CN111902308A - 用于运行机动车的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行机动车（2）的方法，所述机动车（2）具有电高压网络（3）和电低压网络（4），其中高压网络（3）具有至少一个牵引电池（5）和至少一个电发动机（6），其中低压网络（4）具有车载电网电池（9），并且其中对高压网络（3）就电短路方面进行监控，而且在检测到短路时，牵引电池（5）与高压网络（3）分离。在此设置了，为了在将牵引电池（5）与高压网络（3）重新连接之前对所检测到的短路进行合理性检查，通过低压网络（4）借助直流变压器（11）给高压网络（3）加载有升压电流（IHV），并且在高压网络（3）中所测量的升压电压（UHV）与所预期的升压电压（UHV,soll）进行比较。

Description

用于运行机动车的方法和设备
技术领域
用于运行具有电高压网络和电低压网络的机动车的方法，其中高压网络具有至少一个牵引电池和至少一个电发动机，其中低压网络具有车载电网电池，并且其中对高压网络就电短路方面进行监控，而且在检测到短路时，牵引电池与高压网络分离。
此外，本发明涉及一种用于运行机动车的设备，如在上面已描述的那样。
背景技术
从现有技术中，已知了开头所提到的类型的方法和设备。现今的具有至少一个电发动机的机动车使用两个电压网络，即高压网络和低压网络，所述高压网络用于运行电发动机，所述低压网络形成传统的车载电网并且例如提供在12伏特到24伏特之间的低压电压。这两个网络通常通过直流变压器彼此连接或者可彼此连接，所述直流变压器在正常情况下将所述网络彼此电流（galvanisch）分离，而且在需要时将能量从其中一个网络传输到另一网络中。尤其是，在此可能的是，借助直流变压器通过来自低压网络的能量来供给高压网络。该运行方式称作升压（Boost）运行。
高压网络中的电能量要么由牵引电池和/或处于发电机运行中的电机来提供。由于高压网络中的高电压并且由于牵引电池的高的能含量，重要的是，避免在高压网络中的短路。为了正确对待人员保护，因而已知的是，对高压网络就短路方面进行监控，使得在检测到短路时可以最快可能地将高压网络带到安全状态中。为此，例如牵引电池可以与高压网络电分离，使得牵引电池在检测到短路时与高压网络分离，而且由此中断对高压网络的电压供给。可是，此处也可能发生错误地触发，在所述错误地触发中，在牵引电池与高压网络之间的电连接被中断，而在高压网络中实际上不存在短路。因而，通常在短路识别之后，牵引电池又被连接到高压网络上，例如在可预先给定的时间间隔期满之后又连接到高压网络上。如果重新存在短路报告，则又分离牵引电池。
发明内容
根据本发明的具有权利要求1的特征的方法具有如下优点：在将牵引电池与高压网络重新连接之前，对所检测到的短路进行合理性检查（Plausibilisierung），使得保证，只有当不曾存在短路并且由于错误地报告的短路进行分离时，那么牵引电池才又被连接到高压网络上。同时保证，如果实际上已正确识别出短路，则通过合理性检查来阻止将牵引电池重新接入或重新连接到高压网络上。本发明为此设置了，为了在将牵引电池与高压网络重新连接之前对所检测到的短路进行合理性检查，借助直流变压器通过低压网络给高压网络加载有升压电流，并且测量在高压网络中借此产生的升压电压，而且将所述升压电压与所预期的升压电压进行比较。如果高压网络是可运行的，那就是说不存在短路，则所测量的升压电压对应于所预期的升压电压，或者近似对应于所预期的升压电压。可是，如果存在短路，则所测量的升压电压相对于所预期的升压电压下降，并且故障或短路是可识别的和可进行合理性检查的。通过将所预期的升压电压与所测量的升压电压的简单比较，因此可能简单地和成本有利地对以前检测到的短路进行合理性检查。
此外，优选地设置了，如果在比较时所测量的升压电压与所预期的升压电压的差偏差超过可预先给定的极限值，则确认所述短路。通过形成所述差和与极限值的比较，确保特别简单的合理性检查。在此，优选地根据框架条件（如环境温度、直流变压器中的损耗功率和/或车载电网电池的当前充电状态）来预先给定极限值。
优选地，如果所述差在所述极限值之下或者对应于所述极限值，则否定所述短路，并且牵引电池与高压网络重新连接。因此，如果合理性检查导致以前识别出的短路被否定，则牵引电池又被连接到高压网络上，并且机动车的正常运行继续。
此外，优选地设置了，只有当在低压网络中可用的能量大于高压网络的中间电路电容器的中间电路存储能量时，那么才执行合理性检查。借此保证，升压运行是可能的，并且电流可以从低压网络流到高压网络中。
此外，优选地设置了，在考虑到所述直流变压器的效率和/或在高压网络中的损耗功率的情况下，可用的能量与中间电路存储能量进行比较。经此，提高比较的精度，并且改善合理性检查品质。
所预期的升压电压可以以不同的方式和方法来测定。根据第一实施形式，根据直流变压器的输入功率，测定所预期的升压电压。输入功率尤其是通过测量直流变压器的在低压侧的输入电流和输入电压来计算。在知晓输入功率的情况下，可以计算直流变压器的所预期的输出功率，并且由此计算在高压网络中可预期的升压电压。
尤其是，在测定所预期的升压电压时，考虑直流变压器的效率和/或在高压网络中的损耗功率。由此，进一步使升压电压的测定优化。
根据第二实施形式，优选地根据中间电路电容器的串联电阻和并联电阻，测定所预期的升压电压。串联电阻和并联电阻可以被计算，和/或作为附加的器件被设置在高压网络中。根据中间电路存储能量的电阻，可以以简单的方式和方法来计算高压网络中的要预期的升压电压。
优选地，如果差超过可预先给定的极限值，则中断升压电流。借此避免了，在高压网络中的组件热过载。
根据本发明的具有权利要求10的特征的设备通过构造为如下控制设备而出众：该控制设备特定地布置为执行根据本发明的方法。借此，得到了已经提到的优点。
其他优点和优选的特征以及特征组合尤其是从以前的描述中以及从权利要求书中得到。
附图说明
在下文，要依据附图更详细地阐述本发明。对此：
图1以简化的图示示出了机动车的电力***，
图2示出了该电力***的直流变压器的实施例的简化的图示，
图3以简化的图示示出了直流变压器的其他实施例，
图4示出了直流变压器的电压变化过程，以及
图5示出了有利的用于运行机动车的方法。
具体实施方式
图1以简化的图示示出了这里未更详细地示出的机动车2的电力***1。该***1具有高压网络3和低压网络4。给高压网络3分配有牵引电池5、电机6、接在电机6的上游的逆变器7以及至少一个高压负载8。低压网络4具有车载电网电池9以及至少一个低压负载10。
这两个网络3、4通过可操控的（ansteuerbaren）直流变压器11彼此电连接或可彼此电连接。
此外，存在控制设备12，该控制设备12操作直流变压器11、逆变器7以及负载8、10和分配给高压电池的开关装置13。开关装置13构造为，在需要时将牵引电池与高压网络3分离。对此，开关装置13尤其是具有可操作的电池保护装置。除此以外，控制设备12构造为，针对高压网络3执行短路监控。通过监控来检查，在高压网络3中是否存在短路。如果情况如此，则操作开关装置13，并且将牵引电池5与高压网络3分离。借此来实现，中断也许存在的短路电流，和关断高压网络3并且将高压网络3转变到安全状态中。可是，短路识别功能也可能具有错误地触发，所述错误地触发的原因并不在于在高压网络3中的实际短路。因而有利的是，在电池保护装置开路之后，并且在例如可预先给定的持续时间期满之后，又启动高压网络3，其方式是：开关装置13***控为在牵引电池5与高压网络3之间重建连接。借此，整个***1的可用性上升。
为了保证开关装置13不是由于实际上存在的短路而已***作或已被断开，并且牵引电池5与高压网络的重新连接没有导致继续短路，设置在下文所描述的方法，通过该方法，在将牵引电池5与高压网络3重新连接之前，执行短路检查或合理性检查。
对此，首先通过控制设备12禁用所有负载8和10，并且借助直流变压器11设定（eingestellt）所谓的升压运行，通过所述升压运行由低压网络4来给高压网络3馈送或供给能量。
图2为此简化地示出了直流变压器11，该直流变压器11连接在高压网络3与低压网络4之间。直流变压器11构造为双向工作的直流变压器。为了执行升压过程，该直流变压器11在低压侧具有整流器，而在高压侧具有变流器14。在整流器13与变流器14之间，连接有变压器15，该变压器15将低压网络4的电压水平提升到高压网络3的电压水平。与变流器14并联地，在高压侧连接有中间电路电容器Czk。
首先，通过控制设备12检查，在低压网络4中的电能量是否足够，以便给高压网络3充电。在低压网络中的可用的电能量强烈地与车载电网电池9的当前充电状态有关。视运行状态而定，在低压网络中的电压应至少保持在一电压上，以便供给负载10、尤其是安全相关的负载10。因而，针对升压运行，应测定在车载电网电池9中的实际上可用的电能量Ev。在考虑到当前的运行温度T、车载电网电池9的充电状态SOC（SOC=state-of-charge=充电状态）、车载电网电池9的使用状态SOH（SOH-健康状态/State of Health）和与当前的运行状态有关的电池电压下限阈值US的情况下，对于可用的电能量，得到：
Figure 92114DEST_PATH_IMAGE002
。
如果加载短路部位（Kurzschlussstelle）的电压小，则短路部位不是总是能良好传导的。因此，就达到至少一个正常运行电压UHV,min而言，提高在高压网络3中的电压。由此，对于存储在中间电路或中间电路电容器Czk中的能量Ezk,min适用：
Figure 56526DEST_PATH_IMAGE004
。
在考虑到直流变压器11的效率n和在高压网络3中的损耗功率Evl的情况下，该损耗功率Evl例如通过自放电和/或放电电阻形成，要检查下列条件：
Figure 367421DEST_PATH_IMAGE006
。
如果满足该条件，则可以执行升压运行。相对应地，控制设备12将直流变压器11操控为，将升压电流IHV驱使到高压网络3中。因此，利用与高压网络3分离的牵引电池5并且利用被关断的负载8，中间电路电压要是在升压运行的进程中上升就好了。
在下文，所预期的升压电压UHV,soll与所测量的升压电压UHV,mess进行比较。如果这两个升压电压的差超过可预先给定的极限值UHV,S，则就误动作方面进行识别和/或对在高压网络3中存在的短路进行确认/进行合理性检查。因此，通过控制设备12又禁用直流变压器11，并且结束升压运行。除此以外，阻止将牵引电池重新连接到高压网络3上。
所预期的升压电压UHV,Soll优选地通过在下文描述的两种方法之一来测定。
对于第一种方法，在升压运行中，通过测量低压网络的输入电压Ulv和测量输入电流Ilv，测定直流变压器11的输入功率PDCDC,in：
Figure 28210DEST_PATH_IMAGE008
。
在考虑到效率n和在没有牵引电池5的高压网络3中的损耗功率Pvl的情况下，要如下地计算用于给高压网络充电的功率：
Figure 108161DEST_PATH_IMAGE010
。
那么，从能量平衡中，适用：
Figure 196203DEST_PATH_IMAGE012
。
通过在每个时刻转换最后提到的公式，计算所预期的电压UHV,soll。
在第二种方法中，构建简化的电路模型，如在图3中所示出的那样。测量在升压运行的起始时刻的高压电流IHVDCDC以及升压电压
Figure DEST_PATH_IMAGE013
。串联电阻R1和并联电阻R2优选地被估计，或者通过实验来测定。中间电路电容器CZK在该电路设计方案中已经予以考虑。由此适用：
Figure 994395DEST_PATH_IMAGE014
。
所预期的升压电压UHV,soll与所测量的升压电压UHV进行比较。如果超过其差UHV,diff，那么确定高压网络3中的短路和/或对高压网络3中的短路进行合理性检查。在该情况下，中断升压运行，以便避免高压网络3中的组件的可能的热过载。如以前已经提及的那样，也阻止，重新操作开关装置13，以便将牵引电池5与高压网络3连接。
如果所预期的升压电压与所测量的升压电压的差在升压运行的进程中停留在极限值UHV,diff之下，则高压网络3可以被再次激活并且对此操作开关装置13，使得牵引电池5又与高压网络3连接。
依据两个故障状况，图4示出了关于时间t的示例性的电压变化过程U。在第一种情况下，从在高压网络中3中达到确定的电压起，才出现短路，（OHV,messl）；而在第二种情况下，短路持久地预先加载（vorladen），（UHV,mess2）。
再一次概括性地，图5简化地示出了上面所描述的方法。在步骤S1中，该***1被投入运行，并且该***从正常运行出发。在步骤S2中，对高压网络3就短路方面进行监控。如果不存在短路，则在步骤S1中继续完成。可是，如果识别出短路（j），则在跟随其的步骤S3中操作开关装置13，以便将牵引电池5与高压网络3分离。
紧接着，在步骤S4中检查，在低压网络中可用的能量是否足够，以便给高压网络3充电。如果情况不是如此（n），则高压网络3在步骤S5中持续地被禁用，其方式是持续地阻止，牵引电池5又与高压网络3连接。
可是，如果能量足够（j），则在步骤S6中（如以前所阐述的那样）执行升压运行，并且在步骤S7中，为了对短路进行合理性检查，通过将所预期的升压电压与所测量的升压电压进行比较，执行上面所描述的查询。在此如果操作所述短路/对所述短路进行合理性检查，则根据步骤S5来关断该***1。可是，如果未确认短路（n），则在步骤S1中继续完成，其方式是：操作开关装置13，以便将牵引电池5与高压网络3连接。

Claims (10)

1.一种用于运行机动车（2）的方法，所述机动车（2）具有电高压网络（3）和电低压网络（4），其中所述高压网络（3）具有至少一个牵引电池（5）和至少一个电发动机（6），其中所述低压网络（4）具有车载电网电池（9），并且其中对所述高压网络（3）就电短路方面进行监控，而且在检测到短路时，所述牵引电池（5）与所述高压网络（3）分离，其特征在于，为了在将所述牵引电池（5）与所述高压网络（3）重新连接之前对所检测到的短路进行合理性检查，借助直流变压器（11）通过所述低压网络（4）给所述高压网络（3）加载有升压电流（IHV），并且在所述高压网络（3）中所测量的升压电压（UHV）与所预期的升压电压（UHV,soll）进行比较。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果在比较时所述所测量的升压电压（UHV）与所述所预期的升压电压（UHV,soll）的差偏差超过可预先给定的极限值，则确认所述短路。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，如果所述差在所述极限值之下或者对应于所述极限值，则否定所述短路，并且所述牵引电池（5）与所述高压网络（3）连接。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，只有当在所述低压网络（4）中可用的能量（Ev）大于所述高压网络（3）的中间电路电容器（CZK）的中间电路存储能量时，那么才执行所述合理性检查。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在考虑到所述直流变压器（11）的效率和/或在所述高压网络（3）中的损耗功率的情况下，所述可用的能量与所述中间电路存储能量进行比较。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述直流变压器（11）的输入功率，测定所述所预期的升压电压（UHV,soll）。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在测定所述所预期的升压电压（UHV,soll）时，考虑所述直流变压器（11）的所述效率和/或在所述高压网络（3）中的所述损耗功率。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述中间电路电容器（CZK）的串联电阻（R1）和并联电阻（R2），测定所述所预期的升压电压（UHV,soll）。
9.一种用于运行机动车（2）的设备，所述机动车（2）具有电高压网络（3）和电低压网络（4），其中所述高压网络（3）具有至少一个牵引电池（5）和至少一个电发动机（6），其中所述低压网络（4）具有车载电网电池（9），并且其中所述高压网络（3）与所述低压网络（4）通过直流变压器（11）能够连接/连接，其特征在于构造为控制设备（12），所述控制设备（12）特定地布置为执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
10.一种机动车（2）的电力***（1），其具有针对牵引电池（5）的高压网络（3）和针对车载电网电池（9）的低压网络（4），其中所述高压网络（3）与所述低压网络（4）通过直流变压器（11）能够连接/连接，其特征在于根据权利要求9所述的设备。
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