CN107310494B - 用于使车载电网电压稳定的方法和电路装置 - Google Patents
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Abstract
用于使车载电网电压稳定的方法和电路装置。公开一种用于在车载电网（BN）中的耗电器（EM）的接通阶段（Te）期间借助于直流电压转换器（GW）使车载电网（BN）的车载电网电压（Ua）稳定的方法，其中所述直流电压转换器（GW）在所述耗电器（EM）的接通阶段（Te）的末端通过闭合能够控制的跨接开关单元（RL）被跨接；其中所述直流电压转换器（GW）直接在打开和/或闭合跨接开关单元（RL）之后在所预给定的持续时间（Td_ein、Td_aus）中以使车载电网电压（Ua）与参考电压（Ue）相适应的调节目标被调节。
Description
技术领域
本发明涉及用于使尤其机动车的车载电网的车载电网电压稳定的方法和电路装置以及具有所提到的电路装置的车载电网。
背景技术
尤其机动车的车载电网不仅包括在运行期间导致车载电网电压的电压波动的大功率的耗电器，而且包括灵敏的耗电器，所述灵敏的耗电器敏感地对车载电网电压的电压波动作出反应。例如用于启动内燃机的起动器或电气转向装置属于机动车的车载电网的大功率的耗电器。例如用于机动车的仪表盘或内饰的照明的照明装置属于机动车的车载电网的灵敏的耗电器。如果一个或其它大功率的耗电器通过接通到车载电网上被电连接，则由这些大功率的耗电器所引起的电压波动会导致在车载电网中的灵敏的耗电器工作失常，诸如在照明装置的情况下的闪烁。为了抵抗这种失常，车载电网一般来说包括直流电压转换器，所述直流电压变换器在与电能量源连接的大功率的耗电器的接通阶段期间使车载电网电压稳定。在大功率的耗电器的不需要使车载电网电压稳定的关断阶段期间，直流电压转换器借助于继电器被跨接。
发明内容
本发明的任务在于以简单以及低成本的方式可靠地使上面所提到的车载电网的车载电网电压稳定。
该任务通过下述本发明的第一方面提供的方案被解决。有利的设计方案也进一步描述如下。
根据本发明的第一方面提供一种用于在车载电网中的耗电器、尤其用于启动机动车的内燃机的起动器的接通阶段期间借助于直流电压转换器来使尤其机动车的车载电网的车载电网电压稳定的方法。
根据所述方法，直流电压转换器在耗电器的接通阶段的末端通过闭合能够控制的跨接开关单元（例如具有串联电阻）、尤其继电器或基于半导体的开关装置被跨接。直流电压转换器直接在打开和/或闭合跨接开关单元之后在所预给定的持续时间中继续以使车载电网电压与参考电压相适应的调节目标被调节。
本发明所基于的认识是，在用于跨接直流电压转换器的跨接开关单元或者继电器（例如具有串联电阻）在大功率的耗电器的接通阶段开始和/或之后被打开或者闭合的情况下经常在车载电网中出现太突然的电流。
在进一步的研究中识别：由于车载电网电压和电能量源的输出电压之间的电压差异导致的跨接开关单元或者继电器的两个端子处的电压差异是突然的电流的原因。
为了抵抗这些突然的电流，需要一种避免或降低所提到的电压差异的解决方案。
基于这些认识研发一种方法，在所述方法中直流电压转换器在大功率的耗电器的接通阶段开始和/或之后以及直接在打开和/或闭合跨接开关单元之后在所预给定的持续时间中以使车载电网电压与参考电压（所述参考电压例如可以基于能量源的输出电压被确定）相适应的调节目标被调节。在此，术语“适应”意味着车载电网电压通过直流电压转换器的调节在所预给定的持续时间中缓慢地被改变，使得所述车载电网电压在所预给定的持续时间的末端被提高或减少到参考电压的高度上。
突然的（大的）电流由此在直流电压转换器在车载电网中的大功率的耗电器的接通阶段开始或者之后被激活或者跨接的情况下有效地被避免或者被降低。
利用上面所描述的方法因此提供以简单以及低成本的方式可靠地使上面所提到的车载电网的车载电网电压稳定的可能性。
车载电网电压例如是直流电压转换器的或者在直流电压转换器的输出电流端子处的输出电压。
参考电压例如是直流电压转换器的或者在直流电压转换器的输入电流端子处的输入电压。
参考电压例如是车载电网中的电能量源的输出电压，所述电能量源被设立用于提供用于耗电器的电流，并且用于使车载电网电压稳定的电压转换器在电压输入端侧与所述电能量源电连接。
所预给定的持续时间例如为直至100毫秒、尤其直至50毫秒，特别是直至10毫秒。
例如，在直流电压转换器的输入电流端子处的参考电压在所预给定的持续时间期间重复地被检测。此外，例如在直流电压转换器的输出电流端子处的输出电压在所预给定的持续时间期间重复地被检测。直流电压转换器于是在所预给定的持续时间期间尤其以如下调节目标被调节：将参考电压和输出电压之间的电压差降低到例如1伏特、尤其0.5伏特、特别是0.1伏特的所预给定的电压阈值之下。
例如，直流电压转换器借助于控制信号、尤其经脉宽调制的信号、模拟信号或者例如从SPI接口来（用英语“Serial Peripheral Interface（串行***接口）”）的另外的能够比较的控制信号被调节。在此，信号的信号参数、尤其经脉宽调制的信号的占空比或者模拟信号的信号电平依赖于电压差被适配并且相应地利用信号（利用依赖于电压差被适配的占空比）来调节直流电压转换器的变换比。
根据本发明的另一方面提供一种用于在车载电网中的耗电器、尤其用于启动机动车的内燃机的起动器的接通阶段期间使尤其机动车的车载电网的车载电网电压稳定的电路装置。
所述电路装置包括用于使车载电网电压稳定的直流电压转换器以及能够控制的跨接开关单元、尤其继电器，所述继电器被设立用于通过在耗电器的接通阶段的末端闭合来跨接直流电压转换器。
电路装置此外包括信号发生器，所述信号发生器用于生成用于控制直流电压转换器的经脉宽调制的控制信号。在此，直流电压转换器此外被设立用于在打开和/或闭合跨接开关单元之后在所预给定的持续时间中依赖于经脉宽调制的控制信号的占空比以使车载电网电压与参考电压相适应的调节目标来调节所述直流电压转换器的变换比。
还根据本发明的另一方面提供尤其机动车的车载电网。
所述车载电网包括至少一个耗电器、尤其用于启动机动车的内燃机的起动器、以及之前所描述的电路装置，所述电路装置与所述耗电器电连接并且被设立用于在耗电器的接通阶段期间使车载电网的车载电网电压稳定。
上面所描述的方法的有利的设计方案只要未另外说明就能够推广到上面所提到的电路装置或者上面所提到的车载电网，也可被视为所述电路装置或者车载电网的有利的设计方案。
附图说明
下面参照所附的附图进一步解释本发明的示例性的实施方式。在此：
图1以示意图示出具有根据本发明的一种实施方式的电路装置的机动车的车载电网的电路拓扑；并且
图2以示意性信号流程图示出用于利用根据本发明的一种实施方式的方法使在图1中所示出的车载电网的车载电网电压稳定的方法的结果。
具体实施方式
图1以示意图示出机动车的车载电网BN的电路拓扑。
车载电网BN包括电能量存储器ES、例如电池作为用于提供电流的电能量源。
车载电网BN此外包括灵敏的耗电器、诸如灯L，所述灵敏的耗电器相对于车载电网BN的车载电网电压Ua的电压波动敏感地作出反应。车载电网BN此外包括大功率的耗电器、诸如作为用于启动机动车的内燃机VM的起动器的电机EM，所述大功率的耗电器在其运行期间引起车载电网电压Ua的电压波动。
为了在大功率的耗电器、即电机EM的运行期间使车载电网电压Ua稳定并且因此保护灵敏的耗电器、即灯L免受干扰性的电压波动影响，车载电网BN此外包括直流电压转换器GW，所述直流电压转换器被电连接在电能量源ES和电机EM之间并且被设立用于在电机EM的运行期间使车载电网电压Ua稳定。
如果电机EM被关断并且因此与车载电网BN电分离，则不需要针对车载电网电压Ua的电压稳定。直流电压转换器GW在这种情况下可以被切断。车载电网BN为此包括能够控制的跨接单元RL、诸如能够控制的继电器或功率半导体开关，所述跨接单元在能量源ES和电机EM之间并且与直流电压转换器GW并联地被电连接。跨接单元RL被设立用于在车载电网电压Ua不必被稳定的情况下跨接直流电压转换器GW。
车载电网BN此外包括信号发生器SG，所述信号发生器在信号输出端侧与直流电压转换器GW的控制信号输入端在信号技术上连接。信号发生器SG被设立用于生成经脉宽调制的控制信号S，利用所述控制信号调节直流电压转换器GW或者直流电压转换器GW的变换比。
车载电网BN此外包括控制装置SA，所述控制装置在信号输出端侧通过各一个信号输出端与信号发生器SG的信号输入端以及与跨接单元RL的控制信号输入端在信号技术上连接。控制装置SA被设立用于控制信号发生器SG和跨接单元RL。
车载电网BN此外包括测量装置MA，所述测量装置在信号输出端侧与控制装置SA的信号输入端在信号技术上连接。测量装置MA被设立用于测量直流电压转换器GW的输入电流端子EA处的输入电压Ue以及直流电压转换器GW的输出电流端子AA处的输出电压Ua。
在借助图1详细地描述了车载电网BN的电路拓扑之后，随后借助图2进一步描述车载电网BN、尤其直流电压转换器GW的工作方式：
在时间段Ta中，在所述时间段中没有在车载电网BN中接通任何一个大功率的耗电器、如电机EM，不需要车载电网电压的电压稳定。在这些时间段Ta中，跨接单元RL以被控制装置SA控制的方式被闭合。由此，直流电压转换器GW被跨接并且同时以被控制装置SA控制的方式被切断。
如果一个大功率的耗电器、如用于启动内燃机VM的电机EM在时间段Te中或者在接通持续时间中被接通到车载电网BN中，则存在形成车载电网电压的电压波动的危险，这可能在灵敏的耗电器、如灯L的情况下导致工作失常。
为了抵抗这一点，车载电网电压Ua在电机EM的接通阶段Te期间借助于直流电压转换器GW被稳定。
控制装置SA为此将控制信号发送到下游的信号发生器SG，所述信号发生器接着生成经脉宽调制的信号S，利用所述经脉宽调制的信号运行直流电压转换器GW。直流电压转换器GW被经脉宽调制的信号S驱动地将施加在输入电流端子EA处的、对应于能量存储器ES的输出电压的输入电压Ue，基于变换比、并且以本领域技术人员已知的方式转换成输出电压Ua，所述输出电压形成车载电网电压。在此，直流电压转换器GW的变换比借助经脉宽调制的信号S的占空比被确定。占空比又被信号发生器SG基于车载电网电压的测量结果适配，所述测量结果在车载电网BN上的电机EM的接通阶段Te之前以及期间被测量装置MA检测。
同时，跨接单元RL以被控制装置SA控制的方式被打开，使得直流电压转换器GW不被跨接。
如果电机EM在启动内燃机VM之后或者在接通阶段Te之后又被关断，则跨接单元RL以被控制装置SA操控的方式被闭合，使得直流电压转换器GW又被跨接。
由于输入电压Ue和输出电压Ua之间可能继续存在的、由于跨接单元RL与直流电压转换器GW的并联施加在所述跨接单元RL的两个端子处的电压差异，在打开和/或闭合跨接单元RL的情况下在短时间内由于所述电压差在跨接单元RL的切换过程期间产生（大的）突然的电流，所述电流在灵敏的耗电器的情况下可能导致工作失常，诸如灯L的闪烁。
为了抵抗这些事件，直流电压转换器GW在电机EM的接通阶段Te的开始以及末端、分别在闭合和/或打开跨接单元RL之前的例如10毫秒的所预给定的持续时间Td_ein、Td_aus中以使输出电压Ua或者车载电网电压与输入电压Ue或者能量存储器ES的输出电压相适应的调节目标被调节。
在所预给定的持续时间Td_ein、Td_aus期间，输出电压Ua和输入电压Ue被测量装置MA重复地、尤其连续地检测，并且由输出电压Ua和输入电压Ue的在相应的相同的测量时间点所检测的测量值构造电压差。
直流电压转换器GW或其变换比，于是基于这些电压差以将这些电压差降低到例如0.1伏特的所预给定的电压阈值之下的调节目标被调节。
输出电压Ua或者车载电网电压由此在闭合跨接单元RL之后在所预给定的持续时间Td_ein、Td_aus期间缓慢地被适应或者适配到输入电压Ue或者能量存储器ES的输出电压上。因此，在跨接单元RL在电机EM或者大功率的耗电器的接通阶段Te之后闭合的情况下避免车载电网中的突然的电流。
Claims (9)
1.用于在车载电网（BN）中的耗电器（EM）的接通阶段（Te）期间借助于直流电压转换器（GW）使所述车载电网（BN）的车载电网电压（Ua）稳定的方法，
- 其中所述直流电压转换器（GW）在所述耗电器（EM）的接通阶段（Te）的末端通过闭合能够控制的跨接开关单元（RL）被跨接；
- 其中所述直流电压转换器（GW）直接在打开和/或闭合所述跨接开关单元（RL）之后在所预给定的持续时间（Td_ein、Td_aus）中以使所述车载电网电压（Ua）与参考电压（Ue）相适应的调节目标被调节。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述车载电网电压（Ua）是所述直流电压转换器（GW）的输出电压。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述参考电压（Ue）是所述直流电压转换器（GW）的输入电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述参考电压（Ue）是所述车载电网（BN）中的用于提供用于所述耗电器（EM）的电流的电能量源（ES）的输出电压，所述直流电压转换器（GW）在电压输入端侧与所述电能量源电连接。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述所预给定的持续时间（Td_ein、Td_aus）为直至100毫秒。
6.根据权利要求1所述的方法，此外具有下列步骤：
- 在所述所预给定的持续时间（Td_ein、Td_aus）期间重复地检测所述直流电压转换器（GW）的输入电流端子（EA）处的参考电压（Ue）；
- 在所述所预给定的持续时间（Td_ein、Td_aus）期间重复地检测所述直流电压转换器（GW）的输出电流端子（EA）处的车载电网电压（Ua）；
- 以将所述参考电压（Ue）和所述车载电网电压（Ua）之间的电压差降低到所预给定的电压阈值之下的调节目标来调节所述直流电压转换器（GW）。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述车载电网电压（Ua）借助于经脉宽调制的控制信号（S）被调节，其中所述信号（S）的占空比依赖于所述电压差被改变，并且利用所述信号（S）调节所述直流电压转换器（GW）的变换比。
8.用于在机动车的车载电网（BN）中的耗电器（EM）的接通阶段（Te）期间使所述车载电网（BN）的车载电网电压（Ua）稳定的电路装置（SV），包括：
- 用于使所述车载电网电压（Ua）稳定的直流电压转换器（GW）；
- 能够控制的跨接开关单元（RL），所述跨接开关单元为继电器，所述跨接开关单元被设立用于通过在所述耗电器（EM）的接通阶段（Te）的末端闭合来跨接所述直流电压转换器（GW）；
- 信号发生器（SG），所述信号发生器用于生成用于控制所述直流电压转换器（GW）的经脉宽调制的控制信号（S）；
- 其中所述直流电压转换器（GW）此外被设立用于依赖于所述控制信号（S）的占空比直接在打开和/或闭合所述跨接开关单元（RL）之后在所预给定的持续时间（Td_ein、Td_aus）中以使所述车载电网电压（Ua）与参考电压（Ue）相适应的调节目标进行调节。
9.机动车的车载电网（BN），所述车载电网包括：
- 耗电器（EM）为用于启动所述机动车的内燃机（VM）的起动器；
- 根据权利要求8所述的电路装置（SV），所述电路装置与所述耗电器（EM）电连接并且被设立用于在所述耗电器（EM）的接通阶段（Te）期间使所述车载电网（BN）的车载电网电压（Ua）稳定。
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