CN103097171A - 用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的方法和设备 - Google Patents

Abstract

根据本发明，预给定发电机的机械转矩的期望值，并且调整发电机的发电机电流，用于调整发电机的预给定的机械转矩。

Description

用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的方法和设备

技术领域

本发明的技术领域涉及对汽车的恢复系统（Rekuperationssystem）中的发电机的驱动（Betreiben）、尤其是控制或者调节。

背景技术

鉴于CO₂排放的减少以及不断提高的燃料价格，用于减少汽车的燃料消耗并且因此减少汽车的CO₂排放（Emission）的恢复系统的意义提高。

在此，汽车的车载电网对汽车的燃料消耗和由此对汽车的CO₂排放有显著影响。100W的附加电功率例如导致在新欧洲行驶循环（NEFZ）中为大约0.1 l/100km的额外消耗。500W的车载电网负荷在这种情况下意味着为0.5 l/100km的额外消耗。

如果在制动时释放的（freiwerdend）动能或者在下坡行驶时释放的势能被用来给车载电网供电，则由此可以降低部分燃料消耗并且由此降低CO₂排放。当汽车的电机也以电动机方式被利用并且因此可以对车辆的传动力矩有贡献（升压（Boost））时，得到了用于降低燃料消耗的其他潜力。通过汽车内燃机的由此形成的负荷点偏移（Lastpunktverschiebung）可以实现附加的燃料节约。

为了能够利用制动能量，需要合适的发电机连带合适的蓄能器、譬如锂离子电池或双层电容器，以及需要合适的调节策略。

汽车的常规发电机被电压调节。也就是说，给调节器或者发电机调节器预给定期望电压，该期望压电在允许的公差范围之内由发电机调节器来调整。为此，图10示出了发电机单元1001的示意性框图。发电机单元1001具有发电机1003、发电机调节器1005和分析设备1007。发电机单元1001与汽车的车载电网1009相耦合。

通过借助发电机调节器1005调节励磁场，可以使发电机电压与车载电网负荷、转速和温度无关地保持恒定。在期望电压的情况下出现的发电机电流和由此发电机转矩在此除了车载电网负荷之外也与汽车的电池的电池状态有关。

图11进一步示出了恢复系统1101的示意性框图。图11的恢复系统1101尤其是适宜恢复的（rekuperationstauglich）车载电网，该适宜恢复的车载电网例如适于两个电压水平（Spannugsebene）。第一电压水平在此例如具有14伏特，而第二电压水平例如具有42伏特。在此，图11的恢复系统1101具有发电机1103、起动器1105、负载组1107和电蓄能器1109。此外，恢复系统1101具有DC/DC转换器1111，所述DC/DC转换器1111在这两个电压水平之间被切换。此外，恢复系统1101还具有电动机1113、第一负载组1115、第二负载组1117和电池1119。单元1103、1105、1007和1109用42伏特来驱动。然而，单元1113、1115、1117和1119用14伏特来驱动。DC/DC转换器1111将42伏特转换到14伏特。图11中的用于恢复的主要部件是发电机1103以及功率电池1109，该发电机1103也被实施为起动器发电机并且因此可以以电动机方式被驱动。

但是，如果由发电机在确定的转速的情况下要求确定的转矩并且由此要求确定的机械功率，则电功率和由此尤其是发电机电流必须相对应地被调整。此外，如果需要转矩调节，则在任意转速改变时需要持续的功率调节。

这利用常规的电压调节只在一定的开销的情况下是可能的。一方面，在确定的发电机电压的情况下出现的发电机电流与电池状态有关。也就是说，在电池的不同负荷状态和温度的情况下，在相同电压时可以出现明显不同的发电机电流。

另一方面，由于功率电池1109的比较小的内阻引起的在电压调节时的公差可引起明显不同的发电机电流。因此，小的电压位移（Spannungsschub）、例如电压测量中的小偏差可引起明显的电流偏移（Stromhub）并且由此引起发电机的明显偏离的发电机功率。

为了降低发电机电流与发电机电压的上述相关性，电流调节可以以级联调节方式来执行，在该级联调节中，电流调节与电压调节叠加。然而，如果电流调节并不在发电机调节器上运行，则为了足够快地且准确地进行电流调节不得不进行相对应快的电压预给定。为此，需要相对应快的和故障保护的通信接口。此外，在包含电流调节的相对应的控制设备上，不得不知道发电机电流。此外，该控制设备必须为该调节提供足够的资源、如计算功率存储器和总线负荷。

EP 1 646 522 B1表明了一种汽车车载电网，所述汽车车载电网具有：多电压发电电动机（Mehrspannungsgeneratormotor）（所述多电压发电电动机包括电机、调节器和脉冲控制逆变器（Pulwechselrichter）），用于为带有至少一个第一负载的第一子电网供电，在第一子电网中有第一标称电压（42V），并且用于为带有至少一个第二负载的第二子电网供电，在第二子电网中有第二标称电压（14V）；以及控制设备，其中汽车车载电网具有连接在多电压发电电动机下游的DC/DC转换器。

DE 197 55 050 A1描述了一种用于在至少两个同样的电负载、尤其是可电操作的车辆制动器的车辆车载电网中进行能量供给的装置，所述电负载与至少两个可由发电机来充电的电压存储器（Spannungsspeicher）连接，其中车辆车载电网是具有至少两个不同电压的多电压车载电网并且在电压存储器之间存在去耦合元件。

发明内容

本发明所基于的认知是：不是常规的对发电机电压的调节，而是调节发电机电流，以便在发电机上调整确定的机械转矩。在恢复系统中需要对确定的机械转矩的调整，以便根据驾驶员的愿望而适当地使车辆减速。用于检测驾驶员愿望并且由此用于确定所述确定的机械转矩的可能性是对制动踏板角的检测。驾驶员在按压制动踏板角时首先等待减速、也就是制动转矩和由此确定的与速度有关的制动功率。如果发电机要被用于恢复，则由发电机施加制动功率达到确定的程度。因此，在发电机上调整确定的机械功率。

所建议的发电机电流调节/控制的优点尤其是在于：调节器或者发电机调节器可以自主地并且相对应快速地调节，尤其是不必在外部进行相对应快速的通信和调节。通过根据本发明使用在发电机电流、励磁电流、发电机电压和转速之间的关系，在此可以优选地省去电流测量。由此得到成本优点。

根据本发明，在具有恢复功能的汽车中节省燃料，并且由此减小CO₂排放。针对根据发明的发电机调节，可以使用发电机的转矩预给定、功率预给定或者电流预给定。由此可以避免常规电压调节的缺点。此外，可以取消在转速改变时改变期望值预给定的必要性。因此，能够实现比较缓慢的并且由此珍惜资源的期望值预给定。这样，可以以比较大的时间间隔（例如数十毫秒）预给定发电机的期望大小或期望值预给定，使得在外部控制设备上形成仅仅小的资源需求并且继续保持例如利用比较缓慢、但成本低廉的LIN总线进行的通信连接是可能的。

因此，建议一种用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的方法，其中预给定发电机的机械转矩的期望值并且调整发电机的发电机电流，用于调整发电机的所预给定的机械转矩。

进一步，建议一种用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的设备。该设备具有调节器，该调节器被设立用于调整发电机电流，使得在发电机上出现预给定的机械转矩。

此外，建议一种用于汽车的恢复系统，该恢复系统具有如上面所阐述的用于驱动发电机的设备。

此外，还建议一种汽车，所述汽车具有这种恢复系统。在本申请的意义上，汽车是载客汽车（PKW）、载重汽车（LKW）或商用汽车（NKW，Nutzkraftfahrzeug）。

在从属权利要求中找到在权利要求1中所说明的方法和在权利要求12中所说明的设备的有利的改进方案和扩展方案。

根据优选的改进方案，发电机电流的实际值被控制或被调节到发电机电流的期望值上，用于调整发电机的所预给定的机械转矩。优选地根据发电机的当前转速进行控制或调节。

根据优选的改进方案，发电机电流的期望值借助发电机电流的期望值预给定而被预给定。例如，将期望值预给定存储在汽车的控制设备的存储装置中。

根据优选的改进方案，根据发电机电流的实际值、发电机电流的期望值预给定和发电机的转速来调整发电机电流的期望值。

根据优选的改进方案，发电机的励磁电流的实际值被控制或被调节到发电机的励磁电流的期望值上，用于将发电机电流的实际值调整到发电机电流的预给定的期望值。

优选地，根据发电机电流的期望值预给定、用于将发电机电流关联（Zuordnung）到励磁电流的模型和发电机的转速来调整励磁电流的期望值。

根据优选的改进方案，根据预给定的期望电功率和发电机电压计算发电机电流的期望值预给定。尤其是，根据期望电功率和发电机电压可以计算发电机电流的期望值预给定。

根据优选的改进方案，根据预给定的期望机械功率和发电机电压计算发电机电流的期望值预给定。尤其是，根据期望机械功率可以计算期望电功率。根据所计算的期望电功率和发电机电压又可以计算发电机电流的期望值预给定。

根据优选的改进方案，根据发电机的机械转矩的预给定的期望值和发电机电压计算发电机电流的期望值预给定。根据发电机的机械转矩的预给定的期望值，可以计算期望机械功率。根据期望机械功率又可以导出期望电功率。根据所导出的期望电功率和发电机电压可以计算发电机电流的期望值预给定。

此外，建议了一种用于控制汽车的恢复系统中的发电机的方法。在此，预给定用于确定电压范围的上电压阈值和下电压阈值。如果当前发电机电压在所确定的电压范围之内，则执行上面所阐述的用于驱动恢复系统中的发电机的方法。换言之，在所确定的电压范围之内执行发电机电流调节。但是，如果当前发电机电压在所确定的电压范围的边界处或在所确定的电压范围之外，则执行电压调节。在此，发电机电压的实际值被调节到发电机电压的期望值上。

附图说明

在附图中示出了本发明的其他实施例并且在随后的描述中更详细地阐述了本发明的其他实施例。其中： 

图1示出了用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的方法的实施例的示意性流程图；

图2示出了用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的设备的第一实施例的示意性框图；

图3示出了用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的设备的第二实施例的示意性框图；

图4示出了用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的设备的第三实施例的示意性框图；

图5示出了用于图示在满负荷的情况下与转速有关的发电机机械功率和电功率的曲线图；

图6示出了用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的设备的第四实施例的示意性框图；

图7示出了用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的设备的第五实施例的示意性框图；

图8示出了用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的设备的第六实施例的示意性框图；

图9示出了用于调节汽车的恢复系统中的发电机的方法的实施例的示意性流程图；

图10示出了发电机单元的示意性框图；以及 

图11示出了恢复系统的示意性框图。

具体实施方式

在图1中示出了用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的方法的实施例的示意性流程图。

在步骤101，预给定发电机的机械转矩的期望值。

在步骤103，调整发电机的发电机电流，用于调整发电机的所预给定的机械转矩。

由此，图1示出了用于进行发电机电流调节的方法的可能性。在此，发电机电流的实际值被调节到发电机电流的期望值上，用于调整发电机的所预给定的机械转矩。该调节尤其是可以根据发电机的当前转速来执行。例如，发电机电流的期望值借助发电机电流的期望值预给定来预给定。

图2示出了用于驱动恢复系统中的发电机的设备201的第一实施例的示意性框图。该设备201例如被构造为调节器。该调节器201根据发电机电流的实际值205、发电机电流的期望值预给定207和发电机电流的转速209来调节发电机电流的期望值203。

在图3中示出了调节器的第二实施例。图3的调节器301将发电机的励磁电流的实际值303控制或调节到发电机的励磁电流的期望值305上，用于将发电机电流的实际值调整到发电机电流的预给定的期望值上。为此，调节器301除了接收发电机的励磁电流的实际值303之外也接收针对励磁电流的期望值预给定307。

在图4中示出了这种调节器的第三实施例。图4的调节器401根据发电机电流的期望值预给定405、用于将发电机电流关联到励磁电流的模型407和发电机的转速409来调整励磁电流的期望值403。用于将发电机电流关联到励磁电流的模型例如被构造为特性曲线族。为此，图5示出了用于图示在满负荷的情况下与转速有关的发电机机械功率和电功率的曲线图。在图5中，x轴示出了发电机转速n，而y轴示出了发电机功率P。发电机机械功率通过曲线501来表示。曲线503示出了在满负荷的情况下与转速n有关的发电机电功率。

图6图示了用于驱动恢复系统中的发电机的调节器的第四实施例的示意性框图。图6的调节器601根据发电机电流的内部计算的期望值预给定来控制或调节发电机电流603。调节器601根据预给定的期望电功率605和发电机电压607来计算发电机电流的期望值预给定。

图7示出了这种调节器的第五实施例。图7的调节器701根据发电机电流的内部计算的期望值预给定来控制或调节发电机电流703。调节器701根据预给定的期望机械功率705和发电机电压707来计算发电机电流的期望值预给定。尤其是，根据期望机械功率705可以计算期望电功率。根据所计算的期望电功率和发电机电压又可以计算发电机电流的期望值预给定，根据所述发电机电流的期望值预给定又可以计算励磁电流的期望值预给定。

在图8中示出了这种调节器的第六实施例。图8的调节器801根据发电机电流的内部计算的期望值预给定来控制或调节发电机电流。为了计算发电机电流的期望值预给定，调节器801接收发电机的机械转矩的预给定的期望值805和发电机电压807。根据发电机的机械转矩的预给定的期望值805可以计算期望机械功率。根据期望机械功率又可以计算期望电功率。根据所计算的期望电功率和发电机电压807，调节器801计算发电机电流的期望值预给定。

图9示出了用于控制汽车的恢复系统中的发电机的方法的实施例的示意性流程图。

在步骤901，预给定用于确定电压范围的上电压阈值和下电压阈值。

在步骤903，检查当前发电机电压是否在所确定的电压范围之内。

如果当前发电机电压在所确定的电压范围之内，则执行方法步骤905。该方法步骤905包含第一子步骤和第二子步骤。在第一子步骤中，预给定发电机的机械转矩的期望值。在第二子步骤中，调整发电机的发电机电流，用于调整发电机的所预给定的机械转矩。因此，步骤905包括发电机电流调节。

但是，如果当前发电机电压在所确定的电压范围的边界处或在所确定的电压范围之外，则根据步骤907执行电压调节。在此，发电机电压的实际值被控制或被调节到发电机电压的期望值上，该发电机电压的期望值例如可以是电压边界本身之一。因此，当所要求的电流会引起过高或过低的电压时，发电机电压被保持在电压边界上。

Claims (13)

1.一种用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的方法，其具有如下步骤：

预给定（101）发电机的机械转矩的期望值，并且

调整（103）发电机的发电机电流，用于调整发电机的所预给定的机械转矩。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中，发电机电流的实际值被控制到发电机电流的期望值上，用于调整发电机的所预给定的机械转矩。

3.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，发电机电流的实际值被控制到发电机电流的期望值上，用于根据发电机的当前转速来调整发电机的所预给定的机械转矩。

4.根据权利要求2或3所述的方法，

其中，发电机电流的期望值借助发电机电流的期望值预给定而被预给定。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中，根据发电机电流的实际值、发电机电流的期望值预给定和发电机的转速来调整发电机电流的期望值。

6.根据权利要求1或2所述的方法，

其中，发电机的励磁电流的实际值被控制到发电机的励磁电流的期望值上，用于将发电机电流的实际值调整到发电机电流的预给定的期望值。

7.根据权利要求6所述的方法，

其中，根据发电机电流的期望值预给定、用于将发电机电流关联到励磁电流的模型和发电机的转速来调整励磁电流的期望值。

8.根据权利要求4至7之一所述的方法，

其中，根据预给定的期望电功率和发电机电压计算发电机电流的期望值预给定。

9.根据权利要求4至7之一所述的方法，

其中，根据预给定的期望机械功率和发电机电压计算发电机电流的期望值预给定。

10.根据权利要求4至7之一所述的方法，

其中，根据发电机的机械转矩的预给定的期望值和发电机电压计算发电机电流的期望值预给定。

11.一种用于控制汽车的恢复系统中的发电机的方法，其具有如下步骤：

预给定（901）上电压阈值和下电压阈值，用于确定电压范围，

在所确定的电压范围之内执行（905）根据权利要求1至10之一所述的方法，以及

在所确定的电压范围之外将发电机电压的实际值控制（907）到发电机电压的期望值上。

12.一种用于驱动汽车的恢复系统中的发电机的设备（201，301，401，601，701，801），其具有：

调节器或控制单元，用于调整发电机电流（203，305，403，603，703，803）来使得在发电机上出现预给定的机械转矩。

13.一种在汽车中的恢复系统，其具有根据权利要求12所述的设备。

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