DE102005051433A1 - Method for regulating generator in dual voltage electrical system of motor vehicle involves determination of condenser voltage with help of unloading regulation as initial value for following loading procedure of condenser - Google Patents

Method for regulating generator in dual voltage electrical system of motor vehicle involves determination of condenser voltage with help of unloading regulation as initial value for following loading procedure of condenser Download PDF

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Abstract

Method involves determination of condenser voltage with the help of an unloading regulation as initial value for following loading procedure of the condenser (3), while a recuperation phase is stopped. The loading process moves independent of vehicle speeds with the vehicle to begin the recuperation phase. An independent claim is also included for the device for regulating generator in dual voltage electrical system of motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines Generators in einem Zwei-Spannungs-Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, mit einem ersten Spannungskreis, dem der Generator zugeordnet ist und dessen Spannungsniveau innerhalb eines Spannungsintervalls abhängig von Betriebsbedingungen des Fahrzeuges variabel geregelt wird und mit einem zweiten Spannungskreis, dessen Spannungsniveau an der unteren Grenze des Spannungsintervalls liegt, mit einem Kondensator, der dem ersten Spannungskreis zugeordnet ist und mit einer Fahrzeugbatterie, die dem zweiten Spannungskreis zugeordnet ist, mit einer Kopplungseinrichtung, über die die beiden Spannungskreise gekoppelt sind und die einen Längsregler sowie einen Gleichspannungswandler aufweist, und mit einer Rekuperationseinrichtung zur Bremsenergierückgewinnung, bei dem eine Laderegelung vorgesehen ist, die einen Ladevorgang des Kondensators steuert und bei dem eine Entladeregelung vorgesehen ist, die einen Entladevorgang des Kondensators steuert.The The invention relates to a method for controlling a generator in a two-voltage electrical system of a motor vehicle, with a first Voltage circuit to which the generator is assigned and its voltage level within a voltage interval depending on operating conditions of the vehicle is regulated variably and with a second circle of tension, its voltage level at the lower limit of the voltage interval lies, with a capacitor assigned to the first voltage circuit is and with a vehicle battery assigned to the second voltage circuit is, with a coupling device, over which the two voltage circuits are coupled and the one longitudinal regulator and a DC-DC converter, and with a Rekuperationseinrichtung for braking energy recovery, in which a charge control is provided, the charge the capacitor controls and provided in which a discharge control is that controls a discharge of the capacitor.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Regelung eines Generators in einem Zwei-Spannungs-Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, mit einem ersten Spannungskreis, dem der Generator zugeordnet ist und dessen Spannungsniveau innerhalb eines Spannungsintervalls abhängig von Betriebsbedingungen des Fahrzeuges variabel regelbar ist und mit einem zweiten Spannungskreis, dessen Spannungsniveau an der unteren Grenze des Spannungsintervalls liegt, mit einem Kondensator der dem ersten Spannungskreis zugeordnet ist und mit einer Fahrzeugbatterie, die dem zweiten Spannungskreis zugeordnet ist, mit einer Kopplungseinrichtung, über die die beiden Spannungskreise gekoppelt sind und die einen Längsregler sowie einen Gleichspannungswandler aufweist, mit einer Rekuperationseinrichtung zur Bremsenergierückgewinnung, und mit einer Regeleinrichtung mit der Lade- und Entladevorgänge des Kondensators regelbar sind.The The invention further relates to a device for controlling a Generator in a two-voltage electrical system of a motor vehicle, with a first voltage circuit to which the generator is assigned and its voltage level within a voltage interval depends on Operating conditions of the vehicle is variably adjustable and with a second voltage circuit whose voltage level at the bottom Limit of the voltage interval is, with a capacitor of associated with the first voltage circuit and with a vehicle battery, which is associated with the second voltage circuit, with a coupling device, via the the two voltage circuits are coupled and the one longitudinal regulator and a DC-DC converter having a recuperation device for Brake Energy Regeneration, and with a control device with the loading and unloading of the Condensers are adjustable.

Die zunehmende Elektrifizierung in Kraftfahrzeugen durch die Einführung technischer Innovationen (Hybridantrieb, Drive-by-wire-Systeme, Start-/Stopp-Systeme (MSA), elektrischer Ventiltrieb, etc.) und Komfortverbesserungen (Klimakompressor, Zusatzheizungen für Innenraum und Fontscheibe, etc.) führen zu einem ständig steigenden Bedarf an elektrischer Leistung der Bordnetze der Kraftfahrzeuge. Während der Grundlastverbrauch an elektrischer Energie bei den heute üblichen Fahrzeugen unter 1 kW liegt, werden in zukünftigen Fahrzeugen Leistungen von über 5 kW benötigt. Derartig hohe Verbrauchsleistungen sind mit dem herkömmlichen 14V-Bordnetz kaum noch realisierbar. Es werden daher höhere Bordnetzspannungen angestrebt. Insbesondere werden derzeit auch 42V/14V-Zwei-Spannungs-Bordnetze favorisiert, um die bereits vorhandenen kostengünstigen 14V-Komponenten weiter verwenden zu können. Zur Erzeugung der höheren elektrischen Leistungen werden stärkere Generatoren benötigt. Diese Generatoren (und andere Nebenaggregate) führen jedoch zu einer signifikanten Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs. Daher sind bereits intelligente Generatorregelungen mit variabler Generatorspannung vorgeschlagen worden, um den Generator verbrauchsoptimiert zu betreiben. Es sind auch Rekuperationseinrichtungen bekannt; die einen Teil der Bremsenergie über den Generator oder, in Hybridfahrzeugen, über eine elektrische Maschine, die wechselweise als Motor und als Generator betrieben werden kann, als elektrische Energie zurückgewinnen, um das Bordnetz zu unterstützen und einen oder mehrere Energiespeicher aufzuladen.The increasing electrification in motor vehicles through the introduction of technical Innovations (hybrid drive, drive-by-wire systems, start / stop systems (MSA), electric valve train, etc.) and comfort improvements (air conditioning compressor, auxiliary heaters for interior and font wheel, etc.) to one constantly increasing demand for electric power of the vehicle electrical system. While the base load consumption of electrical energy in today's usual Vehicles below 1 kW will be used in future vehicles from above 5 kW needed. Such high consumption rates are with the conventional 14V electrical system hardly realizable. Therefore, higher on-board voltages are desired. In particular, currently also 42V / 14V two-voltage vehicle electrical systems favors to continue to use the already existing inexpensive 14V components to be able to. To generate the higher electrical Achievements become stronger Generators needed. However, these generators (and other ancillaries) lead to a significant increase of fuel consumption. Therefore, already intelligent generator regulations With variable generator voltage has been proposed to the generator to operate with optimized fuel consumption. There are also recuperation facilities known; a part of the braking energy through the generator or, in Hybrid vehicles, about an electric machine that alternately as a motor and as a generator can be operated as recovering electrical energy, to support the electrical system and to charge one or more energy stores.

Ein derartiges Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung ist aus der DE 102 31 517 B4 bekannt. Dabei ist eine Regeleinrichtung vorgesehen, die einen von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator in einem ersten Spannungskreis ansteuert und über dessen Erregerwicklung die Spannung des Generators regelt, wobei der Regelbereich zwischen 14V und 42V liegt. Derartige Generatorregelungen sind als „intelligente" Generatorregelung bekannt. Dem ersten Spannungskreis sind vorzugsweise Hochleistungsverbraucher mit einem Leistungsbedarf von mehreren kW, beispielsweise eine PTC-Innenraum-Zusatzheizung zur Komforterhöhung in Dieselfahrzeugen und/oder eine Frontscheibenheizung (FSH) zugeordnet, bei denen Spannungsschwankungen nicht sicherheitsrelevant sind. Die intelligente Regeleinrichtung des Generators erhöht das Spannungsniveau des ersten Spannungskreises für den Betrieb der PTC- und FSH- Heizungen. Über eine Kopplungseinrichtung mit einem analogen Längsregler und einem parallel geschalteten DC/DC-Gleichspannungswandler ist ein 14V-Spannungskreis angeschlossen, in dem die Fahrzeugbatterie, ein Startermotor und die üblichen 14V-Verbraucher, insbesondere auch die sicherheitsrelevanten Verbraucher angeordnet sind. Der luftgekühlte DC/DC-Wandler stellt das 14V-Spannungsniveau für eine vorgegebene Bordnetzgrundlast zur Verfügung. Spitzenlasten werden über den Längsregler versorgt. Dazu ist dem Längsregler eine weitere Regeleinrichtung zugeordnet. Aufgrund einer gegenüber dem Generator besseren Regelungsdynamik, wird mit Hilfe des Längsreglers selbst bei hohen Einschaltströmen von Verbrauchern die Stabilität des 14V-Spannungsniveaus gewährleistet. Der Längsregler ist wassergekühlt, vorzugsweise kann er in den Kühlkreislauf des Verbrennungsmotors integriert sein. Er erzeugt je nach Spannungsniveau und angeforderter Bordnetzleistung eine Verlustleistung, die als zusätzliche Heizleistung für Motor oder Fahrgastraum zur Verfügung steht.Such a method and a corresponding device is known from DE 102 31 517 B4 known. In this case, a control device is provided, which controls a driven by an internal combustion engine generator in a first voltage circuit and controls the voltage of the generator via the field winding, wherein the control range is between 14V and 42V. Such generator control systems are known as "intelligent" generator control systems.The first voltage circuit is preferably associated with high-power consumers with a power requirement of several kW, for example a PTC interior auxiliary heater for comfort increase in diesel vehicles and / or a windshield heater (FSH), in which voltage fluctuations are not safety-relevant The intelligent controller of the generator increases the voltage level of the first voltage circuit for the operation of the PTC and FSH heaters, via a coupling device with an analogue longitudinal regulator and a DC / DC DC-DC converter connected in parallel, a 14V voltage circuit is connected in which the vehicle battery , a starter motor and the usual 14V consumers, in particular the safety-relevant consumers are arranged.The air-cooled DC / DC converter provides the 14V voltage level for a given electrical system base load available Asten be supplied via the series regulator. For this purpose, the longitudinal regulator is assigned a further control device. Due to a better control dynamics compared to the generator, the stability of the 14V voltage level is ensured with the aid of the series regulator, even at high inrush currents of consumers. The longitudinal regulator is water-cooled, preferably it can be integrated in the cooling circuit of the internal combustion engine. Depending on the voltage level and required on-board power supply, it generates a power loss that is available as additional heating power for the engine or passenger compartment is available.

Weiterhin ist in dem ersten Spannungskreis ein Kondensator vorgesehen, beispielsweise ein SuperCap, mittels dessen im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges Bremsenergie rekuperiert wird. Dabei wird der Kondensator auf den Wert des ersten Spannungsniveaus aufgeladen. Die Kapazität des geladenen Kondensators steht dann dem Bordnetz zur Verfügung, insbesondere um einen Spitzenverbrauch abzupuffern. Üblicherweise wird der Kondensator immer, wenn die an ihm anliegende Spannung höher ist als eine (Mindest-) Eingangsspannung des DC/DC-Wandlers und nicht die Bedingungen für eine Rekuperation erfüllt sind, entladen.Farther a capacitor is provided in the first voltage circuit, for example a SuperCap, by means of which in the overrun mode of the motor vehicle Braking energy is recuperated. The capacitor is on the Value of the first voltage level charged. The capacity of the charged Capacitor is then available to the electrical system, in particular a To buffer peak consumption. Usually the capacitor will always be when the voltage applied to it is higher than a (minimum) input voltage of the DC / DC converter and not the Conditions for a recuperation met are unloaded.

Nachteilig wirkt sich bei den intelligenten Generatorregelungen der bekannten Art ihre Entladestrategie aus, die zur Folge hat, dass der Kondensator häufig vollständig entladen ist. Die Leistung des Generators ist vom Spannungsniveau des ersten Spannungskreises und damit von der Spannung, die am SuperCap anliegt, abhängig. Durch eine Anhebung des ersten Spannungsniveaus über die Generatorregelung kann somit die Generatorleistung erhöht werden. Die Dynamik des Generators wird durch Zuschalten der Kapazität verbessert, da die Erregerwicklung schneller geladen werden kann. Eine schlagartige Erhöhung des Spannungsniveaus ist jedoch wegen des begrenzten Generatorstroms nicht möglich. Dies kann in bestimmten Betriebssituationen, insbesondere bei hohen anfallenden Rekuperationsenergien dazu führen, dass ein Überschuss an Bremsenergie entsteht, der nicht für das Bordnetz nutzbar ist, weil der anfänglich niedrige Ladezustand des Kondensators die Generatorspannung zunächst begrenzt. Der niedrige Ladezustand des Kondensators wirkt sich daher negativ auf das Rekuperationspotenzial aus. Während eines Bremsvorgangs, d.h. während einer Rekuperationsphase ist somit eine höhere Generatorleistung zur Ausnutzung der rekuperierten Energie und zur Erhöhung der Bremswirkung des Motors wünschenswert.adversely affects the intelligent generator regulations of the known Their discharge strategy, which has the consequence that the capacitor often completely discharged is. The power of the generator is from the voltage level of the first Voltage circuit and thus the voltage applied to the SuperCap dependent. By raising the first voltage level via the generator control can thus increasing the generator power become. Dynamics of the generator are improved by adding capacity because the excitation winding can be charged faster. A sudden increase the voltage level, however, is because of the limited generator current not possible. This can be in certain operating situations, especially at high levels accumulating recuperation energies cause a surplus braking energy is generated, which is not usable for the vehicle electrical system, because of the initial low charge state of the capacitor initially limits the generator voltage. The low charge state of the capacitor therefore has a negative effect on the recuperation potential. During a braking process, i.e. while a recuperation phase is thus a higher generator power to Utilization of the recuperated energy and to increase the braking effect of the engine desirable.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannte intelligente Generatorregelung in einem Zwei-Spannungsbordnetz so weiter zu entwickeln, dass die bei einer Rekuperation frei werdende Bremsenergie effektiver ausgenutzt wird.task The present invention is therefore the well-known intelligent So to further develop generator control in a two-voltage on-board network that the released during a recuperation braking energy more effective is exploited.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 1 dadurch gelöst, dass mit Hilfe der Entladeregelung eine Kondensatorspannung als ein Startwert für einen nachfolgenden Ladevorgang des Kondensators während einer Rekuperationsphase eingestellt wird, die in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit, mit der sich das Fahrzeug zu Beginn der Rekuperationsphase fortbewegt, bestimmt wird.These The object is in connection with the preamble of claim 1 solved by that by means of the discharge control a capacitor voltage as a starting value for a subsequent charging of the capacitor during a Recuperation phase is set, which depends on a vehicle speed, with which the vehicle moves at the beginning of the recuperation phase, is determined.

Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der ein effizientere intelligente Generatorregelung möglich ist.Further The object of the present invention is to provide a device with which a more efficient intelligent generator control is possible.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruches 6 dadurch gelöst, dass die Regeleinrichtung Mittel aufweist, mit denen eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Kondensatorspannung als ein Startwert für einen nachfolgenden Ladevorgang des Kondensators während einer Rekuperationsphase ermittelbar und einstellbar ist.These The object becomes in connection with the preamble of claim 6 solved by in that the control device has means with which one of the Vehicle speed dependent Capacitor voltage as a starting value for a subsequent charging process of the capacitor during a Recuperation phase can be determined and set.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Fahrgeschwindigkeit und der Bremsleistung, bzw. Bremsenergie besteht. Dies ist bei Kundenfahrten und Tests aufgefallen. Insbesondere sind bei hohen Geschwindigkeiten sowohl erheblich höhere Bremsleistungen als auch Bremsenergien zu erwarten. Um bei niedrigen Geschwindigkeiten eine möglichst hohe Generatorleistung für eine effektivere Rekuperation zur Verfügung zu haben, ist es daher vorteilhaft, den jeweiligen Ladevorgang des Kondensators, abhängig von der Geschwindigkeit, bei einer höheren Kondensator-Spannung zu beginnen. Dabei wird zwar auf einen Speicheranteil des Kondensators verzichtet. Die mögliche Generatorleistung und damit der Anteil an rekuperierter Bremsenergie wird jedoch erhöht, d.h. ein höherer Anteil an Bremsenergie wird in elektrische Energie umgewandelt, die dem Bordnetz zur Versorgung elektrischer Verbraucher und zur Aufladung von Fahrzeugbatterie sowie Kondensator zur Verfügung gestellt wird. Dadurch wird der Antriebsmotor des Fahrzeugs durch eine höhere Entlastung des Generators außerhalb des Rekuperationsbetriebes entlastet, wodurch eine Kraftstoffersparnis erzielt wird.Of the Invention is based on the finding that a clear connection between the driving speed and the braking power, or braking energy consists. This has been noticed in customer trips and tests. Especially are at high speeds both significantly higher braking performance as well as braking energies. At low speeds one possible high generator power for It is therefore a more effective recuperation available advantageous, the respective charging of the capacitor, depending on the speed, at a higher Capacitor voltage to start. It is indeed on a memory share omitted the capacitor. The possible generator power and however, the proportion of recuperated braking energy is increased, i. e. one higher Proportion of braking energy is converted into electrical energy, the on-board network for the supply of electrical consumers and the Charging of vehicle battery as well as capacitor provided becomes. As a result, the drive motor of the vehicle by a higher discharge of the Generator outside Relieves the recuperation, thereby saving fuel is achieved.

Unter der Annnahme, dass während der Rekuperationsphasen die Geschwindigkeit fällt und außerhalb der Rekuperationsphasen die Geschwindigkeit gleich bleibt oder steigt sowie dass die optimale Ladespannung mit zunehmender Geschwindigkeit monoton fällt, kann die optimale Ladespannung, ausgehend von einer ausreichend hohen Anfangsspannung, immer durch Entladen eingestellt werden. D.h. im Fahrbetrieb wird der Kondensator nicht automatisch komplett entladen, wenn die an ihm anliegende Spannung höher ist als die Eingangsspannung am Gleichstromwandler; sondern es wird eine Ladespannung entsprechend der aktuellen Geschwindigkeit vorgehalten. Die Geschwindigkeit, bei der die nächste Rekuperationsphase beginnt, muss dafür also nicht bekannt sein. Außerdem ist es ausgeschlossen, dass der Kondensator außerhalb der Rekuperationsphasen aufgeladen werden muss, um die optimale Ladespannung zu erreichen.Under the acceptance that during the recuperation phases the velocity falls and outside the Rekuperationsphasen the speed stays the same or increases as well as that the optimal charging voltage monotonically falling with increasing speed, the optimum charging voltage, starting from a sufficiently high initial voltage, always through Unloading can be set. That while driving is the capacitor not fully discharged automatically when the voltage applied to it is higher as the input voltage to the DC-DC converter; but it will a charging voltage according to the current speed held. The speed at which the next recuperation phase begins so have to not known. Furthermore it is excluded that the capacitor is outside of the recuperation phases must be charged in order to achieve the optimum charging voltage.

Mit diesen Annahmen ist es möglich, wie bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, mit Hilfe einer von der Kapazität des Kondensators, d.h. von der jeweiligen Kondensatorgröße abhängigen Kondensatorspannung/Fahrzeuggeschwindigkeits- Kennlinie, die innerhalb des Spannungsintervalls des ersten Spannungskreises verläuft, für jede Geschwindigkeit, bei der eine Rekuperation einsetzt, eine optimale Kondensator-Startspannung, d.h. ein Startpunkt oder Startbereich, finden, der die Energiezufuhr (Ladeleistung × Ladezeit) in den Speicher maximiert. Diese Startspannung wird bei der Entladeregelung des Kondensators im Fahrbetrieb berücksichtigt.With these assumptions it is possible as in a preferred embodiment of the invention, by means of one of the capacitance of the capacitor, i.e. Capacitor voltage / vehicle speed dependent on the respective capacitor size. Characteristic curve within the voltage interval of the first voltage circuit runs, for every Speed at which a recuperation sets in, an optimal Capacitor start voltage, i. a starting point or starting area, find the energy supply (charging power × charging time) in the memory maximized. This starting voltage is at the discharge of the Condenser considered while driving.

Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Entladeregelung in allen Bordnetzen mit Generatoren mit variabler Spannung (Multi-Voltage-Generatoren, kurz MVG) einsetzbar.Basically the unloading control according to the invention in all on-board networks with generators with variable voltage (multi-voltage generators, short MVG) can be used.

Zur Verifizierung der erfindungsgemäßen Laderegelung ist es besonders vorteilhaft, wie bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, den Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) für Pkw durchzuführen. Dadurch steht ein standardisiertes Prüfverfahren zur Verfügung, eine hinsichtlich Rekuperation und Kraftstoffverbrauch sowie Schadstoffemission optimierte Entladestrategie unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen geschwindigkeitsabhängigen Ladespannung für verschiedene Kondensatorgrößen und Bordnetztopologien zu finden.to Verification of the charge control according to the invention it is particularly advantageous, as in another preferred embodiment The invention provides for the New European Driving Cycle (NEDC) for passenger cars. Thereby is a standardized test procedure available, one in terms of recuperation and fuel consumption as well as pollutant emission optimized discharge strategy taking into account the inventive speed-dependent charging voltage for various Capacitor sizes and To find on-board network topologies.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.Further Details of the invention will become apparent from the following detailed Description and attached Drawings in which preferred embodiments of the invention are exemplified.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1: ein Schaltbild eines Zwei-Spannungs-Bordnetzes mit einer variablen Generatorregelung, und 1 a circuit diagram of a two-voltage electrical system with a variable generator control, and

2: eine Kondensatorspannung/Fahrzeuggeschwindigkeits-Kennlinie zur Einstellung einer Anfangs-Ladespannung eines Kondensators in einer Rekuperationsphase. 2 A capacitor voltage / vehicle speed characteristic for setting an initial charging voltage of a capacitor in a recuperation phase.

Die 1 zeigt ein Zwei-Spannungs-Bordnetz 1 mit einem ersten Spannungskreis 12 und einem zweiten Spannungskreis 13. In dem ersten Spannungskreis 12 ist ein Multi-Voltage-Generator 2 mit einer variablen Spannungsregelung angeordnet, die über eine Regeleinrichtung 11 ein Spannungsniveau zwischen 14V und 42V zur Verfügung stellt. An den Spannungskreis 12 sind Hochleistungsverbraucher mit einem Leistungsbedarf von mehreren kW angeschlossen, beispielsweise eine PTC-Schnellheizung 4 und eine Frontscheibenheizung 5, die über Schalter zuschaltbar sind. Weiterhin ist ein, vorteilhaft als ein SuperCap ausgebildeter, Kondensator 3 vorgesehen.The 1 shows a two-voltage electrical system 1 with a first circle of tension 12 and a second circle of tension 13 , In the first circle of tension 12 is a multi-voltage generator 2 arranged with a variable voltage regulation, via a control device 11 provides a voltage level between 14V and 42V. To the circle of tension 12 are high-performance consumers with a power requirement of several kW connected, for example, a PTC rapid heating 4 and a windscreen heater 5 , which are switchable via switches. Furthermore, a, advantageously designed as a SuperCap capacitor 3 intended.

Der zweite Spannungskreis 13 ist über eine Kopplungseinrichtung, die aus einem Längsregler 6 und einem zu dem Längsregler 6 parallel geschalteten Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) 7 besteht an den ersten Spannungskreis 12 angeschlossen. Der vorzugsweise luftgekühlte DC/DC-Wandler 7 wandelt seine jeweilige Eingangsspannung, die innerhalb des variablen Spannungsniveaus des ersten Spannungskreises 12 liegt, in ein Spannungsniveau von 14V (mit einer relativ geringen Schwankungsbreite, beispielsweise zwischen 12V und 15V) des zweiten Spannungskreises 13 um. Über den DC/DC-Wandler 7 wird dieses Spannungsniveau für eine Grundlast des Bordnetzes 1 bereitgestellt. Der Längsregler 6 arbeitet als ein analoger Schalter, der im offenen Schaltzustand die Spannung nahezu unverändert transferiert und im geschlossenen Zustand seine Eingangsspannung in eine niedrigere Ausgangsspannung umformt. Dabei fällt eine Verlustleistung an, die zu Heizwecken nutzbar ist. Beispielsweise ist der Längsregler 6 in einen nicht dargestellten Motor-Kühlkreislauf integriert und gibt seine Verlustleistung an diesen Kreislauf ab. Der Längsregler 6 ist bei Bedarf, insbesondere bei einem hohen Leistungsbedarf zuschaltbar. An den zweiten Spannungskreis 13 ist eine Fahrzeugbatterie 8 und die üblichen 14V-Verbraucher 10 sowie ein Startermotor 9 angeschlossen. Die Regeleinrichtung 11 regelt die Spannung des Generators 2 über eine entsprechende Ansteuerung seiner (nicht dargestellten) Erregerwicklung. Weiterhin wird über die Regeleinrichtung 11 der Längsregler 6 und der DC/DC-Wandler 7 angesteuert sowie die Lade-/Entladevorgänge des Kondensators 3 und der Fahrzeugbatterie 8 geregelt.The second circle of tension 13 is via a coupling device consisting of a series regulator 6 and one to the longitudinal regulator 6 parallel-connected DC-DC converter (DC / DC converter) 7 exists at the first voltage circle 12 connected. The preferably air-cooled DC / DC converter 7 converts its respective input voltage, which is within the variable voltage level of the first voltage circuit 12 is in a voltage level of 14V (with a relatively small fluctuation range, for example, between 12V and 15V) of the second voltage circuit 13 around. About the DC / DC converter 7 this voltage level becomes a basic load of the electrical system 1 provided. The longitudinal regulator 6 operates as an analog switch, which transfers the voltage almost unchanged in the open switching state and converts its input voltage into a lower output voltage in the closed state. This results in a power loss, which is usable for heating purposes. For example, the longitudinal regulator 6 integrated into an engine cooling circuit, not shown, and outputs its power loss to this cycle. The longitudinal regulator 6 is on demand, especially with a high power consumption switchable. To the second circle of tension 13 is a vehicle battery 8th and the usual 14V consumers 10 as well as a starter motor 9 connected. The control device 11 regulates the voltage of the generator 2 via a corresponding control of its (not shown) exciter winding. Furthermore, via the control device 11 the in-line regulator 6 and the DC / DC converter 7 controlled as well as the charging / discharging of the capacitor 3 and the vehicle battery 8th regulated.

Ein Verfahren zur Regelung eines Generators 2 in einem Zwei-Spannungs-Bordnetz 1 eines Kraftfahrzeuges, mit einem Kondensator 3 zur Speicherung rekuperierter Bremsenergie beruht im Wesentlichen auf einer Entladeregelung, über die eine geschwindigkeitsabhängige Ladespannung als Startwert zum Laden des Kondensators 3 bei einer Rekuperation eingestellt wird.A method for controlling a generator 2 in a two-voltage electrical system 1 a motor vehicle, with a capacitor 3 The storage of recuperated braking energy is essentially based on a discharge control via which a speed-dependent charging voltage is used as starting value for charging the capacitor 3 is set at a recuperation.

Die Spannung des Generators 2 wird bei einem Bordnetz 1 wie in 1 dargestellt, bei verschiedenen Betriebszuständen zwischen 14V und 42V über die Regeleinrichtung 11 variiert. Die intelligente Generatorregelung wird im Folgenden an verschiedenen Betriebszuständen (Szenarien) beschrieben:The voltage of the generator 2 is at a wiring system 1 as in 1 shown, in various operating states between 14V and 42V via the control device 11 varied. The intelligent generator control is described below in various operating states (scenarios):

In einer Motorwarmlaufphase sind die Zusatzheizungen PTC 4 und FSH 5 eingeschaltet, so dass ein hoher Leistungsbedarf entsteht. Der Generator 2 wird dann bei 42V und hoher Leistung betrieben. Der Kondensator 3 wird aufgeladen. Die an dem Analogschalter (Längsregler) 6 anfallende Verlustleistung wird als zusätzliche Abwärme zur Aufheizung des Motor-Kühlwassers genutzt. Dies wirkt sich insbesondere bei modernen Dieselfahrzeugen durch eine schnellere Aufheizung von Motor und Innenraum vorteilhaft aus. Gleichzeitig liefert der Längsregler 6 die Leistung für den 14V-Spanungskreis.In a motor warm-up phase, the booster heaters are PTC 4 and FSH 5 switched on, so that a high power requirement arises. The generator 2 is then operated at 42V and high power. The capacitor 3 is charged. The at the analog switch (linear regulator) 6 resulting power loss is used as additional waste heat for heating the engine cooling water. This has an advantageous effect especially in modern diesel vehicles by faster heating of the engine and the interior. At the same time the longitudinal regulator delivers 6 the power for the 14V voltage circuit.

In einem Zugbetrieb bei betriebwarmem Motor wird der Generator 2 entlastet und auf 14V heruntergeregelt. Längsregler 6 und DC/DC-Wandler 7 arbeiten parallel. Eingangs- und Ausgangsspannung am Längsregler 6 sind bei 14V. Der Längsregler 6 liefert keine Heizleistung. Der Kondensator 3 wird in das Bordnetz 1 entladen. Die erfindungsgemäße Entladeregelung entlädt den Kondensator 3 nicht vollständig, sondern stellt eine bestimmte Ladespannung ein. Die 2 zeigt beispielhaft einen Verlauf 16 der Kondensatorspannung 14 in Abhängigkeit der Fahrzeuggeschwindigkeit 15 für eine bestimmte Kondensatorgröße (Kapazität). Anhand dieser Kennlinie wird eine Startspannung ausgelesen und eingestellt, die in die Entladeregelung eingeht und die der aktuellen Geschwindigkeit fortlaufend angepasst wird. Während einer konstanten Fahrt bleibt der Kondensator 3 auf dem eingestellten Ladezustand.In a train operation with warm engine is the generator 2 relieved and regulated down to 14V. linear regulators 6 and DC / DC converters 7 work in parallel. Input and output voltage at the series regulator 6 are at 14V. The longitudinal regulator 6 does not deliver heating power. The capacitor 3 gets into the electrical system 1 discharged. The discharge control according to the invention discharges the capacitor 3 not completely, but sets a certain charging voltage. The 2 shows an example of a course 16 the capacitor voltage 14 depending on the vehicle speed 15 for a specific capacitor size (capacity). On the basis of this characteristic, a starting voltage is read out and set, which enters into the unloading control and which is continuously adapted to the current speed. During a constant drive the capacitor remains 3 at the set charge level.

In einem Schubbetrieb (Rekuperation) wird der Kondensator 3 geladen. Der Ladevorgang beginnt bei der, entsprechend der Geschwindigkeit, eingestellten SuperCap-Spannung. Dabei wird die Spannung am Generator 2 auf 42V hochgeregelt und erzeugt eine Maximalleistung. Während dessen versorgt die Fahrzeugbatterie 8 den zweiten Spannungskreis 13 und entlädt sich dabei. Im weiteren Verlauf des Schubbetriebes wird, wenn der Kondensator 3 geladen ist, die Generatorleistung wieder herunter geregelt. In einem folgenden Zugbetrieb wird erneut wie oben beschrieben verfahren.In a coasting operation (recuperation) is the capacitor 3 loaded. Charging starts at the SuperCap voltage set according to the speed. At the same time the voltage on the generator becomes 2 boosted to 42V and produces a maximum power. During this the vehicle battery supplies 8th the second circle of tension 13 and discharges it. In the further course of the overrun operation, when the capacitor 3 is charged, the generator power regulated down again. In a following train operation, the procedure is repeated as described above.

11
Zwei-Spannungs-BordnetzTwo-voltage vehicle electrical system
22
Generatorgenerator
33
Kondensatorcapacitor
44
PTC-HeizungPTC heater
55
FrontscheibenheizungWindscreen heater
66
Längsreglerlinear regulators
77
GleichspannungswandlerDC converter
88th
Fahrzeugbatterievehicle battery
99
Startermotorstarter motor
1010
Verbraucherconsumer
1111
Regeleinrichtungcontrol device
1212
erster Spannungskreisfirst voltage circuit
1313
zweiter Spannungskreissecond voltage circuit
1414
Kondensatorspannungs-AchseCapacitor voltage axis
1515
Fahrzeuggeschwindigkeits-AchseVehicle speed axis
1616
Kondensatorspannung/Fahrzeuggeschwindigkeits-KennlinieCapacitor voltage / vehicle speed characteristic

Claims (7)

Verfahren zur Regelung eines Generators in einem Zwei-Spannungs-Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, mit einem ersten Spannungskreis, dem der Generator zugeordnet ist und dessen Spannungsniveau innerhalb eines Spannungsintervalls abhängig von Betriebsbedingungen des Fahrzeuges variabel geregelt wird und mit einem zweiten Spannungskreis, dessen Spannungsniveau an der unteren Grenze des Spannungsintervalls liegt, mit einem Kondensator, der dem ersten Spannungskreis zugeordnet ist und mit einer Fahrzeugbatterie, die dem zweiten Spannungskreis zugeordnet ist, mit einer Kopplungseinrichtung, über die die beiden Spannungskreise gekoppelt sind und die einen Längsregler sowie einen Gleichspannungswandler aufweist, und mit einer Rekuperationseinrichtung zur Bremsenergierückgewinnung, bei dem eine Laderegelung vorgesehen ist, die einen Ladevorgang des Kondensators steuert und bei dem eine Entladeregelung vorgesehen ist, die einen Entladevorgang des Kondensators steuert, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe der Entladeregelung eine Kondensatorspannung als ein Startwert für einen nachfolgenden Ladevorgang des Kondensators (3) während einer Rekuperationsphase eingestellt wird, die in Abhängigkeit einer Fahrzeuggeschwindigkeit, mit der sich das Fahrzeug zu Beginn der Rekuperationsphase fortbewegt, bestimmt wird.A method for controlling a generator in a two-voltage electrical system of a motor vehicle, with a first voltage circuit to which the generator is assigned and whose voltage level is variably controlled within a voltage interval depending on operating conditions of the vehicle and a second voltage circuit whose voltage level at the bottom Limit of the voltage interval is, with a capacitor associated with the first voltage circuit and with a vehicle battery, which is associated with the second voltage circuit, with a coupling device, via which the two voltage circuits are coupled and having a series regulator and a DC-DC converter, and with a Recuperation device for regenerative braking in which a charge control is provided which controls a charging of the capacitor and in which a discharge control is provided, which controls a discharging operation of the capacitor, characterized in that d using the discharge control a capacitor voltage as a starting value for a subsequent charging of the capacitor ( 3 ) is set during a recuperation phase, which is determined as a function of a vehicle speed at which the vehicle travels at the beginning of the recuperation phase. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensator-Startspannung mit Hilfe einer Kondensatorspannung/Fahrzeuggeschwindigkeits-Kennlinie (16) ermittelt wird, die innerhalb des Spannungsintervalls des ersten Spannungskreises (12) verläuft.Method according to Claim 1, characterized in that the capacitor starting voltage is determined by means of a capacitor voltage / vehicle speed characteristic ( 16 ), which within the voltage interval of the first voltage circuit ( 12 ) runs. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorspannung/Fahrzeuggeschwindigkeits-Kennlinie (16) an die Kapazitätsgröße des Kondensators (3) angepasst ist.Method according to Claim 2, characterized in that the capacitor voltage / vehicle speed characteristic ( 16 ) to the capacitance size of the capacitor ( 3 ) is adjusted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladeregelung mit Hilfe des Neuen Europäischen Fahrzyklus verifiziert wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the unloading regulation with the help of the New European driving cycle is verified. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorspannung in einem Zugbetrieb des Kraftfahrzeuges unter Berücksichtigung der geschwindigkeitsabhängigen Entladeregelung des Kondensators (3) in Richtung der unteren Grenze des Spannungsintervalls des ersten Spannungskreises (12) herunter geregelt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the generator voltage in a train operation of the motor vehicle under Consideration of the speed-dependent discharge control of the capacitor ( 3 ) in the direction of the lower limit of the voltage interval of the first voltage circuit ( 12 ) is regulated down. Vorrichtung zur Regelung eines Generators in einem Zwei-Spannungs-Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, mit einem ersten Spannungskreis, dem der Generator zugeordnet ist und dessen Spannungsniveau innerhalb eines Spannungsintervalls abhängig von Betriebsbedingungen des Fahrzeuges variabel regelbar ist und mit einem zweiten Spannungskreis, dessen Spannungsniveau an der unteren Grenze des Spannungsintervalls liegt, mit einem Kondensator der dem ersten Spannungskreis zugeordnet ist und mit einer Fahrzeugbatterie, die dem zweiten Spannungskreis zugeordnet ist, mit einer Kopplungseinrichtung, über die die beiden Spannungskreise gekoppelt sind und die einen Längsregler sowie einen Gleichspannungswandler aufweist, mit einer Rekuperationseinrichtung zur Bremsenergierückgewinnung, und mit einer Regeleinrichtung, mit der Lade- und Entladevorgänge des Kondensators regelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (11) Mittel aufweist, mit denen eine von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängige Kondensatorspannung als ein Startwert für einen nachfolgenden Ladevorgang des Kondensators (3) während einer Rekuperationsphase ermittelbar und einstellbar ist.Device for controlling a generator in a two-voltage electrical system of a motor vehicle, with a first voltage circuit to which the generator is assigned and whose voltage level is variably controlled within a voltage interval depending on operating conditions of the vehicle and a second voltage circuit whose voltage level at the bottom Limit of the voltage interval is, with a capacitor associated with the first voltage circuit and with a vehicle battery, which is associated with the second voltage circuit with a coupling device, via which the two voltage circuits are coupled and which has a series regulator and a DC-DC converter, with a Rekuperationseinrichtung for Brake energy recovery, and with a control device, are regulated with the charging and discharging of the capacitor, characterized in that the control device ( 11 ) Has means with which a vehicle speed dependent capacitor voltage as a starting value for a subsequent charging of the capacitor ( 3 ) is determinable and adjustable during a recuperation phase. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung (11) einen Kennlinienspeicher aufweist.Apparatus according to claim 6, characterized in that the control device ( 11 ) has a characteristic memory.
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