DE102008002118A1 - Apparatus and method for generator control and generator with corresponding device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Generators, insbesondere Starter-Generator, eines Kraftfahrzeugs, bei dem mittels eines Steuergerätes die jeweilige Betriebsphase des Generators steuerbar ist. Es ist vorgesehen, dass eine Begrenzung der Leistung des Generators, der durch eine externe Vorgabe Erregungsphasen und Entregungsphasen erfährt, während der Erregungsphase des Generators erfolgt. Ferner betrifft die Erfindung einen Generator mit einer entsprechenden Vorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a device for controlling a generator, in particular a starter-generator, of a motor vehicle in which the respective operating phase of the generator can be controlled by means of a control device. It is envisaged that limiting the power of the generator, which experiences excitation phases and de-excitation phases by means of an external specification, takes place during the excitation phase of the generator. Furthermore, the invention relates to a generator with a corresponding device and a corresponding method.
Description
Die Erfindung betrifft einerseits eine Vorrichtung zur Steuerung eines Generators, insbesondere Starter-Generator, eines Kraftfahrzeugs mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen und einen Generator mit einer entsprechenden Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 8 genannten Merkmalen. Andererseits betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Steuerung eines Generators, insbesondere Starter-Generator, eines Kraftfahrzeugs mit den im Oberbegriff des Anspruchs 9 genannten Merkmalen.The On the one hand, the invention relates to a device for controlling a Generator, in particular starter generator, a motor vehicle with the features mentioned in the preamble of claim 1 and a generator with a corresponding device with the in the preamble of Claim 8 mentioned features. On the other hand, the invention relates a corresponding method for controlling a generator, in particular Starter generator, a motor vehicle with the in the preamble of Claim 9 mentioned features.
Stand der TechnikState of the art
Eine
Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Generators der
eingangs genannten Art sind beispielsweise aus der
Der Wirkungsgrad des Generators ist jedoch nicht über alle Betriebszustände konstant. Er ist vielmehr abhängig von seiner konstruktiven Auslegung und ändert sich beispielsweise mit Drehzahl und Auslastung sowie mit der Temperatur. Der optimale Wirkungsgrad des Generators liegt bei einer Auslastung von circa 70% vor. Bei einem Betrieb nahe der Vollauslastung oder bei niedriger Auslastung ist der Wirkungsgrad geringer. Ein in diesem Zusammenhang zum Einsatz kommendes Steuergerät dient dazu, den jeweiligen Betriebszustand des Generators mit dem Gesamtfahrzeug abzustimmen. Hierbei kann typischerweise ein Anwendungsfall berücksichtigt werden, der als Rekuperationsmodus bezeichnet wird. Im Rekuperationsmodus wird im Schubbetrieb des Fahrzeugs, das heißt in einem durch die Hangabtriebskraft und/oder durch die Massenträgheitskraft bedingten Betrieb, eine auftretende Bremsenergie durch eine Erhöhung der Generatorspannung in elektrische Energie gewandelt und beispielsweise in der Fahrzeugbatterie zwischengespeichert. Beim Beschleunigen des Fahrzeugs wird dann die Generator-Ausgangsleistung des Generators bis hin zu dessen Entregung reduziert, um das Generator-Schleppmoment auf einen Antriebsstrang des Fahrzeugs zu verringern und somit mehr Drehmoment für die Beschleunigung zur Verfügung zu stellen. Während dieser Zeit wird das elektrische Bordnetz des Fahrzeugs aus dem Energiespeicher, zum Beispiel einer Batterie, versorgt. Im Nachgang daran, also beispielsweise nach Abschluss des Beschleunigungsvorgangs, übernimmt der Generator wieder die Versorgung des elektrischen Bordnetzes sowie das Nachladen der Batterie. In einem typischen Fahrzeugzyklus wechselt der Generator nach seinem Entregungszustand zunächst für eine endliche Zeit in seinen Volllastzustand, wodurch der Generator seltener im Bereich des optimalen Wirkungsgrades betrieben wird. Im Extremfall wechselt der Generator sogar zwischen den Zuständen Entregung und Volllast, so dass ein Betrieb des Generators seltener oder nie im Bereich des optimalen Wirkungsgrades erfolgt.Of the Efficiency of the generator is not over all Operating states constant. He is rather dependent from its constructive interpretation and changes, for example with speed and utilization as well as with the temperature. The optimal Efficiency of the generator is at a capacity of about 70% before. When operating near full load or at lower Utilization, the efficiency is lower. One in this regard used to control unit serves to the respective Adjusting the operating state of the generator with the entire vehicle. In this case, a use case can typically be taken into account which is called recuperation mode. In recuperation mode is in overrun mode of the vehicle, that is in one by the downgrade force and / or by the inertia force Conditional operation, an occurring braking energy by increasing the generator voltage converted into electrical energy and, for example cached in the vehicle battery. When accelerating the vehicle then becomes the generator output power of the generator reduced to its de-energizing, to the generator drag torque to reduce a powertrain of the vehicle and thus more Torque available for acceleration to deliver. During this time, the electrical system becomes the vehicle from the energy storage, for example a battery, provided. After that, for example, after graduation of the acceleration process, the generator takes over again the supply of the electrical system and the reloading of the Battery. In a typical vehicle cycle, the alternator changes after his state of deprivation first for a finite time in its full load condition, which makes the generator less common is operated in the range of optimum efficiency. In extreme cases The generator even alternates between the states de-energizing and full load, so that operation of the generator is rare or never takes place in the region of optimum efficiency.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung eines Generators mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, dass sich die Zeitdauer, während der Generator im Bereich des höchsten Wirkungsgrades betrieben wird, vergrößert, wodurch letztlich sowohl der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine des Fahrzeugs als auch dessen Emissionswerte verbessert werden können. Dabei erfolgt eine planmäßige Begrenzung der Leistung des Generators, der durch eine externe Vorgabe Erregungsphasen und Entregungsphasen erfährt, während der Erregungsphase. Solange es die Ladebilanz der Batterie und andere Randbedingungen zulassen, wird somit die Leistung des Generators nach dem Betriebszustand Entregung begrenzt. Die Begrenzung erfolgt derart, dass ein höherer Wirkungsgrad des Generators erzielt wird. Gleiches gilt in analoger Weise für den Generator mit einer entsprechenden Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie für das Verfahren zur Steuerung des Generators mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The Inventive device for controlling a Generators with the features mentioned in claim 1 offers the other hand the advantage that the time duration while the generator is operated in the area of highest efficiency, increases, which ultimately both fuel consumption the internal combustion engine of the vehicle as well as its emission values can be improved. This is a scheduled Limiting the power of the generator, by an external specification Excitement phases and phases of excitement experience while the excitement phase. As long as there is the charge balance of the battery and others Allow boundary conditions, thus the performance of the generator limited to the operating state de-energizing. The limitation occurs such that a higher efficiency of the generator achieved becomes. The same applies analogously to the generator with a corresponding device having the features of the claim 8 and for the method of controlling the generator with the features of claim 9.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.advantageous Further developments result from the characteristics of the dependent Claims.
Mit Vorteil erfolgt die Begrenzung der Leistung des Generators unmittelbar nach der Entregungsphase. Die Begrenzung erfolgt hierbei beispielsweise auf einen Wert, der den höchsten Wirkungsgrad aufweist.With Advantage is the limitation of the power of the generator immediately after the de-energizing phase. The limitation is done here, for example to a value that has the highest efficiency.
Vorteilhafterweise erfolgt die Begrenzung der Leistung des Generators in Abhängigkeit von Randbedingungen, insbesondere Ladebilanz einer Fahrzeugbatterie, so dass die Leistungsbegrenzung des Generators nur dann erfolgt, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Hierbei steht bei einem Elektro- oder auch Hybridfahrzeug insbesondere die Fahrzeugbatterie im Blickfeld.advantageously, the limitation of the power of the generator is dependent of boundary conditions, in particular charge balance of a vehicle battery, so that the power limitation of the generator takes place only if certain conditions are met. This is in an electric or hybrid vehicle, in particular the vehicle battery in the field of vision.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Begrenzung der Leistung des Generators auf einen Wert vorgesehen ist, für den eine Generatorspannung in einem für ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs geeigneten Bereich liegt. Die Leistung des Generators kann nicht beliebig gewählt werden. Vielmehr muss bei der Wahl der Leistung darauf geachtet werden, dass die Generatorspannung nur in einem begrenzten Bereich verändert werden darf, um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Bordnetzes sicherzustellen. Die Größe des Bereichs und eine Nominalspannung sind durch Eigenschaften des Bordnetzes vorgegeben. Eine Veränderung der Leistung erfolgt also derart, dass zum Einen die Generatorspannung in dem vorgegebenen Bereich liegt und zum Anderen der Wirkungsgrad des Generators maximiert ist.A Further advantageous development of the invention provides that limiting the power of the generator to a value provided is for which a generator voltage in a for an electrical system of the motor vehicle is appropriate area. The performance of the generator can not be chosen arbitrarily. Much more Care must be taken in the choice of performance that the Generator voltage changed only in a limited range be allowed to operate properly of the electrical system. The size of the Range and a nominal voltage are due to properties of the electrical system specified. A change in performance is thus such that, on the one hand, the generator voltage in the given On the other hand, the efficiency of the generator is maximized is.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Begrenzung der Leistung des Generators auf einen dem höchsten Wirkungsgrad des Generators entsprechenden Wert erfolgt, wodurch der Generator deutlich häufiger im Bereich seiner optimalen Betriebsphase zum Einsatz kommt. Hierdurch verzögert sich zwar die Nachladung der Batterie, was sich allerdings auf die Ladebilanz nicht auswirkt, sofern die Häufigkeit dieser Betriebszustände entsprechend gesteuert wird.In An advantageous embodiment of the invention is provided that limiting the power of the generator to one the highest Efficiency of the generator corresponding value takes place, thereby the generator is significantly more common in the range of its optimal Operating phase is used. This delays Although the recharging of the battery, which, however, on the charge balance does not affect the frequency of these operating conditions is controlled accordingly.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die gesteuerte Begrenzung der Ausgangsleistung des Generators anhand einer Vorgabe eines maximal zulässigen Erregerstromes erfolgt, so dass der Generator in verschiedene Zustände jeweils mit einem vergleichsweise höheren Wirkungsgrad gebracht werden kann.According to one preferred embodiment of the invention, it is provided that the controlled limitation of the output power of the generator based a specification of a maximum permissible excitation current takes place, allowing the generator in different states respectively brought with a comparatively higher efficiency can be.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die gesteuerte Begrenzung der Leistung des Generators anhand eines maximal zulässigen Einschaltverhältnisses einer Erregerkreisendstufe erfolgt. Hierbei kann beispielsweise mittels einer digitalen Reglerschnittstelle eines separaten Steuergerätes der Generator mit einem entsprechenden Signal versorgt werden.According to one further preferred embodiment of the invention, it is provided that the controlled limitation of the power of the generator based a maximum allowable duty cycle an excitation circuit final stage takes place. This can, for example by means of a digital controller interface of a separate control unit the generator is supplied with an appropriate signal.
Die Vorteile der abhängigen Vorrichtungsansprüche 2 bis 7 gelten in analoger Weise auch für die Merkmale der abhängigen Verfahrensansprüche 9 bis 14.The Advantages of Dependent Device Claims 2 to 7 apply analogously to the features the dependent method claims 9 to 14.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung der Erfindung erfolgt; diese umfasst vielmehr alle Abwandlungen, Änderungen und Äquivalente, die im Rahmen der Ansprüche möglich sind. Es zeigen:The Invention and advantageous embodiments according to the Features of the further claims are described below the embodiments shown in the drawings explained in more detail, without that being a restriction the invention takes place; rather, this includes all modifications, changes and equivalents that are possible under the claims are. Show it:
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
In
Hierbei kann typischerweise ein Anwendungsfall berücksichtigt werden, der als Rekuperationsmodus bezeichnet wird. Im Rekuperationsmodus wird im Schubbetrieb des Fahrzeugs eine auftretende Bremsenergie durch eine Erhöhung der Generatorspannung in elektrische Energie gewandelt und beispielsweise in einem Energiespeicher, beispielsweise der Fahrzeugbatterie, zwischengespeichert. Beim Beschleunigen des Fahrzeugs wird dann die Generator-Ausgangsleistung des Generators bis hin zu dessen Entregung reduziert, um ein Generator-Schleppmoment auf den Antriebsstrang des Fahrzeugs zu verringern. Während dieser Zeit wird ein elektrisches Bordnetz des Fahrzeugs aus dem Energiespeicher, zum Beispiel der Fahrzeugbatterie, versorgt. Im Nachgang daran, also üblicherweise bei abgeschlossenem Beschleunigungsvorgang, übernimmt der Generator wieder die Versorgung des elektrischen Bordnetzes sowie das Nachladen der Batterie.in this connection a use case can typically be considered, which is called recuperation mode. In recuperation mode in the overrun mode of the vehicle an occurring braking energy by an increase of the generator voltage into electrical energy converted and, for example, in an energy storage, for example the vehicle battery, cached. When accelerating the Vehicle then becomes the generator output power of the generator reduced to its de-energizing, to a generator drag torque to reduce the powertrain of the vehicle. While This time is an electrical system of the vehicle from the Energy storage, for example, the vehicle battery supplied. in the Follow it, so usually when completed Acceleration process, the generator takes over again the supply of the electrical system and the reloading of the Battery.
Im
Rekuperationsmodus, also bei Rückgewinnung elektrischer
Energie, beispielsweise während eines Bremsvorgangs des
Fahrzeugs, wird der Betriebszustand des Generators beim Laden der
Batterie den Betriebszustand
Gemäß
In
Entsprechend
der
Eine
mögliche funktionale Umsetzung der Lastpunktverschiebung
umfasst im Wesentlichen einerseits eine Grundfunktion, welche Gültigkeit
für die Betriebszustände Beschleunigung, Konstanffahrt
oder Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine hat. Andererseits kann
durch besagte funktionale Umsetzung auch ein Sonderfall, insbesondere
ein Schubbetrieb, berücksichtigt werden. Bei der Grundfunktion
befinden sich der Generator beziehungsweise die Verbrennungskraftmaschine
in einem Funktionsbereich gemäß
Für den Sonderfall des Schubbetriebes kommt eine generelle Anhebung der zu erreichenden Generatorspannung UG zum tragen, wonach UG soll = UG normal + delta Uh gilt.For the special case of overrun operation, a general increase in the generator voltage U G to be achieved is to be carried out, according to which U G soll = U G normal + delta U h applies.
Bei den vorgenannten Fällen werden nachstehende Zuordnungen verwendet:
- UG soll
- = Vorgabewert/Sollwert der Betriebsspannung,
- UG normal
- = Normale Betriebsspannung (temperaturkompensiert),
- delta Uh
- = Hohe Spannungsänderung (im zulässigen Bereich) und
- delta Uk
- = Kleinere Spannungsänderung als delta Uh.
- U G should
- = Default value / nominal value of the operating voltage,
- U G normal
- = Normal operating voltage (temperature compensated),
- delta U h
- = High voltage change (within the permissible range) and
- delta U k
- = Smaller voltage change than delta U h .
Eine
Lastpunktverschiebung darf ausschließlich in der Art erfolgen,
dass die Ausgangsspannung des Generators in den in der Zuordnungstabelle
angegebenen Spannungsbereichen liegt. Dabei gibt UG
normal die Spannung an, die üblicherweise für
das Bordnetz des Kraftfahrzeugs verwendet wird, während
delta Uh eine maximal zulässige Spannungsabweichung und
delta Uk eine kleinere Abweichung spezifiziert.
Im Normalbetrieb des Fahrzeugs (in den Feldbereichen
Eine Regelung der Generatorspannung UG soll kann beispielsweise über eine Anpassung der Fremderregung erfolgen.A regulation of the generator voltage U G should be done, for example, via an adjustment of the external excitation.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende technische Lösung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Generators, insbesondere Starter-Generator, eines Kraftfahrzeugs, bei dem mittels eines Steuergerätes die jeweilige Betriebsphase des Generators gesteuert wird. Hierbei wird die Leistung des Generators, der durch eine externe Vorgabe Erregungsphasen und Entregungsphasen erfährt, während der Erregungsphase des Generators gezielt und planmäßig begrenzt. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Generator mit einer entsprechenden Vorrichtung. Die Leistungsbegrenzung des Generators erfolgt zur Erhöhung dessen Wirkungsgrades, insbesondere im Zuge einer Lastpunktverschiebung.In summary The present technical solution relates to a device and a method for controlling a generator, in particular a starter generator, a motor vehicle, in which by means of a control device the respective operating phase of the generator is controlled. in this connection is the power of the generator, by an external default Excitement phases and phases of excitement experience while the excitation phase of the generator targeted and on schedule limited. Furthermore, the present invention relates to a generator with a corresponding device. The power limitation of the Generator is used to increase its efficiency, especially in the course of a load point shift.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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