用于向车辆中的负载供电的蓄能器系统 |
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| 申请号 | CN201080046117.3 | 申请日 | 2010-09-30 | 公开(公告)号 | CN102687370A | 公开(公告)日 | 2012-09-19 |
| 申请人 | 宝马股份公司; | 发明人 | J·弗勒施尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种 蓄能器 系统，其用于向车辆、尤其是 汽车 中的负载（V1、V2）供电，该蓄能器系统包括带第一蓄能器（B）的第一 能量 网络（E1）和带第二蓄能器（C）的第二能量网络（E2），第一和第二能量网络（E1、E2）这样电耦合，即 电能 能够从第一能量网络（E1）供给至第二能量网络（E2）以便使第二蓄能器（C）再生。本发明的蓄能器系统能这样运行：检测是否满足多个条件，这些条件至少包括条件：外部充电器连接到第一能量网络（E1）上以便为第一蓄能器（B）充电；当这些条件满足时，执行第二蓄能器（C）的再生。 | ||||||
| 权利要求 | 1.蓄能器系统，其用于向车辆、尤其是汽车中的负载（V1、V2）供电，该蓄能器系统包括带第一蓄能器（B）的第一能量网络（E1）和带第二蓄能器（C）的第二能量网络（E2），第一和第二能量网络（E1、E2）这样电耦合，即电能能够从第一能量网络（E1）供给至第二能量网络（E2）以便使第二蓄能器（C）再生，其特征在于，所述蓄能器系统能这样运行： |
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| 说明书全文 | 用于向车辆中的负载供电的蓄能器系统技术领域背景技术[0002] 众所周知，在当今的车辆、尤其是汽车中，为了向负载供电使用两个彼此耦合的能量网络，每个能量网络具有相应的蓄能器。例如文件EP 1 130 737B1中描述了一种具有低直流电压网络和高直流电压网络的供电系统。所述两个网络的蓄能器在此串联。 [0003] 集成到车辆中的包括至少两个蓄能器的蓄能器系统的各蓄能器在运行期间被循环地放电和充电。长期下这可导致蓄能器的功率降低或蓄能器寿命的减少。因此现有技术中公开了这样的方法，借助这些方法可以以适合的方式使蓄能器系统中的蓄能器再生，以便由此避免该蓄能器的功能恶化或其寿命减少。 [0004] 文件WO 2007/104325A1中公开了一种用于使电容式蓄能器再生的方法，该电容式蓄能器形式为包括多个串联的由双层电容器构成的电池的电池复合体。这种蓄能器通常也被称为超级电容并且允许高功率密度的能量存储。这里存在这样的问题：通过电池复合体的循环的充电和放电在各个电池之间出现电压漂移，其导致在一些电池中出现过压并且在另一些电池中出现欠压。文件WO 2007/104325A1中所描述的再生基于对各电池进行平衡的充电过程，使得在所有电池上再次产生相同的电压。在此使用所谓的有源旁路平衡电路，其在执行平衡期间确保在电池中的电压过高的情况下通过电阻导走电流。 [0005] 现有技术中公开的用于使车辆的蓄能器系统的蓄能器再生的方法的缺点在于：在执行再生时，车辆的功能会受到影响，在再生过程于车辆行驶期间启动的情况下尤其如此。 发明内容[0006] 有鉴于此，本发明的任务在于，在一种包括至少两个蓄能器的车辆蓄能器系统中确保蓄能器的再生过程在不影响或仅略微影响车辆功能的情况下执行。 [0008] 本发明的蓄能器系统包括带第一蓄能器的第一能量网络和带第二蓄能器的第二能量网络，第一和第二能量网络例如通过转换器或开关这样电耦合，使得电能能够从第一能量网络供给至第二能量网络以便使第二蓄能器再生。第一能量网络和第二能量网络在此优选是直流电网，这些直流电网通过直流电－直流电－转换器彼此耦合。所述两个能量网络的第一和第二蓄能器可彼此并联，必要时亦可串联。 [0009] 本发明的蓄能器系统的特点在于，所述蓄能器系统可这样运行：检测是否满足多个条件，所述多个条件至少包括条件：外部充电器——其不是蓄能器系统的一部分——连接到第一能量网络上以便为第一蓄能器充电；当所述多个条件满足时，执行第二蓄能器的再生。 [0010] 本发明从这样的认识出发：当通过外部充电器进行充电过程时，执行蓄能器的再生对车辆系统功能的影响通常最小。这是因为在连接外部充电器时，大多不使用车辆的其他功能或电负载，因此不影响车辆的运行。 [0011] 在本发明的蓄能器系统的一种特别优选的实施方式中，除了上述那一个条件、即连接外部充电器，所述多个条件还可包括一个或多个其它的条件，这些其它的条件例如用于校验，没有使用通过该蓄能器系统馈电的其它负载。所述多个条件尤其还可包括这样的条件：车辆停止，和/或车辆的点火装置关断，和/或未检测到与第二蓄能器的正常状态偏离的状态。最后提到的那一个条件用于确保在执行再生时没有蓄能器的故障的运行状态，该状态有可能导致损坏蓄能器。与第二蓄能器的正常状态偏离的状态例如可通过测量第二蓄能器的温度来确定，当该温度超过预定的阈值时，则确定存在与正常状态偏离的状态。在此情况下，不启动第二蓄能器的再生。 [0012] 与上述各条件相似——在满足它们时启动用于第二蓄能器的再生功能，在本发明的一种特别优选的实施方式中还规定相应的中断条件——在满足它们时中断第二蓄能器的再生。在此，在执行第二蓄能器的再生时检验是否满足多个中断条件中的至少一个中断条件。 [0013] 在本发明的一种方案中，这样设置这些中断条件，使得当至少一个上述用于启动再生的条件不满足时，则满足一个中断条件。所述多个中断条件尤其可包括一个或多个下述中断条件：外部充电器与第一能量网络分离；车辆的点火装置接通；检测到与第二蓄能器的正常状态偏离的状态。 [0014] 在本发明的蓄能器系统的另一种方案中，所述第二蓄能器的再生在成功执行之后结束。必要时再生也可继续进行预定的时间段，尤其是直至达到第一蓄能器的预定的充电状态、例如直至第一蓄能器充满。 [0015] 在本发明的方法的另一种方案中，所述再生基于开头提及的第二蓄能器的平衡，在此可使用现有技术中公开的任意一种平衡方法。平衡尤其通过第二能量网络中的有源旁路电路进行，其在开头已被说明。优选所述平衡基于文件WO 2007/104325A1所描述的方法执行。 [0016] 在本发明的蓄能器系统的一种特别优选的实施方式中，所述第一能量网络的第一蓄能器是蓄电池、尤其是12V蓄电池、例如铅蓄电池或镍氢蓄电池。在此情况下，第一能量网络优选是车辆的传统的车载网络，通过该车载网络向车辆的绝大部分负载馈电。 [0017] 在本发明方法的另一种方案中，所述第二能量网络的第二蓄能器是电容式蓄能器、尤其是开头已经提及的包括一个或多个由双层电容器构成的电池的蓄能器。第二能量网络在此优选是车辆的传统车载网络的扩展，其用于向这样的负载供电，这些负载需要与车载网络不同的电压或在特定情况下消耗特别多的功率并且为此需要第二蓄能器的支持。 [0018] 在本发明的方法的另一种方案中，所述第二能量网络是混合驱动装置的电动机的能量网络，该能量网络具有用于驱动电动机的第二蓄能器。由于可认为，混合驱动装置在连接外部充电器时不运行，因此驱动装置的系统功能在执行再生时不受限制。 [0019] 除了上述蓄能器系统外，本发明还涉及一种用于使这样的蓄能器系统中的蓄能器再生的方法，该方法可与上述蓄能器系统的任一种方案结合使用。该方法因此用于这样的蓄能器系统中，其包括带第一蓄能器的第一能量网络和带第二蓄能器的第二能量网络，第一和第二能量网络这样电耦合，使得电能能够从第一能量网络供给至第二能量网络以便使第二蓄能器再生。在此检测是否满足多个条件，这些条件至少包括这样一个条件：外部充电器连接到第一能量网络上以便为第一蓄能器充电。必要时这些条件还可包括其它的条件，它们在前面已被说明。当满足这些条件时，执行第二蓄能器的再生，再生尤其是指上面已说明的平衡。所述方法优选用于这样的蓄能器系统，其中，第二蓄能器是电容式蓄能器、尤其是电池复合体，该电池复合体包括一个或多个由双层电容器构成的电池。 [0021] 下面借助附图详细说明本发明的实施例。 [0022] 图1为汽车中的本发明蓄能器系统的一种实施方式的示意图； [0023] 图2为图1中的蓄能器系统的蓄能器的再生过程的示意图。 具体实施方式[0024] 图1示出汽车中的蓄电器系统的一种实施方式，该系统包括第一能量网络E1和第二能量网络E2。第一能量网络E1在此为汽车的传统的车载网络并且包括一个发电机形式的发生器G，一个启动机S、多个通过附图标记V1示意性表示的负载以及一个形式为12V电池B的蓄电器、如铅蓄电池或镍氢蓄电池。车载网络E1通过直流电－直流电－转换器W与另一能量网络E2连接，其在图1的实施方式中构成车载网络E1的扩展。该能量网络包括一个电容式蓄能器C并且向其它负载馈电，这些其它负载以附图标记V2示意性示出。 [0025] 负载V1是汽车中常见的需要用电运行的负载，例如收音机、导航系统、电动座椅调节装置或类似物。能量网络E2可以以与车载网络E1相同或不相同的直流电压来运行。例如能量网络E2可以是24V直流电网。在能量网络E2上连接这样的负载V2，它们需要比车载网络E1的负载更高的供电或其在特定的运行情况下消耗非常多的功率，这不再能通过转换器W由车载网络E1来提供。负载V2的一个例子为电动转向装置，其在特定过程中、例如在车辆停车就位中消耗特别多的功率。对于这种功率消耗尖峰，在能量网络E2中设置电容式蓄能器C，其构造为一种包括多个由双层电容器构成的电池的组件，该组件通常也被称为超级电容。通过借助DC/DC转换器W耦合到车载网络E1上，蓄能器C被充电。 [0026] 超级电容形式的蓄能器的特点是：串联连接的电容电池的各个电压由于循环地充电和放电而相互发生漂移，长期下这可导致超级电容的功率降低或超级电容寿命的减少。因此，应当定期、例如每年二至五次进行蓄能器C的再生过程，在再生过程中，通过相应的充电过程对蓄能器的各个电池进行平衡，由此所有的电池基本上重新具有相同的电压。如上所述，蓄能器的平衡本身由现有技术公开，并且在这里所述的实施方式中在使用有源旁路平衡电路的情况下进行平衡，所述有源旁路平衡电路在电池中的电压过高的情况下通过电阻导走电流。 [0027] 通常，平衡过程定期通过在转换器W中激活再生功能进行，在此，再生过程不与车辆运行的特殊准则相关联。因此，在再生过程期间会影响车辆的系统功能，当再生过程在车辆行驶期间被启动或者说实施时尤其如此。该问题在图1的蓄能器系统中以这样的方式得以避免：将再生过程的启动与外部充电器在第一能量网络E1上的连接相关联，下面借助图2对此进行说明。 [0028] 图2示出在图1的蓄能器系统中在蓄能器C的平衡期间所进行的方法步骤。该方法在步骤S1中开始于检测功能的启动，该检测功能在蓄能器系统中检验，电池B是否通过外部连接的充电器进行充电（步骤S2）。如果是这种情况，则在步骤S3中检验为了对第二蓄能器C进行平衡所必须满足的其它激活条件。所述其它激活条件构成保护机制，这些保护机制确保车辆处在不因平衡而影响功能的状态，或者说确保这种平衡不会导致第二蓄能器的损坏或车辆中的负载的损坏。在一种优选的实施方式中，所述其它激活条件包括这样的条件：车辆停止和车辆的点火装置关断。由此可校验车辆处于非活动的状态中，在该状态中未使用系统功能。另一激活条件例如可以是，蓄能器C的温度处于一个阈值之下。当超过该阈值时，蓄能器C在此很有可能出现功能失常，所述功能失常有可能会在平衡期间导致蓄能器的损坏。 [0029] 只有当识别出连接到外部充电器上时并且当所述其它激活条件存在时，在步骤S4中启动平衡。通过平衡，消除超级电容的各个电池中的电压差异。如上所述，优选使用在文件WO2007/104325A1中说明的方法，用于执行平衡。但必要时也可使用其它的平衡方法。通常这样进行平衡，使得为了平衡各个电池中的电压差异，电池根据电池的状态稍微过度充电或使电能从一个电池转移到另一个电池。通过上面提及的有源旁路电路在此避免各个电池的强烈充电。 [0030] 在步骤S4中进行平衡期间，定期检验是否存在多个中断条件中的一个中断条件（步骤S5）。这些中断条件至少包括这样的条件：外部充电器与第一能量网络E1分离。也就是说，当该条件存在时，平衡结束。因为在充电器分离时认为车辆的其它功能被激活，这些功能可能会受到平衡影响。这些中断条件例如还可包括另一条件：车辆的点火装置被接通，因为在此情况下也认为车辆的其它功能开始投入使用。另一中断条件可以是超级电容C中超过阈值温度。因此，这些中断条件可类似于激活条件这样设置，使得激活条件的不存在对应于一个中断条件。与激活条件相反，中断条件的存在通常就已经导致平衡的结束。这在图2中通过步骤S6示出。当在步骤S5中未识别出中断条件时，则平衡继续，在此定期检验平衡是否已能成功结束（步骤S7）。如果是这种情况，则在步骤S8中结束方法。此外，在本发明的一种方案中存在这样的可能性：例如根据电池B的充电状态或能量网络E1的网络状态，在成功的平衡之后用于再生的充电过程继续进行预定的时间段。平衡例如可继续进行，直到电池B通过充电器被完全充满。 [0031] 借助根据本发明的方法的上述实施方式，包括两个蓄能器的汽车蓄能器系统中的一个蓄能器的平衡至少与这样的准则相关联，即第一蓄能器通过外部充电器充电。借助外部充电器的充电尤其是在车主将其车辆送交检查时进行。于是车辆不处于通常的运行状态中，由此可在不影响汽车功能的情况下对第二蓄能器进行平衡。在此必要时为了校验，还可考虑如上所述的用于激活平衡的其它条件。 [0032] 本发明的方法在图1中借助传统的具有相应的车载网络扩展E2的车载网络E1来说明。但该方法也可用于车辆中任何其它的蓄能器系统。例如能量网络E2可以是车辆中混合驱动装置的能量网络，负载V2在此情况下是混合驱动装置的电动机，其通过适合的第二蓄能器运行。为了平衡第二蓄能器，在此也是从车载网络E1中通过相应的直流电－直流电－转换器供给能量。 |
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