專利名稱：用于向車輛的電負(fù)載供電的供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于向車輛的電負(fù)載供電的電氣供電系統(tǒng)、電池控制模塊以及包括這種電氣供電系統(tǒng)的車輛。
背景技術(shù)：
節(jié)省現(xiàn)今車輛中的燃油的一種方式是使用所謂的自動(dòng)起動(dòng)停止功能，該功能在車輛每次達(dá)到完全停止前進(jìn)(諸如，在交通燈處)時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，并將其自動(dòng)重新起動(dòng)。具有起動(dòng)停止功能的車輛中的一些繼電器功能比以前受到更加頻繁的影響，這對(duì)于可靠性、控制和診斷提出了更高的要求。此外，還需要各種順序的非?？旌透叩碾娏?。車輛電氣系統(tǒng)的電壓電平可以寬范圍地變化，這產(chǎn)生了電子系統(tǒng)發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。專利申請(qǐng)DE102010000656描述了用于使用兩個(gè)電池的車輛的供電系統(tǒng)。這種車輛的供電系統(tǒng)具有向起動(dòng)器供電的第一電池以及具有比第一電池更小的內(nèi)電阻的第二電池。開關(guān)設(shè)置在第一電池與第二電池之間的饋電線路之間。供電系統(tǒng)控制單元對(duì)該開關(guān)進(jìn)行控制。在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間，供電系統(tǒng)控制單元在停止發(fā)動(dòng)機(jī)的時(shí)段中導(dǎo)通該開關(guān)，在運(yùn)行起動(dòng)器時(shí)關(guān)斷該開關(guān)元件，并當(dāng)?shù)诙姵氐娜萘啃∮陬A(yù)定值時(shí)導(dǎo)通該開關(guān)元件。按照此方式，對(duì)電子系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，并始終借助于第二電池對(duì)該電子系統(tǒng)提供充足的電能。在DE102010000656的系統(tǒng)中，對(duì)這兩個(gè)電池不斷地進(jìn)行充電和放電，這將不利地影響這兩個(gè)電池的使用壽命。本發(fā)明的目的是提供一種上述電氣供電系統(tǒng)的替代方案，其中，較少地使用第二電池以便增加其使用壽命，這將減少維護(hù)費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于向車輛的電負(fù)載進(jìn)行供電的電氣供電系統(tǒng)包括:主電池、支援電池(support battery)和電池控制模塊。所述電池控制模塊包括用于連接到所述主電池的第一端子、用于連接到所述支援電池的第二端子、以及用于連接到所述電負(fù)載的第三端子。此外，所述模塊還包括電壓比較器，其設(shè)置為確定第三端子處的電壓，并且當(dāng)所確定的電壓小于預(yù)定臨界最低電壓電平時(shí)輸出高輸出電平。第一開關(guān)設(shè)置在所述第一端子與所述第三端子之間，所述第一開關(guān)能夠由第一控制信號(hào)來控制。第二開關(guān)設(shè)置在所述第二端子與所述第三端子之間。所述電池模塊設(shè)置為在所述第三端子處的電壓下降到低于預(yù)定臨界電壓的情況下，通過使所述第二開關(guān)導(dǎo)電來將所述支援電池連接到所述負(fù)載。本發(fā)明提供了當(dāng)輸出電壓下降到低于指定電壓閾值時(shí)支持能量源的自動(dòng)啟動(dòng)。所述支援電池在需要時(shí)對(duì)所述主電池進(jìn)行支持，或者充當(dāng)冗余電源。其只不過需要作為備用電池且并不在正常情況下使用，所以無需對(duì)該電池進(jìn)行頻繁充電，從而增加其使用壽命。在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池控制模塊設(shè)置為接收第二控制信號(hào)，并且當(dāng)接收到所述第二控制信號(hào)時(shí)使所述第二開關(guān)導(dǎo)電。所以當(dāng)接收到第二信號(hào)時(shí)或者當(dāng)輸出電壓降低時(shí)或者當(dāng)處于這兩種情況時(shí)，將會(huì)使第二開關(guān)導(dǎo)電。在一個(gè)實(shí)施例中，第二開關(guān)包括以背對(duì)背配置設(shè)置的兩個(gè)MOSFET裝置。MOSFET能夠非?？焖俚剡M(jìn)行切換。此外，當(dāng)該開關(guān)斷開(即，非導(dǎo)電)時(shí)，背對(duì)背配置導(dǎo)致完全隔離的支援電池。在一個(gè)實(shí)施例中，如果主電池與所述系統(tǒng)斷開，則使第一開關(guān)不導(dǎo)電，并使第二開關(guān)導(dǎo)電。所以例如在汽車碰撞的情況下，失去輸入電壓，并使第一開關(guān)不導(dǎo)電，隔離任何故障。與此同時(shí)，使第二開關(guān)導(dǎo)電，以切換作為冗余電源的支援電源。這意味著在碰撞之后，仍然對(duì)汽車的一些必要特征進(jìn)行供電，諸如汽車鎖。在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括預(yù)碰撞傳感器，所述預(yù)碰撞傳感器設(shè)置為檢測(cè)危險(xiǎn)情況并且發(fā)起待要發(fā)送到所述電池控制模塊的信號(hào)，所述電池控制模塊在接收到所述信號(hào)時(shí)使所述第二開關(guān)導(dǎo)電。該實(shí)施例在預(yù)防(avoidance)情形或者預(yù)碰撞情形中是有利的。在這些情形中，所述第二開關(guān)將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)和連接所述支援電源，以幫助使電壓保持在適當(dāng)電平。在一個(gè)實(shí)施例中，所述系統(tǒng)還包括連接到所述第三端子的電氣充電器，所述電壓傳感器設(shè)置為識(shí)別何時(shí)應(yīng)用所述充電器，并使所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)這兩者導(dǎo)電，從而同時(shí)對(duì)所述支援電池和所述主電池這兩者進(jìn)行充電。所以對(duì)于在同一時(shí)間對(duì)兩個(gè)電池進(jìn)行充電而言，只需要一個(gè)充電器。在一個(gè)實(shí)施例中，所述電池控制模塊還包括第四端子，所述第四端子經(jīng)由電源線路連接到所述主電池并且經(jīng)由第三開關(guān)連接到所述第三端子，其中在標(biāo)準(zhǔn)停止/起動(dòng)事件期間，通過使所述第一開關(guān)和所述第三開關(guān)不導(dǎo)電而使所述主電池與所述第三端子(即，所述車輛負(fù)載)分離，以便至少在連接到所述第四端子的使用中只向起動(dòng)器電機(jī)饋電，同時(shí)通過使所述第二開關(guān)導(dǎo)電來使所述支援電池連接到所述第三端子，以向所述車輛負(fù)載饋電。該實(shí)施例提供了車輛在手搖起動(dòng)(cranking)期間的全部功能，并且使得在車輛移動(dòng)(例如，在滑行(coastal)模式下)的同時(shí)能夠手搖起動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于如上所述的系統(tǒng)的電池控制模塊。根據(jù)另外的方面，提供了 一種包括如上所述的電氣供電系統(tǒng)的車輛。


以下將會(huì)僅通過示例的方式并參照附圖來進(jìn)一步描述本發(fā)明，在附圖中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電氣供電系統(tǒng)的示意圖；圖2示意性地示出了與發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊進(jìn)行通信的電池控制模塊；圖3示意性地示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的包括電池控制模塊的車輛。
具體實(shí)施例方式圖1是連接到車輛負(fù)載2、EPAS 3和交流發(fā)電機(jī)4的電氣供電系統(tǒng)I的示意圖。此夕卜，起動(dòng)電機(jī)5示出為也連接到供電系統(tǒng)I。在圖1的實(shí)施例中，電氣供電系統(tǒng)I包括主電池6、支援電池7和電池控制模塊8。電池控制模塊8包括用于連接到主電池6的第一端子
11、用于連接到支援電池7的第二端子12、以及用于連接到電負(fù)載2和EPAS 3的第三端子
13。電壓比較器16設(shè)置為確定第三端子13處的電壓電平，并當(dāng)所確定的電壓小于預(yù)定臨界最低電壓電平時(shí)輸出高輸出電平。第一開關(guān)21設(shè)置在第一端子11與第三端子13之間，其中第三端子13還稱為輸出端子13。第一開關(guān)21由信號(hào)接口輸入端24處的第一控制信號(hào)SI來控制。第二開關(guān)22設(shè)置在第二端子12與第三端子13之間。在該實(shí)施例中，當(dāng)處于導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)，存在將第三端子13連接到第四端子14的第三開關(guān)23。第三開關(guān)23也由信號(hào)SI來控制。電池控制模塊8還包括微處理器25，微處理器25設(shè)置為接收來自線路輸入(Line-1N) (LIN) 26的信號(hào)和S2信號(hào)，參見信號(hào)接口輸入端27。在該實(shí)施例中，微處理器25由連接到電源(例如，12V直流源)的饋電線路28進(jìn)行供電。信號(hào)接口輸入端29表示到地的連接。該微處理器包括單元30，單元30是接收來自電壓比較器16的第一輸入和作為第二輸入的信號(hào)S2的邏輯或端口 30。在圖1的實(shí)施例中，開關(guān)22包括背對(duì)背連接的MOSFET晶體管22’和22”。這兩個(gè)MOSFET晶體管22’、22”中的每一個(gè)均并聯(lián)設(shè)置有二極管。此外，該電池控制模塊還包括電流傳感器34，其設(shè)置為測(cè)量當(dāng)處于導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)流過開關(guān)22的電流。主電池通過電源線路35連接到第四端子，其中在電源線路35中設(shè)置有煙火裝置36。在短路的情況下啟動(dòng)該煙火裝置36，以便將主電池與連接到第三端子13的車輛負(fù)載2、3斷開。與電源線路35并聯(lián)的是包括保險(xiǎn)絲38的線路37。圖1還示出了包括多個(gè)保險(xiǎn)絲41、42、43的保險(xiǎn)絲盒40。附圖標(biāo)記44表示螺線管開關(guān)，其設(shè)置為將起動(dòng)器與第四端子14連接和斷開。應(yīng)當(dāng)注意，端子14’和14”描述為兩個(gè)端子，而它們可以被視為一個(gè)端子14。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在第三端子處的電壓(Vwt)下降到低于預(yù)定臨界電壓(Vlow)的情況下，電池控制模塊I設(shè)置為通過使第二開關(guān)22導(dǎo)電來將支援電池7連接到負(fù)載2、3。通過硬件來實(shí)現(xiàn)電壓比較器16和邏輯或單元30這兩者，使得一旦輸出電壓Vwt降到低于指定電壓閾值V1ot時(shí)能夠非?？焖俚厍袚Q第二開關(guān)22，并且從而非?？焖賳?dòng)支援電池7。支援電池7在需要時(shí)支援主電池6，或者充當(dāng)為冗余電源。支援電池7只不過需要作為備用電池，且并不在正常情形下使用。因此，與已知系統(tǒng)相比，不需要對(duì)支援電池7頻繁進(jìn)行充電，這將增加其使用壽命，并降低維護(hù)費(fèi)用。所提出的解決方案使得車輛中的電壓電平能夠保持在可以滿足臨界性能(例如，轉(zhuǎn)向和制動(dòng))的范圍之內(nèi)?？梢蕴幚碥囕v中的任何種類的暫態(tài)高電負(fù)載。在一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)碰撞傳感器(未不出)設(shè)置為發(fā)起高S2信號(hào)，從而使第二開關(guān)22導(dǎo)電。這將導(dǎo)致支援電池7到負(fù)載2、3的主動(dòng)連接，這對(duì)于電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向(B卩，EPAS 3)、制動(dòng)系統(tǒng)或者電氣安全帶的快速啟動(dòng)方面是有利的。通過準(zhǔn)時(shí)切換第二開關(guān)和自動(dòng)連接支援電池7，將會(huì)幫助保持輸出電壓處于適當(dāng)?shù)碾娖?，以避免電氣系統(tǒng)發(fā)生故障。在一個(gè)實(shí)施例中，如果主電池與車輛斷開的情形發(fā)生(例如，在碰撞中)，則支援電池7充當(dāng)為冗余電源。如果失去了端子11和14處的輸入電壓，則使開關(guān)21、23關(guān)斷并隔離任何故障。與此同時(shí)，使開關(guān)22導(dǎo)電來切換作為冗余電源的支援電源7。優(yōu)選地，開關(guān)21、23對(duì)電壓進(jìn)行內(nèi)部測(cè)量，從而檢測(cè)主供電端子11和14的失去。將該信息通信到微處理器25，在該情況下微處理器25生成信號(hào)S2，使得第二開關(guān)22導(dǎo)電，并將支援電池7連接到車輛負(fù)載2、3。電池控制模塊還充當(dāng)在作為標(biāo)準(zhǔn)停止/起動(dòng)車輛的兩個(gè)電源之間的切換裝置，并且由于其快速反應(yīng)，該電池控制模塊可以用于滿足滑行場(chǎng)景(coasting scenarios)中的系統(tǒng)安全需求。在標(biāo)準(zhǔn)停止/起動(dòng)事件期間，通過開關(guān)21、23使主電池6與車輛負(fù)載2、3分離，以便只向起動(dòng)器電機(jī)5饋電。與此同時(shí)，支援電池7通過開關(guān)22連接到車輛，以向車輛的電負(fù)載2、3饋電。這將保持車輛在手搖起動(dòng)期間的全部功能(在非停止/起動(dòng)車輛中，在手搖起動(dòng)期間關(guān)閉諸如轉(zhuǎn)向、車燈和娛樂資訊等負(fù)載)，從而在車輛移動(dòng)的同時(shí)能夠手搖啟動(dòng)。此外，當(dāng)交流發(fā)電機(jī)沒有運(yùn)行時(shí)(例如，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被關(guān)閉而車輛仍然移動(dòng)時(shí)，例如滑行)，該系統(tǒng)將能夠處理上述的暫態(tài)事件。電池控制模塊I解決了在同一時(shí)間使用雙充電器或者一個(gè)充電器的問題。啟動(dòng)電壓傳感器(例如，電壓傳感器50)以識(shí)別何時(shí)應(yīng)用充電器，并將開關(guān)22切換到導(dǎo)電狀態(tài)，同時(shí)對(duì)這兩個(gè)電池6、7進(jìn)行充電。當(dāng)端子14處的高電壓消失時(shí)，開關(guān)22將再次斷開，使這兩個(gè)電池6和7分離，從而避免這些電池彼此之間循環(huán)。通過背對(duì)背地連接兩個(gè)MOSFET 22’和22”，這兩個(gè)MOSFET形成開關(guān)22，當(dāng)開關(guān)22關(guān)斷時(shí)，使支援電池7與負(fù)載或者主電池6完全隔離。這就是為何兩個(gè)背對(duì)背的MOSFET比僅一個(gè)MOSFET更優(yōu)選。應(yīng)當(dāng)注意，端子13稱為輸出端子，但如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所已知的，該端子也是交流發(fā)電機(jī)4所產(chǎn)生的電能的輸入端。在外部充電的情況下，使用傳感器50對(duì)端子14處的電壓進(jìn)行測(cè)量，并且當(dāng)檢測(cè)到高電壓時(shí)使開關(guān)22導(dǎo)電，導(dǎo)致對(duì)支援電池7進(jìn)行充電。電流傳感器34設(shè)置為連續(xù)地測(cè)量電流并檢測(cè)過電流。在檢測(cè)到過電流的情況下，微處理器25將會(huì)關(guān)斷開關(guān)22以保護(hù)該開關(guān)。圖2示意性地示出了與發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊(ECM) 55通信的電池控制模塊I。ECM 55接收來自各個(gè)傳感器的信息，然后將信號(hào)發(fā)送到諸如燃料噴射器和定時(shí)等元件，以便使發(fā)動(dòng)機(jī)以其最佳性能和燃料經(jīng)濟(jì)性運(yùn)轉(zhuǎn)。ECM55還將信號(hào)(諸如信號(hào)SI和S2，還可能是線路輸入，參加圖1中的26)發(fā)送到電池控制模塊I。圖3示意性地示出了包括上述電池控制模塊的車輛60。本發(fā)明首先可用于常規(guī)汽車和混合動(dòng)力汽車。在純電動(dòng)車輛中，不需要開關(guān)23 (不存在起動(dòng)器電機(jī))，但是需要開關(guān)22和連接到開關(guān)22的電壓比較器16。對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，可以在不脫離本發(fā)明的思想和目的的情況下，在所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改。上述的車輛可以是汽車，但其也可以是卡車或者任何其它具有擋風(fēng)玻璃的車輛。
權(quán)利要求
1.一種用于向車輛(60)的電負(fù)載(2、3)進(jìn)行供電的電氣供電系統(tǒng)(I),所述系統(tǒng)包括: -主電池(6)； -支援電池(7)； -電池控制模塊(8)，包括: ο第一端子，用于連接到所述主電池； ο第二端子，用于連接到所述支援電池； O第三端子，用于連接到所述電負(fù)載； O電壓比較器(16)，設(shè)置為確定所述第三端子處的電壓，并且當(dāng)所確定的電壓小于預(yù)定臨界最低電壓電平時(shí)輸出高輸出電平； O第一開關(guān)(21)，設(shè)置在所述第一端子(11)與所述第三端子(13)之間，所述第一開關(guān)能夠由第一控制信號(hào)(Si)來控制， ο第二開關(guān)(22’、22”)，設(shè)置在所述第二端子與所述第三端子之間， -所述電池控制模塊(8)設(shè)置為在所述第三端子處的電壓下降到低于預(yù)定臨界電壓的情況下，通過使所述第二開關(guān)導(dǎo)電來將所述支援電池連接到所述負(fù)載。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣供電系統(tǒng)，其中，所述電池控制模塊設(shè)置為接收第二控制信號(hào)，并且當(dāng)接收到所述第二控制信號(hào)時(shí)使所述第二開關(guān)導(dǎo)電。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電氣供電系統(tǒng)，其中，所述第二開關(guān)包括以背對(duì)背配置設(shè)置的兩個(gè)MOSFET裝置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電氣供電系統(tǒng)，其中，如果所述主電池與所述系統(tǒng)斷開，則使所述第一開關(guān)不導(dǎo)電并使所述第二開關(guān)導(dǎo)電。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電氣供電系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括預(yù)碰撞傳感器，所述預(yù)碰撞傳感器設(shè)置為檢測(cè)危險(xiǎn)情況并且發(fā)起待要發(fā)送到所述電池控制模塊的信號(hào)，所述電池控制模塊在接收到所述信號(hào)時(shí)使所述第二開關(guān)(22 )導(dǎo)電。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電氣供電系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括連接到所述第三端子的電氣充電器(4)，所述電壓傳感器設(shè)置為識(shí)別何時(shí)應(yīng)用所述充電器，并使所述第一開關(guān)(21)和所述第二開關(guān)(22)這兩者導(dǎo)電，從而同時(shí)對(duì)所述支援電池和所述主電池這兩者進(jìn)行充電。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的電氣供電系統(tǒng)，所述電池控制模塊還包括第四端子(14’、14”)，所述第四端子(14’、14”)經(jīng)由電源線路連接到所述主電池并且經(jīng)由第三開關(guān)(23)連接到所述第三端子(13)，其中在標(biāo)準(zhǔn)停止/起動(dòng)事件期間，通過使所述第一開關(guān)和所述第三開關(guān)(21、23)不導(dǎo)電而使所述主電池與所述第三端子(即，所述車輛負(fù)載)分離，以便至少在連接到所述第四端子的使用中只向起動(dòng)器電機(jī)饋電，同時(shí)通過使所述第二開關(guān)(22)導(dǎo)電來使所述支援電池連接到所述第三端子，以向所述車輛負(fù)載饋電。
8.—種電池控制模塊,其用于根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)中。
9.包括根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的電氣供電系統(tǒng)的車輛。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于向車輛的電負(fù)載進(jìn)行供電的電氣供電系統(tǒng)，包括主電池、支援電池和電池控制模塊。電池控制模塊包括分別連接到主電池、支援電池和電負(fù)載的第一、第二和第三端子。該模塊還包括電壓比較器，設(shè)置為確定第三端子處的電壓，并當(dāng)所確定的電壓小于預(yù)定臨界最低電壓電平時(shí)輸出高輸出電平。第一開關(guān)設(shè)置在第一與第三端子之間，第一開關(guān)能夠由第一控制信號(hào)來控制。第二開關(guān)設(shè)置在第二與第三端子之間。電池模塊設(shè)置為在第三端子處的電壓下降到低于預(yù)定臨界電壓時(shí)，通過使第二開關(guān)導(dǎo)電來將支援電池連接到負(fù)載。本發(fā)明提供了當(dāng)輸出電壓下降到低于指定電壓閾值時(shí)支持能量源的自動(dòng)啟動(dòng)。支援電池在需要時(shí)對(duì)主電池進(jìn)行支持，或者充當(dāng)冗余電源。其只不過需要作為備用電池且并不在正常情況下使用，所以無需對(duì)該電池進(jìn)行頻繁充電，從而增加其使用壽命。
文檔編號(hào)B60R16/033GK103171502SQ20121055468
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者M·索內(nèi)松, T·拉松, J·達(dá)勒夫, P·京貝格, D·米迪霍爾姆 申請(qǐng)人:沃爾沃汽車公司