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Die
Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Ein
solches Bordnetz umfasst üblicherweise einen Generator,
eine Batterie zum Zwischenspeichern von vom Generator erzeugter
elektrischer Energie und einen Regler, der die Ausgangsspannung des
Generators anhand von im Bordnetz an einem oder mehreren Punkten
abgegriffener Spannungen regelt.
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Wenn
als Regelgröße lediglich die Spannung an einer
Ausgangsklemme des Generators genutzt wird, so ergibt sich das Problem,
dass die Batteriespannung je nach Stromaufnahme der an das Bordnetz
angeschlossenen Verbraucher mehr oder weniger stark von der Ausgangsspannung
des Generators abweicht. Wenn der Generator eine geregelte Ausgangsspannung
liefert, die nur unwesentlich höher als die Nennspannung
der Batterie ist, so kann durch die Stromaufnahme der Verbraucher
die Klemmenspannung der Batterie so weit abgesenkt werden, dass
die Batterie nicht geladen wird. Ist die Ausgangsspannung des Generators deutlich
höher als die Nennspannung der Batterie, so kann bei geringem
Stromverbrauch der Verbraucher die Klemmenspannung der Batterie über
die Nennspannung ansteigen, und die Generatorleistung wird nicht
effizient genutzt.
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Aus
EP 1 102 381 A1 ist
ein Generatorregler für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs
bekannt, der zwei Eingänge für im Bordnetz abgegriffene
Spannungen aufweist. Einer dieser Eingänge ist vorgesehen,
um unmittelbar mit einem Ausgang des Generators verbunden zu werden
und die Ausgangsspannung des Generators zum Generatorregler zurückzuführen,
der andere Eingang ist vorgesehen, um unmittelbar mit einer Klemme
der Batterie verbunden zu werden und so die Batteriespannung zum
Generatorregler zurückzuführen. Indem dieser bekannte
Generatorregler im Normalbetrieb die Ausgangsspannung des Generators
anhand der Spannung an der Batterieklemme regelt, kann letztere
unabhängig von der Stromaufnahme der Verbraucher konstant
gehalten werden, und eine effiziente Nutzung der Generatorleistung
ist möglich. Falls der Generatorregler die Batterieklemmenspannung
nicht korrekt empfängt, beispielsweise aufgrund eines Leitungsbruchs,
wird die Regelung anhand der Ausgangsspannung des Generators durchgeführt,
um in jedem Fall die Stromversorgung sicherzustellen.
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Andererseits
werden in Bordnetzen von Kraftfahrzeugen häufig Generatorregler
eingesetzt, welche nur einen Eingang für eine im Bordnetz
gemessene Spannung als Regelgröße besitzen. Aufgrund
der im Allgemeinen engen räumlichen Nachbarschaft zum Genera tor
sollte bei einem solchen Generatorregler die Ausgangsspannung des
Generators als Regelgröße verwendet werden, um
die höchstmögliche Ausfallsicherheit der Stromversorgung
für das Bordnetz zu gewährleisten. Kraftfahrzeughersteller
spezifizieren jedoch häufig die Verwendung der Batterieklemmenspannung
als Regelgröße für den Generatorregler,
trotz der damit verbundenen Einbuße an Betriebssicherheit.
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Es
besteht daher Bedarf nach einem Bordnetz für ein Kraftfahrzeug
geschaffen, das eine Regelung der Generatorausgangsspannung durch
einen Generatorregler mit nur einem Eingang für eine Spannungs-Regelgröße
anhand der Batterieklemmenspannung ohne Einbuße an Betriebssicherheit ermöglicht.
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Vorteile der Erfindung
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Dieser
Bedarf wird erfüllt, indem in einem Bordnetz für
ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie, einem Generator, welcher eingerichtet
ist, elektrische Energie für das Bordnetz zur Verfügung
zu stellen, und einem Generatorregler, welcher eingerichtet ist, eine
Ausgangsspannung des Generators zu regeln, wobei der Generatorregler
genau einen Eingang zum Empfang eines Signals aufweist, welches
eine im Bordnetz erfasste Spannung repräsentiert, wobei das
Bordnetz eine Mehrzahl von Regelpunkten aufweist, an welchen eine
Spannung erfassbar ist, eine Steuerschaltung eingerichtet ist, eine
Mehrzahl von Spannungen an den Regelpunkten zu erfassen, aus der
Mehrzahl der Spannungen die Spannung von einem der Regelpunkte als
Regelgröße auszuwählen und diese dem
Eingang zuzuführen. Die dem Generatorregler vorgeschaltete
Steuerschaltung ist mit mehreren Regelpunkten im Bordnetz verbunden
und erhält somit mehrere an den Regelpunkten gemessene
Spannungen als Eingangssignale, aus welchen die Spannung eines Regelpunkts
als Regelgröße für den Generatorregler
nach geeigneten Kriterien ausgewählt werden kann. Somit
können je nach aktueller Situation im Bordnetz an verschiedenen
Regelpunkten gemessene Spannungen als Regelgröße
für den Generatorregler herangezogen werden, jedoch benötigt
der Generatorregler weiterhin nur ein eine Spannungsgröße
repräsentierendes Eingangssignal. Der Generatorregler muss
daher auch nicht angepasst werden, sondern ein herkömmlicher
Generatorregler kann als Standardbaustein unverändert im Bordnetz
eingesetzt werden.
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Insbesondere
ist einer der Regelpunkte ein Leistungsausgang des Generators. Eine
Rückführung der dort abgegriffenen Ausgangsspannung
zum Generatorregler gewährleistet, dass immer eine Spannungsregelung
durchgeführt werden kann, auch wenn Signale von anderen
Regelpunkten nicht zuverlässig sind oder gar ausfallen.
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Besonders
vorteilhaft für ein erfindungsgemäßes
Bordnetz ist es, wenn einer der Regelpunkte eine Anschlussklemme
der Batterie ist. Somit kann speziell diese Spannung, welche aufgrund
seiner Anordnung im Bordnetz eine repräsentative Messgröße für
die aktuell vorliegende Energiesituation darstellt, für
die Generatorregelung herangezogen werden.
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Darüber
hinaus bietet es besondere Vorteile, wenn die Steuerschaltung eingerichtet
ist, die an wenigstens einem Regelpunkt erfasste Spannung hinsichtlich
ihrer Qualität zu bewerten und die Qualität als
Kriterium für die Auswahl heranzuziehen. Die Steuerschaltung
kann somit erkennen, ob eine Spannung innerhalb bestimmter Toleranzen
liegt oder ob ein Fehler vorliegt und eine Regelung anhand eines erkennbar
fehlerhaften Regelsignals vermeiden.
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Weiterhin
ist es für einen gleichmäßigen Regelungsprozess
vorteilhaft, wenn die Steuerschaltung eingerichtet ist, einen an
einem der Regelpunkte erfasste Spannung mit einer positiven oder
negativen Spannungskompensation zu beaufschlagen. Da die Regelpunkte
an unterschiedlichen Stellen im Bordnetz angeordnet sind und daher
aufgrund unterschiedlicher Leitungslängen zu den Regelpunkten verschieden
große Spannungsverluste auftreten, kann eine individuelle
Spannungskompensation für einen Regelpunkt diesen Unterschied
ausgleichen, um aus den Spannungen von verschiedenen Regelpunkten
vergleichbare Regelgrößen zu gewinnen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beigefügten Figuren. Es zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Bordnetzes mit
einer Steuerschaltung gemäß der Erfindung.
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In 1 ist
ein Ausschnitt eines Bordnetzes 1 schematisch gezeigt,
in welchem ein Generator 2 elektrische Energie für
die Speisung einer Batterie 4 und für die Versorgung
einer Mehrzahl angeschlossener elektrischer Verbraucher 6 erzeugt.
Der Generator 2 speist die erzeugte Energie über
eine Ausgangsklemme 21 mit der Spannung B+ in das Bordnetz 1 ein.
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Ein
Generatorregler 3 besitzt genau einen Eingang 31 zum
Empfang einer Rückkoppelspannung. Der Generatorregler vergleicht
die Rückkoppelspannung mit einer internen Referenzspannung und
steuert die Ausgangsspannung B+ des Generators 3 so, dass
eine Abweichung zwischen der Rückkoppelspannung und der
internen Referenzspannung minimiert wird.
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Eine
Steuerschaltung 5 hat mit zwei Regelpunkten 11, 12 des
Bordnetzes verbundene Eingänge 51, 52 und
empfängt die an den Regelpunkten 11, 12 herrschenden
Spannungen. Der erste Regelpunkt 11 befindet sich an der
Ausgangsklemme 21 des Generators 2 und greift
die Ausgangsspannung B+ des Generators 2 ab. Über
den an einer Anschlussklemme der Batterie 4 angeordneten
zweiten Regelpunkt 12 empfängt die Steuerschaltung
die Batteriespannung Bat+. Eine Verbindungsleitung zwischen der Ausgangsklemme 21 des
Generators 2 und der Batterieklemme 12 hat einen
Leitungswiderstand 13. Der Leitungswiderstand 13 verursacht
einen zum Stromfluss auf der Verbindungsleitung proportionalen Spannungsabfall
auf der Verbindungsleitung, so dass während der Generator 2 in
Betrieb ist, die am Regelpunkt 12 erfasste Spannung immer
niedriger ist als die am Regelpunkt 11 erfasste Spannung.
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Ein
Ausgang der Steuerschaltung 5 ist mit dem Eingang 31 des
Generatorreglers 3 verbunden, um die Rückkoppelspannung
an den Generatorregler 3 zu liefern.
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Die
Steuerschaltung 5 ist als eigenes Bauteil ausgeführt,
welches nahe am Generatorregler 3 eingebaut ist.
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Die
Steuerschaltung 5 wählt im Normalbetrieb die am
Regelpunkt 12 erfasste Spannung als Regelgröße
aus und überträgt diese an den Eingang 31 des
Generatorreglers 3. Der Generatorregler 3 vergleicht
die Regelgröße mit der internen Referenzspannung,
erkennt, ob er den Generator 2 zur Abgabe höherer
Leistung auffordern muss oder ob die Leistungsabgabe des Generators 2 gedrosselt
werden muss und sendet entsprechende Steuerbefehle an den Generator 2.
Der Generator 2 verändert seine Leistungsabgabe
gemäß den Steuerbefehlen. Der Regelkreis aus Steuerschaltung 5,
Generatorregler 3 und Generator 2 erreicht einen
stationären Zustand, wenn die Spannung Bat+ mit der internen
Referenzspannung übereinstimmt. Die Spannung B+ liegt dann
um einen zur Stromstärke auf der Verbindungsleitung proportionalen
Wert über Bat+.
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Wenn
zwischen dem Regelpunkt 12 und der Steuerschaltung 5 die
Verbindung fehlerhaft ist, beispielsweise aufgrund eines Leitungsbruchs,
so liefert der Eingang 52 der Steuerschaltung keinen verlässlichen
Wert für die am Regelpunkt 12 erfasste Spannung.
Falls ein solcher Wert als Regelgröße für
den Generatorregler 3 verwendet werden würde,
hätte dies negative Auswirkungen auf die Energieversorgung
innerhalb des Bordnetzes 1 und würde entweder
zu Spannungsausfällen führen oder auch zu einer
zu hohen Spannungsbelastung einzelner Komponenten des Bordnetzes 1.
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Die
Steuerschaltung 5 führt daher eine Qualitätsbeurteilung
für die am Eingang 52 anliegende Spannung durch,
indem sie überprüft, ob letztere innerhalb eines
vorgegebenen Toleranzbereichs liegt und somit einer tatsächlich
am Regelpunkt 12 abgegriffen sein kann. Nur in diesem Fall
wählt die Steuerschaltung 5 die Spannung am Regelpunkt 12 als Regelgröße
aus.
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Die
Qualitätsprüfung kann auch andere Eigenschaften
der Spannung am Eingang 52 nutzen, wie etwa ihren Innenwiderstand
(der im Fall eines Leitungsbruches unendlich wäre).
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Falls
die Qualitätsprüfung ergibt, dass die Spannung
am Eingang 52 unbrauchbar ist, und somit auf einen Fehler
in der Verbindung zwischen Steuerschaltung 5 und Regelpunkt 12 schließen
lässt, so wählt die Steuerschaltung 5 die
am Regelpunkt 11 erfasste Klemmenspannung des Generators
B+ als Regelgröße aus und verhindert dadurch eine
mögliche Fehlregelung.
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Da
jedoch die an den Regelpunkten 11 und 12 erfassten
Spannungen aufgrund des Leitungswiderstandes 13 unterschiedliche
Spannungsniveaus aufweisen und daher nicht unmittelbar als vergleichbare
Regelgrößen verwendet werden können,
reduziert die Steuerschaltung eine am Regelpunkt 11 erfasste
Spannung um einen dem mittleren Spannungsabfall am Leitungswiderstand 13 entsprechenden
Kompensationswert, um diese Abweichung auszugleichen und die Regelgröße
für den Generatorregler zu bilden.
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In
einer alternativen Ausgestaltung wird nicht die am Regelpunkt 11 erfasste
Spannung mit einer negativen Kompensation belegt, sondern die am
Regelpunkt 12 erfasste Spannung mit einer positiven Spannungskompensation
beaufschlagt, um in ähnlicher Weise vergleichbare Regelgrößen
von den beiden Regelpunkten 11, 12 zu erhalten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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