CN112644284A - 汽车电器网络以及用于运行这种汽车电器网络的方法 - Google Patents

汽车电器网络以及用于运行这种汽车电器网络的方法 Download PDF

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Abstract

用于电驱动机动车的电气的汽车电器网络、用于运行汽车电器网络的方法以及具有这种汽车电器网络的电驱动机动车。该汽车电器网络具有：用于提供高电压的具有第一电池组端子和第二电池组端子的牵引电池组；在第一电池组端子与用于高压组件的第一端子之间的第一电流路径和在第二电池组端子与用于高压组件的第二端子之间的第二电流路径；在输出端侧与低压电网连接的直流电压变换器，其第一输入端与在第一电流路径中在第一电池组端子和第一开关之间的第一分接头连接且其第二输入端与在第二电流路径中在第二开关和第二负载端子之间的第二分接头连接。电气的或电磁的第一开关连接到第一电流路径中且电气的或电磁的第二开关连接到第二电流路径中。

Description

汽车电器网络以及用于运行这种汽车电器网络的方法
技术领域
本发明涉及一种用于电驱动机动车的汽车电器网络，所述汽车电器网络具有牵引电池组以及直流电压变换器。此外，本发明涉及一种用于运行这种汽车电器网络的方法以及具有这种汽车电器网络的电驱动机动车。
背景技术
电驱动机动车通常具有电气的汽车电器网络，所述汽车电器网络具有牵引电池组（高压、HV电池组）。在此，电驱动机动车尤其应被理解为：电动车辆，该电动车辆将对于驱动来说所需的能量仅仅存储在牵引电池组中（BEV，battery electric vehicle（电池组电动车））；具有增程器的电动车辆（REEV，range extended electric vehicle（增程电动车））；混合动力车辆（HEV，hybrid electric vehicle（混合动力电动车辆））；插电式混合动力车辆（PHEV，plug-in hybrid electric vehicle（插电式混合动力电动车辆））；和/或燃料电池车辆（FCEV，fuel cell electric vehicle（燃料电池电动车辆），该燃料电池车辆将借助燃料电池所产生的电能量暂时存储在牵引电池组中。
牵引电池组在此提供高电压，也即具有大于60V的数值的电压。因此，可以借助牵引电池组来给高压用电器、诸如用于驱动机动车的电动机供应能量。
该汽车电器网络例如附加地具有被称为低压电网的具有最大为60V的电压的子网，其中一个或多个安全相关的低压用电器连接到该子网中。“安全相关的用电器”在此应理解为如下用电器，该用电器满足用于确保机动车、乘客和/或其他交通参与者尤其是完好无损的功能。这种安全相关的用电器例如根据ISO26262（一般而言IEC61508）而被分配给风险等级。机动车的安全相关的低压用电器例如是灯、制动***、转向装置、摆动稳定装置（Wankstabilisierung）或者气囊。安全相关的用电器应与舒适性用电器（Komfortverbraucher）区分开，其中该舒适性用电器满足一个或多个舒适性功能。舒适性用电器例如是座椅调节装置、音频***。尤其是，针对安全相关的用电器按规定地、例如根据所提及的标准而得出冗余地供应能量的要求。对安全相关的低压用电器这样冗余地供应能量尤其是对于机动车的自主或半自主运行是相关的。
发明内容
本发明所基于的任务在于：说明一种适合的汽车电器网络。尤其是，在此应可靠地和/或以尽可能节省组件的方式进行：对安全相关的低压用电器冗余地供应能量。此外，应该说明一种用于运行这种汽车电器网络的方法以及具有这种汽车电器网络的电驱动机动车。
该任务根据本发明关于电气的汽车电器网络方面通过下文所述的特征而得以解决。该任务鉴于方法方面利用下文所述的特征而得以解决，并且该任务关于电驱动机动车方面根据本发明利用一种具有如下汽车电器网络的电驱动机动车而得以解决，其中根据本发明所述地构造所述汽车电器网络和/或按照根据本发明所述的方法来运行所述汽车电器网络。有利的构型方案和扩展方案是下文所述的主题。在此，在电气的汽车电器网络的上下文中的实施方案按照意义地也针对该方法以及针对该电驱动机动车适用，并且反之亦然。
电气的汽车电器网络、在下文中也简称为汽车电器网络，所述汽车电器网络被设置和设立用于电驱动机动车。该汽车电器网络具有牵引电池组，该牵引电池组具有第一电池组端子和第二电池组端子。牵引电池组（高压电池组、HV电池组）在其电池组端子提供高电压。在此，高电压应理解为具有大于60V的数值的电压。例如，由该牵引电池组所提供的电压为400V或800V。对此，以适宜的方式，牵引电池组的正极与第一电池组端子电连接并且牵引电池组的负极与第二电池组端子电连接。
此外，该汽车电器网络包括在第一电池组端子和用于高压组件的第一端子之间的第一电流路径。用于高压组件的第一端子在此并且在下文中也称为第一组件端子。在此，在第一电池组端子和第一组件端子之间的第一电流路径中布置电气的或电磁的第一开关。该开关在相应操控的情况下能够转换成切断电流（stromsperrend schaltbar）。该第一开关优选地被构造为接触器。
概括来说，第一电池组端子与第一组件端子电连接，其中该第一开关在第一电池组端子和第一组件端子之间连接。
以类似的方式，该汽车电器网络对此还包括在第二电池组端子和用于高压组件的第二端子之间的第二电流路径，该第二端子在下文中也称为第二组件端子。在此，在第二电池组端子和第二组件端子之间布置电气的或电磁的第二开关。该第二开关在相应操控的情况下能够转换成切断电流。该第二开关优选地同样构造为接触器。
高压组件在此尤其是用电器，诸如电动机或者空调压缩机，或者可替代地是充电插座，借助该充电插座能够给牵引电池组输送充电电流以用于充电。
此外，汽车电器网络具有直流电压变换器。在此，直流电压变换器的第一输入端与在第一电流路径中的第一分接头电连接，该第一分接头布置在第一电池组端子和第一开关之间。直流电压变换器的第二输入端与第二电流路径中的第二分接头电连接，该第二分接头布置在第二开关和第二组件端子之间。
直流电压变换器在输出端侧连接到低压电网。换言之，在直流电压变换器的输出端子上连接低压电网。在此，在输出端子上提供对于运行低压电网的低压用电器而言适合的低电压。“低压”或“低电压”在此应理解为具有小于或等于60V、例如24V或48V、尤其是12V的数值的电压。
借助该直流电压变换器，因此将由牵引电池组所提供的高电压变换成低电压，从而尤其是相对于连接到低压电网中的电池组冗余地，基于直流电压变换器能够由牵引电池组向低压电网的低压用电器、尤其是安全相关的低压用电器供应电能量并且必要时由牵引电池组向所述低压电网的低压用电器、尤其是安全相关的低压用电器供应电能量。
在第一开关转换成切断电流的情况下，第一组件端子从第一电池组端子电分离。以这种方式，在组件端子上连接的高压组件在这些组件故障情况下是能关断的并且适宜地被关断。特别有利地，在此继续由牵引电池组以电压加载直流电压变换器，从而还能够由牵引电池组继续向低压电网的安全相关的低压用电器供应能量。
有利地，不需要在第一电池组端子和直流电压变换器的第一输入端之间的用于可逆地中断该电流路径的附加开关元件。
根据该汽车电器网络的有利构型方案，直流电压变换器被构造为具有电分离的直流电压变换器。换言之，直流电压变换器的输入端并不与直流电压变换器的输出端导电连接。例如，将变压器使用作为在输入端和输出端之间的耦合元件（Kopplungsglied）。以这种方式，在直流电压变换器的输入端侧和输出端侧之间实现电位分离和/或避免故障、诸如过电流、过电压或电压峰值传递到低压电网。
优选地，该直流电压变换器是能关断的，从而只要是并不通过牵引电池组借助直流电压变换器来对低压用电器进行供应，就避免了牵引电池组的放电或深度放电。
根据该汽车电器网络的有利扩展方案，在第一分接头和直流电压变换器的第一输入端之间连接第一保险元件，其中该第一分接头布置在第一电流路径中。例如，第一保险元件被构造为熔断保险装置。优选地，该第一保险元件被构造为烟火保险装置，也即构造为其中基于***装药（Treibladung）或***装药（Sprengladung）的点燃而引起电流路径中断的保险装置。概括来说，在烟火保险装置的情况下当进行相应操控时这种保险元件中断在第一分接头和第一输入端之间的电流路径。直流电压变换器的第一输入端因此仅仅能够以不可逆的方式从第一电池组端子断开。尤其是，只要是第二开关例如由于故障而可能没有转换成切断电流，就借助第一保险元件实现中断通过直流电压变换器的通过电流。第一保险元件因此满足安全功能。
根据一种适宜的扩展方案，第二保险元件在第一开关与第一组件端子之间连接到第一电流路径中。尤其是，只要是第一开关、例如由于故障而可能没有转换成切断电流，第二保险元件就用于电中断第一电流路径。该第二保险元件例如被构造为熔断保险装置或烟火保险装置。
以类似的方式，对此例如将第三保险元件在第二开关与第二负载端子之间连接到第二电流路径中。
根据用于运行电气的汽车电器网络的方法，在高压组件的故障情况下第一开关转换成切断电流，其中该电气的汽车电器网络以上面所示的变型方案之一的方式来构型。第二开关在此首先保持电流导通。换言之，从组件端子单极地断开（Wegschalten）牵引电池组。因此，并不继续运行高压组件。这种故障情况例如是在高压组件中的短接，超出高压组件的预给定温度、超出预给定电流或预给定电压或损坏的绝缘装置。
在此，基于直流电压变换器的上文所示的电路、也即基于直流电压变换器的第一输入端与在第一电池组端子和第一开关之间所布置的第一分接头的连接并且基于直流电压变换器的第二输入端与在第二开关和第二组件端子之间所布置的第二分接头的连接，也在对故障的高压组件进行单极断开的情况下，在直流电压变换器上施加由牵引电池组所提供的高电压。因此，特别有利的是：尤其是也在牵引电池组从组件端子单极断开的情况下，借助牵引电池组来实现对安全相关的低压用电器尤其是冗余地供应能量。
如果第一开关转换成切断电流，则根据该方法的适宜构型方案借助该直流电压变换器由牵引电池组仅仅向该低压电网的一个或每个安全相关的低压用电器供应能量。相反，并不继续由牵引电池组给舒适性用电器供应能量。对此，这些舒适性用电器在低压电网中例如是以能断开的方式连接的或是能关断的。
根据该方法的一种有利构型方案，相对于将第一开关抓换成切断电流而言附加地，当机动车处在静止状态时，第二开关被转换成切断电流（断开）。换言之，然后也将第二组件端子从牵引电池组断开、也即电中断第二电流路径。
以这种方式有利地，防止例如由于故障的绝缘装置而以由牵引电池组在第二电池组端子上所提供的电压来加载车辆组件。因此，避免在由人员来触摸这些车辆组件时由于所述电压而对该人员造成的危险。
只要是在行驶期间出现故障情况，首先就将该第一开关转换成切断电流。一旦机动车处在静止状态，就同样将第二开关转换成切断电流。相反，只要是在机动车的静止状态中出现该故障情况，第二开关和第一开关例如就同时被转换成切断电流。
根据一种有利的构型方案，电驱动机动车具有汽车电器网络，该汽车电器网络根据上述变型方案之一来构造并且附加地或可替代地根据该方法以上面所示的变型方案之一的方式来运行。尤其是，电驱动机动车的汽车电器网络因此具有直流电压变换器，该直流电压变换器在输出端侧与低压电网连接，其中该直流电压变换器的第一输入端与在第一电流路径中在第一电池组端子和第一开关之间所布置的第一分接头连接，并且其中该直流电压变换器的第二输入端与在第二电流路径中在第二开关和第二负载端子之间所布置的第二分接头连接。
附图说明
随后，本发明的实施例依据附图进一步予以阐述。其中：
图1以俯视图示意性地示出具有电气的汽车电器网络的电驱动机动车，其中该电气的汽车电器网络具有牵引电池组以及直流电压变换器，借助该直流电压变换器能够冗余地由牵引电池组向低压电网供应能量；和
图2以流程图示出用于运行汽车电器网络的方法流程。
在所有附图中，彼此相对应的部分和参量始终配备有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中示出电驱动机动车2，该电驱动机动车的汽车电器网络4包括牵引电池组6，牵引电池组具有第一电池组端子8和第二电池组端子10。牵引电池组6具有多个电池组电池12，这些电池组电池彼此并联和/或串联。在此为了更好一目了然的目的而仅在图1中示出三个串联的电池组电池12。
此外，牵引电池组6的正极与第一电池组端子8电连接并且牵引电池组6的负极与第二电池组端子10电连接。以这种方式，在电池组端子8、10上提供高电压。
该汽车电器网络4还具有在第一电池组端子8和第一组件端子16之间的第一电流路径14以及在第二电池组端子10和第二组件端子20之间的第二电流路径18。在此，在组件端子16和20上经由逆变器24以及高压辅助用电器（Hochvoltnebenverbraucher）26连接用于驱动机动车2的电动机22，其中高压辅助用电器在此被构造为空调压缩机。此外，将充电插座27与组件端子16和20连接，从而能够对牵引电池组6充电。
概括来说，将连接到组件端子16和20上的组件22、24、26、27称为高压组件。
在第一电流路径14中，在第一电池组端子8和第一组件端子16之间连接被构造为接触器的第一开关28。以类似的方式，在第二电流路径18中，在第二电池组端子10和第二组件端子20之间连接被构造为接触器的第二开关30。开关28和30分别是通过相应操控能够转换成切断电流的，从而能够将组件端子16、20从第一电池组端子8或从第二电池组端子10电分离。
此外，汽车电器网络4具有直流电压变换器32，所述直流电压变换器的第一输入端34与第一分接头36电连接，在第一电流路径14中在第一电池组端子8和第一开关28之间布置该第一分接头36。直流电压变换器32的第二输入端38与第二分接头40电连接，在第二电流路径18中在第二开关30和第二组件端子20之间布置第二分接头40。
以这种方式，将第一电池组端子8、第一输入端34、第二输入端38、第二开关30和第二电池组端子10串联。
概括来说，在第一电流路径14中，从第一电池组端子8出发到第一组件端子16，在第一开关28之前布置第一分接头36。在第二电流路径18中，从第二电池组端子8出发到第二组件端子20，在第二开关30之后布置第二分接头40。
直流电压变换器32在输出端侧在其第一输出端42上并且在其第二输出端44上连接到低压电网46上。低压电网46在此具有安全相关的（低压）用电器48，借助直流电压变换器32应该由牵引电池组6冗余地向该安全相关的用电器供应能量并且由牵引电池组6冗余地向该安全相关的用电器供应能量。
对此，由牵引电池组6所提供的（高）电压借助该直流电压变换器32被变换成适合用于运行安全相关的用电器48的（低）电压并且相应地在输出端42、44被提供。
直流电压变换器32被构造为具有电分离的直流电压变换器，从而在直流电压变换器32的输入端侧和输出端侧之间实现电位分离。
汽车电器网络4具有第一保险元件50，该第一保险元件在直流电压变换器32的第一分接头36和第一输入端34之间连接。附加地，该汽车电器网络具有第二保险元件52，该第二保险元件在第一电流路径14中在第一开关28和第一组件端子16之间连接。
第一保险元件50和第二保险元件52在此分别被构造为烟火保险装置并且用于冗余地确保尤其是免遭过电流或短接。
概括来说，直流电压变换器32的第一输入端34因此仅仅能够以不可逆的方式从第一电池组端子8分离。
在图2中所示的流程图表示用于运行根据图1的汽车电器网络的方法流程。
在第一步骤I中，首先检测到高压组件之一的故障情况。这种故障情况例如是在高压组件中的短接，超出高压组件的预给定温度、超出预给定电流或预给定电压或损坏的绝缘装置。为了检测所述故障情况，这些高压组件具有相应的传感器，这些传感器在图1中并未进一步示出。
在第二步骤II中，将第一开关28转换成切断电流，其中第二开关30首先保持电流导通。以这种方式，第一组件端子16被转换成无电压的，从而并不继续运行在组件端子16、20上所连接的高压组件。在此，由牵引电池组6所提供的高电压继续施加在直流电压变换器32上，从而从牵引电池组6来继续冗余地向安全相关的低压用电器48供应能量。
在此情况下由于开关56和/或58被转换成切断电流而并不继续向基于开关56和58来连接到低压电网46上的舒适性用电器54供应能量。因此，当第一开关28被转换成切断电流时，仅仅对安全相关的低压用电器48进行冗余地供应能量（步骤III）。
一旦机动车处在静止状态，就在第四步骤IV中同样将第二开关30转换成切断电流，从而将这两个组件端子16和20转换成无电压的。
在此，与上面所示方法相应地由未进一步示出的控制设备来操控开关28、30、56和58。
本发明并不限于在上文所描述的实施例。更确切地说，本发明的其它变型方案可以由本领域技术人员从中推导出来，而不脱离本发明的主题。此外，尤其是，所有在实施例的上下文中所描述的单个特征也能以其它方式来彼此组合，而不脱离本发明的主题。
附图标记列表
2 电驱动机动车
4 汽车电器网络
6 牵引电池组
8 第一电池组端子
10 第二电池组端子
12 电池组电池
14 第一电流路径
16 第一组件端子
18 第二电流路径
20 第二组件端子
22 电动机
24 逆变器
26 高压辅助用电器
27 充电插座
28 第一开关
30 第二开关
32 直流电压变换器
34 第一输入端
36 第一分接头
38 第二输入端
40 第二分接头
42 第一输出端
44 第二输出端
46 低压电网
48 安全相关的（低压）用电器
50 第一保险元件
52 第二保险元件
54 舒适性用电器
56 开关
58 开关
I 检测到高压组件的故障情况
II 将第一开关转换成切断电流
III 对安全相关的用电器供应能量
IV 将第二开关转换成切断电流。

Claims (8)

1.一种用于电驱动机动车（2）的电气的汽车电器网络（4），所述电气的汽车电器网络具有：
- 牵引电池组（6），所述牵引电池组具有第一电池组端子（8）和第二电池组端子（10），用于提供高电压；
- 在所述第一电池组端子（8）和用于高压组件（22、24、26、27）的第一组件端子之间的第一电流路径（14）以及在所述第二电池组端子（10）和用于所述高压组件（22、24、26、27）的第二组件端子（20）之间的第二电流路径（18），其中电气的或电磁的第一开关（28）被连接到所述第一电流路径（28）中并且电气的或电磁的第二开关（30）被连接到所述第二电流路径（18）中；和
- 直流电压变换器（32），所述直流电压变换器在输出端侧与低压电网（46）连接，
- 其中所述直流电压变换器（32）的第一输入端（34）与在所述第一电流路径（14）中的在所述第一电池组端子（8）和所述第一开关（28）之间的第一分接头（36）连接，并且其中所述直流电压变换器（32）的第二输入端（38）与在所述第二电流路径（18）中的在所述第二开关（30）和所述第二组件端子（20）之间的第二分接头（40）连接。
2.根据权利要求1所述的电气的汽车电器网络（4），
其特征在于，
所述直流电压变换器（32）被构造为具有电分离的直流电压变换器。
3.根据权利要求1或2所述的电气的汽车电器网络（4），
其特征在于第一保险元件（50），在所述第一电流路径（14）上的所述第一分接头（36）与所述直流电压变换器（32）的所述第一输入端（34）之间连接所述第一保险元件。
4.根据权利要求1至3之一所述的电气的汽车电器网络（4），
其特征在于第二保险元件（52），所述第二保险元件在所述第一开关（28）与所述第一组件端子（16）之间连接到所述第一电流路径（14）中。
5.一种用于运行根据权利要求1至4之一所述的电气的汽车电器网络（4）的方法，
其中，第一开关（28）在高压组件（22、24、26、27）的故障情况下被转换成切断电流。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中，当所述第一开关（28）被转换成切断电流时，借助直流电压变换器（32）由牵引电池组（6）仅仅向低压电网（46）的安全相关的低压用电器（48）供应能量。
7.根据权利要求5或6所述的方法，
其中一旦所述机动车（2）处在静止状态，就断开所述第二开关（30）。
8.一种具有电气的汽车电器网络（4）的电驱动机动车（2），
其中根据权利要求1至4之一所述地构造所述电气的汽车电器网络和/或按照根据权利要求5至7之一所述的方法来运行所述电气的汽车电器网络。
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