DE10148248A1 - Verfahren und elektrisches System zum energiereichen Anlassen eines Motors eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren und elektrisches System zum energiereichen Anlassen eines Motors eines Kraftfahrzeuges

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Abstract

Verfahren zum Erregen einer kombinierten Anlasser-Drehstromlichtmaschine, um einen Motor in einem Fahrzeug zu starten, mit einer primären Energiespeichervorrichtung und einer sekundären Energiespeichervorrichtung. Das Verfahren umfaßt die Schritte des Überwachens eines Ladungswertes in der sekundären Energiespeichervorrichtung und des Einschaltens eines Stromrichterkreises zum Aufladen der sekundären Energiespeichervorrichtung mit der primären Energiespeichervorrichtung bis der Ladungswert größer ist als ein maximaler Ladungswert. Danach wird eine Wechselrichter-Schaltung aktiviert, um die Anlasser-Drehstromlichtmaschine mit der Leistung unter Spannung zu setzen, die in der primären und der sekundären Energiespeichervorrichtung verfügbar ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Anlasser-Drehstromlichtmaschine als Anlassermotor aktiviert, bis der Motor startet oder die Ladung in der sekundären Energiespeichervorrichtung unter einen Mindestladungswert abfällt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und elektrische Systeme für Kraftfahrzeuge zum energiereichen Anlassen eines Motors in einem Fahrzeug, das ein Anlasser-Drehstromlichtmaschinen-System aufweist.
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 eines 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 Belastung des Fahrzeugs zu erfüllen.
Als Lichtmaschine betrieben, ist der Wirkungsgrad der Anlasser-Drehstromlicht­ maschine als das Verhältnis der zugeführten Energie zur abgeführten Energie 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 Lagerreibungsverlust und Luftreibungsverlust. Magnetische Verluste umfassen Wirbelstromverlust und Hystereseverluste. Alle diese Verluste können in zwei Kategorien, nämlich in lastunabhängige Verluste und variable Verluste, gruppiert werden. Lastunabhängige Verluste sind die Verluste, die sich nicht mit der Belastung ändern, wenn der Motor mit einer bekannten Drehzahl läuft. Deshalb sind Drehbewegungsverluste 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 aufzu­ bauen, 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 der Anlasser-Drehstromlichtmaschine zugeordneten Verluste 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 Wirkungsgrad damit abfällt.
Es wurde herausgefunden, dass das Betreiben einer Anlasser-Drehstromlicht­ maschine mit kontinuierlicher Ausgangsleistung, die etwa der angeforderten elektrischen Leistung des Fahrzeugs, beispielsweise 500 W, entspricht, für eine typische Anlasser-Drehstromlichtmaschine eine Ausgangsleistung mit geringem Wirkungsgrad ist.
Von daher liegt der Erfindung das Problem zugrunde, eine Regelung für eine Anlasser-Drehstromlichtmaschine, die einen erhöhten Wirkungsgrad aufweist und vorzugsweise einen höheren Betrag einer Kurzzeitleistung an die Anlasser- Drehstromlichtmaschine ermöglicht, wenn sie als Anlassermotor betrieben wird, vorzuschlagen.
Das Problem wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfasst.
Die Lösung umfasst erfindungsgemäß zunächst ein Verfahren zum Einschalten einer kombinierten Anlasser-Drehstromlichtmaschine erzielt, um einen Motor in einem eine primäre Energiespeichervorrichtung und eine sekundäre Energiespeichervorrichtung enthaltenden Fahrzeug zu starten. Das Verfahren umfaßt die Schritte: Überwachen eines Ladungswertes in der sekundären Energiespeichervorrichtung und Einschalten eines Stromrichterkreises zum Aufladen der sekundären Energiespeichervorrichtung mit der primären Energiespeichervorrichtung bis der Ladungswert größer ist als ein maximaler Ladungswert. Danach wird eine Wechselrichter-Schaltung aktiviert, um die Anlasser-Drehstromlichtmaschine mit der Leistung zu speisen, die in der primären und der sekundären Energiespeichervorrichtung verfügbar ist. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Anlasser- Drehstromlichtmaschine als Anlassermotor in Betrieb gesetzt, bis der Motor startet oder die Ladung in der sekundären Energiespeichervorrichtung unter einen Mindestwert der Ladung abfällt.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie im Vergleich zu üblichen Aufladesystemen für Anlasser-Drehstromlichtmaschinen einen verbesserten Wirkungsgrad und im Vergleich zu normalen Anlasser-Drehstromlicht­ maschinen-Systemen eine verbesserte Startkapazität aufweist.
Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und der Patentansprüche mit Bezug auf die begleitende Zeichnung deutlich. Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel schematisch dar.
Es zeigen:
Fig. 1 das schematische Blockbild eines Schaltkreises für Leistungsabgabe mit Verstärkung zum Anlassen eines Motors in einem Anlasser- Drehstromlichtmaschinen-System mit Impulsaufladung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm der Funktion des Schaltkreises gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein Diagramm der Funktion des Schaltkreises gemäß Fig. 1, wenn die Anlasser-Drehstromlichtmaschine als Anlassermotor betrieben wird;
Fig. 4 das logische Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Schaltkreises für Leistungsabgabe nach der vorliegenden Erfindung.
In Fig. 1 ist das schematische Blockbild eines Schaltkreises zur Leistungsabgabe mit Verstärkung zum Anlassen eines Motors in einem Anlasser-Drehstromlichtmaschinen-System mit Impulsaufladung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Schaltkreis zur Leistungsabgabe enthält eine kombinierte Anlasser-Drehstromlichtmaschine (A/D) 10 und einen Wechselrichter 12, einen Stromrichter 14 sowie eine Regeleinrichtung 16, die verwendet werden, um sowohl eine Ladung in einer Energiespeichervorrichtung 18 wie einer Fahrzeugbatterie zu halten als auch Energie aus der Energiespeichervorrichtung 18 in die Anlasser- Drehstromlichtmaschine 10 zum Anlassen des Fahrzeugmotors 20 bereitzustellen. Die kombinierte Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 ist mit dem Fahrzeugmotor 20 gekoppelt und kann eine beliebige bekannte, kombinierte Anlasser-Drehstromlichtmaschine sein.
Als Anlassermotor betrieben, nimmt die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, Ladung von der primären Energiespeichervorrichtung 18 und der sekundären Energiespeichervorrichtung 34 auf und arbeitet so, dass der Motor 20 angeworfen wird, bis dieser läuft. Als Drehstromlichtmaschine oder Lichtmaschine betrieben, ist die Anlasser- Drehstromlichtmaschine 10 mit dem laufenden Motor 20 gekoppelt und erzeugt eine dreiphasige Ausgangsleistung, die durch den Wechselrichter 12 zu einem stabilen Gleichstrom umgewandelt wird, der genutzt wird, um die Ladung in der Energiespeichervorrichtung 18 aufrechtzuerhalten. Die primäre Energie­ speichervorrichtung 18 kann eine Batterie, ein Kondensator oder beides sein. Die Energiespeichervorrichtung 18 wird ihrerseits zur Bereitstellung von Energie verwendet, um die angeforderte elektrische Leistung der Teilsysteme des Fahrzeugs wie Zündanlage, Beleuchtungssystem, Armaturenbrett und die Zusatzeinrichtungen der Bequemlichkeit zu erfüllen.
Der Wechselrichter 12 wird durch die Regeleinrichtung 16 mittels einer Gate- Signale 23 sendenden Gate-Steuerschaltung 22 betrieben, um einen stabilen Gleichstromausgang von der Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 zu erzeugen, wenn sie als Lichtmaschine betrieben wird. Der dreiphasige Ausgang der Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 ist mit einer Vielzahl von Schaltern 24 und Rücklauf-Dioden 26 elektrisch gekoppelt, von denen jede mit umgekehrter Polarität und parallel zu jedem der Leistungsschalter 24 und der Steuerschaltung des Wechselrichters 12 verbunden ist. Die Schalter 24 sind vorzugsweise Metall-Oxid-Silizium-Feldeffekt-Transistoren (MOSFET) oder Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (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 Stromrichters 12 sein oder alternativ dazu, wie es in Fig. 1 gezeigt wird, mehrfache Funktionen erfüllen, indem der Stromrichter 14 und/oder ebenso die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 gesteuert werden. Die Regeleinrichtung 16 kann auch Teil des Motorreglers (nicht gezeigt) sein. In diesen Fällen würde die Regeleinrichtung 16 eine zentrale Verarbeitungseinheit wie einen Mikroprozessor, Eingänge und Ausgänge sowie einen zugeordneten Speicher wie einen Operationsspeicher (RAM) und Festspeicher (ROM) umfassen.
Der Stromrichter 14 weist die Induktionsspule 30, die Diode 32, den Kondensator 34, den Schalter 36 auf. Der Stromrichter 14 kann als ein Aufwärtsumsetzer mit zusätzlicher Induktionsspule, Diode und Schalter im Zusammenwirken mit dem Kondensator 34 betrachtet werden, um der Anlasser- Drehstromlichtmaschine Energie zuzuführen, wenn sie als Anlassermotor arbeitet. Der Stromrichter 14 umfaßt in dieser Darstellung nur einen Abwärtsumsetzer mit der Induktionsspule 30, der Diode 32 und dem Schalter 36 im Zusammenwirken mit dem Kondensator 34, um der Energiespeichervor­ richtung 18 Energie zuzuführen, wenn der Kondensator 34 durch die Anlasser- Drehstromlichtmaschine 10 beim Betrieb als Lichtmaschine aufgeladen wird. In diesem Umfang ist es vorzuziehen, die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 bei höheren Belastungen zu betreiben, wenn sie 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, um diesen aufzuladen. Der Kondensator 34 wird seinerseits verwendet, um die Energiespeichervorrichtung 18 durch den Schalter 36 aufzuladen. Die Schalter 36 sind vorzugsweise Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBT), die mit einer hohen Frequenz aktiviert werden, um den Kondensator 34 elektrisch mit der Energiespeichervorrichtung 18 zu koppeln.
In Fig. 2 ist ein Diagramm der Funktion des Schaltkreises zur Leistungsabgabe gemäß Fig. 1 gezeigt. Wenn die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 als Lichtmaschine betrieben wird, 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 dann durch die Regeleinrichtung 16 ausgeschaltet, und der Schalter 36 des Stromrichters 14 wird aktiviert, damit der die Induktionsspule 30, die Diode 32 und den Schalter 36 umfassende Stromrichter eine konstante Leistung an die Energiespeichervorrichtung 18 liefern kann, bis der Kondensator 34 eine Mindestspannung Vmin erreicht. An diesem Punkt wird der Vorgang wiederholt. Alternativ dazu kann der Stromrichterkreis kontinuierlich anstatt zyklisch durchlaufen betrieben werden. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist die abgegebene Leistung der Anlasser-Drehstromlichtmaschine, wenn sie als Lichtmaschine wirksam ist, als Impuls 50 dargestellt, und eine Spannung über dem Kondensator 34 ist als Linie 52 gezeigt.
Im Beispiel von Fig. 2 wird davon ausgegangen, dass die Energiespeichervor­ richtung 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 zum Zeitpunkt t2 durch Impulse betätigt, um die Kondensatoren 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 bis Vmin abfallen, wenn durch die Energiespeichervorrichtung 18 Leistung von dem Kondensator abgeleitet wird. Zum Zeitpunkt t3, wenn die Kondensatorspannung Vmin erreicht, wird die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 bei einem Arbeitspunkt mit hohem Wirkungsgrad wieder mit dem Kondensator 34 elektrisch gekoppelt, bis dieser seinen gewünschten Ladungswert von Vmax erreicht hat. Dieser Impuls wird dann bei t4 beendet.
Wenn die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 lediglich zur Abgabe einer kontinuierlichen Leistung von 0,5 kW betrieben worden wäre, um die Ladung im Kondensator 34 und einer entsprechenden Energiespeichervorrichtung 18 zur Erfüllung der angeforderten elektrischen Leistung des Fahrzeugs von 0,5 kW aufrechtzuerhalten, würde der Gesamtwirkungsgrad des Systems niedriger sein. Für die in Betracht gezogene spezielle Anlasser-Drehstromlichtmaschine wurde beobachtet, dass eine an das System abgegebene kontinuierliche Leistung von 0,5 kW zu einem Wirkungsgrad der Anlasser-Drehstromlichtmaschine von ungefähr 55% führte. Das in der Impulsleistungs-Betriebsart, wie in Fig. 2 gezeigt, betriebene gleiche System wies jedoch einen Wirkungsgrad des Systems von etwa 84% auf. So ergab das Verfahren der Aufladung des Kondensator mit Impulsleistung eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Systems von 52%.
In dem in Fig. 2 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 gespeicherte Energie zur Verwendung bei Zuführung der Energie in die Energiespeichervorrichtung 18 (3/8) CV2. Nimmt man eine Energiespeichervorrichtung 18 für 400 V, 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 (t2 bis t3) von 10 Sekunden bei 3 kW und eine Entladezeit (t2 bis t3) von 60 Sekunden bei 0,5 kW zu bewirken. Natürlich wird sich die Entladezeit verringern, d. h. der Betrag der Entladung wird zunehmen, wenn die Anforderungen an die Leistungsbelastung zunehmen oder wenn der Kondensator 34 kleiner gemacht wäre. In diesem Beispiel wurde die Ladezeit (t1 bis t2) von 10 Sekunden größer als das 10-fache der Zeitkonstanten des Rotors der Anlasser-Drehstromlichtmaschine ausgewählt, die als diejenige notwendige Zeit definiert ist, um 63% des gewünschten Magnetflusses zum Betrieb der Anlasser-Drehstromlichtmaschine als Lichtmaschine mit der gewünschten Höhe des Wirkungsgrades zu erreichen. Wiederum werden Größe der Impulsbreite und Frequenz sowohl von der speziellen, in Betracht gezogenen Anlasser-Drehstromlichtmaschine als auch von den Eigenschaften der Energiespeichervorrichtung, der Kondensatorgröße und den angeforderten elektrischen Leistungen des Fahrzeugs abhängig sein. Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung den Kondensator 34 als sekundäre Energiespeichervorrichtung zum Aufladen der primären Energiespeichervorrichtung 18 enthält, soll verständlich werden, dass der Kondensator 34 auch durch andere Energiespeichervorrichtungen wie eine Batterie oder die Kombination einer Batterie und eines Kondensators ersetzt werden könnte.
Mit Bezug jetzt auf Fig. 3 ist ein Diagramm der Funktion des Schaltkreises zur Leistungsabgabe gemäß Fig. 1 gezeigt, wenn die Anlasser-Drehstromlichtma­ schine als Anlassermotor arbeitet. Wenn die Anlasser-Drehstromlichtmaschine als Anlassermotor betrieben werden soll, um den Motor anzuwerfen, werden die Teile des Stromrichters 14 mit dem Aufwärtsumsetzer, nämlich der Induktions­ spule 30, der Diode 31 und dem Schalter 35 aktiviert, um die Energiespeichervorrichtung 18 mit dem Kondensator 34 bis zu einem gewünschten Ladungswert Vmax zu koppeln. Sobald der Kondensator 34 die gewünschte Ladungshöhe Vmax erreicht hat, wird die Wechselrichter-Schaltung 12 aktiviert, um die kombinierte Energie von dem Kondensator 34 und der Energiespeichervorrichtung 18 für die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 bereitzustellen, die ihrerseits ein Ausgangsdrehmoment erzeugt, um den Motor 20 anzuwerfen. In dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel sind die abgegebene Leistung der Energiespeichervorrichtung 18 als Linie 60 und die Spannung über dem Kondensator 34 als Linie 62 dargestellt. Zum Zeitpunkt t1 wird der Stromrichter 14 zum Koppeln der Energiespeichervorrichtung 18 und des Kondensators 34 aktiviert, um den Kondensator von Vmin (oder seinem vorhandenen Spannungsniveau) auf das gewünschte Spannungsniveau Vmax aufzuladen, das größer sein kann als die Ausgangsspannung der Energie­ speichervorrichtung 18. Die Energiespeichervorrichtung 18 weist einen bevorzugten Ausgang von 42 Volt auf, wobei sie jedoch eine beliebige gewünschte Spannungskapazität haben kann. Zum Zeitpunkt t2 wurde der Kondensator 34 auf das gewünschte Spannungsniveau Vmax aufgeladen. Zum Zeitpunkt t3 wird die Wechselrichter-Schaltung 12 aktiviert und die im Konden­ sator 34 gespeicherte Energie genutzt, um die Anlasser-Drehstromlicht­ maschine 10 zum Anwerfen des Motors 20 anzutreiben. Während dieser Zeit ist die Diode 31 wirksam, um die der Anlasser-Drehstromlichtmaschine zugeführte Energie auf die größere zu begrenzen, die von der Energiespeichervorrichtung 18 oder dem Kondensator 34 verfügbar ist. Durch Nutzung des Kondensators 34 neben der Energiespeichervorrichtung 18 zur Bereitstellung von Energie für die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10, wenn sie als Anlassermotor wirksam ist, kann dem Motor 20 mehr Energie zum Anwerfen zugeführt werden als anderweitig von der Energiespeichervorrichtung 18 allein verfügbar wäre.
Wenn die Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 als Lichtmaschine läuft, wird die sekundäre Energiespeichervorrichtung oder der Kondensator 34 periodisch aufgeladen, indem die Anlasser-Drehstromlichtmaschine mit einer Ausgangs­ leistung bei maximalem Wirkungsgrad betrieben und die Wechselrichter- Schaltung so aktiviert wird, dass der Kondensator auf eine gewünschte Spannungshöhe aufgeladen wird. Die Anlasser-Drehstromlichtmaschine und/­ oder der Wechselrichter 12 werden anschließend abgeschaltet, und der Kondensator 34 wird seinerseits genutzt, um über der primären Energie­ speichervorrichtung 18 eine Ladung zur Erfüllung der angeforderten elektrischen Leistungen des Fahrzeugs aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise wird die Anlasser-Drehstromlichtmaschine nur periodisch betrieben und läuft, wenn sie betrieben wird, etwa mit ihrem maximalen Wirkungsgrad, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Systems erhöht wird, wenn sie sich in der Betriebsart Lichtmaschine befindet.
In Fig. 4 ist ein logisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Schaltkreises zur Leistungsabgabe gemäß Fig. 1 gezeigt, wenn die Anlasser- Drehstromlichtmaschine als Anlassermotor betrieben werden soll. Das in Fig. 4 gezeigte logische Programm wird in der Regeleinrichtung 16 jedesmal ausgeführt, wenn es gewünscht wird, den Motor 20 zu starten. Das Programm beginnt beim Schritt 100 mit einem Startsignal für den Motor, beispielsweise durch Aktivierung mittels Zündschlüssel; ohne Signal (N) wird das Programm beendet. Wenn ein Motor-Startsignal aufgenommen wird, fährt (J) das Programm zum Schritt 102 fort, bei dem die Ladung des Kondensators 34 überwacht wird. Wenn die Ladung über dem Kondensator 34 nicht (N) auf der gewünschten Höhe von Vmax ist, wird der Kondensator im Schritt 104 aufgeladen, indem die Induktionsspule 30, die Diode 31 und der Schalter 35 des Stromrichterkreises 14 aktiviert werden, bis die Kondensatorladung eine gewünschte Spannung Vmax erreicht hat (hier nicht dargestellt). Erst dann wird die Wechselrichter-Schaltung 12 (Fig. 1) aktiviert, um die Anlasser- Drehstromlichtmaschine im Schritt 106 zu aktivieren (J), indem die von dem Kondensator 34 und der Energiespeichervorrichtung 18 verfügbare Leistung der Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 zugeführt wird. Die als Anlassermotor arbeitende Anlasser-Drehstromlichtmaschine 10 kommt mit dem Schwungrad in Eingriff, das mit dem Motor 20 verbunden ist, und wirft den Motor an, bis dieser läuft (Bezugszeichen 108). Wenn der Motor nicht startet (N), wird die Anlasser- Drehstromlichtmaschine 10 eine vorgegebene Zeit lang weiter versuchen, den Motor anzuwerfen und/oder bis die Kondensatorspannung einen Mindestwert Vmin erreicht hat, um ein weiteres Entleeren der primären Energiespeichervorrichtung 18 zu verhindern. Sobald der Motor läuft (J), kann die Anlasser-Drehstromlichtmaschine dann als Lichtmaschine wie oben beschrieben betrieben werden, um den Kondensator 34 zur Aufrechterhaltung der gewünschten Ladung in der Energiespeichervorrichtung 18 zu speisen.
Neben den oben beschriebenen Schritten kann eine Anzeigevorrichtung aktiviert werden, sobald die Kondensatorladung Vmax erreicht hat, um die Bedienperson des Fahrzeugs darauf aufmerksam zu machen, jetzt zu versuchen, den Motor anzulassen. Diese ist einem Anzeigelämpchen der Glühkerze ähnlich, die zu einem Dieselmotor gehört. Mit anderen Worten, die Bedienperson des Fahrzeugs würde den Zündschlüssel in eine erste Stellung einschalten, warten bis das Startlämpchen des Motors, das anzeigt, dass der Kondensator 34 auf Vmax aufgeladen worden ist, aufgeleuchtet wäre und den Zündschlüssel dann weiter einrücken, um den Motor zu starten, indem die Anlasser- Drehstromlichtmaschine unter Strom gesetzt wird, bis der Motor laufen würde.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die gleiche sekundäre Energiespeichervorrichtung, die zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Leistungsschaltung genutzt wird, wenn sie im Zusammenwirken mit der als Lichtmaschine arbeitenden Anlasser-Drehstromlichtmaschine betrieben wird, verwendet werden kann, um die Leistung, die für die als Anlassermotor wirksame Anlasser-Drehstromlichtmaschine verfügbar ist, zu erhöhen.
Es wurde ein neuer und verbesserter Schaltkreis zur Leistungsabgabe für ein Fahrzeug vorgestellt, das ein kombiniertes Anlasser-Drehstromlichtmaschinen- System aufweist. Während die Erfindung in Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, ist klar, dass Möglichkeiten, Modifizierungen und Äquivalente vom Umfang der Patente erfasst werden.

Claims (17)

1. Verfahren zum Erregen einer kombinierten Anlasser-Drehstromlicht­ maschine, um einen Motor in einem Fahrzeug mit einer primären Energiespeichervorrichtung und einer sekundären Energiespeicher­ vorrichtung anzulassen, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:
Überwachen eines Ladungswertes in der sekundären Energiespeichervor­ richtung;
erforderlichenfalls Aktivieren eines Stromrichterkreises zum Aufladen der sekundären Energiespeichervorrichtung mit der primären Energiespeichervorrichtung bis der Ladungswert größer ist als ein maximaler Ladungswert; und danach
Erregen der Anlasser-Drehstromlichtmaschine mit der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt des Abschaltens der Wechselrichter-Schaltung, wenn der Ladungswert geringer ist als ein Mindestladungswert.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt des Abschaltens der Wechselrichter-Schaltung nach einem vorgegebenen Zeitraum.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Abschaltens der Wechselrichter-Schaltung nach einem vorgegebenen Zeitraum.
5. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den ersten Schritt des Erfassens eines ersten Motor-Startsignals vor dem Überwachen des Ladungswertes.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt der Erzeugung eines Aufladesignals der sekundären Energiespeichervorrichtung für eine Bedienperson, wenn der Ladungswert größer ist als der maximale Ladungswert.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte des Erfassens eines zweiten Motor-Startsignals und, wenn der Ladungswert größer ist als der maximale Ladungswert, des Einschaltens der Wechselrichter-Schaltung, um die Anlasser- Drehstromlichtmaschine mit der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung zu erregen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erregens den Schritt des Aktivierens einer Wechselrichter-Schaltung umfaßt, um die primäre Energiespeichervorrichtung und die sekundäre Energiespeichervorrichtung mit der Anlasser-Drehstromlichtmaschine elektrisch zu koppeln.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Abschaltens der Wechselrichter-Schaltung, wenn das Motorlauf-Signal erfaßt wird oder der Ladungswert geringer ist als der Mindestladungswert.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
Erfassen des Motorlauf-Signals; und
als Reaktion, periodisches Betreiben der Anlasser-Drehstromlichtmaschi­ ne als Lichtmaschine bei ungefähr einem maximalen Wert des Wirkungs­ grades; und
Aktivieren einer Wechselrichter-Schaltung für einen vorgegebenen Zeitraum zum Aufladen der sekundären Energiespeichervorrichtung mit der als Lichtmaschine laufenden Anlasser-Drehstromlichtmaschine bei etwa einem maximalen Wert des Wirkungsgrades.
11. System zur Leistungsabgabe für ein Fahrzeug mit einem Motor, der mit einer kombinierten Anlasser-Drehstromlichtmaschine gekoppelt ist, wobei das System aufweist:
eine primäre Energiespeichervorrichtung;
eine sekundäre Energiespeichervorrichtung;
einen Stromrichterkreis, um die primäre Energiespeichervorrichtung und die sekundäre Energiespeichervorrichtung elektrisch zu verbinden;
eine Wechselrichter-Schaltung, um die Anlasser-Drehstromlichtmaschine und die primäre Energiespeichervorrichtung sowie die sekundäre Energie­ speichervorrichtung elektrisch zu verbinden; und
eine Regeleinrichtung mit Programm für folgende Programmschritte:
Überwachen eines Ladungswertes in der Energiespeichervorrichtung;
Aktivieren des Stromrichterkreises zum Aufladen der sekundären Energiespeichervorrichtung mit der primären Energiespeichervorrichtung, bis der Ladungswert größer ist als ein maximaler Ladungswert; und danach
Aktivieren der Wechselrichter-Schaltung, um die Anlasser-Drehstrom­ lichtmaschine mit der primären Energiespeichervorrichtung und der sekundären Energiespeichervorrichtung zu erregen.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung mit einem Programm programmiert ist, um die Wechselrichter-Schaltung auszuschalten, wenn der Ladungswert kleiner ist als ein Mindestladungswert.
13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung programmiert ist, um die Wechselrichter-Schaltung nach der Erfassung eines Motorlauf-Signals auszuschalten.
14. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem die Regeleinrichtung programmiert ist, um die Wechselrichter-Schaltung nach einem vorgegebenen Zeitraum auszuschalten.
15. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Energiespeichervorrichtung eine Batterie und die sekundäre Energiespeichervorrichtung ein Kondensator ist.
16. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter-Schaltung und der Stromrichterkreis MOSFET-Schalter enthalten.
17. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichter-Schaltung und der Stromrichterkreis IGBT-Schalter enthalten.
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