在具有电驱动系的车辆中的电网的唤醒过程的制作方法

1.本发明涉及一种用于激活在与第一电网电气隔离的第二电网中的控制单元的组件、相应的方法以及用于它的执行的计算单元。


背景技术：

2.混合动力车辆和电动车辆通常使用至少两个网络：与相应的高压电池连接的高压网络或者牵引网络，以及同样地与相应的低压电池连接的低压车载电压网络。在此，所述高压网络的电压能够例如处在48v或者60v或者更高，而所述低压网络通常设有12v供应。优选地，两个网络彼此电气隔离并且因此相对于彼此无电势（尤其在较高的电压中）。
3.在车辆关闭的状态中，用电器的静态电流消耗应该被最小化，以防止所述低压电池的放电。如此，控制器的静态电流消耗应该大约不超过例如100μa。
4.所述高压网络能够可选择地被断开。当所述高压网络的电压接通时，或者一旦在所述高压网络中的最低电压被超过，用这个信息来唤醒控制器（所述控制器既与所述高压网络接，也与所述低压网络连接），以便能够确保例如保护功能和安全功能。这个信号的无电势的传输通常用感应式或者电容式的信号传输器来执行，但是所述信号传输器通常既在初级侧上也在次级侧上需要电压供应。因此，用于这种信号传输器的电压供应即使在控制器关闭的情况下也不允许被断开，以致提高的静态电流消耗（通常多于100μa）是不可避免的。同样地，在使用光学的信号传输器时，在光电晶体管和电池之间的至少一个上拉电阻是必要的，以致这里也非期望地提高了所述静态电流消耗。


技术实现要素：

5.根据本发明提出一种具有独立权利要求的特征的用于从与第二电网电气隔离的第一电网出发激活在第二电网中的控制单元的装置和方法以及用于它的执行的计算单元。有利的构造是从属权利要求以及下面的说明的主题。
6.本发明利用下述措施：借助变压器将唤醒信号和电能从第一电网传输到第二电网中，在那里二者被用来操控用于激活控制单元的开关元件。
7.用这种唤醒电路能够使所述第二网络（例如在车辆中的低压车载网络）在打开所述第一网络时被激活，而不会非期望地提高在所述第二网络侧上的静态电流消耗。用于唤醒或者激活所必要的能量通过所述变压器来传输。特别地，所述变压器的次级侧和整流器不包括外部的能量供应。特别地，次级侧的开关元件具有半导体开关，并且整流的唤醒信号施加在所述半导体开关的开关接头（例如栅极gate）处。在此，用于操控所述半导体开关的能量（例如用于所述栅极的充电（aufladen）或者再充电（umladen））来源于所述初级侧。
8.应当强调的是，根据具体的电路实施，所述控制单元的激活既能够通过传输或者施加所述唤醒信号，也能够通过断开（wegschalten）或者取消（ausbleiben）所述唤醒信号来触发。
9.根据一种实施方式，整流器电路能够包括电压倍增器电路，使得整流的信号达到
用于所述开关元件的足够高的电平。
10.优选地，在电势屏障处的变压器绕组能够构造成空气线圈。它们也能够替代地设有通量集中器或者能够容纳这样的装置。
11.在此例如提出将所述变压器构造成平面变压器。尤其可能的是，在此将第一变压器绕组和第二变压器绕组构造成在至少一个电路板上或者中的线路，即构造成绕组，该绕组或被引入到电路板中或者直接地在所述电路板上构造成平行地延伸的、例如以长的螺旋形状布置的线路。这种实施方案仅需简单的构件，并且能够非常节省空间且成本有利地制造，尤其如果绕组例如被分布到电路板的多个或者全部的可使用的内层上。
12.所述信号产生模块能够产生具有预设的频率的时钟信号或者单个的信号脉冲作为唤醒信号。在此，能够以简单的方式对于这个任务使用例如已经存在的微控制器。
13.根据一个实施例，所述第一电网是车辆的高压网络并且所述第二电网是车辆的低压网络。借此，在所述低压网络侧上不需要电压供应，使得在车载网络电池的电池正极（夹部30）处的静态电流也不提高。
14.根据一种实施方式，所述唤醒信号能够基于振荡回路的共振频率而产生，所述振荡回路由第一变压器绕组和电路的并联连接的电容构成。以这种方式能够显著地提高能量传输的效率。
15.在此，所述唤醒信号能够包括一种具有预设的频率或者也有单个的信号脉冲的信号。
16.根据本发明的计算系统（例如车辆的控制器）尤其以编程技术的方式设置用于执行根据本发明的方法。这样的计算系统与两个电网连接，并且具有根据本发明的用于激活的装置。
17.本发明的其他的优势和构造由说明书和附图得出。
18.本发明将根据在附图中的实施例示意性地示出并且下面参照附图进行说明。
附图说明
19.图1示出根据本发明的唤醒电路的示例性的电路草图；以及图2示出根据本发明的实施方式的示例性的方法步骤。
具体实施方式
20.在图1中示意性地示出的电路示出了能够在具有两个隔开的电气车载网络2、4的车辆中使用的用于激活的装置（唤醒电路）的部件。在此，本发明的实施方式能够在任意的具有电气化的驱动系的车辆中使用，例如在插电混合动力车辆（phev）、全混合动力车辆、纯电动车辆中等等。两个车载网络通常被描述为高压网络2和低压网络4， 它们例如通过分别地连接电池（未示出）的方式而具有各自的能量供应。在此，所述低压网络4例如能够是12v车载电压网络，而所述高压网络2能够具有高于60v的电池电压，其中，给出的网络电压应该仅用作示例并且对于本发明来说不重要。
21.为了不提高静态电流消耗，根据本发明将唤醒信号通过变压器30从所述高压网络2传输到所述低压网络4中，所述变压器能够既将所述唤醒信号，也将功率或者能量（该功率或者能量用于供应用来唤醒所述高压网络2的开关元件）在它的两个绕组32、34之间从一个
网络传输到另一个中，在此，在所述低压网络4侧上不需要自身的电流供应。
22.图1在左侧示出了车辆的高压网络2，而右侧示出了车辆的低压网络4。两个网络彼此电气（galvanisch）隔离；在两个耦联的线圈之间的虚线表明电势隔离70。在高压侧2上的初级侧的线圈32和在低压侧4上的次级侧的线圈34共同构成了所述变压器30。
23.用于信号产生的模块10位于所述高压侧2上，所述模块例如能够是相应的微控制器或者是与供电电压v
dd1
和地势连接的电路构件。用于信号产生的模块10例如能够是以一种已经为了其他目的而存在的微控制器的形式的频率发生器。可选地，也能够代替产生的具有预设的频率的时钟信号而只设置单脉冲作为唤醒信号使用。
24.产生的唤醒信号被传导给可选的线圈驱动器模块20，所述线圈驱动器模块同样地与供电电压v
dd2
和地势连接，其中，所述线圈驱动器的供电电压v
dd2
和时钟产生模块的供电电压v
dd1
能够是相同的或者是不同的。
25.此外，所述变压器30的初级侧的线圈32（即在所述高压网络侧上的线圈）能够与电路的并联连接的电容一起构成振荡回路。在产生所述唤醒信号时考虑这个系统的共振频率能够使得这个电路的效率显著地提高。
26.所述唤醒信号能够被传递到所述变压器的初级侧的绕组32上，该初级侧的绕组将所述信号传递到次级侧的绕组34上。在所述低压网络侧上的这个次级线圈34能够与整流模块40连接，例如根据倍增器-整流器电路（verdoppler-gleichrichterschaltung）的原理或者其他的电压倍增器-电路（即一种由施加的交变电压产生大于输入电压的峰值的直流电压的电路）。这个整流器40因此能够由通过所述变压器30传输的唤醒信号来产生足够高的电平，所述电平再作为用于开关元件50的直接的输入信号使用，所述开关元件能够依据这个输入（例如从所述低压网络4导出的电压供应）例如通过所述控制器60接通。例如，集成的电路或者像系统基础芯片（sbc）那样的预加工的芯片（所述芯片能够为待接通的控制器提供必要的电压供应）能够被用作开关元件50。然而重要的是，整流的输出信号单独地作为用于所述开关元件50的开关信号使用，例如为了给用于开闭半导体开关（例如mosfet或者igbt）的栅极电容充电或者再充电。由整流器40和变压器30组成的电路部分因此能够在没有外部的能量供应的情况下被加载，直至整流的输出信号能够单独地开闭所述开关元件50。
27.根据一种示例性的实施方式，用于传输所述唤醒信号的变压器30用空气线圈（即无芯的绕组）来构造。在一种特别有利的变体方案中，所述变压器30能够构造成平面变压器，它的绕组构造在电路板或者印刷电路板上。在一种简单的方式中，绕组32、34在此能够直接地以线路的方式存在于印刷电路板的两个表面上，使得所述印刷电路板的基体构成电势隔离70。
28.对于这种变压器30所需要的印刷电路板面能够通过下述方法被进一步地优化：所述变压器的必要的绕组32、34分布到多个或者全部的可使用的内层上，并且在此利用电势屏障的由于空气间隙和爬电距离而不能够被使用的区域。以这种方式能够用较少的空间消耗和成本消耗来实施唤醒电路。
29.即使在这个示例中选择了无磁芯的变压器，这种变压器也能够可选择地通过能够配备的变压器来代替。
30.图2示意性地示出了根据本发明的示例性的方法流程。
31.在此，在步骤100中满足预设的条件，例如在第一网络中施加了60v以上的确定触发唤醒过程的高压电压。
32.在步骤110中，由信号产生模块（如频率发生器）产生具有确定的频率的唤醒信号，所述唤醒信号在步骤120中从在高压侧上的变压器的第一绕组传输到第二绕组上。
33.步骤130表明了由传输的唤醒信号在所述整流模块中产生电平，其中，如此形成的电平根据步骤140被输送到开关元件的输入端。
34.在步骤150中，作为在所述开关元件处施加的输入电平的结果，用于控制器的必要的供应电压通过所述开关元件来提供，使得所述控制器能够被成功地唤醒或者激活。
35.也可能的是，在低压侧上的开关元件或者系统基础芯片如此设置，使得它能够对不同的信号（例如高压唤醒信号、can唤醒、在夹部15处的点火启动开关的正信号等）作出反应来接通或者断开不同的供应电压。
36.在替代的实施方式中，所述唤醒信号能够如此实施：通过所述变压器的绕组持久地将唤醒信号从高压侧传输到低压侧上，使得最终在所述开关元件处施加高电平，并且通过至少暂时地断开所述唤醒信号来获得低电平从而触发唤醒过程。