一動力電池的百分之零負荷。第二動力電池和變壓器是機動車的專用設備，其中，第二動力電池和變壓器優選組合成唯個機械模塊，利用該機械模塊對電動的驅動電機提供更高的總容量供使用，由此得到更大的續駛裡程。


【發明內容】

[0007]本發明的目的在於，提供一種用於機動車的能夠以有利的方式製造的高壓供電系統。
[0008]該目的通過根據權利要求1所述的機動車得以實現。通過從屬權利要求給出按照本發明的機動車的有利改進方案。
[0009]按照本發明的機動車除了上述的第一高壓供電系統之外還具有附加的第二高壓供電系統。該第二高壓供電系統包括第二高壓電源、與該第二高壓電源連接的第二中間電路和至少一個連接在第二中間電路上的高壓耗電器。換言之，按照本發明的機動車具有兩個相互分開的中間電路，通過所述兩個相互分開的中間電路，高壓電源之一分別只為機動車的高壓耗電器中的一些高壓耗電器供電。在此，中間電路包括由高壓導線組成的布置結構，這些高壓導線設計成用於從高壓電源將供電電流傳導到高壓耗電器，或者從高壓發生器將再生電流傳導到高壓電源。在這裡，中間電路的電導線優選設計成用於傳導超過10A、尤其超過30A電流強度的電流。
[0010]按照本發明的機動車的優點是，為了向高壓耗電器供電可以提供兩個高壓電源，而無需提供費事的、用於阻斷兩個高壓電源之間的平衡電流的措施。這能夠實現在不放棄兩個高壓電源的情況下仍有利地製造機動車。
[0011]在此優選的是，至少第一高壓電源與第一中間電路直接地一也就是說在沒有DC-DC變換器(DC-直流)的情況下——稱聯。由此得到的優點是，在這裡也可以使用成本有利的電接頭，例如簡單的、用於將動力電池的正極和負極連接到中間電路的各個導體上的端子連接件。第二高壓電源也優選地與第二中間電路以相同的方式直接地在沒有DC-DC變換器的情況下耦聯。
[0012]在按照本發明的機動車的優選實施例中，所述第一和第二中間電路通過DC-DC變換器相互耦聯。由此得到的優點是，通過這個DC-DC變換器可以平衡兩個高壓電源的荷電狀態中的區別。但是在此與現有技術不同的是，無需使DC-DC變換器也必需能夠導引供電電流或者再生電流。如果DC-DC變換器按照規定可以傳輸平衡電流就足夠了，該平衡電流的電流強度明顯小於高壓耗電器供電電流的常見的電流強度。在這裡，平衡電流尤其指的是，電流強度小於機動車的電動的行駛驅動裝置額定供電電流的50%，尤其小於20A。
[0013]相應地按照所述機動車的改進方案，所述DC-DC變換器的控制裝置設計成用於使兩個高壓電源的荷電狀態相互平衡。
[0014]在此，所述機動車的另一改進方案相應地規定，所述DC-DC變換器的額定功率只設計成用於使荷電狀態平衡。換言之，能夠從DC-DC變換器按照設計要求持久傳輸的平衡電流在電流強度方面小於按照規定通過各中間電路在其高壓電源與其高壓耗電器之間流動的供電電流或再生電流。只為平衡荷電狀態而設計的DC-DC變換器——也就是功率相對較低的變換器——比在現有技術中所需的變換器成本低廉很多。所述變換器的另一優點是，其小於也設計成用於傳輸上述供電電流或再生電流的DC-DC變換器。
[0015]在按照本發明的機動車的實施例中，所述DC-DC變換器設計成用於雙向地傳輸能量。由此得到的優點是，可以非常靈活地對於高壓耗電器在兩個中間電路上的能耗的區別做出反應。通過DC-DC變換器總是能夠平衡高壓電源的荷電狀態。
[0016]按照本發明的機動車的另一實施例，在兩個中間電路中的僅一個中間電路中設有用於連接高壓電源充電器的接頭。這使所述機動車的製造更加成本有利。在此，位於沒有接頭的中間電路中的、用於動力電池的充電電流可以毫無問題地通過DC-DC變換器導引。這個DC-DC變換器可以抑制充電電流，使DC-DC變換器可以在兩個中間電路之間傳輸電流，而同時不會過熱。
[0017]如果至少在第一高壓電源中提供內部導線，則得到另一優點。通過這種內部導線可以使所述DC-DC變換器與第一高壓電源的自身蓄能器、也就是例如與其原電池電連接，而無需第一中間電路到DC-DC變換器的導線。所述中間電路導線可以更短地構成，這也使按照本發明的機動車節省成本。因為只需傳輸所述的平衡電流，所以內部導線的導線橫截面可以明顯小於中間電路導線的導線橫截面。優選地，第一高壓電源具有用於DC-DC變換器的接頭和用於中間電路連接在其殼體對置一側上的接頭。由此通過內部導線可以將用於DC-DC變換器的接頭與用於中間電路的接頭連接。當然也可以規定，第二高壓電源以相同的方式構成並且與DC-DC變換器連接。
[0018]按照本發明的機動車的一個實施例規定，高壓供電系統之一設置在機動車的前部，另一高壓供電系統設置在機動車的後部。由此能夠在使用儘可能少的高壓電纜的情況下製造整個機動車的高壓-中間電路系統。在此，第一中間電路和第二中間電路通過DC-DC變換器的搭接可以具有比中間電路本身更小的導線橫截面。
[0019]如果所述機動車具有兩個電動的驅動電機，則將高壓電氣設備分配在兩個中間電路中是特別有利的。由此，所述兩個驅動電機中的一驅動電機通過逆變器連接在第一中間電路上，另一驅動電機通過逆變器連接在第二中間電路上。由此使兩個驅動電機可以相互獨立地通過其各中間電路的各高壓電源驅動，這使得機動車針對故障是特別安全的。
[0020]與按照本發明的機動車相關所述的高壓電源尤其是動力電池。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]下面再一次更詳細地藉助於具體的實施例對本發明進行說明。為此，附圖示出按照本發明的機動車的優選實施例的高壓中間電路系統的框圖。
[0022]在下面所說明的示例中，所述的機動車部件分別表示本發明相互獨立觀察的單獨特徵，它們也分別相互獨立地改進本發明並由此也單獨或者與其它特徵組合地視為本發明的組成部分。此外所述實施例也可以通過其它已經述及的本發明特徵得到補充。

【具體實施方式】
[0023]在圖1中示出機動車10的高壓電氣設備。機動車10例如可以是乘用車。在機動車10中在前部安裝有高壓供電系統12並且在後部安裝有高壓供電系統14。在此，高壓供電系統分別指的是由電源、耗電器和連接導線組成的整個電氣設備。
[0024]前面的高壓供電系統12具有高壓電源16、中間電路18(具有用於正電位的導線20和用於負電位的導線22)以及多個電的高壓元件，其中在附圖中更詳細地示出電動的行駛驅動裝置24。在附圖中以唯一的方框代表其它電的高壓元件26。
[0025]後面的高壓供電系統14以類似的方式包括高壓電源28、中間電路30 (具有用於正電位的導線32和用於負電位的導線34)以及連接在中間電路30上的電的高壓元件，其中在附圖中更詳細地示出電動的驅動裝置36。在附圖中以唯一的方框代表其它連接在中間電路30上的電的高壓元件38。
[0026]高壓電源16、28例如可以分別是動力電池或者燃料電池堆。由高壓電源16、28產生的電壓Ul，U2例如可以是400V直流電壓。
[0027]電動的行駛驅動裝置24可以包括逆變器40和電機42。由此利用逆變器40將在導線20與22之間由高壓電源16產生的中間電路18直流電壓Ul轉換成用於電機42的三相交流供電的三相L1、L2、L3或U、V、W。或者說，通過逆變器40可以將由電機42在再生運行中、例如在制動過程期間在三相L1、L2、L3中產生的交流電壓轉換成直流電壓，隨後可以將該直流電壓儲存在中間電路18中。其餘的電的高壓元件26例如可以是12V-DC-DC變換器，它在12V車載電網中產生源自中間電路18直流電壓Ul的供電電壓。12V-DC-DC變換器相關於中間電路18如同高壓耗電器那樣工作。
[0028]在電動的行駛驅動裝置24和/或電的高壓元件26運行時，電流Il在中間電路18中流動。
[0029]後面的行駛驅動裝置36同樣可以包括逆變器44和由這個逆變器運行的電機46。由此利用逆變器44在高壓電源28的導線32與34之間產生的中間電路30直流電壓U2與三相交流電壓L1、L2、L3或U、V、W之間轉換，通過該三相交流電壓為電機46供電。
[0030]其它電的高壓元件38例如也可以是接頭，通過該接頭可以連接用於高壓電源16或28的充電器。這適用於高壓電源16或28是蓄電池、也就是例如動力電池的情況。
[0031]在機動車10運行時，電流12在中間電路30中在高壓電源28與電的高壓元件36、38之間流動。
[0032]對於機動車10也可以規定，該機動車僅具有一電動的行駛驅動裝置、例如前面的電動行駛驅動裝置24或後面的電動行駛驅動裝置36。
[0033]在機動車10運行期間，高壓電源16、28在本示例中由於在前面的供電系統12中的高壓元件24、26與後面的供電系統14的高壓元件36、38的不同功率需求而承受不同的負荷。由於高壓電源16、28的所得出的不同運行狀態或荷電狀態，該高壓電源在中間電路18,30中產生電壓值彼此不同的直流電壓Ul或U2。
[0034]前面的高壓供電系統12和後面的高壓供電系統14通過DC-DC變換器46相互耦聯。DC-DC變換器46可以是本身由現有技術公知的設備。在附圖所示的示例中，DC-DC變換器46 —方面與高壓電源16的後面的接頭Al連接。通過後面的接頭Al使DC-DC變換器46與高壓電源16的前面的接頭A2連接。前面的接頭A2可以直接地、例如通過相應的端子連接件連接在中間電路18的導線20、22上。前面的接頭A2和後面的接頭Al通過高壓電源16的內部導線48、50電連接。因此總體上中間電路18從DC-DC變換器46—直延伸到各個電的高壓元件24、26。這在附圖中通過中間電路18的延伸線zkl象徵性地表示。
[0035]DC-DC變換器46通過其另一輸出端連接在高壓電源28的後面的接頭A3上。所述後面的接頭A3通過高壓電源28的內部導線52、54與前面的接頭A4電連接。前面的接頭A4可以通過導線32或34直接地、例如通過端子連接件電連接。由此，中間電路30 —直延伸到DC-DC變換器46，這在附圖中通過延伸線zk2象徵性地表示。
[0036]內部導線48至54和使DC-DC變換器46與高壓電源16、28連接的導線的導線橫截面分別顯著地小於導線20、22、32、34的各導線橫截面。內部導線48至54的導線橫截面也分別顯著地小於導線20、22、32、34的各導線橫截面。
[0037]DC-DC變換器46可以設計成用於雙向地在兩個高壓供電系統12、14之間傳輸電能。通過DC-DC變換器46從DC-DC變換器46的(未示出的)控制裝置只導出一個平衡電流I。通過平衡電流I只使得在中間電路電壓Ul與U2之間的區別得到平衡。如果高壓電源16例如是動力電池並且這個動力電池產生直流電壓Ul，該直流電壓小於由高壓電源28產生的直流電壓U2，因此，由DC-DC變換器46的控制裝置通過電壓測量裝置識別了電壓差，並且相應地從高壓供電系統14導引平衡電流I到高壓供電系統12中，由此使動力電池(高壓電源16)再次充電，使直流電壓Ul和U2的電壓值彼此平衡。
[0038]但是藉助於DC-DC變換器46不能使供電電流Il為了電動的行駛驅動裝置24的運行而從供電系統14傳輸到該行駛驅動裝置。DC-DC變換器46的額定功率過小。其對此情況而言特別小。此外上述變換器比也能夠傳輸供電電流的DC-DC變換器更加成本有利。
[0039]在機動車10中，導線20、22、32、34隻需具有這樣大的導線橫截面，使供電電流Il從高壓電源16導引到高壓元件24、26，或者使供電電流12從高壓電源28導引到高壓元件36、38。通過使高壓電源16以其前面的接頭A2在機動車10中向前對準並且通過更細的內部導線48、50提供中間電路導線20、22到DC-DC變換器46的連接，導線20、22可以特別短。相應地，通過高壓電源28的前面的接頭A4向後到導線32、34的布置結構而同樣能夠使導線32、34特別短地構成。總體上可以使機動車10特別成本有利地製造，因為在機動車10中只有短的距離需要提供較大導線橫截面的導線20、22、32、34。
[0040]總之,通過示例表示出，如何能夠使動力電池裝置通過兩個動力電池16、28在空間上分成兩個部分，並且在使用儘可能更少的大導線橫截面的高壓電纜20、22、32、34的條件下，能夠完成用於整個機動車的高壓中間電路系統。這附加地在使用小功率並由此小結構的DC-DC變換器46的條件下實現。在機動車10中通過將高壓電源16、28分配在機動車10的前部以及後部，而在任何時候都無需將用於行駛驅動裝置24或36的全部功率通過整個機動車10導引。通過斷開DC-DC變換器46可以使兩個中間電路18、30相互分開。在中間電路18、30之一中的電故障因此不會影響到另一中間電路，因此至少連接在另一中間電路上的高壓元件可以繼續運行。由此使機動車針對故障也是特別安全的。通過兩個中間電路18、30的退耦可能性也可以例如在碰撞時發生短路的情況下提高乘員的安全性。
【權利要求】
1.一種機動車(10)，具有第一高壓供電系統(12)，該第一高壓供電系統包括第一高壓電源(16)、與該第一高壓電源連接的第一中間電路(18)和至少一個連接在第一中間電路(18)上的高壓耗電器(2126),該機動車還具有附加的第二高壓供電系統(14),該第二高壓供電系統包括第二高壓電源(28)和與該第二高壓電源連接的第二中間電路(30), 其特徵在於， 所述第二高壓供電系統(14)具有至少一個連接在第二中間電路(30)上的高壓耗電器(36),其中，兩個中間電路(18,30)形成兩個相互分開的中間電路(18,30),通過所述兩個相互分開的中間電路，高壓電源(16.28)之一分別只為機動車的高壓耗電器中的一些高壓耗電器供電。
2.根據權利要求1所述的機動車(10),其中，所述第一高壓電源(16)與第一中間電路(18)以及優選所述第二高壓電源(28)與第二中間電路(30)直接地在沒有000(:變換器的情況下耦聯。
3.根據權利要求1或2所述的機動車(10),其中，所述第一高壓供電系統(12)和第二高壓供電系統(14)、尤其是第一高壓電源(16)和第二高壓電源(28)通過000(:變換器(46)相互耦聯。
4.根據權利要求3所述的機動車(10),其中，所述000(:變換器(46)的控制裝置設計成用於使兩個高壓電源(16,28)的荷電狀態相互平衡。
5.根據權利要求4所述的機動車(10),其中，所述000(:變換器(46)的額定功率只設計成用於使荷電狀態平衡，其中，為此待從000(:變換器(46)傳輸的平衡電流(1)小於按照規定通過各中間電路(18.30)在連接在中間電路上的高壓電源(16.28)與連接在中間電路上的至少一高壓耗電器(24463436)之間流動的電流(11, 12),其中，所述電流(11,12)是待從高壓電源(16.28)通過各中間電路(18.30)的高壓導線(20423234)傳導到高壓耗電器(2136)的供給電流(11,12),或者當所述機動車(10)的驅動電機(42.46)在再生期間以發電機運行模式運行時，所述電流是待從驅動電機(4236)通過高壓導線〈20、22,32,24)傳導到高壓電源(16.28)的再生電流。
6.根據權利要求3至5中任一項所述的機動車(10),其中，所述000(:變換器(46)設計成用於雙向地傳輸能量。
7.根據權利要求3至6中任一項所述的機動車(10),其中，兩個中間電路(30)中的僅一個中間電路具有用於連接高壓電源(16.28)充電器的接頭(38^
8.根據權利要求3至7中任一項所述的機動車，其中，至少一個高壓電源(16.28)在一側具有用於將高壓電源(16.28)連接在中間電路(18.30)上的接頭(八2，八4)，並且在對置的一側上具有用於000(:變換器(46)的接頭(八1，八3),其中，接頭(八1，八2 ^3,^4)通過內部導線(48至54)電連接。
9.根據上述權利要求中任一項所述的機動車(10),其中，高壓供電系統(12)之一設置在機動車(10)的前部，另一高壓供電系統(14)設置在機動車(10)的後部。
10.根據上述權利要求中任一項所述的機動車(10),其中，每個高壓電源(16,28)包括一動力電池。
11.根據上述權利要求中任一項所述的機動車，其中，所述機動車具有兩個電動的驅動電機(42.46),所述兩個驅動電機中的一驅動電機通過逆變器(40)連接在第一中間電路 (18)上，另一驅動電機通過逆變器(44)連接在第二中間電路(30)上。
【文檔編號】B60L7/14GK104302506SQ201380022207
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2013年4月19日 優先權日:2012年4月28日
【發明者】H·斯塔特斯 申請人:奧迪股份公司