DE10148247A1 - Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers und System zur Leistungsabgabe mit Impulsaufladung für ein Fahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers und System zur Leistungsabgabe mit Impulsaufladung für ein Fahrzeug

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Abstract

Ein Verfahren zum Aufladen einer primären Energiespeichervorrichtung in einem Fahrzeug mit einer sekundären Energiespeichervorrichtung und einem Motor, der mit einer kombinierten Anlasser-Drehstromlichtmaschine gekoppelt ist. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Betreibens der Anlasser-Drehstromlichtmaschine als Lichtmaschine mit ungefähr einem maximalen Wert des Wirkungsgrades und des elektrischen Verbindens der Anlasser-Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung einen ersten vorgegebenen Zeitraum lang, derart, dass die Anlasser-Drehstromlichtmaschine die sekundäre Energiespeichervorrichtung auflädt. Sobald die sekundäre Energiespeichervorrichtung einen gewünschten Ladungswert erreicht hat, werden die Anlasser-Drehstromlichtmaschine und die sekundäre Energiespeichervorrichtung getrennt. Das Verfahren verbindet außerdem die primäre Energiespeichervorrichtung elektrisch mit der sekundären Energiespeichervorrichtung, derart, dass die sekundäre Energiespeichervorrichtung die primäre Energiespeichervorrichtung auflädt. Dies setzt sich fort, bis die Ladung in der sekundären Energiespeichervorrichtung einen Mindestladungswert erreicht hat, wobei zu diesem Zeitpunkt die Anlasser-Drehstromlichtmaschine erneut mit einem maximalen Wert des Wirkungsgrades betrieben und mit der sekundären Energiespeichervorrichtung verbunden wird. Auf diese Weise lädt die Anlasser-Drehstromlichtmaschine die sekundäre Energiespeichervorrichtung impulsartig auf, die ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und elektrische Systeme für Kraftfahrzeuge, die eine kombinierte Anlasser-Drehstromlichtmaschine aufweisen.
Kombinierte Anlasser-Drehstromlichtmaschinen wie die an sich bekannten sind in den US-Patenten, Nr. 4 720 638, 4 916 345, 5 001 412, 5 097 140 und 5 469 820 offenbart. Eine kombinierte Anlasser-Drehstromlichtmaschine wie sie in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, kann sowohl als Elektromotor zum Anwerfen und Starten des Motors als auch als Lichtmaschine genutzt werden, um elektrische Leistung für die elektrischen Systeme des Fahrzeugs zu liefern. Als Anlassermotor betrieben, wird die Anlasser-Drehstromlichtmaschine mit Strom aus der Batterie versorgt und betrieben, um die Kurbelwelle des Motors zu drehen. Die Kurbelwelle des Motors wird gedreht, bis der Motor zündet und den Lauf aus eigener Kraft fortsetzt. Als Lichtmaschine genutzt, wird der laufende Motor mit der Anlasser-Drehstromlichtmaschine gekoppelt, die ihrerseits eine dreiphasige Ausgangsleistung erzeugt, die zu einem stabilen Gleichstrom gleichgerichtet wird, der zur Aufrechterhaltung der Ladung in der Energiespeichervorrichtung des Fahrzeugs genutzt wird, um die Anforderungen der elektrischen Leistung des Fahrzeugs zu erfüllen.
Als Lichtmaschine betrieben, ist der Wirkungsgrad der Anlasser-Drehstromlicht­ maschine als das Verhältnis der zugeführten Leistung zur abgegebenen Leistung definiert. Solche Lichtmaschinen weisen sowohl lastunabhängige als auch variable Verluste auf. Einige dieser Verluste sind der Schaltung wie dem Wechselrichter zugeordnet, der genutzt wird, um die abgegebene Leistung der Lichtmaschine gleichzurichten. Es gibt drei Vorklassierungen der Verluste: mechanische, elektrische und magnetische Verluste. Mechanische Verluste sind in erster Linie auf Grund der Drehbewegung des Rotors vorhanden und umfassen Lagerreibungsverluste und Luftreibungsverluste. Magnetische Verluste umfassen Wirbelstromverluste und Hystereseverluste. Alle diese Verluste können zwei Kategorien, nämlich lastunabhängige Verluste und variable Verluste, zugeordnet werden. Lastunabhängige Verluste sind die Verluste, die sich mit der Belastung nicht ändern, wenn der Motor mit einer bekannten Drehzahl läuft. Deshalb sind die Verluste auf Grund der Drehbewegung ein Teil der lastunabhängigen Verluste. Im Falle einer Lichtmaschine mit gewickeltem Läufer, bei welcher der Feldstrom benötigt wird, um den erforderlichen Magnetfluß in der Lichtmaschine aufzubauen, wird die den Feldlinien zugeführte Leistung ebenfalls als lastunabhängiger Verlust betrachtet. Andererseits sind die variablen Verluste diejenigen Verluste, die sich mit dem Laststrom verändern. In dieser Kategorie sind alle Stromwärmeverluste oder ohmschen Verluste enthalten. Da die Verluste, die der Anlasser- Drehstromlichtmaschine zugeordnet sind, beim Betrieb als Lichtmaschine nur zum Teil lastabhängig sind, zeigt das System geringe Wirkungsgrade bei niedrigen Leistungsniveaus. Bei höheren Niveaus der abgegebenen Leistung steigt die Ausgangsleistung relativ zu den Verlusten, und entsprechend erhöht sich auch der Wirkungsgrad des Systems. Dies setzt sich nach oben bis zu einem Punkt des Drehmoments mit maximalem Wirkungsgrad fort, wonach eine zusätzliche Drehmomenteingabe in die Lichtmaschine nicht zu einer erheblichen Zunahme der Ausgangsleistung führt und der Wirkungsrad damit abfällt.
Es wurde herausgefunden, dass das Betreiben einer Anlasser-Drehstromlicht­ maschine mit kontinuierlicher Ausgangsleistung, die etwa der angeforderten elektrischen Leistung, beispielsweise 500 W, entspricht, für eine typische Anlasser-Drehstromlichtmaschine eine Ausgangsleistung mit geringem Wirkungsgrad ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, einen verbesserten Schaltkreis für ein Anlasser-Drehstromlichtmaschinen-System und ein Verfahren zur Impulsaufladung für ein Anlasser- Drehstromlichtmaschinen-System mit verbessertem Wirkungsgrad bereit zu stellen.
Das Problem wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 16 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfasst.
Die Lösung des Problems liegt zunächst in einem Verfahren zum Aufladen einer primären Energiespeichervorrichtung in einem Fahrzeug, das eine sekundäre Energiespeichervorrichtung und einen Motor aufweist, der mit einer kombinierten Anlasser-Drehstromlichtmaschine gekoppelt ist. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Betreibens der Anlasser-Drehstromlichtmaschine als Lichtmaschine mit ungefähr einem maximalen Wert des Wirkungsgrades, und des elektrischen Verbindens der Anlasser-Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung einen ersten vorgegebenen Zeitraum lang, derart, dass die Anlasser-Drehstromlichtmaschine die sekundäre Energiespeichervorrichtung auflädt. Sobald die sekundäre Energiespeichervor­ richtung einen gewünschten Ladungswert erreicht hat, werden die Anlasser- Drehstromlichtmaschine und die sekundäre Energiespeichervorrichtung getrennt. Das Verfahren verbindet außerdem die primäre Energiespeicher­ vorrichtung elektrisch mit der zweiten Energiespeichervorrichtung derart, dass die sekundäre Energiespeichervorrichtung die primäre Energiespeicher­ vorrichtung auflädt. Dies setzt sich fort, bis die Ladung in der sekundären Energiespeichervorrichtung einen Mindestladungswert erreicht hat, wobei zu diesem Zeitpunkt die Anlasser-Drehstromlichtmaschine erneut mit einem maximalen Wert des Wirkungsgrades betrieben und mit der sekundären Energiespeichervorrichtung verbunden wird. Auf diese Weise lädt die Anlasser- Drehstromlichtmaschine die sekundäre Energiespeichervorrichtung impulsartig auf, die ihrerseits die gewünschte Ladung in der primären Energiespeichervor­ richtung aufrechterhält. Wahlweise kann die primäre Energiespeichervorrichtung und die sekundäre Energiespeichervorrichtung ununterbrochen elektrisch verbunden sein.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie im Vergleich zu üblichen Anlasser-Drehstromlichtmaschinen-Ladesystemen einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist.
Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den Patentansprüchen, sowie durch die schematische Zeichnung deutlich.
Es zeigen:
Fig. 1 das schematische Blockbild eines Ausführungsbeispiels des Schaltkreises zur Leistungsabgabe mit Impulsaufladung für ein Anlasser- Drehstromlichtmaschinen-System gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm der Funktion des Schaltkreises gemäß Fig. 1.
Fig. 3 das logische Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Schaltkreises nach der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt das schematische Blockbild eines Schaltkreises zur Leistungsabgabe mit Impulsaufladung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Schaltkreis zur Leistungsabgabe mit Impulsaufladung umfaßt eine kombinierte Anlasser-Drehstromlichtmaschine (A/D) 10, einen Wechselrichter 12, einen Abwärtsumsetzer 14 und eine Regeleinrichtung 16, die genutzt werden, um eine Ladung in einer Energiespeichervorrichtung 18 einer der Fahrzeugbatterie aufrechtzuerhalten. Die kombinierte Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 ist mit dem Fahrzeugmotor 20 gekoppelt und kann eine beliebige, für sich bekannte, kombinierte Anlasser-Drehstromlichtmaschine sein.
Beim Betrieb als Anlassermotor nimmt die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 eine Ladung von der Energiespeichervorrichtung 18 auf und arbeitet so, dass sie den Motor 20 anwirft, bis dieser läuft. Beim Betrieb als Drehstrom­ lichtmaschine oder Lichtmaschine wird die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 mit dem laufenden Motor 20 gekoppelt und erzeugt eine dreiphasige Ausgangsleistung, die durch den Wechselrichter 12 zu einem stabilen Gleichstrom gleichgerichtet wird, der zur Aufrechterhaltung der Ladung in der Energiespeichervorrichtung 18 verwendet wird. Die Energiespeichervorrichtung 18 kann eine Batterie, ein Kondensator oder beides sein. Die Energie­ speichervorrichtung 18 wird ihrerseits genutzt, um Energie zur Erfüllung der angeforderten elektrischen Leistung der Teilsysteme des Fahrzeugs wie Zündanlage, Beleuchtungssystem, Armaturenbrett und Zusatzeinrichtungen der Bequemlichkeit bereitzustellen.
Der Wechselrichter 12 wird durch die Regeleinrichtung 16 mittels der Gate­ steuerschaltung 22, die Auftastsignale 23 abgibt, betrieben, um einen stabilen Gleichstrom von der als Lichtmaschine arbeitenden Anlasser- Drehstromlichtmaschine 10 zu erzeugen. Der dreiphasige Ausgang der Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 ist mit einer Vielzahl von Schaltern 24 und einer Vielzahl von Rücklauf-Dioden 26 elektrisch gekoppelt, von denen jede mit umgekehrter Polarität und parallel zu jedem der Leistungsschalter 24 in der Wechselrichter-Schaltung 12 verbunden ist. Die Schalter 24 sind vorzugsweise Metall-Oxid-Silizium-Feldeffekt-Transistoren (MOSFET) oder Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder eine beliebige andere übliche Leistungsschaltvorrichtung.
Die Regeleinrichtung 16 ist vorzugsweise ein digitaler Signalprozessor (DSP). Die Regeleinrichtung 16 kann eine zugeordnete Regeleinrichtung zum Betreiben des Wechselrichters 12 sein oder alternativ dazu, wie es in der Fig. 1 gezeigt wird, mehrfache Funktionen erfüllen, indem der Abwärtsumsetzer 14 und/oder auch die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 gesteuert werden. Die Regelein­ richtung 16 kann auch Teil des Motorreglers (nicht gezeigt) sein. In solchen Fällen würde die Regeleinrichtung 16 eine zentrale Verarbeitungseinheit wie einen Mikroprozessor, Eingänge und Ausgänge sowie einen zugeordneten Speicher wie einen Operationsspeicher (RAM) und einen Festspeicher (ROM) enthalten.
Der Abwärtsumsetzer 14 umfaßt die Induktionsspule 30, die Diode 32, den Schalter 36, sowie einen Kondensator 34 der Gleichstromleitung. Der Kondensator 34 der Gleichstromleitung wird genutzt, um eine Ladung für die Energiespeichervorrichtung 18 zu erzeugen, wenn der Schalter 36 geschlossen ist. Wie oben beschrieben wird, ist es vorzuziehen, die Anlasser-Drehstromlicht­ maschine 10 bei höheren Belastungen zu betreiben, wenn diese als Lichtmaschine arbeitet, um den Wirkungsgrad der Anlasser- Drehstromlichtmaschine 10 zu erhöhen. Folglich koppelt der Wechselrichter 12 intermittierend periodisch den Ausgang der Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 elektrisch mit dem Kondensator 34 der Gleichstromleitung, um den Kondensator 34 aufzuladen. Der Kondensator 34 wird seinerseits genutzt, um die Energiespeichervorrichtung 18 mittels des Schalters 36 aufzuladen. Der Schalter 36 ist vorzugsweise auch ein MOSFET oder ein Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode, der mit einer hohen Frequenz aktiviert wird, um den Kondensator 34 und die Energiespeichervorrichtung 18 elektrisch zu koppeln. Der Schalter 36 kann entweder kontinuierlich oder intermittierend betätigt werden.
In Fig. 2 ist ein Diagramm der Funktion des Schaltkreises zur Leistungsabgabe mit Impulsaufladung nach Fig. 1 gezeigt. Beim Betrieb wird die Ansteuerung des Wechselrichters durch die Regeleinrichtung 16 eingeschaltet, so dass die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 den Kondensator 34 auf eine maximale Spannung Vmax aufladen kann. Die Ansteuerung des Wechselrichters wird anschließend durch die Regeleinrichtung 16 unwirksam gemacht, und der Schalter 36 des Abwärtsumsetzers 14 wird betätigt, damit der die Induktionsspule 30, die Diode 32 und den Schalter 36 umfassende Stromumsetzer der Energiespeichervorrichtung 18 eine konstante Leistung zuführen kann, bis der Kondensator 34 eine Mindestspannung Vmin erreicht hat. An diesem Punkt wird der Vorgang wiederholt. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist der Ausgang der Anlasser-Drehstromlichtmaschine als Impuls 50 und die Spannung über dem Kondensator 34 als Linie 52 dargestellt.
Im Beispiel von Fig. 2 wird davon ausgegangen, dass die Energiespeicher­ vorrichtung 18 genutzt wird, um eine konstante Leistung von 0,5 kW zur Erfüllung der angeforderten elektrischen Leistungen zu liefern. Diese angeforderte elektrische Leistung ist in Fig. 2 als Linie 54 dargestellt. Das Drehmoment mit maximalem Wirkungsgrad der speziellen Anlasser- Drehstromlichtmaschine führt zu einer abgegebenen Leistung von 3,5 kW. Natürlich wird sich diese an dem Punkt mit maximalem Wirkungsgrad abgegebene Leistung für die in Betracht gezogene spezielle Anlasser- Drehstromlichtmaschine verändern. Die Anlasser-Drehstromlichtmaschine wird anschließend vom Zeitpunkt t1 bis t2 weiter durch Impulse betätigt, um den Kondensator 34 von Vmin auf Vmax zu laden. An diesem Punkt wird die Anlasser- Drehstromlichtmaschine und/oder die Steuerschaltung des Wechselrichters 12 abgeschaltet, und der Kondensator 34 kann von Vmax auf Vmin abfallen, wenn durch die Energiespeichervorrichtung 18 Leistung von dem Kondensator 34 abgeleitet wird. Zum Zeitpunkt t3, wenn die Kondensatorspannung Vmin erreicht hat, wird die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 bei einem Arbeitspunkt mit hohem Wirkungsgrad erneut mit dem Kondensator 34 elektrisch gekoppelt, bis dieser seinen gewünschten Ladungswert von Vmax erreicht hat. Der Impuls wird dann beim Zeitpunkt t4 beendet.
Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, wäre der Gesamtwirkungsgrad des Systems geringer, wenn die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 lediglich betrieben würde, um kontinuierliche 0,5 kW zur Aufrechterhaltung der Ladung in dem Kondensator 34 und der entsprechenden Energiespeichenrorrichtung 18 abzugeben, um die angeforderte elektrische Leistung des Fahrzeugs von 0,5 kW zu erfüllen. Für die in Betracht gezogene spezielle Anlasser-Drehstrom­ lichtmaschine wurde beobachtet, dass eine kontinuierliche Ausgangsleistung des Systems von 0,5 kW einen Wirkungsgrad der Anlasser-Drehstrom­ lichtmaschine von ungefähr 55% ergab. Das gleiche, in der Betriebsart mit Impulsleistung betriebene, System wie es in Fig. 2 gezeigt wird, wies jedoch einen Wirkungsgrad des Systems von etwa 84% auf. So führte das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zu einer Verbesserung im Gesamtwirkungs­ grad des Systems von 52%.
In dem gezeigten Beispiel liegt der angenommene Betriebsbereich des Kondensators 34 zwischen der bemessenen Spannung Vmax und der halben bemessenen Betriebsspannung Vmin. Für eine solche Ausführung beträgt dann die im Kondensator zur Verwendung beim Zuführen der Leistung in die Energiespeichervorrichtung 18 gespeicherte Energie (3/8) CV2. Nimmt man eine Energiespeichervorrichtung 18 für 400 Volt, eine Belastung von 0,5 kW und einen Betrag der Impulsladung von 3 kW an, dann müßte der Kondensator 34 0,5 Farad aufweisen, um eine Ladezeit (t1 bis t2) bei 3 kW von 10 Sekunden und eine Entladezeit (t2 bis t3) bei 0,5 kW von 60 Sekunden zu bewirken. Natürlich wird sich die Entladezeit verringern, d. h. der Betrag der Entladung wird sich vergrößern, wenn die Anforderung an die Leistungsbelastung zunimmt oder wenn der Kondensator 34 kleiner gemacht wäre. In diesem Beispiel wurde die Ladezeit (t1 bis t2) von 10 Sekunden so ausgewählt, dass sie größer ist als das 10-fache der Zeitkonstanten des Rotors der Anlasser-Drehstromlichtmaschine, die als diejenige Zeit definiert wird, die notwendig ist, um 63% des gewünschten Magnetflusses zum Betreiben der Anlasser-Drehstromlichtmaschine als Lichtmaschine mit der gewünschten Höhe des Wirkungsgrades zu erreichen. Natürlich kann das Verhältnis zur Zeitkonstanten des Rotors als ein beliebiger anderer geeigneter Wert ausgewählt werden. Die Größe der Impulsbreite und der Frequenz werden wieder sowohl von der in Betracht gezogenen speziellen Anlasser-Drehstromlichtmaschine als auch den Eigenschaften der Energie­ speichervorrichtung, der Kondensatorgröße und den angeforderten elektrischen Leistungen abhängig sein. Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung den Kondensator 34 als sekundäre Energiespeicher­ vorrichtung 18 zum Aufladen der primären Energiespeichervorrichtung enthält, soll verständlich werden, dass der Kondensator 34 auch durch andere Energiespeichervorrichtungen wie eine Batterie oder eine Kombination von Batterie und Kondensator ersetzt werden könnte.
In Fig. 3 ist das logische Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Schaltkreises zur Leistungsabgabe mit Impulsaufladung von Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das in Fig. 3 gezeigte logische Programm ist in der Regeleinrichtung 16 installiert und wird vorzugsweise kontinuierlich ausgeführt. Das Verfahren beginnt nach dem Start beim Schritt 100 durch Überwachung der Ladung über der sekundären Energiespeichervorrichtung, z. B. dem Kondensator 34 nach Fig. 1, die der primären Energie­ speichervorrichtung 18 Energie zuführt, um der elektrischen Anforderung des Fahrzeugs zu entsprechen. Wenn die Kondensatorladung Vmin erreicht hat, wird vorzugsweise der Schalter 36 des Abwärtsumsetzers 14 im Schritt 101 ausgeschaltet, um den Kondensator 34 von der Energiespeichervorrichtung 18 zu trennen. Alternativ dazu kann die Schaltung 36 eingeschaltet bleiben, um die elektrische Verbindung zwischen dem Kondensator 34 und der primären Energiespeichervorrichtung 18 aufrechtzuerhalten, während der Kondensator 34 durch die Anlasser-Drehstromlichtmaschine aufgeladen wird. Zur gleichen Zeit etwa wird die Anlasser-Drehstromlichtmaschine im Schritt 102 durch den Wechselrichter 12 und die zugeordnete Schaltung 22, 24 und 26 eingeschaltet, um den Kondensator 34 aufzuladen, bis er im Schritt 104 die gewünschte Vmax erreicht hat. Sobald die Kondensatorladung den gewünschten Wert Vmax erreicht hat, wird die Anlasser-Drehstromlichtmaschine und/oder der Wechselrichter 12 im Schritt 106 ausgeschaltet, und der Schalter 36 des Abwärtsumsetzers 14 wird im Schritt 108 betätigt, um den Kondensator 34 und die primäre Energie­ speichervorrichtung 18 bis zu dem Zeitpunkt wieder einzuschalten, wenn die Kondensatorladung auf den vorgegebenen Wert Vmin entleert ist, und der Vorgang wiederholt sich. Wahlweise kann der Abwärtsumsetzer kontinuierlich betrieben werden.
Es können auch alternative Verfahren zur Durchführung der vorliegenden Erfindung angewendet werden. Zum Beispiel können anstelle der Überwachung der Kondensatorladung, bei vorgegebener maximaler elektrischer Belastung des Fahrzeugs, die Kondensatorgröße und die abgegebene Leistung der Anlasser- Drehstromlichtmaschine mit der gewünschten Höhe des Wirkungsgrades, die den Impulszeitraum bestimmenden Zeiten t1, t2 und t3 sowie die Frequenz bestimmt werden. Folglich würde das Steuerprogramm das Abschalten des Schalters, das Einschalten der Anlasser-Drehstromlichtmaschine in der Zeit von t1 bis t2 zum Aufladen des Kondensators, das Abschalten der Anlasser- Drehstromlichtmaschine und das Betätigen des Schalters in der Zeit von t1 bis t2 umfassen. Der Vorgang wird anschließend wiederholt. Alternativ dazu kann der Schalter kontinuierlich betätigt werden. Vorzugsweise wird die Spannung über dem Kondensator 34 jedoch überwacht, um die zeitliche Steuerung des Ein- und Ausschaltens des Impulses der Anlasser-Drehstromlichtmaschine zur Verbesserung des Wirkungsgrades des Systems zu bestimmen. Das liegt daran, dass eine veränderliche Impulsfrequenz berücksichtigt wird. Mit anderen Worten, ein festes Frequenzsystem muß eine volle elektrische Leistung des Fahrzeugs voraussetzen, um eine unnötige Ableitung aus der Energiespeichervorrichtung 18 zu verhindern. Durch Überwachung der Kondensatorladung kann jedoch bei Situationen mit leichter elektrischer Belastung des Fahrzeugs die Zeit zwischen einem Impulsbetrieb der Anlasser- Drehstromlichtmaschine (t2 bis t3) auf Grund einer geringeren Entleerungsgröße im Kondensator 34 erhöht werden. Als weitere andere Möglichkeit könnte die Spannung über der primären Energiespeichervorrichtung 18 überwacht und der Kondensator 34 entsprechend aufgeladen werden, um die gewünschte Höhe der Ladung über der primären Energiespeichervorrichtung 18 aufrechtzuerhalten.
Ein weiterer Vorteil der Überwachung der Kondensatorspannung zum Bestimmen der Impulsbreite und Frequenz der Ladeschaltung ist, dass sie es ermöglicht, die Anlasser-Drehstromlichtmaschine bei unterschiedlichen Leistungsniveaus zu betreiben, sollte dies gewünscht werden. Zum Beispiel kann beim Betrieb als Lichtmaschine der maximale Wirkungsgrad der Anlasser- Drehstromlichtmaschine bei einer Belastung von 20 Nm auftreten. Folglich muß der Motor zum Betreiben der Anlasser-Drehstromlichtmaschine mit dem gewünschten maximalen Wirkungsgrad eine zusätzliche Ausgangsleistung von 20 Nm erzeugen, um die Anlasser-Drehstromlichtmaschine anzutreiben. Falls die angeforderte Leistung an den Motor so ist, dass die Erzeugung eines zusätzlichen Drehmoments von 20 Nm durch den Motor zum Betreiben der Anlasser-Drehstromlichtmaschine bei ihrem maximalen Wirkungsgrad nicht wünschenswert ist, kann sich ein niedrigerer Wert des zusätzlichen abge­ gebenen Drehmoments und ein entsprechend geringeres abgegebenes Drehmoment der Anlasser-Drehstromlichtmaschine ergeben. In solche Fällen würde sich die Ladungszeit des Kondensators (t1 bis t2) ebenfalls auf Grund der geringeren Ladespannung über dem Kondensator erhöhen.
Es wurden Ausführungsbeispiele neuer und verbesserter Schaltkreise zur Leistungsabgabe mit Impulsaufladung für ein Fahrzeug mit einem kombinierten Anlasser-Drehstromlichtmaschinen-System vorgestellt. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle anderen Möglichkeiten, Modifizierungen und Äquivalente, die im Umfang der Patentansprüche enthalten sind.

Claims (18)

1. Verfahren zum Aufladen einer primären Energiespeichervorrichtung in einem Fahrzeug mit einer sekundären Energiespeichervorrichtung und einem Motor, der mit einer kombinierten Anlasser-Drehstromlichtmaschine gekoppelt ist, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Betreiben der Anlasser-Drehstromlichtmaschine als Lichtmaschine mit ungefähr dem maximalen Wert des Wirkungsgrades;
elektrisches Verbinden der Anlasser-Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung einen ersten vorgegebenen Zeitraum lang, so dass die Anlasser-Drehstromlichtmaschine die sekundäre Energiespeichervorrichtung auflädt;
Trennen der Anlasser-Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung; und
elektrisches Verbinden der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung, derart, dass die sekundäre Energiespeichervorrichtung die primäre Energiespeichervorrichtung auflädt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte:
Überwachen eines Ladungswertes in der sekundären Energiespeichervor­ richtung;
elektrisches Koppeln der Anlasser-Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung, wenn der Ladungswert geringer ist als ein Mindestladungswert;
Trennen der Anlasser-Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung, wenn der Ladungswert größer ist als ein maximaler Ladungswert.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Abschaltens der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung, wenn der Ladungswert geringer als ein Mindestladungswert ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Trennens der Anlasser- Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung den Schritt des Ausschaltens der Wechselrichter-Schaltung umfaßt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Trennens der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung den Schritt des Ausschaltens eines Stromrichterkreises umfaßt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des elektrischen Verbindens der Anlasser- Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung den Schritt des Einschaltens einer Wechselrichter-Schaltung umfaßt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des elektrischen Verbindens der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung den Schritt des Betätigens eines Stromrichterkreises umfaßt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des elektrischen Verbindens der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung das elektrische Verbinden der primären und der sekundären Energiespeichervorrichtung einen zweiten vorgegebenen Zeitraum lang umfaßt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
Überwachen eines Ladungswertes in der primären Energiespeichervor­ richtung;
elektrisches Verbinden der Anlasser-Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung, wenn der Ladungswert geringer ist als ein Mindestladungswert;
Trennen der Anlasser-Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung, wenn der Ladungswert größer ist als ein maximaler Ladungswert.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
elektrisches Verbinden der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung;
Überwachen eines Ladungswertes in der sekundären Energiespeichervor­ richtung;
elektrisches Verbinden der Anlasser-Drehstromlichtmaschine, wobei die als Lichtmaschine bei ungefähr dem maximalen Wert des Wirkungsgrades arbeitet, und der sekundären Energiespeichervorrichtung, wenn der Ladungswert geringer ist als ein Mindestladungswert, derart, dass die Anlasser-Drehstromlichtmaschine die sekundäre Energiespeichervorrichtung auflädt; und
Trennen der Anlasser-Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung, wenn der Ladungswert größer ist als ein maximaler Ladungswert.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass den Schritt des elektrischen Verbindens der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung den Schritt des Aktivierens eines Stromrichterkreises umfasst.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des elektrischen Verbindens der als Lichtmaschine mit ungefähr einem maximalen Wert des Wirkungsgrades arbeitenden Anlasser-Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung den Schritt des Aktivierens einer Wechselrichter- Schaltung umfasst.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Trennens der Anlasser- Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung den Schritt des Ausschaltens einer Wechselrichter-Schaltung umfasst.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Trennens der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung, wenn die als Lichtmaschine mit ungefähr einem maximalen Wert des Wirkungsgrades arbeitende Anlasser-Drehstromlichtmaschine mit der sekundären Energiespeichervorrichtung verbunden ist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Trennens der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung den Schritt des Ausschaltens eines Stromrichterkreises umfasst.
16. Leistungsabgabesystem für ein Fahrzeug mit einem Motor und einer kombinierten Anlasser-Drehstromlichtmaschine, wobei das System aufweist:
eine primäre Energiespeichervorrichtung;
eine sekundäre Energiespeichervorrichtung;
einen Wandler zum elektrischen Verbinden der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung;
eine Wechelrichter-Schaltung zum elektrischen Verbinden der Anlasser- Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung;
und
eine Regeleinrichtung mit einem Programm zur Ausführung der folgenden Schritte:
Überwachen eines Ladungswertes in der sekundären Energiespeichervorrichtung; Elektrisches Verbinden der mit etwa dem maximalen Wert des Wirkungsgrades arbeitenden Anlasser-Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung, wenn der Ladungswert geringer ist als ein Mindestladungswert;
Trennen der Anlasser-Drehstromlichtmaschine und der sekundären Energiespeichervorrichtung, wenn der Ladungswert größer ist als ein maximaler Ladungswert; und
elektrisches Verbinden der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung, derart, dass die sekundäre Energiespeichervorrichtung die primäre Energiespeichervorrichtung auflädt.
17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Programm der Regeleinrichtung weiter programmiert ist, um die primäre Energiespeichervorrichtung zu trennen, wenn der Ladungswert geringer ist als ein Mindestladungswert.
18. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Energiespeichervorrichtung eine Batterie und die sekundäre Energiespeichervorrichtung ein Kondensator ist.
DE10148247A 2000-09-21 2001-09-21 Verfahren zum Aufladen eines Energiespeichers und System zur Leistungsabgabe mit Impulsaufladung für ein Fahrzeug Ceased DE10148247A1 (de)

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