汽车双电压电池充电系统技术方案

一种双电压电源，包括至少一个具有多个电池模块Bi的电池(20)和第一开关组Sj，该第一开关组Sj用于串联连接电池模块从而在第一开关Sj闭合的情况下向第一电路提供第一电压并且在第一开关Sj打开的情况下断开串联连接；以及至少一个连接抽头，该连接抽头连接到电池模块Bi中的一个电池模块，以将其电压U2提供给在比第一电路(1)低的电压(U2)处操作的第二电路(2)，并且该连接抽头通过第二开关组Pi+、Pi‑并联连接到其它电池模块Bi，其中在第二开关组Pi+、Pi‑闭合的情况下，其它电池模块Bi与彼此以及电池模块Bi中的所述一个电池模块并联连接，并且在第二开关组Pi+、Pi‑打开的情况下，其它电池模块Bi不并联连接，如果电池模块Bi中的所述一个电池模块对至少一个DC/DC转换器(30)供电以用于在第一电路的低功率需求时间期间对第一电路供电(2)，并且如果至少一个电容器C1并联连接到DC/DC转换器(30)的输出端，那么，即使内燃机以比较低的转速驱动它们，也能够用现成的发电机充电。

Dual voltage battery charging system for automobile

A dual voltage power supply includes at least one battery (20) with a plurality of battery modules Bi and a first switch group Sj, the first switch group Sj is used to connect the battery module in series so as to supply a first voltage to the first circuit in the case of the first switch Sj and disconnect the series connection in the case of the first switch Sj; and Less one connection tap is connected to a battery module in the battery module Bi to supply its voltage U2 to the second circuit (2) operated at a lower voltage (U2) than the first circuit (1), and the connection tap is connected in parallel to the other battery module Bi through the second switch group Pi+ and Pi, which is in the second switch group Pi. In the case of +, Pi, another battery module Bi is connected in parallel with one of the battery modules in the battery module Bi, and the other battery module Bi is not connected in parallel when the second switch group Pi+ and Pi are opened, and if the battery module in the battery module Bi is at least one DC/DC converter (3 0) power supply is supplied to the first circuit (2) for the first circuit during the low power demand time of the first circuit, and if at least one capacitor C1 is connected in parallel to the output end of the DC/DC converter (30), even if the internal combustion engine drives them at a relatively low speed, it can also be recharged with a ready generator.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】汽车双电压电池充电系统
本专利技术涉及为用于车辆(例如，轻型卡车、卡车、汽车等)的双电压电源充电。双电压电源至少包括具有多个电池模块的电池。电池还可以包括用于串联连接电池模块的第一开关组和用于并联连接电池模块的第二开关组。在建立串联连接的情况下，第一电压U1经由第一连接抽头(tap)提供给第一电路。第二电压U2经由第二连接抽头提供给第二电路。在建立并联连接的情况下，全部或一些电池模块可以经由第二连接抽头连接到第二电路。本专利技术还涉及用于操作这种双电压电源和用于对电池充电的方法。
技术介绍
US2004/0130214A1建议了一种用于汽车应用的双电压系统。双电压系统具有包括电池的42V电路、用于对电池充电的交流发电机以及高功率负载，像是例如起动器。电池由多个串联连接的电池单元组成，以获得所述42V。电池还提供低电压抽头，用于以14V向低电压电路馈电。低电压抽头仅仅是到电池单元的串联连接的中间电压电平的连接。两个电压电路通过双向DC/DC转换器耦合。在从低电压电路抽取的负载为低的情况下，低电压电路由DC/DC转换器馈电。在低电压电路的电流需求较高的情况下，由DC/DC转换器的低电压输出端提供的电压下降并且额外所需的能量由低电压抽头提供。电池单元的不对称放电由电荷均衡器进行补偿。US2014/0265559A1也涉及用于汽车应用的双电压系统。第一电压系统对DC/DC转换器的输入侧供电，DC/DC转换器进而向第二电压系统供给较高的电压。第二电压系统包括能量存储装置。如果DC/DC转换器的输入侧的功率需求超过阈值，则能量存储装置提供额外的功率。US4,992,672公开了包括由车辆发动机以可变速度驱动的交流发电机的双电压电源。该交流发电机以第一电压电平直接向如风挡加热器等的负载馈电并且由第一或第二电压调节器控制(其中第一电压电平高于第二电压电平)，后者控制交流发电机场电流。交流发电机输出经由第二电压调节器供给以对电池充电并向第二电压电路提供电力。在高功率以及因此第一电压设备被关闭的情况下，交流发电机输出被调节以通过交流发电机场控制电路维持对电池的充电。DE102013113182A1公开了用于向12V和48V电路馈电的双电压电池。该电池具有由第一开关组串联连接并且由第二开关组并联连接的多个电池单元。在第一开关组闭合的情况下，第二开关组打开并且电池连接到48V电路。48V电路包括用于对电池充电的发电机。该发电机也用作辅助内燃机的马达。可替代地，第二开关组闭合，第一开关组打开并且电池连接到12V电路。在内燃机需要辅助或处于发电机辅助制动(通常被称为“再生(recuperation)”)的情况下，电池和发电机切换到它们的48V模式以使电流保持为低。如果必须向另外的48V设备供给能量，则建议额外的48V电池。可替代地，可以并联连接多个双电压电池。后者的优点是12V电路和48V电路可以并行使用，并且负载可以跨电池分布。DE102012010711A1也涉及用于向12V和48V系统馈电的双电压电池系统。像在DE102013113182A1中一样，电池单元串联连接来提供48V以及并联连接来提供12V。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题基于以下观察：汽车中的高电压设备在它们不被需要的情况下也不能简单地关闭，因为这些设备通常必须要被快速激活并且因此不能被完全关闭，如在US4,992,672中所建议的。DE102013113182A1的教导在轻度混合动力系统中具有巨大优势，但对于非混合动力车辆，12V技术中的单独的起动器和交流发电机比48V技术便宜得多。但是，完全回复到12V系统在高功率负载(例如，电动转向系统(EPS))的情况下引起实质性问题。此外，这些系统在驾驶时不能被简单地关闭，因为它们大多由复杂的控制器控制。除此之外，对48V电路充电需要由发电机提供对应的电压。但是，如果内燃机以低发动机转速(rpm)运行，那么由现成的发电机提供的电压低于所述48V并且电池不能被充电。当在高档位中以中等速度行驶时，尤其是当其中将发生再生的减速时，这是例如相关的。但是当然，在低或中等发动机功率下对电池充电是有利的。在独立权利要求中描述了这些问题的解决方案。从属权利要求涉及本专利技术的进一步改进。这个问题的解决方案利用了以下观察：大多数高功率负载仅少量时间但反复地需要相对高的电流。双电压电源至少包括具有多个电池模块的电池。电池模块可以各自包括多个电池单元。电池模块的额定电压应该是相同的，例如，12V标称电压，像是典型的汽车电池。优选地，电池包括至少一个电池管理模块，例如，每个电池模块可以包括用于高效地对相应电池模块充电的电池管理模块。(一个或多个)充电管理模块可以例如经由总线系统与控制器和/或彼此进行通信。电池还可以包括用于串联连接电池模块的第一开关组。换句话说，电池模块被串联连接，其中所述第一开关组中的开关位于每两个电相邻的电池模块之间，以或者在开关闭合的情况下连接所述模块，或者在开关打开的情况下断开它们。此外，电池可以包括第二开关组，当第二开关组闭合时，第二开关组并联连接所述电池模块中的至少两个。优选地，由所述第一开关组连接的所有电池模块也由所述第二开关组连接。当闭合第一开关组时，经由第一连接抽头向第一电路供给第一电压。打开所述第一开关组将电池模块彼此断开。所述第一电路可以包括需要相对高的电力量的负载，像是例如EPS或辅助发动机。这些应用需要高达15kW的峰值功率供应。但是，这种高功率并不是连续需要的，而是仅仅在需求时且在少量时间内需要。同时，在所谓的空闲状态期间，所需的功率在几瓦的范围内，例如，1至10W，在一些情况下高达500W。在这些“低功率时间”期间，简单且因此便宜的第一DC/DC转换器可以向第一连接抽头以及因此向第一电路提供所需功率，但是，如果所需功率升高并且不能由第一DC/DC转换器提供，那么第一开关组可以闭合，并且电池模块由此可以串联连接以对第一电路供能。当打开第一开关组并闭合第二开关组时，相应的电池模块经由第二连接抽头并联连接到第二电路，并且可以例如通过由内燃机驱动的发电机并行地充电。可替代地，可以从处于第二电压电平的电池抽取比较高的电流，例如，用于发动(cranking)，即，起动内燃机。优选地，即使在第二开关组打开的情况下，第二连接抽头并且因此第二电路也可以保持连接到电池模块中的一个电池模块。该优选的连接可以是硬接线的(即，永久性的)，或者由控制器来控制，该控制器操作在连接抽头和电池模块中的所述一个电池模块之间中的至少一个开关。这使得能够独立于开关组的设置向第二电路提供电力，即，为第二电路供电。除此之外，这使得能够连续地为第二电路供电或者独立于开关组的状态对所述电池模块充电。此外，即使由发电机提供的电压低于第一电压U1，例如，由于内燃机以对应的低转速运行，电池模块中的至少这一个电池模块也可以被充电。只是为了避免歧义，在电池模块中的一个电池模块和第二电路之间提供连接是可选的，但是是优选的。特别地，在电池被串联连接的同时，控制器可以经由通信总线与电池的电池管理模块通信，并且基于电池管理模块提供的信息来选择用于连接到第二连接抽头的电池模块。例如，控制器可以选择具有最高可用容量和/或充电状态的电池模块以用于连接到第二连接抽头。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双电压电源，包括至少一个具有多个电池模块(Bi)的电池(20)，包括：‑第一开关组(Sj)，用于串联连接电池模块，从而在第一开关(Sj)闭合的情况下向第一电路(1)提供第一电压，以及在第一开关(Sj)打开的情况下断开串联连接，‑至少一个连接抽头，所述连接抽头连接到电池模块(Bi)中的一个电池模块以将其电压(U2)提供给在比第一电路(1)低的电压(U2)处操作的第二电路(2)，并且所述连接抽头通过第二开关组(Pi+，Pi‑)并联连接到其它电池模块(Bi)，其中在第二开关组(Pi+，Pi‑)闭合的情况下，所述其它电池模块(Bi)与彼此以及电池模块(Bi)中的所述一个电池模块并联连接，以及在第二开关组(Pi+，Pi‑)打开的情况下，所述其它电池模块(Bi)不并联连接，其特征在于，‑电池模块(Bi)中的所述一个电池模块对至少一个第一DC/DC转换器(30)供电，‑所述第一DC/DC转换器(30)具有连接到第一电路(1)以用于对第一电路供电(1)的输出端，以及‑至少一个电容器(C1)与第一DC/DC转换器(30)的输出端并联连接，‑控制器控制第一开关组(Sj)和第二开关组(Pi+，Pi‑)，以或者串联或者并联连接至少一些电池模块。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.06 EP 15193425.41.一种双电压电源，包括至少一个具有多个电池模块(Bi)的电池(20)，包括：-第一开关组(Sj)，用于串联连接电池模块，从而在第一开关(Sj)闭合的情况下向第一电路(1)提供第一电压，以及在第一开关(Sj)打开的情况下断开串联连接，-至少一个连接抽头，所述连接抽头连接到电池模块(Bi)中的一个电池模块以将其电压(U2)提供给在比第一电路(1)低的电压(U2)处操作的第二电路(2)，并且所述连接抽头通过第二开关组(Pi+，Pi-)并联连接到其它电池模块(Bi)，其中在第二开关组(Pi+，Pi-)闭合的情况下，所述其它电池模块(Bi)与彼此以及电池模块(Bi)中的所述一个电池模块并联连接，以及在第二开关组(Pi+，Pi-)打开的情况下，所述其它电池模块(Bi)不并联连接，其特征在于，-电池模块(Bi)中的所述一个电池模块对至少一个第一DC/DC转换器(30)供电，-所述第一DC/DC转换器(30)具有连接到第一电路(1)以用于对第一电路供电(1)的输出端，以及-至少一个电容器(C1)与第一DC/DC转换器(30)的输出端并联连接，-控制器控制第一开关组(Sj)和第二开关组(Pi+，Pi-)，以或者串联或者并联连接至少一些电池模块。2.如权利要求1所述的双电压电源，其特征在于，所述控制器(40)被配置为用于监视电容器(C1)处的电压(U1)，并且在电容器(C1)处的电压(U1)下降到低于预定义的值的情况下闭合第一开关组(Sj)并打开第二开关组(Pi+，Pi-)，反之亦然。3.如权利要求1或2中的一项所述的双电压电源，其特征在于，转换开关(70)将发电机(G)或者与连接到第二电路(2)的电池模块(Bi)中的一个电池模块连接或者与第一电路(1)连接，以及其中控制器确定由发电机(G)供给的电压，并且-在由发电机(G)供给的电压高于预定电压的情况下，控制器(40)闭合第一开关组(Sj)、打开第二开关组(Pi+，Pi-)并且通过所述转换开关(70)的对应激活将发电机(G)连接到第一电路，以及-在由发电机(G)供给的电压低于预定电压的情况下，控制器(40)通过所述转换开关(70)的对应激活将发电机(G)连接到第二电路(2)。4.如权利要求3所述的双电压电源，其特征在于，发电机(G)连接到第二连接接头(T2)以用于向第二电路(“)供给电压并且用于至少对电池模块(Bi)中的所述一个电池模块充电。5.如前述权利要求中的一项所述的双电压电源，其特征在于，转换开关(70)将发电机(G)或者与连接到第二电路(2)的电池模块(Bi)中的一个电池模块连接或者与第一电路(1)连接，以及其中，控制器确定第一电路的功耗，并且在第一电路的功耗高于功耗阈值的情况下，控制器激活转换开关以将发电机(G)与第一电路(1)连接。6.如前述权...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·科恩纳，S·卡恩特，
申请(专利权)人：黑拉有限责任两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE