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1、(10)申请公布号 CN 103171502 A (43)申请公布日 2013.06.26 CN 103171502 A *CN103171502A* (21)申请号 201210554686.X (22)申请日 2012.12.19 11194967.3 2011.12.21 EP B60R 16/033(2006.01) (71)申请人 沃尔沃汽车公司 地址 瑞典哥德堡 (72)发明人 M索内松 T拉松 J达勒夫 P京贝格 D米迪霍尔姆 (74)专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 72002 代理人 舒雄文 王英 (54) 发明名称 用于向车辆的电负载供电的供电系统 (57) 摘要 本。
2、发明涉及一种用于向车辆的电负载进行供 电的电气供电系统， 包括主电池、 支援电池和电池 控制模块。 电池控制模块包括分别连接到主电池、 支援电池和电负载的第一、 第二和第三端子。 该模 块还包括电压比较器， 设置为确定第三端子处的 电压， 并当所确定的电压小于预定临界最低电压 电平时输出高输出电平。第一开关设置在第一与 第三端子之间， 第一开关能够由第一控制信号来 控制。第二开关设置在第二与第三端子之间。电 池模块设置为在第三端子处的电压下降到低于预 定临界电压时， 通过使第二开关导电来将支援电 池连接到负载。本发明提供了当输出电压下降到 低于指定电压阈值时支持能量源的自动启动。支 援电池在需。
3、要时对主电池进行支持， 或者充当冗 余电源。其只不过需要作为备用电池且并不在正 常情况下使用， 所以无需对该电池进行频繁充电， 从而增加其使用寿命。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103171502 A CN 103171502 A *CN103171502A* 1/1 页 2 1. 一种用于向车辆 （60） 的电负载 （2、 3） 进行供电的电气供电系统 （1） ， 所述系统包 括 ： - 主电池 （6） 。
4、； - 支援电池 （7） ； - 电池控制模块 （8） ， 包括 ： 第一端子， 用于连接到所述主电池 ； 第二端子， 用于连接到所述支援电池 ； 第三端子， 用于连接到所述电负载 ； 电压比较器 （16） ， 设置为确定所述第三端子处的电压， 并且当所确定的电压小于预 定临界最低电压电平时输出高输出电平 ； 第一开关 （21） ， 设置在所述第一端子 （11） 与所述第三端子 （13） 之间， 所述第一开关 能够由第一控制信号 （S1） 来控制， 第二开关 （22 、 22” ） ， 设置在所述第二端子与所述第三端子之间， - 所述电池控制模块 （8） 设置为在所述第三端子处的电压下降到低于。
5、预定临界电压的 情况下， 通过使所述第二开关导电来将所述支援电池连接到所述负载。 2. 根据权利要求 1 所述的电气供电系统， 其中， 所述电池控制模块设置为接收第二控 制信号， 并且当接收到所述第二控制信号时使所述第二开关导电。 3. 根据前述权利要求中的任一项所述的电气供电系统， 其中， 所述第二开关包括以背 对背配置设置的两个 MOSFET 装置。 4. 根据前述权利要求中的任一项所述的电气供电系统， 其中， 如果所述主电池与所述 系统断开， 则使所述第一开关不导电并使所述第二开关导电。 5. 根据前述权利要求中的任一项所述的电气供电系统， 其中， 所述系统还包括预碰撞 传感器， 所述预。
6、碰撞传感器设置为检测危险情况并且发起待要发送到所述电池控制模块的 信号， 所述电池控制模块在接收到所述信号时使所述第二开关 （22） 导电。 6. 根据前述权利要求中的任一项所述的电气供电系统， 其中， 所述系统还包括连接到 所述第三端子的电气充电器 （4） ， 所述电压传感器设置为识别何时应用所述充电器， 并使所 述第一开关 （21） 和所述第二开关 （22） 这两者导电， 从而同时对所述支援电池和所述主电 池这两者进行充电。 7. 根据前述权利要求中的任一项所述的电气供电系统， 所述电池控制模块还包括第四 端子 （14 、 14” ） ， 所述第四端子 （14 、 14” ） 经由电源线路。
7、连接到所述主电池并且经由第三 开关 （23） 连接到所述第三端子 （13） ， 其中在标准停止 / 起动事件期间， 通过使所述第一开 关和所述第三开关 （21、 23） 不导电而使所述主电池与所述第三端子 （即， 所述车辆负载） 分 离， 以便至少在连接到所述第四端子的使用中只向起动器电机馈电， 同时通过使所述第二 开关 （22） 导电来使所述支援电池连接到所述第三端子， 以向所述车辆负载馈电。 8. 一种电池控制模块， 其用于根据前述权利要求中的任一项所述的系统中。 9. 包括根据权利要求 1-7 中的任一项所述的电气供电系统的车辆。 权 利 要 求 书 CN 103171502 A 2 1。
8、/4 页 3 用于向车辆的电负载供电的供电系统 技术领域 0001 本发明涉及用于向车辆的电负载供电的电气供电系统、 电池控制模块以及包括这 种电气供电系统的车辆。 背景技术 0002 节省现今车辆中的燃油的一种方式是使用所谓的自动起动停止功能， 该功能在车 辆每次达到完全停止前进 （诸如， 在交通灯处） 时关闭发动机， 并将其自动重新起动。具有起 动停止功能的车辆中的一些继电器功能比以前受到更加频繁的影响， 这对于可靠性、 控制 和诊断提出了更高的要求。此外， 还需要各种顺序的非常快和高的电流。车辆电气系统的 电压电平可以宽范围地变化， 这产生了电子系统发生故障的风险。 0003 专利申请 。
9、DE102010000656 描述了用于使用两个电池的车辆的供电系统。这种车 辆的供电系统具有向起动器供电的第一电池以及具有比第一电池更小的内电阻的第二电 池。开关设置在第一电池与第二电池之间的馈电线路之间。供电系统控制单元对该开关 进行控制。在发动机运行期间， 供电系统控制单元在停止发动机的时段中导通该开关， 在 运行起动器时关断该开关元件， 并当第二电池的容量小于预定值时导通该开关元件。按照 此方式， 对电子系统进行保护， 并始终借助于第二电池对该电子系统提供充足的电能。在 DE102010000656 的系统中， 对这两个电池不断地进行充电和放电， 这将不利地影响这两个 电池的使用寿命。。
10、 0004 本发明的目的是提供一种上述电气供电系统的替代方案， 其中， 较少地使用第二 电池以便增加其使用寿命， 这将减少维护费用。 发明内容 0005 根据本发明的一个方面， 一种用于向车辆的电负载进行供电的电气供电系统包 括 ： 主电池、 支援电池 （support battery） 和电池控制模块。所述电池控制模块包括用于连 接到所述主电池的第一端子、 用于连接到所述支援电池的第二端子、 以及用于连接到所述 电负载的第三端子。此外， 所述模块还包括电压比较器， 其设置为确定第三端子处的电压， 并且当所确定的电压小于预定临界最低电压电平时输出高输出电平。 第一开关设置在所述 第一端子与所述。
11、第三端子之间， 所述第一开关能够由第一控制信号来控制。第二开关设置 在所述第二端子与所述第三端子之间。 所述电池模块设置为在所述第三端子处的电压下降 到低于预定临界电压的情况下， 通过使所述第二开关导电来将所述支援电池连接到所述负 载。 0006 本发明提供了当输出电压下降到低于指定电压阈值时支持能量源的自动启动。 所 述支援电池在需要时对所述主电池进行支持， 或者充当冗余电源。其只不过需要作为备用 电池且并不在正常情况下使用， 所以无需对该电池进行频繁充电， 从而增加其使用寿命。 0007 在一个实施例中， 所述电池控制模块设置为接收第二控制信号， 并且当接收到所 述第二控制信号时使所述第二。
12、开关导电。 所以当接收到第二信号时或者当输出电压降低时 说 明 书 CN 103171502 A 3 2/4 页 4 或者当处于这两种情况时， 将会使第二开关导电。 0008 在一个实施例中， 第二开关包括以背对背配置设置的两个MOSFET装置。 MOSFET能 够非常快速地进行切换。此外， 当该开关断开 （即， 非导电） 时， 背对背配置导致完全隔离的 支援电池。 0009 在一个实施例中， 如果主电池与所述系统断开， 则使第一开关不导电， 并使第二开 关导电。所以例如在汽车碰撞的情况下， 失去输入电压， 并使第一开关不导电， 隔离任何故 障。与此同时， 使第二开关导电， 以切换作为冗余电源。
13、的支援电源。这意味着在碰撞之后， 仍然对汽车的一些必要特征进行供电， 诸如汽车锁。 0010 在一个实施例中， 所述系统还包括预碰撞传感器， 所述预碰撞传感器设置为检测 危险情况并且发起待要发送到所述电池控制模块的信号， 所述电池控制模块在接收到所述 信号时使所述第二开关导电。该实施例在预防 （avoidance） 情形或者预碰撞情形中是有利 的。 在这些情形中， 所述第二开关将会自动启动和连接所述支援电源， 以帮助使电压保持在 适当电平。 0011 在一个实施例中， 所述系统还包括连接到所述第三端子的电气充电器， 所述电压 传感器设置为识别何时应用所述充电器， 并使所述第一开关和所述第二开关。
14、这两者导电， 从而同时对所述支援电池和所述主电池这两者进行充电。 所以对于在同一时间对两个电池 进行充电而言， 只需要一个充电器。 0012 在一个实施例中， 所述电池控制模块还包括第四端子， 所述第四端子经由电源线 路连接到所述主电池并且经由第三开关连接到所述第三端子， 其中在标准停止 / 起动事件 期间， 通过使所述第一开关和所述第三开关不导电而使所述主电池与所述第三端子 （即， 所 述车辆负载） 分离， 以便至少在连接到所述第四端子的使用中只向起动器电机馈电， 同时通 过使所述第二开关导电来使所述支援电池连接到所述第三端子， 以向所述车辆负载馈电。 该实施例提供了车辆在手摇起动 （cra。
15、nking） 期间的全部功能， 并且使得在车辆移动 （例如， 在滑行 （coastal） 模式下） 的同时能够手摇起动。 0013 根据本发明的一个方面， 提供了一种用于如上所述的系统的电池控制模块。 0014 根据另外的方面， 提供了一种包括如上所述的电气供电系统的车辆。 附图说明 0015 以下将会仅通过示例的方式并参照附图来进一步描述本发明， 在附图中 ： 0016 图 1 是根据本发明的一个实施例的电气供电系统的示意图 ； 0017 图 2 示意性地示出了与发动机控制模块进行通信的电池控制模块 ； 0018 图 3 示意性地示出了根据一个实施例的包括电池控制模块的车辆。 具体实施方式 。
16、0019 图1是连接到车辆负载2、 EPAS 3和交流发电机4的电气供电系统1的示意图。 此 外， 起动电机 5 示出为也连接到供电系统 1。在图 1 的实施例中， 电气供电系统 1 包括主电 池 6、 支援电池 7 和电池控制模块 8。电池控制模块 8 包括用于连接到主电池 6 的第一端子 11、 用于连接到支援电池 7 的第二端子 12、 以及用于连接到电负载 2 和 EPAS 3 的第三端子 13。电压比较器 16 设置为确定第三端子 13 处的电压电平， 并当所确定的电压小于预定临 说 明 书 CN 103171502 A 4 3/4 页 5 界最低电压电平时输出高输出电平。第一开关 。
17、21 设置在第一端子 11 与第三端子 13 之间， 其中第三端子 13 还称为输出端子 13。第一开关 21 由信号接口输入端 24 处的第一控制信 号 S1 来控制。第二开关 22 设置在第二端子 12 与第三端子 13 之间。在该实施例中， 当处 于导电状态时， 存在将第三端子 13 连接到第四端子 14 的第三开关 23。第三开关 23 也由信 号 S1 来控制。 0020 电池控制模块 8 还包括微处理器 25， 微处理器 25 设置为接收来自线路输入 （Line-IN） （LIN） 26 的信号和 S2 信号， 参见信号接口输入端 27。在该实施例中， 微处理器 25 由连接到电源。
18、 （例如， 12V 直流源） 的馈电线路 28 进行供电。信号接口输入端 29 表示到 地的连接。该微处理器包括单元 30， 单元 30 是接收来自电压比较器 16 的第一输入和作为 第二输入的信号 S2 的逻辑或端口 30。 0021 在图 1 的实施例中， 开关 22 包括背对背连接的 MOSFET 晶体管 22 和 22” 。这两个 MOSFET 晶体管 22 、 22” 中的每一个均并联设置有二极管。此外， 该电池控制模块还包括电 流传感器 34， 其设置为测量当处于导电状态时流过开关 22 的电流。 0022 主电池通过电源线路 35 连接到第四端子， 其中在电源线路 35 中设置有。
19、烟火装置 36。 在短路的情况下启动该烟火装置36， 以便将主电池与连接到第三端子13的车辆负载2、 3 断开。与电源线路 35 并联的是包括保险丝 38 的线路 37。图 1 还示出了包括多个保险丝 41、 42、 43 的保险丝盒 40。附图标记 44 表示螺线管开关， 其设置为将起动器与第四端子 14 连接和断开。应当注意， 端子 14 和 14” 描述为两个端子， 而它们可以被视为一个端子 14。 0023 根据本发明的一个方面， 在第三端子处的电压 （Vout）下降到低于预定临界电压 （VIow） 的情况下， 电池控制模块 1 设置为通过使第二开关 22 导电来将支援电池 7 连接到。
20、负 载 2、 3。通过硬件来实现电压比较器 16 和逻辑或单元 30 这两者， 使得一旦输出电压 Vout降 到低于指定电压阈值 VIow时能够非常快速地切换第二开关 22， 并且从而非常快速启动支援 电池 7。支援电池 7 在需要时支援主电池 6， 或者充当为冗余电源。支援电池 7 只不过需要 作为备用电池， 且并不在正常情形下使用。因此， 与已知系统相比， 不需要对支援电池 7 频 繁进行充电， 这将增加其使用寿命， 并降低维护费用。 0024 所提出的解决方案使得车辆中的电压电平能够保持在可以满足临界性能 （例如， 转向和制动） 的范围之内。可以处理车辆中的任何种类的暂态高电负载。 00。
21、25 在一个实施例中， 预碰撞传感器 （未示出） 设置为发起高 S2 信号， 从而使第二开关 22 导电。这将导致支援电池 7 到负载 2、 3 的主动连接， 这对于电动助力转向 （即， EPAS 3） 、 制动系统或者电气安全带的快速启动方面是有利的。 通过准时切换第二开关和自动连接支 援电池 7， 将会帮助保持输出电压处于适当的电平， 以避免电气系统发生故障。 0026 在一个实施例中， 如果主电池与车辆断开的情形发生 （例如， 在碰撞中） ， 则支援电 池7充当为冗余电源。 如果失去了端子11和14处的输入电压， 则使开关21、 23关断并隔离 任何故障。与此同时， 使开关 22 导电来。
22、切换作为冗余电源的支援电源 7。优选地， 开关 21、 23 对电压进行内部测量， 从而检测主供电端子 11 和 14 的失去。将该信息通信到微处理器 25， 在该情况下微处理器 25 生成信号 S2， 使得第二开关 22 导电， 并将支援电池 7 连接到车 辆负载 2、 3。 0027 电池控制模块还充当在作为标准停止 / 起动车辆的两个电源之间的切换装置， 并 且由于其快速反应， 该电池控制模块可以用于满足滑行场景 （coasting scenarios） 中的系 说 明 书 CN 103171502 A 5 4/4 页 6 统安全需求。在标准停止 / 起动事件期间， 通过开关 21、 2。
23、3 使主电池 6 与车辆负载 2、 3 分 离， 以便只向起动器电机 5 馈电。与此同时， 支援电池 7 通过开关 22 连接到车辆， 以向车辆 的电负载 2、 3 馈电。这将保持车辆在手摇起动期间的全部功能 （在非停止 / 起动车辆中， 在 手摇起动期间关闭诸如转向、 车灯和娱乐资讯等负载） ， 从而在车辆移动的同时能够手摇启 动。此外， 当交流发电机没有运行时 （例如， 当发动机被关闭而车辆仍然移动时， 例如滑行） ， 该系统将能够处理上述的暂态事件。 0028 电池控制模块 1 解决了在同一时间使用双充电器或者一个充电器的问题。启动电 压传感器 （例如， 电压传感器 50） 以识别何时应。
24、用充电器， 并将开关 22 切换到导电状态， 同 时对这两个电池 6、 7 进行充电。 0029 当端子 14 处的高电压消失时， 开关 22 将再次断开， 使这两个电池 6 和 7 分离， 从 而避免这些电池彼此之间循环。 0030 通过背对背地连接两个 MOSFET 22 和 22” ， 这两个 MOSFET 形成开关 22， 当开关 22 关断时， 使支援电池 7 与负载或者主电池 6 完全隔离。这就是为何两个背对背的 MOSFET 比 仅一个 MOSFET 更优选。 0031 应当注意， 端子 13 称为输出端子， 但如本领域普通技术人员所已知的， 该端子也 是交流发电机4所产生的电能。
25、的输入端。 在外部充电的情况下， 使用传感器50对端子14处 的电压进行测量， 并且当检测到高电压时使开关 22 导电， 导致对支援电池 7 进行充电。电 流传感器34设置为连续地测量电流并检测过电流。 在检测到过电流的情况下， 微处理器25 将会关断开关 22 以保护该开关。 0032 图 2 示意性地示出了与发动机控制模块 （ECM） 55 通信的电池控制模块 1。ECM 55 接收来自各个传感器的信息， 然后将信号发送到诸如燃料喷射器和定时等元件， 以便使发 动机以其最佳性能和燃料经济性运转。ECM55 还将信号 （诸如信号 S1 和 S2， 还可能是线路 输入， 参加图 1 中的 26。
26、） 发送到电池控制模块 1。 0033 图3示意性地示出了包括上述电池控制模块的车辆60。 本发明首先可用于常规汽 车和混合动力汽车。在纯电动车辆中， 不需要开关 23（不存在起动器电机） ， 但是需要开关 22 和连接到开关 22 的电压比较器 16。 0034 对本领域普通技术人员来说显而易见的是， 可以在不脱离本发明的思想和目的的 情况下， 在所附权利要求的保护范围之内对本发明进行修改。 上述的车辆可以是汽车， 但其 也可以是卡车或者任何其它具有挡风玻璃的车辆。 说 明 书 CN 103171502 A 6 1/2 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103171502 A 7 2/2 页 8 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103171502 A 8 。