Электрическая сеть для автотранспортного средства

Группа изобретений относится к электрической сети для автотранспортного средства и к способу распределения электрической энергии в электрической сети автотранспортного средства. Электрическая сеть содержит сеть высокого напряжения и сеть низкого напряжения. К сети высокого напряжения подключен электрический двигатель. К сети низкого напряжения подключен минимум один элемент низкого напряжения. Минимум один элемент низкого напряжения выполнен в виде источника электрической энергии и/или в виде потребителя электрической энергии. Сеть высокого напряжения и сеть низкого напряжения электрически соединены друг с другом посредством преобразователя напряжения постоянного тока. Преобразователь напряжения постоянного тока выполнен с возможностью осуществления обмена электрической энергией между сетями высокого и низкого напряжения в двух противоположных направлениях, также преобразователь напряжения постоянного тока передает электрическую энергию в первом или во втором направлении в зависимости от напряжения в сети высокого или низкого напряжения. Достигается упрощение конструкции электрической сети для автотранспортного средства. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электрической сети для автотранспортного средства, содержащей часть сети высокого напряжения, к которой подключена электрическая машина, часть сети низкого напряжения, к которой подключен по меньшей мере один элемент низкого напряжения, при этом по меньшей мере один элемент низкого напряжения выполнен в виде источника электрической энергии и/или в виде потребителя электрической энергии, при этом часть сети высокого напряжения и часть сети низкого напряжения электрически соединены друг с другом посредством преобразователя напряжения постоянного тока.

Кроме того, изобретение относится к автотранспортному средству с электрической сетью, которая содержит часть сети низкого напряжения и часть сети высокого напряжения.

изобретение также относится к способу распределения электрической энергии в электрической сети автотранспортного средства, содержащей часть сети высокого напряжения, к которой подключена электрическая машина, часть сети низкого напряжения, к которой подключен по меньшей мере один элемент низкого напряжения, при этом по меньшей мере один элемент низкого напряжения выполнен в виде источника электрической энергии и/или в виде потребителя электрической энергии, при этом части сети напряжения соединены друг с другой посредством преобразователя напряжения постоянного тока.

Уровень техники

Конструкция бортовой сети в автотранспортном средстве содержит, как правило, две различные части сети, которые обеспечивают различные электрические напряжения и в которые встроены различные электрические элементы в виде источника и/или приемника электрической энергии. Часть сети низкого напряжения конструкции бортовой сети, как правило, имеет напряжение бортовой сети, составляющее 12 В, и в нее посредством преобразователя напряжения постоянного тока из бортовой сети высокого напряжения подается электрическая энергия и, соответственно, более высокое электрическое напряжение.

Автотранспортное средство с соответствующей бортовой сетью представлено, например, в документе US 8,437,910 B2.

В современных автотранспортных средствах существует, однако, требование обеспечить кроме подачи питания в 12 В подачу питания в 48 В, для чего, как правило, в бортовую сеть обычно монтируют дополнительный преобразователь напряжения постоянного тока и дополнительный аккумулятор электрической энергии, чтобы получить третью часть сети напряжения. В данном случае является недостатком то, что из-за дополнительных компонентов подача питания в бортовой сети является сложной с технической точки зрения и связана с высокими расходами.

Раскрытие сущности изобретения

Следовательно, задачей настоящего изобретения является предоставление электрической сети для автотранспортного средства, характеризующейся малой степенью сложности с технической точки зрения и низкими расходами, а также способа распределения электрической энергии в автотранспортном средстве для подачи на потребители электрической энергии в автотранспортном средстве напряжения с дополнительным значением напряжения.

В случае представленной выше электрической сети эта задача решена благодаря тому, что преобразователь напряжения постоянного тока выполнен для осуществления обмена электрической энергией между частями сети напряжения в двух противоположных направлениях.

Кроме того, в случае представленного выше автотранспортного средства эта задача решена с помощью электрической сети согласно настоящему изобретению.

Наконец, в случае представленного выше способа эта задача решена благодаря тому, что преобразователь электрической энергии передает электрическую энергию в первом или во втором направлении в зависимости от напряжения в одной из частей сети напряжения.

Поскольку преобразователь напряжения постоянного тока может передавать электрическую энергию в двух противоположных направлениях и может соответствующим образом устанавливать напряжение с обеих сторон преобразователя напряжения постоянного тока, часть сети низкого напряжения может снабжаться энергией непосредственно из части сети высокого напряжения и отдельно от нее, так что необходимое напряжение для потребителя в части сети низкого напряжения также может подаваться без использования дополнительного устройства управления и дополнительного аккумулятора низкого напряжения. В результате этого можно отказаться от дополнительного аккумулятора электрической энергии, вследствие чего можно снизить степень сложности с технической точки зрения и расходы в отношении электрической сети автотранспортного средства.

Благодаря этому цель настоящего изобретения достигается полностью.

В одном предпочтительном варианте осуществления преобразователь напряжения постоянного тока меняет направление потока электрической энергии между частями сети в зависимости от напряжения в одной из частей сети напряжения.

В результате возможен обмен энергией между частями сети с малой степенью сложности с технической точки зрения в зависимости от фактически подаваемого напряжения в частях сети.

В одном предпочтительном варианте осуществления преобразователь напряжения постоянного тока меняет направление потока энергии в зависимости от напряжения в части сети низкого напряжения.

В результате электрическая энергия из части сети низкого напряжения может подаваться в часть сети высокого напряжения с малой степенью сложности с технической точки зрения и использоваться для приведения в действие автотранспортного средства.

В одном предпочтительном варианте осуществления преобразователь напряжения постоянного тока регулирует поток электрической энергии в направлении части сети высокого напряжения, если напряжение в части сети низкого напряжения выше порогового значения.

В результате этого можно легко с технической точки зрения снижать повышенное напряжение в части сети низкого напряжения.

В одном предпочтительном варианте осуществления преобразователь напряжения постоянного тока обеспечивает направление потока энергии в направлении части сети низкого напряжения, если напряжение в части сети низкого напряжения ниже порогового значения.

В результате этого можно легко с технической точки зрения прекращать падение напряжения в части сети низкого напряжения.

В одном предпочтительном варианте осуществления часть сети высокого напряжения содержит аккумулятор электрической энергии.

В результате этого электрическая энергия для приведения в действие автотранспортного средства может накапливаться в части сети высокого напряжения.

В одном предпочтительном варианте осуществления в части сети высокого напряжения значение напряжения больше чем 100 В.

В результате этого электрическая машина для приведения в действие транспортного средства может обеспечивать необходимую тяговую мощность.

В одном предпочтительном варианте осуществления в части сети низкого напряжения напряжение составляет меньше чем 60 В, в частности 36—59 В.

В результате этого множество потребителей электрической энергии в автотранспортном средстве снабжаются электрической энергией.

В одном предпочтительном варианте осуществления часть сети низкого напряжения не содержит аккумулятора электрической энергии.

В результате этого в целом можно снизить степень сложности с технической точки зрения электрической сети.

В итоге благодаря электрической сети и отдельному обеспечению постоянного напряжения в части сети низкого напряжения можно обеспечить отдельную подачу питания в автотранспортном средстве, при этом можно отказаться от другой, отдельной части сети в бортовой сети автотранспортного средства и, соответственно, можно отказаться от дополнительного аккумулятора энергии, а также дополнительного устройства управления. Вследствие этого в автотранспортном средстве может обеспечиваться дополнительное значение напряжения с малой степенью сложности с технической точки зрения и низкими расходами.

Разумеется, упомянутые выше признаки и признаки, которые еще необходимо объяснить ниже, могут использоваться не только в соответственно указанной комбинации, но и в других комбинациях или по отдельности без отклонения от объема настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Примеры вариантов осуществления настоящего изобретения показаны на чертеже и более подробно объяснены в приведенном ниже описании. При этом:

на фиг. 1 показано схематическое изображение автотранспортного средства с электрической сетью, которая содержит две различные части сети.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 схематически показано автотранспортное средство, которое в общем обозначено ссылочной позицией 10. Автотранспортное средство 10 содержит трансмиссию 12, которая в данном случае содержит электрическую машину 14 для обеспечения приводной мощности. Трансмиссия 12 служит для приведения в действие приводимых колес 16L, 16R автотранспортного средства 10.

Электрическая машина 14 соединена посредством вала 18 двигателя с коробкой 20 передач, при этом электрическая машина 14 обеспечивает на ведущем валу 18 крутящий момент t и при этом ведущий вал 18 вращается с установленной частотой вращения n. Коробка 20 передач соединена посредством дифференциала 22 с приводимыми колесами 16R, 16L.

Для приведения в действие электрической машины 14 или для подачи питания на электрическую машину 14, электрическая машина 14 соединена в целом посредством части 24 сети высокого напряжения с аккумулятором 26 электрической энергии или тяговой аккумуляторной батареей 26 высокого напряжения. Аккумулятор 26 электрической энергии при этом соединен с электрической машиной 14 посредством блока 28 управления, чтобы соответствующим образом приводить в действие электрическую машину 14 или подавать на нее питание. Кроме того, часть 24 сети высокого напряжения посредством преобразователя 30 напряжения постоянного тока электрически соединена или связана с частью 32 сети низкого напряжения, при этом часть 32 сети низкого напряжения в целом соединена с электрическими элементами 34, 36 низкого напряжения, такими как, например, электрическое устройство 34 обеспечения поперечной устойчивости или компрессор 36 кондиционера. Электрические элементы 34, 36 низкого напряжения могут быть выполнены как в виде источника электрической энергии, так и в виде приемника электрической энергии и, следовательно, в зависимости от применения могут как принимать электрическую энергию, так и отдавать ее.

Кроме того, преобразователь 30 напряжения постоянного тока выполнен как с возможностью подачи электрической энергии из части 32 сети низкого напряжения в часть 24 сети высокого напряжения, так и с возможностью подачи электрической энергии из части 24 сети высокого напряжения в часть 32 сети низкого напряжения, как показано стрелкой 38.

Часть 24 сети высокого напряжения имеет напряжение больше чем 100 В или 800 В, и посредством электрической машины 14 в ней обеспечивается напряжение за счет регенерирования или посредством аккумулятора 26 электрической энергии. Часть 32 сети низкого напряжения обеспечивается электрической энергией посредством преобразователя 30 напряжения постоянного тока, и электрическое напряжение в части 32 сети низкого напряжения посредством преобразователя 30 напряжения постоянного тока соответствующим образом регулируется в пределах 36—59 В и обычно составляет 48 В. Следовательно, двунаправленным преобразователем 30 напряжения постоянного тока заменяют обычно применяемый в таких случаях аккумулятор электрической энергии.

Чтобы напряжение в части 32 сети низкого напряжения можно было установить на 48 В, преобразователь 30 напряжения постоянного тока должен обеспечивать поток энергии в обоих направлениях, как показано стрелкой 38. Кроме того, должны быть реализованы высокие переменные технические требования.

При эксплуатации напряжение в части 32 сети низкого напряжения постоянно отслеживается и посредством преобразователя 30 напряжения постоянного тока устанавливается на 48 В. Если электрической энергией питаются элементы 34, 36 низкого напряжения и напряжение в части 32 сети низкого напряжения падает, то преобразователь 30 напряжения постоянного тока соответственно осуществляет регулирование путем подачи электрической энергии из части 24 сети высокого напряжения. Если напряжение в части 32 сети низкого напряжения увеличивается, например вследствие подачи дополнительной электрической энергии через элементы 34, 36 низкого напряжения, то преобразователь 30 напряжения постоянного тока регулирует напряжение путем подачи электрической энергии из части 32 сети низкого напряжения в часть 24 сети высокого напряжения.

Для регулирования напряжения в части 32 сети низкого напряжения соответствующим образом определяется верхнее допустимое напряжение в качестве порогового значения или в качестве максимально возможного напряжения бортовой сети в части 32 сети низкого напряжения, а также нижнее допустимое напряжение в качестве порогового значения или в качестве минимально возможного напряжения бортовой сети в части 24 сети высокого напряжения, и соответствующим образом определяется, в каком направлении преобразователь 30 напряжения постоянного тока осуществляет обмен электрической энергией между частями 24, 32 сети напряжения.

Благодаря данной концепции двух частей 24, 32 сети напряжения с двунаправленным преобразователем 30 напряжения постоянного тока, можно, соответственно, отказаться от устройства управления, а также аккумулятора электрической энергии в части 32 сети низкого напряжения.

1. Электрическая сеть для автотранспортного средства (10), содержащая:

- часть (24) сети высокого напряжения, к которой подключена электрическая машина (14);

- часть (32) сети низкого напряжения, к которой подключен по меньшей мере один элемент (34, 36) низкого напряжения, при этом по меньшей мере один элемент (34, 36) низкого напряжения выполнен в виде источника электрической энергии и/или в виде потребителя электрической энергии;

при этом часть (24) сети высокого напряжения и часть (32) сети низкого напряжения электрически соединены друг с другом посредством преобразователя (30) напряжения постоянного тока; отличающаяся тем, что преобразователь (30) напряжения постоянного тока выполнен с возможностью осуществления обмена электрической энергией между частями (24, 32) сети напряжения в двух противоположных направлениях (38).

2. Электрическая сеть по п. 1, отличающаяся тем, что преобразователь (30) напряжения постоянного тока выполнен с возможностью изменения направления (38) потока электрической энергии между частями (24, 32) сети в зависимости от напряжения в одной из частей (24, 32) сети напряжения.

3. Электрическая сеть по п. 2, отличающаяся тем, что преобразователь (30) напряжения постоянного тока выполнен с возможностью изменения направления (38) потока энергии в зависимости от напряжения в части (32) сети низкого напряжения.

4. Электрическая сеть по п. 2 или 3, отличающаяся тем, что преобразователь (30) напряжения постоянного тока обеспечивает поток (38) электрической энергии в направлении части (24) сети высокого напряжения, если напряжение в части (32) сети низкого напряжения выше порогового значения.

5. Электрическая сеть по одному из пп. 2-4, отличающаяся тем, что преобразователь (30) напряжения постоянного тока обеспечивает направление (38) потока энергии в направлении части (32) сети низкого напряжения, если напряжение в части (32) сети низкого напряжения ниже порогового значения.

6. Электрическая сеть по одному из пп. 1-5, отличающаяся тем, что часть (24) сети высокого напряжения содержит аккумулятор (26) электрической энергии.

7.Электрическая сеть по одному из пп. 1-6, отличающаяся тем, что в части (24) сети высокого напряжения значение напряжения больше чем 100 В.

8. Электрическая сеть по одному из пп. 1-7, отличающаяся тем, что в части (32) сети низкого напряжения напряжение составляет меньше чем 60 В, в частности 36-58 В.

9. Электрическая сеть по одному из пп. 1-8, отличающаяся тем, что часть (32) сети низкого напряжения не содержит аккумулятора электрической энергии.

10. Способ распределения электрической энергии в электрической сети автотранспортного средства (10), содержащей:

- часть (24) сети высокого напряжения, к которой подключена электрическая машина (14);

- часть (32) сети низкого напряжения, к которой подключен по меньшей мере один элемент (34, 36) низкого напряжения, при этом по меньшей мере один элемент (34, 36) низкого напряжения выполнен в виде источника электрической энергии и/или в виде потребителя электрической энергии, при этом части сети напряжения соединены друг с другом посредством преобразователя (30) напряжения постоянного тока;

отличающийся тем, что электрический преобразователь (30) напряжения постоянного тока передает электрическую энергию в первом или во втором направлении в зависимости от напряжения в одной из частей (24, 32) сети напряжения.