CN103373302B - 机动车辆车载电网、发电机装置和运行车载电网的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机动车辆车载电网（100），具有拥有不同电压水平的至少一个第一子网（110）和第二子网（120），其中第一子网（110）具有发电机装置（1），该发电机装置被设计为向第一子网（110）馈送第一子网电压，其中发电机装置（1）具有电激励的发电机（20），该发电机具有激励绕组（22）和用于控制该激励绕组（22）的发电机调节器（10），其中激励绕组（22）与第二子网（120）连接并且由第二子网（120）向该激励绕组（22）供应第二子网电压。

Description

机动车辆车载电网、发电机装置和运行车载电网的方法

技术领域

本发明涉及具有至少两个子网并且具有向子网之一馈电的发电机装置的机动车辆车载电网、相应的发电机装置和用于运行相应车载电网的方法。

背景技术

为了在机动车辆中提供电能可以使用能以发电机方式运行的电机。在此，传动力矩经由内燃机和电机之间的机械连接传输并且由内燃机施加。大多数情况下，作为电机使用所谓的爪极发电机。这些爪极发电机可以配备转子绕组（激励绕组）和定子绕组。

由于爪极发电机通常产生三相电流，因此对于一般存在于机动车辆中的直流电压车载电网来说需要整流。

通常，所提到的电机还与发电机调节器（场调节器）耦合，所述发电机调节器由自己的发电机电压或现有的储能器（例如车载电网电池）供电。在此情况下，可以使用调节装置，例如按照具有功率电子装置的集成开关回路的形式，这些调节装置根据电消耗器和电池充电策略的要求调整机动车辆车载电网中所需要的电流。在此，车载电网电压被用作调节参量并且持续地用额定电压平衡。

在本申请的范围中，对于相应的电机以及分配给该电机的发电机调节器和相应的整流器使用术语“发电机装置”。但是在此情况下，应当注意相应的发电机装置也能以发动机方式运行。

机动车辆车载电网可以按照具有至少两个子网的、所谓的两电压和多电压车载电网的形式构造。这种电网例如当在所涉及的机动车辆中存在具有不同功率要求的消耗器时使用。在这种情况下，至少两个子网具有不同的电压水平，例如14V（所谓的低压子网）和48V（所谓的高压子网）。这些子网例如可以经由直流电压转换器相互连接。至少一个子网具有向该子网馈电的发电机装置。经由所提到的直流电压转换器连接的两个或更多子网于是又可以由具有发电机装置的子网供电。

通过发电机装置向具有至少两个子网的机动车辆车载电网的电流供应应当在本发明的范围中得到改善。

发明内容

根据本发明建议具有独立权利要求的特征的具有至少两个子网并且具有向子网之一馈电的发电机装置的机动车辆车载电网，相应的发电机装置以及用于运行相应车载电网的方法。有利的构型是从属权利要求以及以下描述的主题。

发明优点

本发明实现了一种在两电压车载电网或多电压车载电网中、尤其是在具有多于一个储能器的车载电网中用于发电机装置的有利的***架构。机动车辆车载电网具有至少两个拥有不同电压水平的子网，其中第一子网由发电机装置馈电，但是该发电机装置的发电机调节器由另一个第二子网供电。第二子网优选具有储能器，该储能器有利地使得可以在第一子网无电流时也能对发电机调节器供电。

作为发电机调节器的调节参量有利地使用通过发电机装置本身产生的电压，也就是第一子网的电压。

本发明在此有利地包括爪极发电机的使用，该爪极发电机被运行以产生高于例如14V的常规车载电网电压并且低于60V的最大允许接触电压的电压。这种发电机装置在此有利地向两电压或多电压车载电网的高压子网馈电。因此在具有两个一个被设计为用于以14V运行而另一个以48V运行的子网的两电压车载电网中，发电机被设置在48V子网中。

换言之，本发明建议一种在多电压***中对发电机调节器的划分。有利的发电机装置在此具有拥有匹配的检测输入端的标准发电机调节器电路（“场调节器”），例如相应的ASIC，所述检测输入端被设计为检测较高的发电机输出电压。因此，本发明也是特别有利的，因为在发电机调节器-ASIC上无需不同的接地点。这允许成本低廉的实施。

发电机调节器由于本发明的措施而与发电机装置的通信（COM）接口（例如用于通过发动机控制设备来控制）处于相同的电压水平，所述通信接口在常规的多电压车载电网中处于较低的电压水平。这防止将过电压导入连接到该通信接口的通信线路中，即使取消了发电机调节器的接地连接。由此可以可靠地避免对通信总线或其它部件的干扰或损坏而无需其它耗费。

本发明还允许在通过发电机装置馈电的子网中取消子网电压的情况下也对激励绕组或相应的激励回路供电。这例如在相应子网中的储能器被放电的情况下和/或在供电电池被关断的情况下可能是这样。

车载电网中的电机，也就是例如高压子网中的发电机装置和低压子网中的启动发动机，通常由于结构的原因而经由它们的外壳导电地和持续地与内燃发动机的发动机块连接。发动机块是这些电机的接地连接端。同时，两个储能器、也就是高压电池或相应的电容器以及低压电池用它们的正极连接到相应的子网中并且用它们的负极连接到作为地的底盘。低压子网中的消耗器也经由底盘接地。发电机装置的、与其发电机一样连接到高压子网中的激励绕组在受控状态下以及在发电机静止的情况下建立电压侧发电机连接端和接地侧发电机连接端之间的连接。

为了使发动机块和底盘参照相同的地电势并且此外承受（aufnehmen）不同的机械运动，例如经由接地带将发动机块和底盘连接。如果这种接地连接由于故障而被中断，则导电的激励绕组在这种情况下可能引起低压子网中部件的极性反转。如下面详细阐述的，这通过本发明可靠地避免而无需附加的结构性耗费。

通过向激励绕组提供较小的电压可以在横向功率和电弧方面将接触间距的尺寸设计得很小。构件耐压性同样可以被减小，从而得到成本优点。还相对于常规发电机装置得到减小的静态电流。

本发明的其它优点和构型从描述和附图中得到。

应当理解，上面提到的和下面还要阐述的特征不仅能够以分别说明的组合，而且还能够以其它组合或单独地使用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

借助附图中的实施例示意性显示本发明并且下面参照附图详细描述本发明。

图1在示意图中示出非本发明的两电压车载电网。

图2在示意图中示出根据本发明实施方式的两电压车载电网。

图3在示意图中示出非本发明的发电机装置。

图4在示意图中示出根据本发明实施方式的发电机装置。

具体实施方式

在附图中彼此对应的元件用相同的附图标记说明并且不重复阐述。

在图1中示出非本发明的两电压车载电网，并且总的用100’表示。所示出的两电压车载电网100’具有两个子网110和120，它们优选被构造为以不同的电压水平运行。正如所阐述的，本发明还可以有利地在具有多于两个子网110和120的多电压车载电网中使用。

第一子网110具有拥有电机的发电机装置1’，该电机具有定子绕组21和激励绕组22。激励绕组22借助发电机调节器10优选时钟控制地通电。发电机调节器10经由连接端10a由发电机装置1’设置于内的相同子网110供电。在两电压车载电网100’中，第一子网110可以构造为高压子网，并且第二子网120可以构造为低压子网。子网110和120可以一个以48V（或例如42V）运行而另一个以14V运行。

电机例如可以构造为爪极发电机。该爪极发电机被设计为当该爪极发电机以发电机方式运行时将子网电压馈入到第一子网110中。

在第一子网110中配备第一储能器2，例如相应设计的电池或合适的双层电容器，以便将通过发电机装置1’馈入到第一子网110中的电能存储起来。

第一子网110和第二子网120通过直流电压转换器（DC/DC转换器）3相互连接。直流电压转换器3优选构造为双向转换器并且由此被设计为将第一子网110的（较高的）子网电压转换为第二子网120的（较低的）子网电压以及反之。但是，直流电压转换器3也可以构造为单相转换器。直流电压转换器3有利地具有有源开关元件并且可被相应地控制。

在第二子网120中同样配备储能器4，例如机动车辆电池。此外，第二子网120例如包括启动发动机形式的电机5。在第二子网中连接在此仅示意性示出的消耗器6，该消耗器被构造为用第二子网120的子网电压运行，例如14V。

发电机装置1’被设计为向子网110馈电。第二子网120可以由第一子网110经由直流电压转换器3供电。

由于发电机调节器10向激励绕组22馈送来自第一子网110的子网电压，因此仅当在储能器2中提供足够的电压或者仅当足够的电压可以由第二子网120经由直流电压转换器3提供时，激励绕组才可以被激励。

两个子网110和120的储能器2,4还在接地侧（或用它们的负极）连接到底盘连接端7并且经由它们的正极向相应的子网110和120供电。在第二子网120中的消耗器6也在接地侧连接到底盘连接端7。另一方面，出于结构的原因，正如所阐述的，存在发电机装置1’和电机5与发动机块（在此作为发动机块连接端8示出）的接地侧连接。底盘连接端7和发动机块连接端8又经由所谓的接地带9相互导电连接。接地带9在此用于极性反转保护，以便使发动机块和底盘参照相同的地电势。

该极性反转保护防止在第二子网120构造为低压电网而第一子网110构造为高压电网时第二子网120中的消耗器6发生极性反转。如果接地带9中断，则发电机装置1’的电机处于静止，并且如果激励绕组22通过发电机调节器10控制，则第二子网120中的消耗器6可能出现极性反转。

在这种情况下，故障电流从例如构造为高压电池的储能器2的正极经由连接端10a，通过（导电连接的）激励绕组22、（未接地的）发动机块连接端8、电机8的同样导电的激励绕组以及经由消耗器6流向地（以底盘连接端7的形式）。消耗器6在此情况下被施加以48-14=34V的极性反转电压。这种极性反转电压可能对消耗器6造成损坏。

在图2中示出根据本发明的优选实施方式的两电压车载电网并且总的用100表示。所示出的两电压车载电网100同样具有两个子网110和120以及前面阐述的两电压车载电网100’的主要部件。正如所阐述的，本发明还可以在具有多于两个子网110和120的多电压车载电网中使用。

但是与前面所阐述的两电压车载电网100’不同，在此用1表示的发电机装置的激励绕组22经由发电机调节器10由第二子网120馈电。

正如所阐述的，这由于不同的原因是有利的。从而即使第一子网110中的储能器2被放电并且不经由直流电压转换器3由第二子网馈入电压，激励绕组22也可以被激励。第二子网120中的储能器4通常构成为具有与第一子网110中的储能器2相比较高的使用寿命的常规机动车辆电池，从而可以通过发电机调节器10始终可靠地对激励绕组22通电。

另一方面，即使在接地带9中断的情况下，也没有电流从第一子网110中的储能器2经由激励绕组22流入第二子网120中并且使相应的消耗器极性反转。

在图3中又示出非本发明的发电机装置并且总的用1’表示。发电机装置1’至少以发电机方式运行并且包括发电机调节器10和电机20。发电机调节器10和电机20设置在分别以虚线示出的外壳中。发电机调节器10具有诸如ASIC的调节电路11。

电机20具有示意性表示的定子绕组21和激励绕组22。作为电机20的其它部件示出整流器电路23。该整流器电路可以按照公知方式构建并且被构造为借助公知的整流器元件（例如齐纳二极管或有源开关元件，即晶体管）对施加在定子绕组21的连接端21a至21c处的相电压进行整流。经过整流的输出电压施加在连接端20a或23a处并且例如被馈入到第一子网110中。在连接端20b处存在接地连接。经由中间连接的和相应设计的电容器，也可以将连接端23a与外壳连接端23c连接并由此接地。这用于改善电磁兼容性。

发电机装置1’例如可以连接到在图1中示出的车载电网100’中。

发电机调节器10具有连接端10a至10e。第一连接端10a用作发电机调节器10的供电连接端并且经由整流器电路23的输出端23a被馈以通过电机1’产生的电压，例如48V。

在发电机调节器10中配备的调节电路11被构造为通过控制通电单元12来对激励绕组22通电。通电单元12例如具有二极管12a和有源开关元件12b。由此优选时钟控制地通过调节电路11向激励绕组22提供发电机输出端的经由第一连接端10a提供的电压，例如48V。

调节电路11和通电单元12优选被设计为例如借助脉宽调制（PWM）调整流过激励绕组22的电流。激励绕组22经由连接端10b和10c连接到发电机调节器。有源开关元件12b经由调节器输出端11b控制。

调节电路11为了经由另外的连接端11d进行调节而获得电机20的至少一个相信号。连接端11d被构造为检测连接端并且与外壳中的相应连接端10d连接。经由对所阐述的连接端11a处的电压的分析来检测发电机21的经过整流的输出电压。经由该连接端11a还可以提供用于调节电路11的供电电压。

经由另外的连接端11g，调节电路11连接到接地连接端10g，如所阐述的那样例如连接到发动机块连接端8。同样的也适用于激励绕组22。调节电路11可以经由调节器输入端11e与通信连接端10e连接，并且由此，例如通过未示出的控制设备控制。

通信连接端10e以及由此还有调节器输入端11e处于进行控制的控制设备以及例如***总线也处于的电压水平。但是调节电路11经由调节器输入端11a用通过发电机产生的电压运行，所述电压施加在连接端10a和23a处。正如所提到的，发电机向子网供应更高的电压。因此施加在连接端10a和23a处的电压高于必要时施加在连接端10e和11e处的电压（48V与14V相比）。因此如果接地连接10g由于干扰而中断，则34V的差电压以不期望的方式经由通信连接端10e流动。这引起在连接到通信连接端10e的部件中的极性反转/过电压，所述部件例如是***总线和控制设备的部件。由此可能对这些部件造成损坏。

在图4中示出根据本发明的实施方式的发电机装置并且总的用1表示。该发电机装置例如可以连接到图2中所示的车载电网100中。

与图3所示的装置不同，在此经由附加的连接端10f向激励绕组22馈电，该附加的连接端例如与第二子网120（例如低压电网）连接并由此获得比电机20所产生的电压相应更低的电压，所述电机20由发电机调节器10调节。连接端10f在此情况下可以经由通电单元12的有源开关元件12b优选时钟控制地与激励绕组22连接。经由连接端11a向调节电路11供电，如前面在图3中也示出的，但是供以相应较低的电压。该电压可以在连接端11a处例如也被分析，以通过与此匹配的、对通电单元12的有源开关元件12b的时钟控制来相应地对激励绕组22通电。

此外经由连接端11h存在至电机的连接端10a或输出端23a（也就是第一子网110）的连接。但是连接端11h被构造为纯检测连接端。不经由该连接端11h进行对调节电路11和/或激励绕组22的供电。过电压例如可以通过电气隔离调节电路11中与连接端11h连接的检测电路来防止。

正如所阐述的，通信连接端10e以及由此还有调节器输入端11e处于进行控制的控制设备所处于的电压水平。这现在对于激励绕组22也是这样。因此在连接端10e处不再施加过电压。

所阐述的架构被设计为，使得可以在简单地匹配相连接端10d和检测连接端10a（例如通过简单的分压器）之后使用例如按照ASIC或μC调节器等形式的标准14V调节电路11。正如所阐述的，调节电路11的供电在此经由附加的连接端10f从低压子网110产生。对于车载电网功率的复原和滑动功能（Segelfunktion）和/或可匹配性来说，例如需要具有标准LIN接口的接口调节器。

Claims (13)

1.一种机动车辆车载电网（100），具有拥有不同电压水平的至少一个第一子网（110）和第二子网（120），其中所述第一子网（110）具有发电机装置（1），该发电机装置被设计为向所述第一子网（110）馈送第一子网电压，其中所述发电机装置（1）具有电激励的发电机（20），该发电机具有激励绕组（22）和用于控制该激励绕组（22）的发电机调节器（10），其中所述激励绕组（22）与所述第二子网（120）连接并且由所述第二子网（120）向该激励绕组（22）供应第二子网电压，其中所述发电机调节器（10）也与所述第二子网（120）连接并且由所述第二子网（120）供应所述第二子网电压，其中所述第一子网电压高于所述第二子网电压，以及其中所述第一子网（110）既不向所述激励绕组（22）也不向所述发电机调节器（10）供电。

2.根据权利要求1的机动车辆车载电网（100），其构造为两电压车载电网，其中所述第一子网（110）被构造为用所述第一子网电压运行，并且所述第二子网（120）被构造为用所述第二子网电压运行。

3.根据权利要求1或2的机动车辆车载电网（100），其中所述第一子网（110）和所述第二子网（120）经由直流电压转换器（3）连接，该直流电压转换器被设计为将所述第一子网电压转换为所述第二子网电压和/或将所述第二子网电压转换为所述第一子网电压。

4.根据权利要求1或2的机动车辆车载电网（100），其中在所述第一子网（110）中设置第一储能器（2），和/或在所述第二子网（120）中设置第二储能器（4）。

5.一种用于根据上述权利要求之一的机动车辆车载电网（100）的发电机装置（1），具有发电机（20）和发电机调节器（10），该发电机调节器构造为检测所述机动车辆车载电网（100）的第一子网（110）的至少一个子网电压并且向所述发电机（20）的激励绕组（22）供应第二子网（120）的子网电压，其中也向所述发电机调节器（10）供应来自所述第二子网（120）的子网电压，以及其中所述第一子网（110）既不向所述激励绕组（22）也不向所述发电机调节器（10）供电。

6.根据权利要求5的发电机装置（1），其中所述发电机调节器（10）还被构造为检测所述发电机（20）的输出端处的至少一个相电压。

7.根据权利要求6的发电机装置（1），其中所述发电机调节器（10）被设计为基于所述第一子网（110）的子网电压、所述第二子网（120）的子网电压、所述相电压和/或至少一个额定电压时钟控制地向所述发电机（20）的所述激励绕组（22）馈电。

8.根据权利要求7的发电机装置（1），其中所述发电机调节器（10）被设计为通过时钟控制地向所述发电机（10）的所述激励绕组（22）馈电来调整所述发电机（20）的输出电压。

9.根据权利要求5至8之一的发电机装置（1），其具有至少一个通信连接端（10e）并且被设计为通过控制设备经由所述至少一个通信连接端（10e）进行控制。

10.一种用于运行根据权利要求1至4之一的车载电网（100）的方法，该车载电网具有根据权利要求5至9之一的发电机装置（1），其中在使用所述发电机调节器（10）的条件下借助所述第二子网（120）的子网电压向所述发电机装置（1）的激励绕组（22）馈电并且将所述发电机装置的输出电压输出到所述第一子网（110）中，其中也向所述发电机调节器（10）供应来自所述第二子网（120）的子网电压，以及其中所述第一子网（110）既不向所述激励绕组（22）也不向所述发电机调节器（10）供电。

11.根据权利要求10的方法，其中所述第一子网（110）用额定电压运行，该额定电压高于所述第二子网（120）的额定电压。

12.根据权利要求11的方法，其中所述第一子网的额定电压是48V，和/或所述第二子网的额定电压是14V。

13.根据权利要求10至12之一的方法，其中基于所述第一子网（110）的实际电压、所述第二子网（120）的实际电压、所述发电机（20）的相电压和/或至少一个额定电压调节发电机装置（1）的输出电压。