DE102008023510B4

DE102008023510B4 - Energieerzeugung-Steuergerät für die Verwendung in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102008023510B4
Application number: DE102008023510.5A
Authority: DE
Inventors: Minoru Kato; Takashi Senda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2008-05-15
Publication date: 2022-12-15
Anticipated expiration: 2028-05-16
Also published as: DE102008023510A1; US20080284384A1; US7872362B2; JP2008289288A; JP4743161B2

Abstract

Fahrzeug-Energieerzeugung-Steuergerät, mit:einem ersten elektrischen Akkumulator (3) zum Zuführen von elektrischer Energie zu einer Last (21bis 2n);einer Wechselstrommaschine (4), die durch eine Fahrzeugmaschine angetrieben wird, um elektrische Energie zu erzeugen, welche der Last (21bis 2n) und dem ersten elektrischen Akkumulator (3) zuzuführen ist;einem zweiten elektrischen Akkumulator (5), der zu dem ersten elektrischen Akkumulator (3) parallel geschaltet ist;einem elektrischen Energie-Umsetzer (6), der eine Zweiwege-Energieübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Akkumulator (3, 5) durchführt; undeiner Energiezufuhr-Steuereinheit (7), die eingerichtet ist, eine erste Funktion (7a) gemäß einer Einstellung eines Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex der Wechselstrommaschine (4) auzuführen, eine zweite Funktion (7b) gemäß einer Einstellung eines Soll-Energieerzeugungsbetrages der Wechselstrommaschine (4) auf der Grundlage des Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex, der mit Hilfe der ersten Funktion (7a) eingestellt wurde, und zwar unter Bezugnahme auf einen Plan, der eine Beziehung zwischen dem Energieerzeugung-Wirkungsgradindex und einem Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine (4) definiert auszuführen, und eine dritten Funktion (7c) gemäß einem Steuern eines Betrages und einer Übertragungsrichtung von zu übertragender Energie des elektrische Energie-Umsetzers (6), damit der Betrag an elektrischer Energie, der durch die Wechselstrommaschine (4) erzeugt wird, gleich wird mit dem Soll-Energieerzeugungsbetrag, auszuführen, wobei die erste Funktion (7a) eingerichtet ist, den Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex abhängig von der verbleibenden Kapazität des ersten elektrischen Akkumulators (3) einzustellen, und wobeidie Energiezufuhr-Steuereinheit (7) eingerichtet ist, den Lade-/Entladestrom des ersten elektrischen Akkumulators (3) unter Verwendung eines Stromsensors (10) zu detektieren und zu integrieren, um die verbleibende Kapazität des ersten elektrischen Akkumulators (3) abzuschätzen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energieerzeugung-Steuergerät für die Verwendung in einem Fahrzeug, welches in einem Fahrzeug wie beispielsweise einem Passagierfahrzeug, einem Lastkraftwagen und einem Bus geeignet verwendet werden kann.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Die JP 2006- 304 574 A offenbart eine Energieversorgungsvorrichtung, die in ein System eingebaut ist, das einen Verbrennungsmotor enthält, der mit einer Energieerzeugungseinrichtung zum Erzeugen von Energie unter Verwendung der Energie von dem Verbrennungsmotor und einem ersten Spannungssystem, dem die von der Energieerzeugungseinrichtung erzeugte Energie zugeführt wird, verbunden ist. Ein mögliches erstes Speichermittel, ein zweites aufladbares und entladbares zweites Speichermittel, das mit einem zweiten Spannungssystem verbunden ist, das eine andere Spannung als das erste Spannungssystem hat, und ein erstes, das die Ausgangsspannung an das erste Spannungssystem anpasst. Es hat eine Spannungseinstelleinheit und eine zweite Spannungseinstelleinheit, die die Ausgangsspannung an das zweite Spannungssystem anpasst, und die erste Spannungseinstelleinheit passt die Ausgangsspannung an das erste Spannungssystem und die zweite Spannungseinstellung an. Eine Leistungsübertragungseinrichtung zum Übertragen von Leistung zwischen dem ersten Spannungssystem und dem zweiten Spannungssystem durch Einstellen einer Ausgangsspannung an das zweite Spannungssystem durch eine Einheit, einen Zustand der ersten Speichereinrichtung und die erste Speichereinrichtung. Eine Stromversorgung mit einem Steuermittel zum Steuern des Energieerzeugungsmittels und des Energieübertragungsmittels, so dass Energie zwischen dem ersten Spannungssystem und dem zweiten Spannungssystem auf der Grundlage des Zustands des Energiespeichermittels ausgetauscht wird.
Aus der DE 10 2005 058 676 A1 ist Folgendes bekannt: Eine Energie- bzw. Leistungssteuerungsvorrichtung ermittelt einen maximalen Leistungsversorgungsbetrag, einen vorübergehenden maximalen Leistungsversorgungsbetrag und einen vorübergehenden minimalen Leistungsversorgungsbetrag jeder Leistungsversorgungsquelle bzw. Energiequelle. Die Vorrichtung ermittelt ferner Leistungs- bzw. Energiekosten jeweiliger Energiequellen, eine lastseitig erforderliche Leistung und eine ladeseitig abgefragte Leistung. Die Vorrichtung ermittelt eine Kombination von Leistungsversorgungsquellen, welche einen spezifischen Treibstoffverbrauch minimiert, und bestimmt einen Leistungszuweisungsbetrag. Unter Berücksichtigung einer vorübergehenden Antwort jeweiliger Leistungsversorgungsquellen wird der Leistungszuweisungsbetrag jeder Leistungsversorgungsquelle so korrigiert, dass er größer als eine vorübergehende minimale Versorgungsleistung und kleiner als eine vorübergehende maximale Versorgungsleistung ist.
Weiterer Stand der Technik findet sich in der Literatur „G. Henneberger: Elektrische Motorausrüstung“, Braunschweig : Vieweg, 1990. S. 32 - 37. - ISBN 3-528-04764-X.
Aus der DE 103 47 684 A1 ist Folgendes bekannt: In einer Vorrichtung zum Antreiben und Steuern einer Vielzahl von in einem Fahrzeug vorhandenen elektrischen Lasten erzeugt eine im Fahrzeug vorhandene Stromversorgungsquelle Energie, die den Lasten zuzuführen ist, von denen jede eine Priorität besitzt. Eine Energieberechnungsvorrichtung berechnet einen momentan verfügbaren Betrag der Energie, der von der Stromversorgungsquelle aus zuzuführen ist, und eine Prioritätsänderungsvorrichtung ändert eine oder mehrere der Prioritäten auf der Grundlage von eingegebenen Informationen hinsichtlich eines Fahrzeugzustandes, wobei die Informationen die Zustände oder Bedingungen der Lasten enthalten. Eine Befehlserzeugungsvorrichtung erzeugt einen Befehlswert, der einen Betrag der Energie angibt, welcher zu jeder der Lasten zuzuführen ist, und zwar unter Verwendung der Prioritäten. In diesem Fall wird eine Summe der Energie, die zu jeder Last zuzuführen ist, innerhalb des verfügbaren Betrages der zuzuführenden Energie gehalten. Ein Controller steuert die Energie, die zu jeder der Lasten hin verteilt wird, und zwar auf der Grundlage des Befehlswertes.
Die JP H06- 296 332 A offenbart eine technische Lehre zur Bereitstellung eines elektrischen Leistungsreglers für ein Kraftfahrzeug, der in der Lage ist, kleine Spannungsschwankungen in Hauptbatteriemitteln aufrechtzuerhalten, Überladung oder Tiefentladung zu eliminieren und auch regenerative Energie während der Verzögerung effizient zu speichern, indem regenerative Energie während der Verzögerung in Standby-Batteriemitteln vorübergehend gespeichert und freigegeben wird außer einer Verzögerungszeit. Regenerative Energie, die von einer Lichtmaschine durch den Fahrmotor erzeugt wird, der durch die Reifen während der Verzögerung gedreht wird, wird zeitweilig in der Standby-Batterieeinrichtung gespeichert. Und die in die Bereitschaftsbatterieeinrichtung geladene Energie wird während des Fahrens durch Beschleunigung, Fahren mit konstanter Geschwindigkeit und Leerlauf außer der Verzögerung eines Kraftfahrzeugs einer elektrischen Fahrzeuglast vorzugsweise gegenüber der Hauptbatterieeinrichtung zugeführt.
Es sind weiter Stromversorgung-Steuergeräte für die Verwendung in einem Fahrzeug bekannt, die eine Wechselstrommaschine enthalten, welche durch eine Fahrzeugmaschine angetrieben wird, ferner eine Batterie, einen Kondensator, der zur Batterie parallel geschaltet ist, und einen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer enthalten, der zwischen den Kondensator und der Batterie geschaltet ist, um eine Zweiwegeenergieübertragung zwischen diesen zu ermöglichen. Das Stromversorgung-Steuergerät für die Verwendung in einem Fahrzeug ist so konfiguriert, um regenerative Energie, die durch die Wechselstrommaschine erzeugt wird, wenn das Fahrzeug verzögert wird, dem Kondensator über den Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer zuzuführen, um die regenerative Energie auf einer zeitweiligen Grundlage zu speichern und um diese regenerative Energie über den Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer zu entladen, wenn das Fahrzeug beschleunigt wird. Dies schafft die Möglichkeit den Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine zu reduzieren, sodass dadurch die Wirtschaftlichkeit der Maschine in Bezug auf den Brennstoff verbessert wird. In Verbindung mit weiteren Einzelheiten wird beispielsweise auf die offengelegte japanische Patentanmeldung JP H06- 296 332 A verwiesen.
Mittlerweile wird die Generierungsspannung der Wechselstrommaschine solch eines Stromversorgung-Steuergerätes für ein Fahrzeug auf eine konstante Spannung mit Hilfe eines Reglers gesteuert oder geregelt, während jedoch das Drehmoment der Wechselstrommaschine abhängig von dem Energieverbrauch der elektrischen Lasten variiert, die mit der Energie arbeiten, welche von der Batterie oder der Wechselstrommaschine zugeführt wird. Demzufolge ist das herkömmliche Fahrzeug-Stromversorgung-Steuergerät, welches oben beschrieben ist, mit einem Problem dahingehend behaftet, dass es nicht effizient den Brennstoffverbrauch der Maschine verbessern kann (das heißt die Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs hinsichtlich des Brennstoffes), da die Wechselstrommaschine nicht notwendigerweise mit einem wünschenswerten Energieerzeugungsdrehmoment innerhalb eines Bereiches arbeitet, in welchem der Energieerzeugungs-Wirkungsgrad der Wechselstrommaschine hoch ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das vorstehend erläuterten Problem wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dessen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Stromversorgung-Steuergerät für die Verwendung in einem Fahrzeug, mit unter Anderem:

einem ersten elektrischen Akkumulator zum Zuführen von elektrischer Energie zu einer Last;
einer Wechselstrommaschine, welche durch eine Fahrzeugmaschine angetrieben wird, um elektrische Energie zu erzeugen, welche der Last und dem ersten elektrischen Akkumulator zugeführt wird;
einem zweiten elektrischen Akkumulator, der zu dem ersten elektrischen Akkumulator parallel geschaltet ist;
einem Umsetzer für elektrische Energie, der eine Zweiwege-Energieübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Akkumulator ermöglicht; und
einer Stromversorgung-Steuereinheit, die eine erste Funktion umfasst, gemäß welcher ein Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex der Wechselstrommaschine eingestellt wird, eine zweite Funktion umfasst, um einen Soll-Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine auf der Grundlage des Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex einzustellen, welcher vermittels der ersten Funktion eingestellt wurde, wobei auf einen Plan Bezug genommen wird, der eine Beziehung zwischen einem Energieerzeugung-Wirkungsgradindex und einem Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine festlegt, und mit einer dritten Funktion gemäß Steuern eines Betrages und einer Übertragungsrichtung von Übertragungsenergie des elektrischen Energie-Umsetzers, damit ein Betrag der elektrischen Energie, der durch die Wechselstrommaschine erzeugt wird, gleich wird dem Soll-Energieerzeugungsbetrag.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, ein Fahrzeug-Stromversorgung-Steuergerät vorzusehen, welches effizienter den Brennstoffverbrauch eines Fahrzeugs bzw. die Wirtschaftlichkeit gemäß dem Brennstoff eines Fahrzeugs verbessern kann als dies bei herkömmlichen Fahrzeug-Stromversorgung-Steuergeräten der Fall ist.
Andere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung unter Hinweis auf die Zeichnungen und die Ansprüche.
Figurenliste
In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

1 ein schematisches Diagramm, welches ein Fahrzeug-Stromerzeugung-Steuergerät gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
2 bis 5 Diagramme, von denen jedes einen Plan wiedergibt, welchen das Fahrzeug-Stromerzeugung-Steuergerät für einen Steuerbetrieb oder Regelbetrieb verwendet; und
6 ein Flussdiagramm, welches einen Steuer- oder Regelbetrieb des Fahrzeug-Stromerzeugung-Steuergerätes zeigt.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Fahrzeug-Energieerzeugung-Steuergerätes 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält das Fahrzeug-Energieerzeugung-Steuergerät 1 eine Batterie 3 als ersten elektrischen Akkumulator zum Zuführen von Energie zu Lasten 2₁ bis 2_n (n ist eine ganze Zahl größer als 1), eine Wechselstrommaschine 4, welche durch eine Fahrzeugmaschine (nicht gezeigt) angetrieben wird, um Energie zu erzeugen, die der Batterie 3 und den Lasten 2₁ bis 2_n zuzuführen ist, eine Batterie 5 als zweiten elektrischen Akkumulator, der zu der Batterie 3 parallel geschaltet ist, einen Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 6, der eine Zweiwege-Energieübertragung zwischen der Batterie 5 und der Batterie 3 ermöglicht, eine Energiezufuhr-Steuer-ECU (elektronische Steuereinheit 7), welche in solcher Weise arbeitet, um die Wechselstrommaschine 4 und den Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 6 zu steuern, eine Last-Steuer-ECU, die in solcher Weise arbeitet, um die Lasten 2₁ bis 2_n zu steuern, einen Spannungssensor 9, der eine Spannung der Batterie 3 erfasst, einen Stromsensor 10, der eine Entladestrom der Batterie 3 erfasst, Stromsensoren 11₁ bis 11_n, welche jeweilige Lastströme der Lasten 2₁ bis 2_n detektieren.
Die Stromversorgung-Steuer-ECU 7 und die Last-Steuer-ECU 8 sind miteinander gemäß einem gegebenen Kommunikationsstandard wie einem CAN (Kontroller-Bereich-Netzwerk) verbunden.
Die Batterie 3 besteht aus einer Blei-Säure-Batterie, welche zu den Lasten 2₁ bis 2_n parallel geschaltet ist, um diesen Energie zuzuführen. Die verbleibende Kapazität oder SOC (Ladezustand9 der Batterie 3 wird durch die Wechselstrommaschine 4 gesteuert.
Die Wechselstrommaschine 4 besteht aus einem Elektrogenerator, der durch eine Fahrzeugmaschine (nicht gezeigt) angetrieben wird, um elektrische Energie zu erzeugen, welche den Lasten 2₁ bis 2_n und der Batterie 3 zugeführt wird. Die Stromerzeugungsspannung der Wechselstrommaschine 4 wird auf eine konstante Spannung mit Hilfe der Stromversorgung-ECU 7 geregelt. Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, enthält die Wechselstrommaschine 4 eine Dreiphasen-Ankerwicklung, einen Dreiphasen-Vollweggleichrichter, eine Feldwicklung, einen Transistor, der PWM-gesteuert ist und zwar in Einklang mit einem Befehlssignal, welches von der Stromversorgung-Steuer-ECU 7 empfangen wird, um der Feldwicklung einen Erregerstrom zuzuführen und zwar entsprechend einem Befehlswert, welcher die Energiegenerierungsspannung angibt, und eine Schwungraddiode, die zu der Feldwicklung parallel geschaltet ist und die Möglichkeit bietet einen Stoßstrom dort hindurch zu leiten, der dann verursacht wird, wenn der Transistor ausgeschaltet wird.
Die Batterie 5, die einen Innenwiderstand kleiner als derjenige der Batterie 3 aufweist, besteht aus einer Nickel-Hybridbatterie. Die verbleibende Kapazität oder SOC der Batterie 5 wird durch den Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 6 gesteuert.
Der Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 6, der aus einer Energietransformationsvorrichtung besteht und eine Zweiwege-Energieübertragung ermöglicht, wird hauptsächlich durch einen Zeilenkipptransformator, MOSFETs, Dioden und Kondensatoren gebildet. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 6 ist so konfiguriert, um einen Strom zu steuern, der durch die Primärwicklung des Zeilenkipptransformators fließt und zwar vermittels einer PWM-Steuerung der MOSFETs, um eine Wechselspannung über der Sekundärwicklung des Zeilenkipptransformators zu erzeugen, deren Amplitude proportional zu dem Windungsverhältnis zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung ist, um die erzeugte Wechselspannung gleichzurichten, um eine Gleichstromenergie zu erzeugen und um die Gleichstromenergie in Richtung von der Batterie 3 zur Batterie 5 zu übertragen oder in der Richtung von der Batterie 5 zu der Batterie 3 zu übertragen.
Die Stromversorgung-Steuer-ECU 7, die eine CPU, einen ROM, einen RAM und einen Daten enthält, welcher diese Komponenten verbindet, implementiert eine Einstellfunktion 7a für einen Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex, eine Einstellfunktion 7b für einen Soll-Energieerzeugungsbetrag und eine Steuerfunktion 7c, die an späterer Stelle erläutert wird, indem ein Programm ausgeführt wird, welches in dem ROM gespeichert ist.
Die Last-Steuer-ECU 8, die eine CPU, einen ROM, einen RAM und einen Datenbus enthält, welcher diese Komponenten verbindet, führt eine Operation durch, um Ströme I₁ bis I_n der jeweiligen Lasten 2₁ bis 2_n zu detektieren und zwar unter Verwendung der Stromsensoren 11₁ bis 11_n, und berechnet den Energieverbrauch W3 = Vb × Σ 11₁ bis 11_n der Lasten 2₁ bis 2_n auf der Grundlage der detektierten Ströme I₁ bis I_n, und die Spannung Vb der Batterie 3, die von der Stromversorgung-Steuer-ECU über den CAN erhalten wird, wobei die Stromversorgung-Steuer-ECU 7 die Spannung Vb detektiert und zwar unter Verwendung des Spannungssensors 9.
Die Einstellfunktion 7a für den Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex der Stromversorgung-Steuer-ECU 7 detektiert und integriert erfindungsgemäß den Lade-/Entlade-Strom der Batterie 3 durch Verwendung des Stromsensors 10, um die verbleibende Kapazität der Batterie 3 einzuschätzen, und stellt einen Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex ein und zwar unter Verwendung eines Plans (map), der in 2 gezeigt ist, welcher eine Beziehung zwischen der geschätzten verbleibenden Kapazität der Batterie 3 und dem Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex definiert.
Die Einstellfunktion 7b für den Soll-Energieerzeugungsbetrag der Stromversorgung-Steuer-ECU 7 berechnet das Energieerzeugungsdrehmoment der Wechselstrommaschine 4 an jedem Energieerzeugungspunkt, der durch die Maschinendrehzahl bestimmt wird (die Drehgeschwindigkeit der Fahrzeugmaschine, welche die Wechselstrommaschine 4 antreibt), und berechnet den Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 und zwar unter Verwendung eines Planes, der in 3 gezeigt ist, der eine Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl, dem Energieerzeugungsdrehmoment der Wechselstrommaschine 4 und dem Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 angibt. Danach berechnet die Einstellfunktion 7b für den Soll-Energieerzeugungsbetrag unter Verwendung eines Planes, der in 4 gezeigt ist, welcher eine Beziehung zwischen dem Energieerzeugungsdrehmoment der Wechselstrommaschine 4 und dem Brennstoffverbrauch der Maschine anzeigt, einen Brennstoffbetrag, der benötigt wird, um die Energie an jedem Energieerzeugungspunkt zu erzeugen, um einen Brennstoffbetrag oder eine Brennstoffmenge festzulegen, die erforderlich ist, um die elektrische Einheitsenergie zu erzeugen, das heißt um den Energieerzeugung-Wirkungsgradindex an jedem Energieerzeugungspunkt zu bestimmen. Die Einstellfunktion 7b für den Soll-Energieerzeugungsbetrag bereitet einen Plan (map) vor, der in 5 gezeigt ist, welcher eine Beziehung zwischen dem Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 und dem Energieerzeugung-Wirkungsgradindex anzeigt und zwar auf der Grundlage der Ergebnisse der oben erläuterten Berechnungen.
Auch stellt die Einstellfunktion 7b für den Soll-Energieerzeugungsbetrag einen Soll-Energieerzeugungsbetrag W2 unter Verwendung des Planes ein, der in 5 gezeigt ist. Um mehr in Einzelheiten zu gehen, so stellt die Einstellfunktion 7b für den Soll-Energieerzeugungsbetrag als Soll-Energieerzeugungsbetrag W2, einen Schnittpunkt zwischen einer geraden Linie entsprechend einem gegebenen Wert des Soll-Energieerzeugung-Betragindex, und einer Kurve ein, welche den Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 repräsentiert. Die Steuerfunktion 7c der Stromversorgung-Steuer-ECU 7 steuert den Betrag und die Übertragungsrichtung der Übertragungsenergie W1 des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 6, damit der Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 gleich wird mit dem Soll-Energieerzeugungsbetrag W2, was noch unter weiter unten beschrieben wird.
Die Steuerfunktion 7c leitet den Energieverbrauch W3 der Lasten 2₁ bis 2_n von der Last-Steuer-ECU 8 ab und berechnet eine Ladeenergie W4 (= Vb × Ib) der Batterie 3 auf der Grundlage der Spannung Vb der Batterie 3, die mit Hilfe des Spannungssensors 9 detektiert wird, und basierend auf dem Strom Ib der Batterie 3, der mit Hilfe des Stromsensors 10 detektiert wird. Die Ladeenergie W4 wird negativ, wenn sich die Batterie 3 entlädt.
Auch berechnet die Steuerfunktion 7c als Übertragungsenergie W1 des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 6 den Soll-Energieerzeugungsbetrag W2 der Wechselstrommaschine 4 abzüglich der Summe des Energieverbrauchs W3 der Lasten 2₁ bis 2_n und der Ladeenergie W4 der Batterie 3.
Wenn die Übertragungsenergie W1 (= W2 - (W3 + W4)) positiv ist, wird die Übertragung der elektrischen Energie in der Richtung von der Batterie 3 zur Batterie 5 hin durchgeführt, während dann, wenn diese negativ ist, die Übertragung der elektrischen Energie in der Richtung von der Batterie 5 zur Batterie 3 hin durchgeführt wird.
Als Nächstes wird die Steueroperation des Fahrzeug-Energieerzeugung-Steuergerätes 1 mit der oben beschriebenen Konstruktion unter Hinweis auf das Flussdiagramm erläutert, welches in 6 gezeigt ist.
Wenn gemäß der Darstellung in 6 die Steueroperation oder Regeloperation startet, berechnet die Einstellfunktion 7b für den Soll-Energieerzeugungsbetrag der Stromversorgung-Steuer-ECU 7 bei einem Schritt S1 das Energieerzeugungsdrehmoment der Wechselstrommaschine 4 an jedem Energieerzeugungspunkt, der durch die Maschinendrehzahl und den Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 bestimmt wird und zwar unter Zuhilfenahme oder Bezugnahme auf den in 3 gezeigten Plan, der die Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl, dem Energieerzeugungsdrehmoment und dem Energieerzeugungsbetrag angibt.
Bei einem nachfolgenden Schritt S2 berechnet die Einstellfunktion 7b für den Soll-Energieerzeugungsbetrag den Betrag an Brennstoff, der dafür benötigt wird, um die Energie an jedem Energieerzeugungspunkt zu generieren und zwar unter Bezugnahme auf den Plan, der in 4 gezeigt ist, welcher die Beziehung zwischen dem Energieerzeugungsdrehmoment der Wechselstrommaschine 4 und dem Brennstoffverbrauch der Maschine angibt. Bei einem Schritt S3 wird die Brennstoffmenge berechnet, die zur Erzeugung der elektrischen Einheitsenergie erforderlich ist, das heißt es wird der Energieerzeugung-Wirkungsgradindex an jedem Energieerzeugungspunkt berechnet, um einen Plan aufzustellen, der in 5 gezeigt ist, welcher dann die Beziehung zwischen dem Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 und dem Energieerzeugung-Wirkungsgradindex anzeigt.
Bei einem Schritt S4 detektiert die erfindungsgemäße Einstellfunktion 7a für den Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex der Stromversorgung-Steuer-ECU 7 den Lade-/Entlade-Strom der Strom 3 und integriert diesen und zwar unter Verwendung des Stromsensors 10, um die verbleibende Kapazität der Batterie 3 abzuschätzen, und stellt dann den Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex unter Verwendung des in 2 gezeigten Planes ein, der die Beziehung zwischen der verbleibenden Kapazität der Batterie 3 und dem Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex definiert.
Bei einem Schritt S5 stellt die Einstellfunktion 7b für den Soll-Energieerzeugungsbetrag den Soll-Energieerzeugungsbetrag W2 der Wechselstrommaschine 4 unter Verwendung des in 5 gezeigten Planes ein, der die Beziehung zwischen dem Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 und dem Energieerzeugung-Wirkungsgradindex definiert. Bei einem Schritt S6 bestimmt die Steuerfunktion 7c der Stromversorgung-Steuer-ECU 7 den Betrag und auch die Übertragungsrichtung der zu übertragenden Energie des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 6, damit der Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 gleich wird mit dem Soll-Energieerzeugungsbetrag W2.
Um mehr in Einzelheiten zu gehen, so leitet die Steuerfunktion 7c den Energieverbrauch W3 der Lasten 2₁ bis 2_n von der Last-Steuer-ECU 8 ab und berechnet die Ladeenergie W4 der Batterie 3 auf der Grundlage der Spannung Vb der Batterie 3, die mit Hilfe des Spannungssensors 9 detektiert wurde, und auf der Grundlage des Stromes Ib der Batterie 3, der mit Hilfe des Stromsensors 10 detektiert wurde. Nachfolgend berechnet die Steuerfunktion 7c als Übertragungsenergie W1 (= W2 - (W3 + W4)) des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 6 den Soll-Generierungsbetrag W2 abzüglich der Summe aus dem Energieverbrauch W3 der Lasten 2₁ bis 2_n und des Ladestromes W4 der Batterie 3. Bei einem Schritt S7 steuert die Steuerfunktion 7c den Gleichstrom/GleichstromUmsetzer 6 in Einklang mit der berechneten Übertragungsenergie W1.
Das zuvor beschriebene Fahrzeug-Energieversorgung-Steuergerät 1 liefert die folgenden Vorteile.
Die Einstellfunktion 7a für den Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex der Stromversorgung-Steuer-ECU 7 stellt den Energieerzeugung-Wirkungsgrad auf der Grundlage der verbleibenden Kapazität der Batterie 3 ein. Dies schafft die Möglichkeit, sowohl eine Zunahme des Energieerzeugung-Wirkungsgrades der Wechselstrommaschine 4 Rechnung zu tragen als auch die verbleibende Kapazität der Batterie 3 über einem Wert zu halten, der eine stabile Stromversorgung zu den Lasten 2₁ bis 2_n ermöglicht.
Die Batterie 5 besitzt einen Innenwiderstand, der kleiner ist als derjenige der Batterie 3. Dies schafft die Möglichkeit die Ladekapazität zu erhöhen und auch die Ladekapazität der Batterie 5, welche der Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 6 lädt und entlädt und zwar unter der Steuerung der Steuerfunktion 7c der Stromversorgung-Steuer-ECU 7.
Dies schafft auch die Möglichkeit eine Verfremdung zwischen dem Soll-Energieerzeugungsbetrag W2 und dem tatsächlichen oder aktuellen Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 zu reduzieren, wenn die Steuerfunktion 7c den Betrag und die Übertragungsrichtung der Übertragungsenergie des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 6 in solcher Weise steuert, dass der Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 gleich wird mit dem Soll-Energieerzeugungsbetrag W2.
Die Steuerfunktion 7c steuert die Übertragungsenergie W1 des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 6 in Bezug auf den Energieverbrauch W3 der Lasten 2₁ bis 2_n und der Ladeenergie W4 der Batterie 3. Dies macht es möglich in einfacher Weise den Betrag und die Übertragungsrichtung der Übertragungsenergie W1 des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 6 zu steuern, damit der Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 gleich wird mit dem Soll-Energieerzeugungsbetrag W2, da der Energieverbrauch W3 der Lasten 2₁ bis 2_n und die Ladeenergie W4 der Batterie 3 Parameter sind, die einfach detektiert und eingeschätzt werden können.
Das heißt zur Steuerung des Energieerzeugungsbetrages der Wechselstrommaschine 4 bei dem Soll-Energieerzeugungsbetrag W2, wenn eine Grenze in der Energieerzeugungskapazität der Wechselstrommaschine 4 auftritt, um die Summe des Energieverbrauchs W3 der Lasten 2₁ bis 2_n abzudecken und der Ladeenergie W4 der Batterie 3 wird elektrische Energie von der Batterie 3 zu der Batterie 5 übertragen und zwar über den Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 6 und, wenn die Energieerzeugungskapazität der Wechselstrommaschine 4 nicht ausreichend ist, um die Summe aus dem Energieverbrauch W3 der Lasten 2₁ bis 2_n und der Ladeenergie W4 der Batterie 3 abzudecken, wird elektrische Energie von der Batterie 5 über den Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 6 zur Batterie 3 übertragen. Dies führt zu den weiter unten beschriebenen Vorteilen.
Die Steuerfunktion 7c der Stromversorgung-Steuer-ECU 7 steuert den Betrag und die Übertragungsrichtung der zu übertragenden Energie des Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzers 6 in solcher Weise, dass der Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 gleich wird dem Soll-Energieerzeugungsbetrag W2, wobei als Ergebnis davon der Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 auf dem Energieerzeugungsbetrag W2 gehalten werden kann. Als Folge wird es möglich die Wechselstrommaschine 4 zu veranlassen Energie bei einem Energieerzeugungsdrehmoment innerhalb des Bereiches zu erzeugen, in welchem der Energieerzeugungs-Wirkungsgrad hoch ist, sodass dadurch die Brennstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs verbessert wird.
Da die einzige Forderung die Wechselstrommaschine 4 zu veranlassen die Energie bei einem Energieerzeugungsdrehmoment innerhalb des Bereichs zu erzeugen, in welchem der Energieerzeugungs-Wirkungsgrad hoch ist und den Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer 6 und die Batterie 5 hinzuzufügen und zwar zu dem herkömmlichen Stromversorgung-Steuergerät, wird die im Fahrzeug vorzunehmende Verdrahtungskonstruktion des Fahrzeug-Energieerzeugung-Steuergerätes gemäß dieser Ausführungsform einfach.
Bei der oben erläuterten Ausführungsform ist es nicht erforderlich den Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzer zwischen der Wechselstrommaschine 4 und der Batterie 3 anzuordnen oder zwischen der Batterie 4 und den Lasten 2₁ bis 2_n. Dies verhindert, dass eine Stromversorgungsgewissheit abgesenkt wird, da irgendein Energieumsetzer, der durch Halbleitervorrichtungen gebildet ist, nicht in einer wichtigen Stromversorgungsleitung liegt.
Wenn bei der oben erläuterten Ausführungsform die Übertragungsenergie W1 (= W2 - (W3 + W4)) positiv ist, wird die Übertragung der Energie in der Richtung von der Batterie 3 zu der Batterie 5 vorgenommen, während jedoch dann, wenn diese negativ ist, die Übertragung der Energie in der Richtung von der Batterie 5 zur Batterie 3 vorgenommen wird. Dies schafft die Möglichkeit die Stromzufuhr zu den Lasten 2₁ bis 2_n zu stabilisieren und zwar ungeachtet dem Energieverbrauch W3 der Lasten 2₁ bis 2_n und der Ladeenergie W4 der Batterie 3. Demzufolge wird beispielsweise verhindert, dass die Beleuchtungsbefestigungen, die an dem Fahrzeug montiert sind, flackern.
Da gemäß der oben erläuterten Ausführungsform es nicht erforderlich ist, die Steueroperation zu ändern, um die Generierungsspannung der Wechselstrommaschine 4 auf einem konstanten Wert zu halten, und zwar von einem herkömmlichen Energieversorgung-Steuergerät, kann verhindert werden, dass die Konstruktionen der Wechselstrommaschine 4 und der Stromversorgung-Steuer-ECU kompliziert werden.
Es ist offensichtlich, dass vielfältige abgewandelte Ausführungsformen bei der oben beschriebenen Ausführungsform realisiert werden können.
Obwohl beispielsweise die Energieerzeugungsspannung der Wechselstrommaschine 4 bei der oben erläuterten Ausführungsform konstant ist, kann die Energieerzeugungsspannung auch angehoben werden, wenn das Fahrzeug verzögert wird oder bergab fährt, wenn die Wechselstrommaschine 4 zum Regenerieren von Energie ausgebildet ist und die Beleuchtungseinrichtungen nicht flackern und zwar aufgrund einer Erhöhung der Energieerzeugungsspannung, und kann auch abgesenkt werden, wenn das Fahrzeug beschleunigt, wenn eine Grenze in der verbleibenden Kapazität der Batterie 3 vorhanden ist.
Als zweiter elektrischer Akkumulator (Batterie 5), kann eine Nickel-Hybridbatterie bei der oben erläuterten Ausführungsform verwendet werden. Es kann jedoch auch ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator als zweiter elektrischer Akkumulator verwendet werden.
Bei der oben erläuterten Ausführungsform bereitet die Einstellfunktion 7b für den Soll-Energieerzeugungsbetrag der Stromversorgung-Steuer-ECU 7 den in 5 gezeigten Plan vor, der die Beziehung zwischen dem Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine 4 und dem Energieerzeugung-Wirkungsgradindex angibt, und zwar auf der Grundlage des Planes, der in 3 gezeigt ist, welcher die Beziehung zwischen der Maschinendrehzahl, dem Energieerzeugungsdrehmoment der Wechselstrommaschine und dem Brennstoffverbrauch der Maschine angibt. Jedoch kann die oben erläuterte Ausführungsform auch so modifiziert werden, dass die Einstellfunktion 7b für den Soll-Energieerzeugungsbetrag den in 5 gezeigten Plan speichert, der im Voraus vorbereitet wurde.

Claims

Fahrzeug-Energieerzeugung-Steuergerät, mit: einem ersten elektrischen Akkumulator (3) zum Zuführen von elektrischer Energie zu einer Last (2₁ bis 2_n); einer Wechselstrommaschine (4), die durch eine Fahrzeugmaschine angetrieben wird, um elektrische Energie zu erzeugen, welche der Last (2₁ bis 2_n) und dem ersten elektrischen Akkumulator (3) zuzuführen ist; einem zweiten elektrischen Akkumulator (5), der zu dem ersten elektrischen Akkumulator (3) parallel geschaltet ist; einem elektrischen Energie-Umsetzer (6), der eine Zweiwege-Energieübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten elektrischen Akkumulator (3, 5) durchführt; und einer Energiezufuhr-Steuereinheit (7), die eingerichtet ist, eine erste Funktion (7a) gemäß einer Einstellung eines Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex der Wechselstrommaschine (4) auzuführen, eine zweite Funktion (7b) gemäß einer Einstellung eines Soll-Energieerzeugungsbetrages der Wechselstrommaschine (4) auf der Grundlage des Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex, der mit Hilfe der ersten Funktion (7a) eingestellt wurde, und zwar unter Bezugnahme auf einen Plan, der eine Beziehung zwischen dem Energieerzeugung-Wirkungsgradindex und einem Energieerzeugungsbetrag der Wechselstrommaschine (4) definiert auszuführen, und eine dritten Funktion (7c) gemäß einem Steuern eines Betrages und einer Übertragungsrichtung von zu übertragender Energie des elektrische Energie-Umsetzers (6), damit der Betrag an elektrischer Energie, der durch die Wechselstrommaschine (4) erzeugt wird, gleich wird mit dem Soll-Energieerzeugungsbetrag, auszuführen, wobei die erste Funktion (7a) eingerichtet ist, den Soll-Energieerzeugung-Wirkungsgradindex abhängig von der verbleibenden Kapazität des ersten elektrischen Akkumulators (3) einzustellen, und wobei die Energiezufuhr-Steuereinheit (7) eingerichtet ist, den Lade-/Entladestrom des ersten elektrischen Akkumulators (3) unter Verwendung eines Stromsensors (10) zu detektieren und zu integrieren, um die verbleibende Kapazität des ersten elektrischen Akkumulators (3) abzuschätzen.
Fahrzeug-Energieerzeugung-Steuergerät nach Anspruch 1, bei dem ein Innenwiderstand des zweiten elektrischen Akkumulators (5) kleiner ist als ein Innenwiderstand des ersten elektrischen Akkumulators (3).
Fahrzeug-Energieerzeugung-Steuergerät nach Anspruch 1, bei dem die dritte Funktion (7c) den Betrag der Übertragungsenergie des elektrischen Energie-Umsetzers (6) in Bezug auf einen Energieverbrauch der Last (2₁ bis 2_n) und einer Ladeenergie des ersten elektrischen Akkumulators (3) steuert.