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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Ausgangsspannung
eines Generators, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
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Die
Regelung einer Ausgangsspannung eines Generators als auch eine Regelung
einer Energieverteilung in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs sind
bekannt. Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 103 54 103 A1 ist ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur verbrauchsoptimierten Ansteuerung
eines Generators in einem Kraftfahrzeug bekannt. Das Verfahren zur
verbrauchsoptimierten Ansteuerung des Generators beruht im Wesentlichen
auf einer Variation der Generatorlast des Generators in Abhängigkeit eines
zu einem jeweiligen Abtastzeitpunkt zur Erzeugung des Generatorstroms
nötigen
Kraftstoffbedarfs. Dieser Kraftstoffschwellwert wird aus Systemzustandsdaten,
insbesondere des Batterieladezustands, der Motordrehzahl und der
Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, bestimmt.
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Des
Weiteren ist aus der
DE
195 34 902 B4 ein Ladesystem für ein Kraftfahrzeug bekannt,
welches einen von einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen
Generator aufweist. Die Generatorausgangsspannung wird über einer
Erregerwicklung des Generators eingestellt. Durch eine geeignete Wahl
der Entregungspunkte des Generators, insbesondere in den Bereichen
höherer
Lastmomente, lässt
sich der Generator im Bereich niedrigen spezifischen Kraftstoffverbrauchs
betreiben. Während
der Entregung des Generators wird das Bordnetz über die Batterie mit Strom
versorgt. Mittels eines Steuergeräts wird überprüft, ob eine eingespritzte Kraftstoffmenge
oder ob das Lastmoment der Verbrennungskraftmaschine unter einem
Schwellwert liegen. Falls eines dieser Kriterien erfüllt ist,
bleibt der Generator erregt, wobei in dem Falle, in dem keines dieser
beiden Kriterien erfüllt
ist, der Erregerstrom des Generators unterbrochen wird und das Bordnetz
dann durch die Batterie versorgt wird. Das Steuergerät überwacht
auch den Lade-/Entladestrom
und den Ladezustand der Batterie.
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Des
Weiteren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 100 41 015 A1 ein Verfahren
zur Regelung der Leistung eines elektrischen Generators eines Kraftfahrzeugs
bekannt. Eine Ausgangsspannung des Generators wird in Abhängigkeit
von ermittelten Geschwindigkeits-Zeit-Profilen des Kraftfahrzeugs
geregelt. Abhängig
von zwei unterschiedlichen Generatorkennlinien wird bei erkanntem
Innenstadtzyklus der Strom in der Erregerwicklung des Generators
reduziert und die Ausgangsspannung des Generators auf einen kleineren
Wert als im Falle des Überlandverkehrs
geregelt. Die Information des zugrunde gelegten Fahrzyklus kann
auch an einen Ladezustandsregler, welcher dem Generatorspannungsregler
vorgelagert ist, übertragen
werden. Dieser Ladezustandsregler bestimmt den Sollwert der Generatorausgangsspannung
in Abhängigkeit
vom erkannten Fahrzyklus und dem aktuellen Ladezustand der Batterie.
Die Ist-Erfassung des Ladezustands der Batterie wird anhand der
Batteriespannung, des Stroms im Bordnetz sowie der Batterietemperatur
errechnet.
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Des
Weiteren ist ein Energiemanagementsystem für ein elektrisches Kraftfahrzeugbordnetz aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 101 21 962 A1 bekannt. Das Kraftfahrzeugbordnetz
weist zumindest einen Generator und mindestens eine Speicherbatterie
sowie mindestens einen Stromspeicher auf. Der Gesamtwirkungsgrad
einer Stromspeichereinheit, welche mindestens diesen einen Stromspeicher
aufweist, wird unter Berücksichtigung
des Ladezustands, der Temperatur des Speichers sowie den absoluten
Größen der
Lade- und Entladeströme berechnet.
Durch das bekannte Energiemanagementsystem soll ein für den Ladezustand
und für
die Temperatur der Batterie optimaler Arbeitspunkt eingehalten werden.
Die Stromspeicher sind ebenfalls als Batterien ausgebildet. Bei
dem bekannten System wird lediglich eine Spannungsregelung durchgeführt.
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Ein
wesentlicher Nachteil der bekannten Verfahren und Vorrichtungen
ist darin zu sehen, dass eine bedarfsabhängige Regelung der Ausgangsspannung
eines Generators durch eine reine Spannungsregelung nur sehr unzureichend
durchgeführt werden
kann. Bei heutigen Kraftfahrzeugen wird die Ausgangsspannung eines
Generators meist in engen Grenzen auf etwa 14 V geregelt. Meist
ist auch eine Variation der Ausgangsspannung durch die Reglertemperatur
in Anlehnung an die Batteriegasungskennlinie verwirklicht. Bei modernen
Kraftfahrzeugen wird die Sollausgangsspannung von einem Batteriesteuergerät ermittelt
und über
eine Datenschnittstelle dem Generator zugeführt. Die Sollwertermittlung kann
dabei abhängig
von zugeführt.
Die Sollwertermittlung kann dabei abhängig von Fahrzuständen (Bremsbetrieb,
Schubbetrieb oder Beschleunigungsbetrieb) ermittelt werden. In diesen
Fällen
wird jedoch eine Regelung der Ausgangsspannung durch einen Soll-
und Istwertvergleich durchgeführt.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Regelung
einer Ausgangsspannung eines Generators bereitzustellen, mit dem eine
effektivere und effizientere Regelung der Ausgangsspannung durchgeführt werden
kann. Die bedarfsabhängige
Bereitstellung der Ausgangsspannung des Generators soll im Vergleich
zum Stand der Technik verbessert werden.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch
1 aufweist, gelöst.
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Bei
einem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Regelung einer Ausgangsspannung eines Generators in einem Kraftfahrzeug
wird ein Ladezustand einer Kraftfahrzeugbatterie und eine Temperatur
dieser Kraftfahrzeugbatterie bestimmt und der bestimmte Ladezustand
unter Berücksichtigung
der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie mit einem von der Temperatur
der Kraftfahrzeugbatterie abhängigen
Ladezustands-Schwellwert verglichen. Abhängig von dem Vergleich wird
die Ausgangsspannung des Generators in einem ersten Modus durch
eine Regelung einer Ladespannung der Kraftfahrzeugbatterie geregelt,
wenn der bestimmte Ladezustand den Ladezustands-Schwellwert unterschreitet. Des Weiteren kann
vorgesehen sein, dass in dem ersten Modus die Regelung der Ausgangsspannung
des Generators durch eine Regelung eines Ladestroms der Kraftfahrzeugsbatterie
durchgeführt
wird.
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Die
Regelung der Ausgangsspannung des Generators in einem zweiten Modus
wird durch eine Regelung eines Entladestroms der Kraftfahrzeugbatterie
durchgeführt,
wenn der bestimmte Ladezustand den Ladezustands-Schwellwert überschreitet. Auch in dem zweiten
Modus kann eine Regelung der Ausgangsspannung des Generators durch
eine Regelung eines Ladestroms der Kraftfahrzeugbatterie durchgeführt werden.
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Gemäß der Erfindung
wird somit abhängig vom
bestimmten Ladezustand und dem Vergleich mit einem Schwellwert die
Ausgangsspannung des Generators durch ein Umschalten zwischen zwei
Modi durchgeführt.
Bedarfsabhängig,
und insbesondere abhängig
vom Ladezustand der Kraftfahrzeug batterie, wird somit in dem ersten
Modus eine einzustellende Soll-Ausgangsspannung
des Generators als Informationssignal an den Regler des Generators übertragen
und daraus die Ausgangsspannung des Generators generiert. In entsprechender
Weise wird die Ladestromregelung durchgeführt.
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Andererseits
wird in dem zweiten Modus, welcher als Entladestrommodus bezeichnet
werden kann, der Entladestrom oder der Ladestrom bestimmt und abhängig davon
ein Informationssignal an den Regler des Generators übertragen,
in dem die einzustellende Soll-Ausgangsspannung des Generators somit
abhängig
vom Entladestrom oder vom Ladestrom der Kraftfahrzeugbatterie vorgegeben
wird.
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Die
Regelung der Ausgangsspannung kann durch die Erfindung optimiert
werden. Durch diese modusabhängige
Regelung der Ausgangsspannung kann diese in wesentlich effektiverer
und effizienterer Weise bereitgestellt werden und die Energieversorgung
der mit dem Generator verbundenen Verbraucher optimiert werden.
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Durch
das Bereitstellen einer derartigen Ladezustands-Schwellwertkennlinie,
welche durch eine vorgegebene Ladezustands-Temperatur-Kennlinie charakterisiert
ist, kann nachfolgend durch einen einfachen Vergleich des bestimmten
Ladezustands und der zu diesem Zeitpunkt gegebenen Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie
mit der Ladezustands-Schwellwertkennlinie ermittelt werden, ob eine
Regelung der Ausgangsspannung gemäß dem ersten Modus oder gemäß dem zweiten
Modus (Entladestromregelung) durchgeführt wird.
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Bevorzugt
wird im ersten Modus im allgemeinen eine Ladespannungsregelung durchgeführt. Der Ladestrom
wird jedoch bevorzugt immer mitgemessen. Wird im ersten Modus ein
vorgebbarer Ladestrom-Schwellwert überschritten, so wird in vorteilhafter
Weise ein Übergang
von der Ladespannungsregelung zur Ladestromregelung durchgeführt. Also immer
dann, wenn im ersten Modus ein vorgebbarer Ladestrom-Schwellwert überschritten
wird, wird eine Ladestromregelung zur Regelung der Ausgangsspannung
des Generators durchgeführt.
Wird dieser Ladestrom-Schwellwert unterschritten, wird eine Ladespannungsregelung
durchgeführt.
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In
vorteilhafter Weise wird der Ladezustand der Kraftfahrzeugbatterie
abhängig
von der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie und/oder dem Strom
der Kraftfahrzeugbatterie und/oder der Spannung der Kraftfahrzeugbatterie
und/oder des Alterungszustands der Kraftfahrzeugbatterie („State
of Health") bestimmt.
In bevorzugter Weise wird dabei im ersten Modus der Ladezustand
in Abhängigkeit
sowohl des Ladestroms, als auch der Temperatur und der Spannung
bestimmt. Im zweiten Modus zur Regelung der Ausgangsspannung des
Generators wird der Ladezustand in bevorzugter Weise abhängig vom
Entladestrom und/oder der Temperatur und/oder der Spannung der Kraftfahrzeugbatterie
bestimmt. Besonders vorteilhaft erweist sich ein Regeln der Ausgangsspannung
des Generators in dem zweiten Modus in Abhängigkeit des Entladestroms,
des Ladezustands und der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie. Durch
diese Parameter kann ein möglichst
genaues und bedarfsabhängiges
Bestimmen des Ladezustands durchgeführt werden. Darüber hinaus
kann dadurch gewährleistet
werden, dass die Regelung der Ausgangsspannung des Generators effektiv
und effizient durchgeführt
werden kann.
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In
vorteilhafter Weise weist der Ladezustands-Schwellwert in Abhängigkeit
von der Temperatur einen Verlauf auf, derart, dass der Ladezustands-Schwellwert bei kleineren
Temperaturen der Kraftfahrzeugbatterie einen größeren Wert aufweist als bei
größeren Temperaturen.
Der vorgebbare Schwellwert des Ladezustands nimmt somit in bevorzugter
Weise mit steigender Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie zumindest
abschnittsweise ab. Der Verlauf des Ladezustands-Schwellwertes in
Abhängigkeit
von der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie kann jedoch auch in
vielfältiger
anderer Weise ausgebildet sein. Als wesentliche Faktoren fließen dabei die
Ladefähigkeit
der Kraftfahrzeugbatterie bei relativ niedrigen Temperaturen (etwa
kleiner +5°C)
und der Sicherstellung der Startfähigkeit des Kraftfahrzeugs durch
die Kraftfahrzeugbatterie nach einer bestimmten Stillstandszeit
des Kraftfahrzeugs (Restkapazität der
Kraftfahrzeugbatterie muss für
einen Kaltstart ausreichen).
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In
vorteilhafter Weise wird der Ladezustand der Kraftfahrzeugbatterie
in dem zweiten Modus in vorgebbarer Weise reduziert. In diesem zweiten
Modus, dem Entladestrommodus, wird die Kraftfahrzeugbatterie somit
gezielt entladen und der Entladestrom dem Bordnetz zugeführt, um
insbesondere eine Kraftstoffeinsparung zu erreichen.
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Die
Reduzierung des Ladestroms im zweiten Modus, dem Entladestrommodus,
wird abhängig vom
Ladezustand und/oder von der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie
und/oder vom Fahrzustand des Kraftfahrzeugs geregelt. Die Intensität der Entladung der
Kraftfahrzeugbatterie kann somit in Abhängigkeit von einem oder mehreren
Parametern erfolgen.
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In
Brems- und/oder Schubphasen des Kraftfahrzeugs wird zur Regelung
der Ausgangsspannung des Generators bevorzugt eine Regelung der
Ladespannung und somit eine Regelung gemäß dem ersten Modus durchgeführt. Die
Regelung der Ladespannung in einer Brems- und/oder Schubphase des Kraftfahrzeugs
wird bevorzugt gemäß einer
zweiten Kennlinie, insbesondere einer Ladespannungs-Temperatur-Kennlinie
durchgeführt.
Diese zweite Kennlinie liegt in einem Ladespannungs-Temperatur-Diagramm
wertemäßig über einer
ersten Kennlinie. In diesen Brems- und/oder Schubphasen des Kraftfahrzeugs
(Verzögerungsphasen)
wird somit eine Ladespannungsregelung zur Regelung der Ausgangsspannung
des Generators durchgeführt,
welche auf einem höheren
Spannungsniveau erfolgt. Die erste Kennlinie kennzeichnet dabei
in bevorzugter Weise die normale Ausgangsladekurve der Kraftfahrzeugbatterie. Durch
die Regelung der Ladespannung gemäß einer zweiten Kennlinie in
diesen Brems- und/oder Schubphasen des Kraftfahrzeugs wird ermöglicht,
dass die Kraftfahrzeugbatterie schnell geladen werden kann (mit
etwa 100 A). In diesen Brems- und/oder Schubphasen des Kraftfahrzeugs
verursacht eine hohe Generatorbelastung keinen Kraftstoffmehrverbrauch,
da in diesem Zeitraum kein Kraftstoff in den Motor eingespritzt
wird (Schubabschaltung).
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In
bevorzugter Weise wird im zweiten Modus die Ausgangsspannung des
Generators abhängig davon
geregelt, welche Verbraucher aktiv mit dem Ausgang des Generators
elektrisch verbunden sind. Sind spannungssensitive Verbraucher,
wie beispielsweise Lichteinheiten, eine elektrische Lenkung oder eine
elektrische Bremse, aktiv bzw. eingeschaltet, wird entweder auf
eine Lade-/Entladestromregelung mit geringfügig positivem Ladestrom der
Kraftfahrzeugbatterie umgeschaltet oder auf eine Ladespannungsregelung
mit einer neutralen Spannungs-Sollwertkennlinie umgeschaltet. Die
Lade-/Entladestromregelung
erfolgt durch eine Spannungs-Sollwertvorgabe an den Generator, wobei
der Spannungs-Sollwert durch eine Messung des Lade-/Entladestroms ermittelt
wird.
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In
bevorzugter Weise wird die Regelung der Ausgangsspannung des Generators
im zweiten Modus derart durchgeführt,
dass sie innerhalb eines vorgebbaren Spannungsintervalls liegt.
Die Regelung der Ausgangsspannung kann dabei derart erfolgen, dass
sie gemäß einer
unteren Spannungs-Batterietemperatur-Kennlinie
erfolgt, wenn eine minimale Generatorspannung aufgrund eines Beschleunigungsvorgangs
des Kraftfahrzeugs erforderlich ist oder wenn spannungssensitive
Verbraucher nicht aktiv sind. Andererseits wird das Spannungsintervall durch
eine obere Spannungs-Batterietemperatur-Kennlinie
quasi begrenzt, welche derart bereitgestellt wird, dass dem Erfordernis
einer maximalen Generatorspannung beim Brems- und/oder Schubbetrieb
des Kraftfahrzeugs Rechnung getragen wird. Wenn spannungssensitive
Verbraucher, welche eine bestimmte Mindestspannung benötigen, eingeschaltet
sind, bevorzugt soll auf eine Nullstromregelung umgeschaltet werden,
damit während
dieser Zeitdauer der Ladezustand der Kraftfahrzeugbatterie erhalten
bleibt, jedoch kein Laden der Kraftfahrzeugbatterie durchgeführt wird.
Ein Laden der Kraftfahrzeugbatterie wird lediglich in den Brems-
und/oder Schubphasen des Kraftfahrzeugs durchgeführt.
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Grundsätzlich ist
das vorgeschlagene Verfahren für
Bordnetze in einem Kraftfahrzeug mit einem Klauenpolgenerator als
auch für
ein Bordnetz mit einem Starter/Generatorsystem mit einem Pulswechselrichter
möglich.
Bei der Ausführung
mit einem Starter/Generator-System kann in den Beschleunigungsphasen
des Kraftfahrzeugs der durch den Pulswechselrichter als Elektromotor
betreibbare Generator zusätzlich
für die
Beschleunigung des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
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Grundsätzlich kann
durch die Erfindung mittels einer modusabhängigen Regelung der Ausgangsspannung
des Generators durch eine Ladespannungsregelung oder eine Lade-/Entladestromregelung
gegenüber
einer reinen Spannungsregelung eine kontrollierte Ladung und Entladung
sowie eine Zyklisierung in den Zug- und Beschleunigungsphasen des
Kraftfahrzeugs erreicht werden. Darüber hinaus kann der Lade-/Entladestrom
definiert eingestellt werden und ist dabei unabhängig Spannungsabfall zwischen
dem Generator und der Kraftfahrzeugbatterie. Des Weiteren treten
geringere Spannungsschwankungen auf. Es kann auch eine größere Sicherheit
gegen Unterspannung beim Zuschalten von (leistungsstarken) Verbrauchern
erzielt werden. Nicht zuletzt ist es durch die Erfindung insbesondere gegenüber einer
reinen Spannungsregelung möglich eine
batterieschonendere Genera torspannungsregelung durchzuführen, da
die Lade-/Entladeströme
innerhalb vorgebbaren Grenzen gehalten werden können.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines schematischen Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug;
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
eines schematischen Bordnetzes in einem Kraftfahrzeug;
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3 eine
Darstellung des Ladezustands einer Kraftfahrzeugbatterie in Abhängigkeit
ihrer Temperatur mit einer schematisch dargestellten Ladezustands-Schwellwert-Kennlinie;
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4 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Regelung einer Ausgangsspannung
eines Generators gemäß einem
ersten Modus;
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5 eine
erfindungsgemäße Regelung
einer Ausgangsspannung eines Generators gemäß einem zweiten Modus;
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6 eine
Regelung der Ladespannung in Abhängigkeit
der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie;
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7 eine
Darstellung des Entladestroms der Kraftfahrzeugbatterie in Abhängigkeit
der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie; und
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8 eine
Regelung der Ausgangsspannung des Generators in Abhängigkeit
der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie gemäß dem zweiten Modus des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist
in schematischer Darstellung in vereinfachter Weise ein Bordnetz
eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Das Bordnetz umfasst einen Generator
G, welcher im Ausführungsbeispiel
zur Erzeugung einer Ausgangsspannung von etwa 12,5 V bis etwa 15
V ausgelegt ist. Diese Ausgangsspannung wird am Ausgang A des Generators
bereitgestellt. Der Generator G ist mit einem Generatorregler 1 zur
Regelung dieser Ausgangsspannung elektrisch verbun den. Darüber hinaus
weist das Bordnetz ein Steuergerät 2 auf,
welches mit dem Generatorregler 1 elektrisch verbunden
ist. Darüber
hinaus weist das Steuergerät 2 eine
elektrische Verbindung zu einem Stromsensor 31 einer Kraftfahrzeugbatterie 3 auf. Die
Kraftfahrzeugbatterie 3 ist mit dem Ausgang A des Generators
G elektrisch verbunden.
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Darüber hinaus
weisen ein oder mehrere Verbraucher, welche in 1 symbolisch
durch einen Verbraucher 4 charakterisiert sind, eine elektrische
Verbindung mit dem Ausgang A des Generators auf. Dieser Verbraucher 4 ist
auch mit der Kraftfahrzeugbatterie 3 kontaktiert. Wie in 1 des
Weiteren zu erkennen ist, ist das Steuergerät 2 mit einem Kommunikationsbus
des Fahrzeugs, insbesondere einem CAN-Bus, zum Signalaustausch elektrisch
verbunden, wobei die Signale über
die Signalverbindung 5 übertragen
werden.
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In 2 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt,
wobei im Unterschied zur Ausgestaltung in 1 am Ausgang
A des Generators G ein Pulswechselrichter 6 angeschlossen
ist. Der Generatorregler 1 ist mit diesem Pulswechselrichter 6 ebenfalls elektrisch
verbunden.
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Gemäß dem Verfahren
zur Regelung der Ausgangsspannung des Generators G wird ein Ladezustand
der Kraftfahrzeugbatterie 3 und die Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie 3 bestimmt.
Dazu werden durch den Sensor 31 entsprechende Signale an
die Steuereinheit 2 übertragen.
Der Stromsensor 31 übermittelt
dabei Informationen, mit denen das Steuergerät 2 den elektrischen
Strom der Kraftfahrzeugbatterie 3, die Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie 3 und
die elektrische Spannung der Kraftfahrzeugbatterie 3 ermitteln
kann.
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In
dem Steuergerät 2 ist
eine Entladegrenzkurve bzw. eine Ladezustands-Schwellwert-Kennlinie SK (3)
abgelegt, welche den Ladezustand (SOC = State of Charge) der Kraftfahrzeugbatterie 3 in
Abhängigkeit
der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie 3 angibt. Wie
dazu dem in 3 gezeigten Diagramm zu entnehmen
ist, weist die Ladezustands-Schwellwert-Kennlinie SK einen Verlauf
auf, welcher in vereinfachter Weise im Ausführungsbeispiel stufenförmig ist.
Der Verlauf der Ladezustands-Schwellwert-Kennlinie SK ist dabei
derart, dass der Ladezustand bei Temperaturen von 5° C und kleiner
etwa bei 95 % liegt. Bei Temperaturen von etwa größer 5° C nimmt
der Verlauf der Ladezustands-Schwellwert-Kennlinie SK ab und fällt im gezeigten Ausführungsbeispiel
bis etwa 16° C
bis auf einen Ladezustand von etwa 75 % ab. Bei Temperaturen größer etwa
16° C verläuft die
Ladezustands-Schwellwert-Kennlinie
SK in vereinfachter Weise wiederum horizontal, wodurch sich der
Ladezustand bei Temperaturen oberhalb dieser etwa 16° C im Wesentlichen
konstant bei einem Wert von etwa 75 % hält.
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Wie
aus der Darstellung in 3 zu erkennen ist, ist gemäß dem Verfahren
zur Regelung der Ausgangsspannung des Generators G ein erster Modus
vorgesehen, welcher als Ladespannungsregelung bezeichnet wird. Die
Regelung der Ausgangsspannung des Generators G gemäß dem ersten
Modus bzw. der Ladespannungsregelung oder der Ladestromregelung
erfolgt dann, wenn das Steuergerät 2,
insbesondere die Regiereinheit 21 des Steuergeräts 2,
erkennt, dass der bestimmte Ladezustand der Kraftfahrzeugbatterie 3 sowie
die mit dem Ladezustand gemessene Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie 3 unterhalb
der Ladezustands-Schwellwert-Kennlinie SK liegen.
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Wird
in dem Steuergerät 2 jedoch
festgestellt, dass der bestimmte Ladezustand der Kraftfahrzeugbatterie 3 und
die mit dem Bestimmen des Ladezustands erfasste Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie 3 einen
Zustand in dem in 3 gezeigten Diagramm ergeben,
welcher über
der Ladezustands-Schwellwert-Kennlinie
SK liegt, so wird die Regelung der Ausgangsspannung durch eine Entladestromregelung
durchgeführt.
Diese Entladestromregelung entspricht einem zweiten Modus, welcher als
Entladestrommodus bezeichnet wird, und in dem die Regelung der Ausgangsspannung
des Generators G durch Regelung des Lade-/Entladestroms der Kraftfahrzeugbatterie 3 durchgeführt wird.
Im zweiten Modus kann auch eine Ladestromregelung erfolgen.
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Die
Regelung der Ausgangsspannung des Generators G wird somit durch
Umschaltung zwischen zwei Regelungsarten durchgeführt. Sie
erfolgt somit abhängig
vom Ladezustand der Kraftfahrzeugbatterie 3 und der Temperatur
der Kraftfahrzeugbatterie 3 entweder durch eine Ladespannungsregelung gemäß einem
ersten Modus oder einer Entladestromregelung gemäß einem zweiten Modus. Abhängig von
vorgebbaren Voraussetzungen kann in beiden Modi auch auf eine Ladestromregelung
umgeschaltet bzw. eine derartige durchgeführt werden. Beispielsweise
im ersten Modus kann dies abhängig von
einem Überschreiten
eines Ladestrom-Schwellwertes, welcher vorgegeben werden kann, erfolgen und
dann anstatt einer Ladespannungsregelung eine Ladestromregelung
erfolgen.
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In 4 ist
in schematischer Darstellung die Regelung gemäß dem ersten Modus gezeigt.
Die Soll-Ladespannung UBatt_Soll wird an
das Steuergerät 2 übertragen.
Abhängig
von der Soll-Ladespannung UBatt_Soll und
der Ladespannung der Kraftfahrzeugbatterie 3 wird ein Informationssignal
vom Steuergerät 2 erzeugt
und an den Generatorregler 1 übertragen, welches die einzustellende
Soll-Ausgangsspannung UGen_Soll enthält. Dieser
Generatorregler 1 regelt dann die Soll-Ausgangsspannung
UGen_Soll des Generators G in Abhängigkeit
dieses Informationssignals. Die Soll-Ausgangsspannung UGen_Soll des
Generators G wird dann an das Energienetz, welches sowohl den Generator
G, die Kraftfahrzeugbatterie 3 als auch den Verbraucher 4 umfasst,
abgegeben.
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In
analoger Weise erfolgt dies bei der Ladestromregelung in 4 im
ersten Modus, wenn der Soll-Ladestrom IBatt_soll und
der gegenwärtige
Ladestrom IBatt. der Kraftfahrzeugbatterie 3 im
Steuergerät 2 als
entsprechende Informationen vorliegen und daraus wiederum ein entsprechendes
Informationssignal zur Einstellung einer Soll-Ausgangsspannung UGen_soll des Generators G erzeugt und an
den Generatorregler 1 übertragen
wird.
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Die
Ladespannung der Batterie wird dabei jeweils aus der Differenz zwischen
der Soll-Ladespannung UBatt_Soll der Kraftfahrzeugbatterie 3 und
der aktuellen Spannung UBatt der Kraftfahrzeugbatterie 3 ermittelt.
Der Ladestrom wird aus der Differenz zwischen dem Soll-Ladestrom
IBatt_soll und dem aktuellen Ladestrom IBatt der Kraftfahrzeugbatterie 3 ermittelt.
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In 5 ist
in schematischer Weise der Ablauf einer Regelung der Ausgangsspannung
des Generators G im zweiten Modus und somit im Entladestrommodus
gezeigt. Aus der Differenz zwischen dem Soll-Ladestrom IBatt_Soll der Kraftfahrzeugbatterie 3 und
dem aktuellen elektrischen Ladestrom IBatt der Kraftfahrzeugbatterie 3 wird
ein Ladestrom ermittelt, welcher an den Generatorregler 1 übertragen
wird. Zusätzlich
wird durch eine Logikeinheit 22 erfasst, ob das Kraftfahrzeug
in einer Brems- und/oder Schubphase betrieben wird und somit eine
Rekuperation durchgeführt
werden kann. Darüber
hinaus wird durch die Logikeinheit 22 auch detektiert,
inwieweit spannungssensitive Verbraucher wie beispielsweise Lichteinheiten
und/oder eine elektrische Lenkungsvorrichtung und/oder eine elektrische
Bremsvorrichtung des Kraftfahrzeugs aktiviert bzw. eingeschaltet sind.
Darüber
hinaus wird durch die Logikeinheit 22 auch detektiert,
inwieweit der zweite Modus und somit der Entladestrommodus vorliegt.
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Die
Logikeinheit 22 ist im Ausführungsbeispiel in dem Steuergerät 2 enthalten.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Logikeinheit 22 eine separate
Einheit darstellt und beispielsweise über den Kommunikationsbus mit
dem Steuergerät 2 elektrisch
verbunden ist. Die im Hinblick auf die oben erläuterten und mit der Logikeinheit 22 erfassbaren
Informationen werden ebenfalls an die Regeleinheit 21 übertragen.
Des Weiteren weist das Steuergerät 2 im Ausführungsbeispiel
eine Einheit 23 auf, an die der Ladezustand der und die
Temperatur der Krafffahrzeugbatterie übertragen werden. Abhängig von
dem an dem Generatorregler 1 anliegenden Informationssignal
(einzustellende Soll-Ausgangsspannung UGen_soll)
wird eine Regelung der Ausgangsspannung des Generators G durchgeführt.
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Dabei
wird im Ausführungsbeispiel
gemäß 5 zusätzlich eine
Begrenzung der Soll-Ausgangsspannung UGen_Soll des
Generators G durchgeführt,
indem ein Spannungsintervall für
die Soll-Ausgangsspannung UGen_Soll vorgegeben
wird, innerhalb dessen die Soll-Ausgangsspannung UGen_Soll des
Generators G geregelt wird. Die Lade-/Entladestromregelung erfolgt
somit durch eine Spannungs-Sollwertvorgabe an den Generator G, wobei
der Sollwert durch eine Messung des Lade-/Entladestroms erfolgt.
Diese Informationen werden ebenso wie die von der Regiereinheit 21 erfassten
und ausgewerteten Informationen an eine weitere Einheit 24 des Steuergeräts 2 übertragen,
durch welche in Abhängigkeit
der übertragenen
Informationen das Informationssignal für die einzustellende Ausgangsspannung
des Generators G erzeugt wird und an den Generatorregler 1 übertragen
wird. Die Ausgangsspannung wird dann durch den Generatorregler 1 gemäß der durch
das Informationssignal vorgegebenen Soll-Ausgangsspannung UGen_soll eingestellt und diese geregelte
Ausgangsspannung wird dann an das Energienetz abgegeben.
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In
diesem zweiten Modus bzw. in dem Entladestrommodus wird die Kraftfahrzeugbatterie 3 in vorgebbarer
Weise und somit in gezielter Weise entladen und der elektrische
Strom dem Bordnetz zugeführt,
um Kraftstoff zu sparen. In den Verzögerungsphasen bzw. den Brems-
und/oder Schubphasen des Krafffahrzeugs wird dann wieder eine Regelung
der Ausgangsspannung mit einem höheren
Spannungsniveau durchgeführt.
Dies ist in 6 in schematischer Weise dargestellt.
Wie dabei in dem Diagramm zu erkennen ist, wird die Soll-Spannung
UBatt_Soll der Kraftfahrzeugbatterie 3 in
Abhängig keit
der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie 3 in einem normalen
Zustand durch eine grundlegende Ladekurve LKA geladen. Wie des Weiteren
aus 6 zu erkennen ist, erfolgt das Laden der Kraftfahrzeugbatterie 3 in
herkömmlicher
Weise über
eine erste Kennlinie bzw. die Kennlinie LKA. Wie bereits angesprochen,
wird dann in den Verzögerungsphasen
beim Übergang
vom Entladestrommodus in den ersten Modus der Ladespannungsregelung
wieder eine Spannungsregelung, jedoch gemäß einer zweiten Kennlinie,
welche durch die Kennlinie LKR gekennzeichnet ist, durchgeführt. In
Phasen der Rekuperation erfolgt die Spannungsregelung somit mit
einer zweiten Kennlinie, welche über
der ersten Kennlinie in dem Ladespannungs-Krafttahrzeugbatterietemperatur-Diagramm liegt.
Dadurch wird die Kraftfahrzeugbatterie 3 relativ schnell
geladen.
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Wie
aus den Kennlinienverläufen
in 7 zu erkennen ist, wird die Intensität der Entladung
der Kraftfahrzeugbatterie 3 abhängig vom Ladezustand der Kraftfahrzeugbatterie 3,
von der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie 3 und vom
Fahrzustand des Kraftfahrzeugs geregelt. Wie aus dem Diagramm in 7 ebenfalls
zu erkennen ist, steigt der Entladestrom IBatt_Soll bis
zu einer Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie 3 von etwa
15° C linear
an, unabhängig davon,
welcher Ladezustand der Kraftfahrzeugbatterie 3 vorliegt.
Bei Temperaturen der Kraftfahrzeugbatterie 3 oberhalb etwa
15° C verläuft der
Entladestrom IBatt_Soll im Wesentlichen
konstant. Wie des Weiteren aus 7 zu erkennen
ist, beginnt der Anstieg des Entladestroms IBatt_Soll mit
steigender Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie 3 dann
bereits bei niedrigeren Temperaturen der Kraftfahrzeugbatterie 3,
wenn der Ladezustand der Kraftfahrzeugbatterie 3 groß ist. Ebenso
ist aus der Darstellung in 7 zu erkennen, dass
in Beschleunigungsphasen des Kraftfahrzeugs die entsprechenden Kennlinien
nach oben verschoben werden. Beispielsweise wird die Kennlinie mit
einem Ladezustand ≥ 95
% während
einer Beschleunigungsphase derart verschoben, dass ein Anstieg des Entladestroms
IBatt_Soll bereits bei einer Temperatur der
Kraftfahrzeugbatterie 3 von etwa 3° C erfolgt und bereits ab einer
Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie 3 von etwa 14° C in einen
weiteren konstanten Verlauf des Entladestroms IBatt_Soll von
etwa 27 A übergeht.
In dem Diagramm gemäß 7 sind
die verschobenen Kurven während
einer Beschleunigungsphase des Kraftfahrzeugs in punktierter Form
eingezeichnet und durch die Doppelpfeile den korrespondierenden
Kennlinien zugeordnet. Der Entladestrom IBatt_Soll kann
somit in einfacher Weise aus dem in 7 gezeigten
Diagramm ermittelt werden.
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In 8 ist
in schematischer Weise die Ermittlung der begrenzten Soll-Ausgangsspannung UGen_Soll_Begrenz des Generators G in Abhängigkeit
von der Temperatur der Kraftfahrzeugbatterie 3 dargestellt.
In dem Diagramm sind drei Kennlinienverläufe eingezeichnet, welche einerseits
eine neutrale Ladekurve LKNEU und andererseits Kennlinien zur minimalen
und maximalen Begrenzung LKMIN bzw. LKMAX zeigen, welche das begrenzende
Spannungsintervall darstellen. Wie dabei zu erkennen ist, wird die Ausgangsspannung
des Generators G durch die Kennlinie LKMIN begrenzt bzw. vorgegeben,
wenn das Kraftfahrzeug eine Beschleunigungsphase durchführt oder
wenn spannungssensitive Verbraucher nicht aktiv sind. Sind spannungssensitive
Verbraucher eingeschaltet, wird entweder auf eine Lade-/Entladestromregelung
mit geringfügig
positivem Ladestrom der Kraftfahrzeugbatterie 3 umgeschaltet oder
auf eine Nullstromregelung gemäß der Kennlinie
LKNEU umgeschaltet, damit während
dieser Zeitdauer der Ladezustand der Kraftfahrzeugbatterie 3 erhalten
bleibt, diese jedoch nicht geladen wird.
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Eine
Spannungsregelung im zweiten Modus gemäß der Kennlinie LKMAX wird
durchgeführt, wenn
sich das Kraftfahrzeug in einer Brems- und/oder Schubphase befindet.
Wie aus den Kurvenverläufen
in 8 zu erkennen ist, sind die Spannungen bei höheren Temperaturen
der Kraftfahrzeugbatterie 3 größer als bei niedrigeren Temperaturen.
Insbesondere im Bereich zwischen etwa 5° C und 18° C ist ein Abfall der Spannung
gegeben.