本發(fā)明涉及一種獨立供電網(wǎng)絡組件、以下“車載電路組件”，以及一種用于使可電驅(qū)動的交通工具的獨立供電網(wǎng)絡組件、以下稱為“車載電路”運行的方法。尤其地，本發(fā)明涉及一種當在獨立供電網(wǎng)絡/車載電路中存在動態(tài)功率消耗器時的功率管理方案。

背景技術：

目前，私人交通車輛的電氣化飛速發(fā)展。利用電能供給車輛和其它交通工具的方案以使用燃料電池為基礎。例如借助于電驅(qū)動的渦輪壓縮機、壓縮器或鼓風機為燃料電池供給新鮮空氣并且由此供給氧氣。如果需要高的燃料電池功率輸出，必須確立高的渦輪壓縮機轉(zhuǎn)速，這例如在使用在車載電路中(例如在電池中)電化學地儲存的能量實現(xiàn)。于是，對于動態(tài)過程，為動態(tài)部件(例如渦輪壓縮機)準備確定的功率有效性。由此，這一部分不可用于車輛的電動行駛或加速，而駕駛員察覺不到扭矩損失。

文獻DE 10 2007 036 665 A1公開了一種用于根據(jù)情況匹配電的車載電路的功率有效性的方法，在其中，通過適配車載電路的最小電壓，根據(jù)實際需要的電功率預定由車載電路為車載電路的電子機械的消耗器提供的功率。為了保證車載電路運行，考慮消耗器可轉(zhuǎn)化的最大功率的最壞情況，并且相應地調(diào)整車載電路電壓。對于突變式增加的功率水平，提出概率考慮，以減小車載電路的過載概率。

文獻DE 198 10 467 C1公開了一種用于燃料電池車輛的混合動力驅(qū)動方案，在其中，設置兩個獨立的、設有開關裝置的電流回路以用于選擇性地使電動車馬達或電的附加消耗器與燃料電池或蓄能器相連接。根據(jù)開關狀態(tài)，可相應于車輛運行狀態(tài)連接附加消耗器、蓄能器和燃料電池。

文獻DE 101 60 480 A1公開了一種用于協(xié)調(diào)地控制在機動車中的機械、電和熱功率流的方法和裝置。在此，通過質(zhì)量標準描述電功率儲備的不同形式并且以此為基礎確定用于機動車的理論運行狀態(tài)。

存在對用于管理在車載電路中的功率儲備的更好的方法的需求。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，以上確定的目的通過具有根據(jù)權利要求1的特征的方法，并且通過具有根據(jù)權利要求12的特征的車載電路組件實現(xiàn)。該方法用于使可電驅(qū)動的交通工具的車載電路運行，該交通工具例如具有燃料電池作為蓄能器。在第一步驟中，測定具有動態(tài)功率消耗特性的部件(例如消耗器)的當前電功率消耗。尤其地對于燃料電池的渦輪壓縮機給出這種類型的動態(tài)的功率消耗特性。高的轉(zhuǎn)速和加速以及在此待加速的質(zhì)量與渦輪壓縮機的輸出功率相結合也用于在電的車載電路中的高動態(tài)過程。在第二步驟中，通過使在時間上的功率消耗特性平整，提供用于部件的功率消耗特性的基礎值。換句話說，通過部件的功率消耗特性的平整提供基礎值函數(shù)(“隨時間變化的基礎值”)。緊接著，通過將靜態(tài)的功率偏量加到之前測定的基礎值上，定義用于部件的功率儲備。以這種方式，通過基礎值反映對于靜態(tài)運行情況的渦輪壓縮機的功率消耗，并且通過功率偏量在電的車載電路上考慮和預留用于渦輪壓縮機的動態(tài)過程的功率消耗。

緊接著，限制可供交通工具的牽引機使用的車載電路功率以用于提供已定義的功率儲備。例如，可如此操控交通工具的牽引機，即，其功率消耗不使可供部件使用的車載電路功率下降到已定義的功率儲備之下。可供使用的車載電路功率例如基本上可通過電化學的蓄能器提供，該蓄能器可基本上立即為部件提供所需的電功率。例如，傳統(tǒng)的電池具有相應的端子特性。根據(jù)本發(fā)明，例如實現(xiàn)起動渦輪壓縮機以用于使燃料電池運行，而在此不會由于可供使用的電功率過小得到延遲。這改善了例如借助于燃料電池驅(qū)動的交通工具的動態(tài)特性。

從屬權利要求顯示了本發(fā)明的優(yōu)選的改進方案。

優(yōu)選地，在第二時刻可識別，部件的當前的電功率消耗大于功率儲備。作為對其的響應，可將功率儲備至少提高到這樣的值上，即，該值相應于在第二時刻的部件的當前電功率消耗。例如，為此可限制交通工具的電驅(qū)動的牽引機的電功率消耗。也可根據(jù)其它電消耗器的運行狀態(tài)，減小或停止其電功率消耗以提高功率儲備。

為了避免功率儲備過低，可在這樣的點處修正基礎值，即，在該點處在第二時刻部件的當前電功率消耗大于或已經(jīng)大于功率儲備。以這種方式，可為將來提供修正的基礎值，該基礎值與靜態(tài)的功率偏量相結合被定義成以后的功率儲備。以這種方式，可更靠地保證用于使部件運行所需的車載電路的電的功率有效性。

更為優(yōu)選地，該方法可包括識別部件的靜態(tài)的運行狀態(tài)，其中，該運行狀態(tài)的特征尤其是部件系統(tǒng)的最大運行點(例如最大轉(zhuǎn)速或燃料電池的功率輸出，一般小于最大電功率消耗)。換句話說，“尋找”這樣的運行點，即，在其中，不出現(xiàn)其它需要比部件的當前功率消耗更高的電功率的動態(tài)過程。作為對靜態(tài)的運行狀態(tài)識別的響應，可減小用于部件的功率儲備。這例如可通過減小靜態(tài)偏量和/或基礎值實現(xiàn)。尤其地在用于燃料電池的渦輪壓縮機的最大轉(zhuǎn)速時達到部件的靜態(tài)運行狀態(tài)，因為在該時刻需要附加能量的加速過程已經(jīng)消退。這種運行狀態(tài)尤其地與相關聯(lián)的燃料電池的最大電輸出功率相關，從而不能實現(xiàn)進一步提高所需的功率。例如在交通工具的持續(xù)的加速狀態(tài)的情況中，可使用通過減小功率儲備釋放的功率用于交通工具的電驅(qū)動。以這種方式，與根據(jù)現(xiàn)有技術實現(xiàn)的相比，可更靈敏地設計交通工具的行駛特性。

例如可在時間上逐步地進行在部件的靜態(tài)運行狀態(tài)中的功率儲備的減小。例如，可在預定的時刻/時間間隔實現(xiàn)初始預留的功率儲備的不同的(減小的)百分比。備選地或附加地，可從識別出靜態(tài)運行狀態(tài)開始在預定的持續(xù)時間之后實現(xiàn)功率儲備的減小。此外，可連續(xù)地進行功率儲備的減小，以便例如為交通工具的牽引機釋放的功率不可導致駕駛員可察覺到的驅(qū)動力矩波動。

部件例如可為空調(diào)壓縮機、渦輪壓縮機、螺旋式壓縮機、液壓機組、(電)加熱裝置、電動機、功率電子設備或增壓裝置。上述示例表示這樣的車載電路消耗器，即，其可相對動態(tài)地發(fā)揮、確切地說取用偶爾的顯著的功率。在此，根據(jù)本發(fā)明的方法可在不損失舒適性的情況下實現(xiàn)這些部件的可靠運行。

在平整在時間上的功率消耗特性以建立基礎值/基礎函數(shù)的情況中，可減小側面斜度。尤其優(yōu)選地，可以與下降的側面不同地來平整上升的側面。例如，如果更弱地平整具有正的梯度的區(qū)段以便尤其好地塑造功率消耗特性、確切地說從中測定的基礎值的特別的動態(tài)上升，則可較弱地平整具有負的梯度的區(qū)段，以在功率消耗下降的情況中，在車載電路上的明顯劇烈變化的過程消退之前，首先準備更高的功率儲備。根據(jù)本發(fā)明，也可以使用其它濾波或“平整變型方案”。

根據(jù)本發(fā)明提出的功率儲備的定義例如可在車載電路的第一運行狀態(tài)中進行，并且應用在與第一運行狀態(tài)相似或相同的第二運行狀態(tài)中。例如，為此可使用測量數(shù)據(jù)，單個消耗器的功率消耗和功率消耗特性曲線和/或?qū)υ谲囕d電路上預期的過程的了解。如果與在數(shù)據(jù)儲存器中保存的、根據(jù)本發(fā)明已經(jīng)為其測定了功率儲備的第一運行狀態(tài)相比，得到當前運行狀態(tài)是相似的或相同的，則可在出現(xiàn)相應的功率情況之前已經(jīng)使緩沖量與其相匹配，以便在不損失舒適性的情況下實現(xiàn)電子動態(tài)的部件的可靠運行。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提出一種用于可電驅(qū)動的交通工具的車載電路組件。車載電路組件包括至少一個具有動態(tài)功率消耗特性的部件(例如交通工具的燃料電池的渦輪壓縮機)、至少一個用于供給車載電路的電能量源或能量轉(zhuǎn)換器(例如牽引電池/起動機電池、燃料電池)、至少一個能量消耗器(例如牽引馬達)、處理單元(例如包括微控制器的電控制器)和用于檢測在車載電路上或在其部件中的電過程的檢測單元。檢測單元也可實施成電控制器并且例如可與處理單元一起實施成一個空間單元。通過以上所述的硬件，車載電路組件設定成，用于實施根據(jù)第一所述的發(fā)明方面的方法。特征、特征組合和從中得到的優(yōu)點相應于結合根據(jù)本發(fā)明的方法所實施的而明顯的是，為了避免重復參考以上實施方案。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提出一種可電驅(qū)動的交通工具(例如車輛、優(yōu)選地乘用車、運輸機或載重貨車)，其包括根據(jù)第二所述的發(fā)明方面的車載電路組件。尤其地對于交通工具包括作為牽引能量源的燃料電池和用于支持車載電路的電化學的蓄能器的情況，根據(jù)本發(fā)明可保證用于使燃料電池運行的渦輪壓縮機的功率有效性并且提高交通工具的靈敏性。

附圖說明

接下來參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。其中：

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的車載電路組件的原理圖；

圖2顯示了圖解說明根據(jù)本發(fā)明的車載電路組件的實施例的運行方式的轉(zhuǎn)速-時間圖和功率時間圖；

圖3顯示了圖解說明在根據(jù)現(xiàn)有技術的可電驅(qū)動的交通工具的示例中的功率流的功率分支圖；

圖4顯示了圖解說明在根據(jù)本發(fā)明的可電驅(qū)動的交通工具的實施例中的功率流的功率分支圖；

圖5和6顯示了圖解說明在瞬時功率、基礎值、靜態(tài)偏量和匹配的基礎值之間的關系的功率-時間圖；

圖7顯示了圖解說明平整過程的功率-時間圖；以及

圖8顯示了圖解說明根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例的步驟的流程圖。

具體實施方式

圖1顯示了車載電路組件10的示意圖，通過作為電化學的蓄能器的電池3和燃料電池1以電能供給車載電路10。通過電導線4使牽引機5、加熱裝置6和空調(diào)設備7與燃料電池1和起動機電池3電連接。為了使燃料電池1運行，設置電的渦輪壓縮機2作為具有動態(tài)功率消耗特性的部件。渦輪壓縮機2同樣通過電導線4供電。

圖2根據(jù)功率-時間圖顯示了燃料電池的功率輸出增加的狀態(tài)，其中，在時間t上描繪了用于燃料電池的渦輪壓縮機的增加的轉(zhuǎn)速n(以百分比)。附加地，在時間t上描繪了用于渦輪壓縮機的電功率消耗P_TV(以百分比)。由于在渦輪壓縮機的轉(zhuǎn)速提高的情況中消退的動態(tài)過程，功率消耗P_TV在達到最大電功率消耗P_{TV max}之后又下降，盡管絕對轉(zhuǎn)速n_TV首先還是繼續(xù)緩慢增加。

根據(jù)現(xiàn)有技術，通過預留最大功率消耗_{PTV max}已經(jīng)保證了渦輪壓縮機的運行準備。然而，僅僅在有限的時間段中出現(xiàn)該最大功率消耗。而在整個時間周期上儲備功率提前量P_Res,SdT。出于該原因，根據(jù)本發(fā)明動態(tài)地適配功率提前量P_Res，從而保證，在任意時刻都可充分地提供功率儲備。通過與現(xiàn)有技術相比更少地儲備的功率提前量(P_Res,SdT＞P_Res)這導致牽引驅(qū)動部的功率潛力P_trak,zus提高。由于在達到最大電功率消耗P_{TV max}之后如示出的那樣預期到更小的功率消耗P_TV，根據(jù)本發(fā)明此外進行功率儲備P_Res的逐漸減小。在達到最大功率P_TV并且識別出(局部)靜態(tài)的運行點之后，維持功率儲備P_Res經(jīng)預定的持續(xù)時間t_d且緊接著才使其減小，以便為牽引機提供附加的功率P_trak,zus。功率儲備P_Res表示在為渦輪壓縮機提供的緩沖功率P_P和實際上由渦輪壓縮機消耗的功率P_TV之間的差。由此，在最大功率消耗P_{TV max}和功率P_P之間，得到根據(jù)本發(fā)明活動的功率儲備P_trak,zus，其例如可供交通工具的牽引機使用。結果，尤其地在其中可預期其電功率消耗不再提高的電部件的運行狀態(tài)中，保證交通工具的提高的敏捷性。換句話說，可有利地影響全負載狀態(tài)(快速加速或在尤其高的速度下行駛)。

圖3顯示了在車載電路中可供使用的功率P_B的功率流，其大部分P_trakt被輸送給交通工具的牽引機5。如在現(xiàn)有技術中通常的那樣，儲備固定的份額P_{TV max}供渦輪壓縮機2使用。如果渦輪壓縮機2不消耗全部功率_{PTV max}，而是僅僅消耗部分的當前功率P_TV，不用功率儲備P_Res。根據(jù)現(xiàn)有技術，其不能用于牽引機5。

圖4顯示了在所有局部的動態(tài)過程(應意味著，所有為此重要的動態(tài)過程)消退之后在車載電路中可供使用的功率P_B的相對于圖3根據(jù)本發(fā)明改進的功率流，其中，由渦輪壓縮機2消耗的電功率P_TV相對圖3不變。然而根據(jù)本發(fā)明，功率儲備P_Res明顯損失更小，因為可為牽引機5提供附加的功率P_trakt,zus。相應地，可更好地完成加速過程和其它高的負載狀態(tài)。

圖5圖解說明了在建立根據(jù)本發(fā)明的功率儲備P_p1的情況中的根據(jù)本發(fā)明的過程。在此，平整在時間上的渦輪壓縮機的當前功率消耗P_TV，其中，所產(chǎn)生的基礎值函數(shù)P_bas1或所產(chǎn)生的基礎值尤其地跟隨功率P_TV的“基礎線”。在該基礎值函數(shù)P_bas1上加上在時間上基本上恒定的偏量P_off。結果作為P_p1給出?？煽闯?，在區(qū)域8,9中渦輪壓縮機的功率需求P_TV大于準備的緩沖量P_p1。

圖6顯示了用于避免在圖5中圖解說明的問題的根據(jù)本發(fā)明的措施。在此，在區(qū)域8,9中使基礎值P_bas1相應于在功率P_TV與功率提前量P_p1之間的差來提升。結果作為P_bas2示出。如果使修改的基礎值P_bas2以從圖5中已知的靜態(tài)偏量P_off提高到修改的準備的功率P_p2，可無延遲地從車載電路中提供渦輪壓縮機的功率P_TV的所有范圍，而為此不必事先減小其它消耗器的功率消耗。

圖7顯示了用于減小為渦輪壓縮機儲備的功率P_p.的可能性。相對于在現(xiàn)有技術中準備的渦輪壓縮機的最大功率消耗P_{TV max}，得到根據(jù)本發(fā)明更大的釋放的功率P_trak,zus。

圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法的步驟。在步驟100中，測定在第一時刻的渦輪壓縮機的功率消耗特性。這例如可通過在已知車載電路電壓/獨立供電網(wǎng)絡電壓時測量通過渦輪壓縮機的電流來進行。在步驟200中，檢查，渦輪壓縮機的功率的功率梯度是否小于0。如果是這種情況(Y)，則在步驟300中通過具有時間常數(shù)t1的濾波器平整渦輪壓縮機的功率，以建立或修正基礎值。如果功率梯度不小于0(N)，則在步驟400中使用具有時間常數(shù)t2的濾波器用于平整渦輪壓縮機的功率。在該實施例中，t1＜t2。緊接著在步驟500中檢查，渦輪壓縮機消耗的電功率是否是靜態(tài)的。如果是這樣的情況(Y)，則在步驟600中減小功率儲備P_Res并且調(diào)度車載電路功率用于另外的消耗器(例如牽引機)。然而，如果功率不是靜態(tài)的(N)，則在步驟700中將功率提前量P_Res提高到之前定義的最大值(或者額定值或默認值)并且如有必要為此減小在車載電路中其它消耗器的功率消耗。緊接著在步驟800中，相應地確定緩沖量。例如，將之前在步驟600或700中測定的靜態(tài)的偏量加到在步驟300和400中測定的基礎值上，以定義在時間上的功率提前量。

在步驟900中檢查，渦輪壓縮機的當前功率消耗是否大于為渦輪增壓機儲備的電功率。換句話說，檢查，渦輪增壓機的理論輸出功率所需的電功率是否被提供到其端子處。如果不是這種情況，則在步驟1000中修正在步驟800中確定的功率提前量。

在此，在功率儲備不充分的時刻可如此提高在步驟300或400中確定的基礎值，即，從渦輪壓縮機的功率值中減小靜態(tài)的偏量得到該基礎值。換句話說，使功率提前量自動地提高到相應于渦輪壓縮機的當前電功率消耗的值上。相反地如果在步驟900中測定，預留的功率等于或大于渦輪壓縮機的當前功率需求，則在步驟1100中結束方法。

為了考慮用于使燃料電池運行的渦輪壓縮機的動態(tài)性能，設置緩沖量。就此而言，發(fā)明者確定，雖然靜態(tài)的緩沖量可有助于可靠地供給渦輪壓縮機的功率需求。然而，在另一方面也已經(jīng)已知，如此設計的車載電路落后于理論的可能性(例如相對于車輛的電池加速)。因此，根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，僅僅當還未達到燃料電池的最大功率時，才進行預留。在最大功率時，才不再通過渦輪壓縮機預測動態(tài)過程，并且可減小功率提前量。如果燃料電池在稍后的時刻需要比最大功率更少的功率，可為了準備可能的動態(tài)過程再次提高功率提前量。

雖然已經(jīng)根據(jù)結合附圖闡述的實施例詳細描述了根據(jù)本發(fā)明的方面和有利的實施形式，對于本領域技術人員來說可實現(xiàn)對所示出的實施例的特征的修改和組合，只要脫離本發(fā)明的范圍，其保護范圍通過所附權利要求限定。

附圖標記清單

1燃料電池

2渦輪壓縮機

3電池

4電導線

5牽引機

6加熱裝置

7空調(diào)設備

8,9有問題的功率范圍

10車載電路

100-1100方法步驟

P_res用于渦輪壓縮機的動態(tài)過程的功率儲備

P_p為渦輪壓縮機預留的功率

P_{TV max}渦輪壓縮機的最大功率消耗

P_{trakt zus}附加的可供牽引機使用的功率

n轉(zhuǎn)速

n_TV渦輪壓縮機的轉(zhuǎn)速

P_B車載電路功率

P_trakt牽引機的功率

P_bas1,2基礎值，基礎值函數(shù)

P_off功率偏量

t_d預定的時間延遲。