用于将锂离子电池作为唯一电源的车辆的双电压电气架构的制作方法

本公开总体上涉及一种用于车辆的双电压电气架构，如其名称指示的，所述双电压电气架构包括低电压网络和高电压网络。在特别方面，本公开涉及一种双电压电气架构，具体在于唯一电源是高电压锂离子电池，由此是一种没有任何低电压电池的架构。本公开能够应用于轻型车辆，诸如乘用车，也可以应用于中型和重型运载工具，诸如卡车、船只、军用/装甲运载工具、公共汽车和工程机械等运载工具类型。虽然本公开可能关于特定车辆进行描述，但是本公开不限于任何特定车辆。

背景技术：

1、在汽车行业中，已知电动车辆(ev)(包括电池电动车辆(bev)和混合动力电动车辆(hev))包括存储用于驱动车辆的(多个)电动马达的电功率的至少一个可再充电电池组。车辆电气化的趋势也在影响工程机械。在一些招标中，这甚至成为当务之急，特别是在欧洲的北欧国家，它们非常致力于生态。此外，电气工程机械因其低噪音水平而受到高度赞赏，这使得它们特别适合城市中心，医院等以及小型建筑工地，诸如家庭花园(景观工作)。

2、然而，市场上电动车辆或建筑机械的自主性仍然较低。另外，车辆还集成了许多新组件，以便提供尽可能接近柴油机或热力车辆的性能，诸如车载充电器、冷却系统等。结果，与热力车辆相比，电动车辆的最终价格仍然相当高。事实上，汽油的能量密度大约是锂离子电池的100倍。因此，锂离子电池组尽可能地大以便提供最大的自主性。

3、然而，这对于可用空间非常有限的紧凑型汽车或建筑机械而言尤其是有问题的。进一步的挑战涉及传统的铅酸电池。在传统的汽车或建筑机械中，铅酸电池用于曲柄转动柴油/汽油发动机，并且在发动机关闭时为辅助设备(收音机、ac、灯等)供电。一旦发动机运转，交流发电机用于为12v或24v网络供电，并且为12v或24v铅酸电池再充电。在小型车辆上，例如，乘用车，铅酸电池是12v电池。在重型车辆上，诸如卡车，铅酸电池是24v电池，该24v电池可以由两个串联连接的12v电池组成。

4、对于电动汽车或机器，12v或24v电池还用于唤醒电子机器控制器以及锂离子电池管理系统(bms)。此外，车载的某些电气设备/装置仍被以12v或24v供电。结果，市场上的任何电池电动车辆(bev)系统地包括具有铅酸电池的“低电压”网络(例如，12v或24v)和具有锂离子电池的“高电压”网络(例如，48v)。这被称为“双电压”电气架构或系统。

5、一旦锂离子电池被唤醒，dc/dc转换器用于将来自主锂电池源的电压转换到12v或24v低电压网络，以便为低电压电池再充电。这导致以下问题：

6、第一问题是缺乏将12v或24v铅酸电池集成在电动机器中的空间。有时，(紧凑型)摩托车电池甚至被用作克服有限空间的解决方案。然而，即使摩托车电池比汽车铅酸电池小，但缺点是容量非常小：它不能在任何条件下(例如，冬季)长期维持低电压功率。事实上，在中等温度下储存的铅酸电池估计每月的自放电率为5％。随着温度的上升或下降以及硫酸盐化风险的上升，这一比率也会增加。这可能导致无法启动电动机器的情况。

7、克服这一问题的一种可能性是嵌入容量大得多的12v铅酸电池，但因此机器自主性将受到限制(因为锂离子电池组的大小将减小)。另一种可能性是一旦发生故障就更换铅酸电池。但这通常需要时间和金钱。

技术实现思路

1、本公开的第一方面涉及一种用于车辆的双电压电气架构，所述架构包括低电压网络、高电压网络和用于将功率从高电压网络传输到低电压网络的dc/dc转换器，电气架构进一步包括：高电压锂离子电池；第一和第二接触器，其分别连接到锂离子电池的正端子和负端子；预充电电路，其由串联连接的预充电接触器和预充电电阻器组成，其中，预充电接触器和预充电电阻器与第一接触器并联连接；电池管理单元(bmu)，其用于控制接触器的断开和闭合；以及车辆启动装置。dc/dc转换器包括连接到第一接触器和预充电接触器的第一输入端子以及连接到第二接触器的第二输入端子。电气架构的唯一电源是向高电压网络输送功率的锂离子电池。电池管理单元包括连接到车辆启动装置的输入端子，使得当车辆启动装置被操作时，电气架构进入电池唤醒模式，在所述电池唤醒模式中：

2、-第一接触器断开；

3、-第二接触器和预充电接触器闭合；以及

4、-dc/dc转换器以低电压生成功率以便唤醒主车辆电子板。

5、本公开的第一方面可能寻求移除传统上能够在bev上存在的铅酸12v或24v电池。技术益处可以包括空间的增益，其允许安装具有更高容量的更大锂离子电池。另一技术优点在于启动程序更可靠，因为锂离子电池对温度条件的敏感度低于铅酸电池，由此确保无论外界温度(例如，冬季)如何都顺利启动。

6、可选地，在一些示例中，包括至少一个优选示例，车辆启动装置控制开关，该开关将电池管理单元的输入端子连接到接地端(gnd)或正电势(vcc)。

7、可选地，在一些示例中，包括至少一个优选示例，电池管理单元包括输入端子与接地端之间的下拉电阻器和/或输入端子与正电势之间的上拉电阻器。

8、可选地，在一些示例中，包括至少一个优选示例，正电势由锂离子电池生成，由此持久地为电池管理单元供电。

9、可选地，在一些示例中，包括至少一个优选示例，一旦主车辆电子板醒来，第一接触器闭合，然后，预充电接触器断开。

10、可选地，在一些示例中，包括至少一个优选示例，电池管理单元包括处理电路以检测输入端子处的电压变化，由此表示车辆启动装置的操作。

11、可选地，在一些示例中，包括至少一个优选示例，dc/dc转换器是降压转换器，每当在dc/dc转换器的两个输入端子之间施加电压时，该降压转换器自动地递降电压。

12、可选地，在一些示例中，包括至少一个优选示例，dc/dc转换器包括至少两个半导体，诸如二极管和晶体管以及至少一个蓄能元件，诸如电容器、电感器或这两者的组合。

13、可选地，在一些示例中，包括至少一个优选示例，低电压网络是12v或24v网络，并且高电压网络是48v网络。

14、本公开的第二方面涉及一种车辆，该车辆包括根据任一项前述示例的双电压电气架构。

15、可选地，在一些示例中，包括至少一个优选示例，车辆是工程机械。

16、可选地，在一些示例中，包括至少一个优选示例，车辆是电池电动车辆或混合动力电动车辆。

17、本公开的第三方面涉及一种用于启动根据前述示例的车辆的方法，该方法包括以下步骤：

18、a)操作车辆启动装置；

19、b)闭合第二接触器和预充电接触器，以便使dc/dc转换器以低电压生成功率并且唤醒主车辆电子板；

20、c)一旦主车辆电子板醒来，则闭合第一接触器，然后断开预充电接触器。

21、所公开的各方面、示例(包括任何优选示例)和/或所附权利要求可以如本领域技术人员将显而易见的那样适当地彼此组合。另外的特征和优点在以下描述、权利要求和附图中公开，并且本领域技术人员将部分地从中容易地显而易见或通过实践如本文所述的公开内容而认识。

22、本文还公开了与上文讨论的技术益处相关联的计算机系统、控制单元、代码模块、计算机实现的方法、计算机可读介质以及计算机程序产品。