用于机动车的车载电网、机动车和运行车载电网的方法与流程

1.本发明涉及一种用于机动车的车载电网，其包括控制装置、蓄能器以及多个可通过蓄能器运行的部件，其中，车载电网被划分为至少两个子电网并且所述至少两个子电网分别包括所述部件中的至少一个。本发明还涉及一种机动车以及一种用于运行车载电网的方法。


背景技术：

2.机动车的车载电网、尤其是具有动力电机的电动车的车载电网通常被构造成，使得连接在车载电网中的蓄能器、例如动力电池可以通过也被称为主分离元件的开关装置与车载电网的其它部件或与机动车的高压系统分离/断开。所有集成到例如被实施为高压车载电网的车载电网中的部件因此可以通过断开主分离元件而与蓄能器分离。
3.在主分离元件闭合的情况下，相应地可以通过蓄能器为部件供电，也就是说，车载电网是激活的/起作用的并且蓄能器的电压施加在所有部件上。因此在激活的车载电网中，蓄能器的电压也施加在下述部件上，所述部件的功能当前在包括车载电网的机动车运行时是不需要的。这具有如下缺点，即，尽管这些部件的功能仅是暂时地需要，而不是永久地需要，但是这些部件却被蓄能器的电压持续地加载。由现有技术已知不同类型的机动车车载电网。
4.在文献de 10 2012 206 932 a1中描述了一种具有至少两个子电网的机动车车载电网，所述子电网借助于直流电压变换器和桥接开关相互连接。在此，在子电网中的第一子电网中连接着具有至少两个不同功率要求的负载，并且机动车车载电网被设置用于，当存在至少一个负载的第一功率要求时，在第一运行模式中在桥接开关断开时仅经由直流电压变换器从第二子电网向第一子电网馈入电压，而当存在至少一个负载的较高的第二功率要求时在第二运行模式中在桥接开关闭合时经由桥接开关从第二子电网向第一子电网馈入功率。
5.由文献de 10 2018 202 590 a1已知了一种用于机动车的高压车载电网的开关装置，该高压车载电网具有至少两个子电网。该开关装置至少包括电流测量单元、开关元件以及控制单元，其中，该开关装置被构造用于在高压车载电网中短路时使高压电池安全地与其它高压负载分离。
6.文献de 10 2014 201 345 a1公开了一种用于车辆的车载电网，所述车载电网具有用于至少一个低压负载的低压子电网和用于至少一个高压负载和发电机的高压子电网。在此，高压子电网还包括电池，所述电池被设置用于产生高压并且将其输出到高压子电网上。该低压子电网与蓄能器经由耦合单元连接，该耦合单元能够选择性地将蓄能器的电池单元接入低压子电网。由此可以实现，蓄能器的电池单元具有尽可能相同的荷电状态。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于，说明一种用于机动车的改进的车载电网，该车载电网尤其是
降低车载电网的不需要的部件的负荷。
8.为了实现该目的，在开头所述类型的车载电网中根据本发明提出，不同的子电网的部件分别与机动车的至少一个不同的运行状态相关联，其中，子电网中的每一个能经由至少一个开关装置与蓄能器分离，并且控制装置被设置用于，根据对机动车的至少一个当前运行状态进行描述的运行状态信息来操控开关装置，使得包括被分配给当前运行状态的部件的子电网与蓄能器连接，而使得不包括被分配给当前运行状态的部件的子电网与蓄能器分离。
9.这有利地实现了，仅那些在机动车的当前运行状态中也需要的部件分别与蓄能器连接。在当前运行状态中不需要的部件可以通过开关装置分别与蓄能器分离，从而仅那些在机动车的当前运行状态中也使用的部件与蓄能器连接。将部件划分为不同的子电网使得能够将在机动车的确定的运行状态下运行的各个部件或部件组分别单个地或作为组地与蓄能器经由分别配属于子电网的开关装置连接。由此可以有利地减少各个部件的运行时间，这是因为这些部件通常不是在机动车的所有运行状态中、也就是说不是永久地使用。
10.此外，根据本发明的车载电网具有如下优点：通过使部件或各个子电网通过开关装置与蓄能器分离可以产生尤其是对相应部件的输入电路的较小的负载，这是因为设置在子电网中的部件不是永久地与蓄能器连接。尤其可行的是，所述部件通过与相应的子电网的分离分别完全地或至少部分地切断电压。此外，相应的部件或者相应部件的各个电路组成部分在分离的子电网中也不反作用于车载电网的处于运行中的部分。
11.例如供滤波电容器、如部件的滤波装置中的y电容器使用的总电容出于安全原因可以在机动车的车载电网中受到限制。在此，该总电容被分配给车辆中的所有与蓄能器连接的部件。为了实现部件的例如构成为emv滤波器(emv＝电磁兼容性)的滤波装置的期望的滤波特性，在考虑所允许的总电容的情况下，因此可能要求在滤波装置中使用附加的电感器。然而，这些电感器比类似的电容器具有更大的结构空间需求，并且此外通常也更昂贵和更重。
12.通过将部件划分为两个或更多个可单独接通或断开的子电网，可以充分利用如下效果，即根据机动车的运行状态确定的部件组合不同时运行。通过排除与蓄能器连接的部件的特定组合，用于y电容器的电容的总预算也可以分配给较少数量的最多可同时运行的部件，使得为了实现所期望的滤波效果在部件的滤波装置中分别可以使用较大的电容器并因此使用较小的电感器。这有利地实现了在部件中的滤波装置的成本降低、结构空间减小和重量降低的设计。
13.因此，在至少两个子电网中通过开关装置与蓄能器连接的部件可以分别具有分别带有至少一个y电容器的滤波装置。因为对于车载电网中的y电容器的允许的总电容仅仅扩展到最多同时处于运行中的子电网或部件的子集，所以可以有利地将所述车载电网的所有部件中的y电容器的总电容实施成大于在其中所有部件同时或永久连接到蓄能器上的车载电网中的y电容器的总电容。由于在机动车的每个运行状态中仅仅子电网或部件的子集与蓄能器连接，因此允许的总电容仍然可以有利地在每个运行状态中被遵守。
14.滤波装置尤其可以是部件的输入侧的滤波装置。在此，部件的输入端被理解为部件的如下侧，由蓄能器产生的电压在所述侧上下降。然而，这在此不排除以下情况，即通过部件、例如双向的直流电压变换器或在发电机运行中的电机也能够将功率输出给蓄能器。
15.运行状态信息可以由控制装置本身确定或者运行状态信息可以由另一控制器、例如包括车载电网的机动车的控制器传输给该控制装置。在此，运行状态可以有利地尤其是按如下方式选择，使得由被分配给机动车的确定功能或运行状态的部件构成功能组或功能群。机动车的车载电网尤其可以是高压车载电网，在该高压车载电网中，电磁干扰能够通过例如动力变换器或其它电力电子元件的开关过程产生。
16.根据本发明可以规定，通过开关装置可以分别使这些部件的至少一个输入端切换成无电压的。以这种方式，在当前运行状态下当不需要子电网的一个或多个部件时，尤其是，在输入侧存在于部件中的滤波装置、如用于滤除在车载电网中出现的干扰的emv滤波器也完全与蓄能器分离或者与车载电网的其余部分分离。这有利地减少了通过连接的滤波装置产生的总电容，该总电容在运行状态中还与蓄能器连接。
17.根据本发明可以规定，开关装置被实施为与部件分开的设备。开关装置例如可以通过电连接器件、如电缆或汇流排与子电网的一个或多个部件的输入端和/或与蓄能器连接。开关装置例如可以布置在蓄能器的壳体中或壳体上。
18.根据本发明，开关装置可以分别包括至少一个开关元件、尤其是半导体开关和/或接触器。作为半导体开关，例如可以使用晶体管。这能够实现开关装置在开关元件闭合时的足够好的载流能力，使得布置在相应的子电网中的部件能够可靠地被供电。
19.根据本发明可设置成，蓄能器具有两个极，其中，通过开关装置对于每个子电网可分别中断与两个极的连接，或者其中，通过开关装置对于子电网中的至少两个可分别中断与其中一个极的连接并且通过另一开关装置可中断另一极与至少两个子电网之间的连接。
20.在此，例如可以在每个子电网与蓄能器的连接中分别在蓄能器的两个极与子电网之间布置相应的开关元件，从而对于每个子电网可以单独地断开与正极和负极的连接。也可能的是，对于子电网中的每个或对于子电网中的至少两个，仅在与其中一个极、例如正极的连接中设有开关装置，其中，为了断开与蓄能器的另一极的连接设有公共的另一开关装置。因此，各个子电网能够单独地通过断开与其中一个极的连接通过配属于相应子电网的开关装置分离，其中，所有部件的完全分离通过附加地断开所述另一开关装置实现。另一开关装置或另一开关装置的开关元件在此也可以被称为主分离元件。也可能的是，在蓄能器的极和子电网中的每个子电网之间的每个连接中都使用一个开关元件时，设置一个或两个主分离元件，所述主分离元件能够附加地将蓄能器的一个或两个极与被分配给相应的子电网的开关装置分离。
21.根据本发明可以规定，控制装置被设置用于，在多个当前运行状态下根据运行状态信息来操控开关装置，使得包括被分配给多个当前运行状态中的至少一个运行状态的部件的子电网与蓄能器连接，而使得不包括被分配给多个当前运行状态中的至少一个运行状态的部件的子电网与蓄能器分离。在多个当前的运行状态中，例如在行驶运行和同时的空气调节运行或类似运行中，如果子电网的至少一个部件被分配给多个当前的运行状态中的一个，就足以在蓄能器和相应的部件或其子电网之间建立连接。相应地，在多个当前运行状态下，未被分配给当前运行状态中的任何一个的部件或子电网则与蓄能器分离，即，在机动车的当前运行状态下不需要的部件也与蓄能器分离。
22.在本发明的一个优选的设计方案中可以规定，被分配给行驶运行状态、直流充电运行状态、交流充电运行状态、低压车载电网供电运行状态、加热运行状态、空调运行状态、
底盘调节运行状态和/或排气处理运行状态的部件分别布置在单独的子电网中。相应地，运行状态信息能够作为运行状态描述行驶运行状态、直流充电运行状态、交流充电运行状态、低压车载电网供电运行状态、加热运行状态和/或空调运行状态。
23.根据本发明可以规定，为行驶运行状态分配有至少一个构造为动力电机的部件、为直流充电运行状态分配有至少一个构造为直流充电装置的部件、为交流充电运行状态分配有至少一个构造为交流充电装置的部件、为低压车载电网供电运行状态分配有至少一个构造为直流电压变换器的部件、为加热运行状态分配有至少一个构造为加热器的部件、为空气调节运行状态分配有至少一个构造为空调装置的部件、为底盘调节运行状态分配有构造为底盘装置的部件和/或为排气处理运行状态分配有构造为排气处理装置的部件。
24.部件的这种划分能够实现不同的子电网的形成或者部件对于这种运行状态的分配，使得所有子电网不同时运行。例如，不同时需要交流充电装置和直流充电装置来对蓄能器充电。此外，例如不需要与直流充电装置和/或交流充电装置同时使用车载电网的、或者具有车载电网的机动车的一个或多个动力电机，这是因为构造为电动车的机动车通常在静止时进行充电。构造为直流电压变换器的、用于在低压车载电网供电运行状态中给低压车载电网供电的部件例如可以将蓄能器的电压转换到例如12v、24v或48v的电压水平。根据电压水平，低压车载电网也可以被称为中压车载电网(mv车载电网)。
25.按照本发明可以规定，车载电网是尤其具有60v或者更大电压的高压车载电网。高压车载电网的电压例如能够在200v和1500v之间。蓄能器例如可以是动力蓄能器如动力电池，借助于该动力蓄能器例如可以运行车载电网的至少一个构造为动力电机的部件。
26.对于根据本发明的机动车规定，该机动车包括根据本发明的车载电网。在此，关于根据本发明的车载电网的全部实施方案也相应地适用于根据本发明的机动车。
27.对于根据本发明的用于运行车载电网的方法规定，车载电网包括控制装置、蓄能器以及多个能通过蓄能器运行的部件，其中，车载电网被划分为至少两个子电网并且子电网分别包括所述部件中的至少一个，其中，不同子电网的部件分别被分配给机动车的至少一个不同的运行状态，其中，子电网中的每个能通过至少一个开关装置与蓄能器分离，其中，控制装置根据描述机动车的至少一个当前运行状态的运行状态信息来操控开关装置，使得包括被分配给当前运行状态的部件的子电网与蓄能器连接，而使得不包括被分配给当前运行状态的部件的子电网与蓄能器分离。
28.根据本发明可以规定，控制装置在多个当前运行状态下根据运行状态信息来操控开关装置，使得包括被分配给多个当前运行状态中的至少一个的部件的子电网与蓄能器连接，而使得不包括被分配给多个当前运行状态中的至少一个的部件的子电网与蓄能器分离。
29.所有前面参照根据本发明的车载电网或根据本发明的机动车描述的优点和设计方案相应地也适用于根据本发明的方法，反之亦然。
附图说明
30.本发明的其它优点和细节从下面描述的实施例中以及根据附图得出。这些附图是示意性的图示并且示出：
31.图1示出根据本发明的机动车的示意性侧视图，
32.图2示出根据本发明的车载电网的第一实施例，和
33.图3示出根据本发明的车载电网的第二实施例。
具体实施方式
34.在图1中示出机动车1的示意性侧视图。机动车1包括车载电网2，该车载电网包括蓄能器3。车载电网2用于将可从蓄能器3获取的电能分配在机动车1中。蓄能器3是高压蓄能器，其也用作机动车1的动力蓄能器。蓄能器3例如可以被构造为电池并且包括多个并联和/或串联连接的电池单体。
35.在图2中示出车载电网2的第一实施例。车载电网2除了蓄能器3之外还包括控制装置4以及多个可通过蓄能器3运行的部件5-9。车载电网2在本实施例中被划分为五个子电网10-14，其中，子电网中的每个子电网包括部件5-9中的一个。子电网10-14的部件5-9分别经由至少一个开关装置15-19可与蓄能器3分离。
36.开关装置15-19分别包括至少一个开关元件20，借助于该开关元件分别可断开所属的子电网10-14与蓄能器3的一个极或与蓄能器3的两个极的连接。此外，设置有两个主分离元件21，通过该主分离元件使蓄能器3可附加地与开关装置15-19分离，并因此与部件5-9分离或与整个子电网10-14分离。主分离元件21也分别被实施为开关元件。主分离元件21和/或开关装置15-19的开关元件20可分别例如被实施为半导体开关，尤其是被实施为晶体管和/或被实施为接触器。主分离元件21以及开关装置15-19和蓄能器3可以布置在蓄能器3的公共的壳体22中。
37.通过开关装置15-19，部件5-9的输入端分别可被切换为无电压的，其方式是，分别断开开关装置15-19的至少一个开关元件20。在此，开关装置15、17和19各自包括开关元件20，从而可以分别中断在蓄能器3的正极与部件5、7和9的输入端之间的连接。开关装置16和18各自包括两个开关元件20，从而可以分别中断在蓄能器3的正极和负极与部件6和8的输入端之间的连接。
38.分别布置在单独的子电网10-14中的部件5-9分别被分配给机动车1的至少一个不同的运行状态。在此，部件5例如构造为空调装置并且与机动车1的空调运行状态相关联。部件6构造为动力电机并且被分配给机动车1的行驶运行状态。部件7构造为直流电压变换器并且与机动车1的低压车载电网供电运行状态相关联。部件8构造为直流充电装置并且相应地被分配给机动车1的直流充电运行状态。部件9构造为交流充电装置并且与机动车1的交流充电运行状态相关联。
39.根据机动车1的至少一个当前运行状态，不是同时需要所有部件5-9。例如，在直流充电运行状态中蓄能器3通过直流电源充电，在该直流充电运行状态中例如仅需要用于给低压车载电网供电的、构造为直流电压变换器的部件7和构造为直流充电装置的部件8。因为机动车在充电运行状态下不运动，所以例如在那里不需要构造为动力电机的部件6。也可能的是，在充电运行状态中例如也不需要构造为空调装置的部件5。此外，在直流电充电运行状态中，同样不需要构造为交流充电装置的部件9。
40.以机动车1的行驶运行状态作为另一示例，在该行驶运行状态下需要构造为动力电机的部件8。此外，除了行驶运行状态之外，为了运行低压部件还可以提供低压车载电网供电运行状态，对于该低压车载电网供电运行状态，构造为直流电压变换器的部件7被运
行。附加地，可提供空调运行状态，在其中使用构造为空调装置的部件5。因为机动车在行驶期间不能充电，所以不需要构造为充电装置的部件8和9，从而这些部件通过与子电网13和14的分离而关断并且至少在输入侧可以切换为无电压的。
41.另一示例是机动车1的驻车空调装置，其中需要构造为动力电机的部件8。对此附加地，例如当机动车在停车期间被充电时，能够提供充电运行状态，和/或当例如使用机动车的通过低压车载电网运行的多媒体装置时，例如能够提供低压车载电网供电运行状态。
42.除了这些示例之外，还可以实现其它运行状态或运行状态的组合，其中分别仅需要部件5-9的一部分。在此，各个不需要的部件5-9或子电网10-14分别经由开关装置15至19与蓄能器分离并且至少在输入侧被切断电压。在此，现有的部件对可能的运行状态以及分别考虑的运行状态的分配尤其可以针对机动车1的类型和/或实施方式。
43.机动车的一个或多个当前运行状态通过运行状态信息来描述，该运行状态信息被提供给控制装置4。控制装置4在此可以自己确定运行状态信息，或者可以由机动车1的另一控制器(未示出)将运行状态信息传输给控制装置4。控制装置4在用于运行车载电网2的方法中根据运行状态信息操控开关装置15-19，以便将对于至少一个当前运行状态不需要的部件与蓄能器3分离。在此，开关装置15-19通过控制装置4这样操控，使得包括被分配给当前运行状态的部件5-9的子电网10-14分别与蓄能器3连接，并且使得不包括被分配给当前运行状态的部件5-9的子电网10-14与蓄能器3分离。为了清楚起见，在图2中未示出控制装置4与开关装置15-19之间的连接。
44.在描述多于一个当前运行状态的运行状态信息、例如机动车1的行驶运行状态以及机动车1的空调运行状态的情况下，分别通过相应子电网10-14与蓄能器3的连接来运行被分配给运行状态中的至少一个运行状态的部件5-9。未被分配给当前运行状态中任何一个的部件5-9通过相应地操控开关元件15-19与蓄能器3分离。
45.对车载电网2中的部件5-9以及子电网10-14上的当前图示未穷举。车载电网2尤其可以包括另外的部件，例如为机动车的加热运行状态分配的构造为加热元件的部件、为底盘调节运行状态分配的构造为底盘装置的部件、和/或为排气处理运行状态分配的构造为排气处理装置的部件。这些部件在此尤其是可以布置在一个或多个子电网中，其中，所述一个或多个子电网分别通过开关装置与蓄能器3连接，使得另外的部件也可以根据运行状态信息与蓄能器3连接或与其分离。例如，当自适应底盘调节被激活时，可以提供底盘调节运行状态，并且例如，当机动车1包括内燃机并且该内燃机正在运行时，可以提供排气处理运行状态。
46.车载电网2例如可以是高压车载电网，尤其是具有60v或更大的直流电压的高压车载电网，其中，车载电网2中的高压由蓄能器3提供。高压车载电网的电压例如可以是200v、400v、800v、1000v或1500v。构造为直流电压变换器的部件7例如可以用于给低压车载电网供给12v至48v之间的电压，该低压车载电网也可以称为中压车载电网。
47.通过主分离元件21可以将蓄能器3与所有子电网10-14分离，例如当机动车1被关闭或关断时。对于部件中的一些，如对于构造为动力电机的部件6和/或对于构造为直流充电装置的部件8，出于安全原因对于开关装置16或18分别设有两个开关元件20，使得可以相应单独地断开与蓄能器3的正极的连接和与蓄能器3的负极的连接。对于其它部件，在此对于部件5、7、9，通过单个开关元件20仅断开与蓄能器3的正极的连接就足够了。
48.通过开关装置15-19也使部件5-9的输入端切断电压，使蓄能器3的电压不再作用在部件5-9的输入端上。这减少了各个部件5-9的运行时间，这是因为这些部件在输入侧也仅当机动车1的当前运行状态需要时才与蓄能器3连接。
49.通过将部件5-9分配在各个子电网10-14中或者将部件5-9分配给机动车1的各个运行状态，有利地实现了，在机动车1的不同运行状态中，同时处于运行中的部件5-9的数量分别小于车载电网2的部件5-9的总数。以这种方式，设置用于例如在输入侧布置在部件5-9中的滤波装置的总电容分别被分配给部件5-9的子集。由此增大了每个部件可用的总电容的份额。这实现了，可以在例如构造为emv滤波器的滤波装置中使用更大的电容并且相应地能够降低在滤波装置中的电感。这有利地降低了结构空间需求以及在部件5-9中的滤波装置的成本和重量。
50.在图3中示出车载电网2的第二实施例。该车载电网在蓄能器3、控制装置4、部件5-9以及子电网10-14方面相应于车载电网2的第一实施例。但是区别在于，车载电网2仅具有一个单个的主分离元件21，该主分离元件可以将蓄能器3的负极与所有子电网10-14分离。因为对于子电网10-14中的每个都设置有作为开关装置15-19的组成部分的开关元件20，所以可以有利地取消将蓄能器3的正极与子电网10-14或部件5-9分离的主分离元件，这是因为该分离也可以通过开关装置15-19的相应的集成到正极路径中的开关元件20来分离。