DE102008028479A1 - Motor vehicle power supply system for supplying electric motor valve train of internal combustion engine, with electrical energy, has power supply system load directly connected with generator, and connected with battery by control element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbordnetz, insbesondere zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern, deren Leistungsbedarf mit der Motordrehzahl steigt.The The invention relates to a vehicle electrical system, in particular for supply of electrical consumers whose power requirements match the engine speed increases.
Aufgrund der Zunahme elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug sind verschiedene Ansätze verfolgt worden, um die elektrische Energieversorgung zu gewährleisten. Beispiele für solche Ansätze sind Zwei-Spannungsbordnetze oder Zwei-Batterien-Systeme. Besonders problematisch sind elektrische Verbraucher, deren Leistungsbedarf mit der Motordrehzahl steigt.by virtue of the increase in electrical loads in a motor vehicle various approaches have been followed to the electrical Ensuring energy supply. examples for such approaches are two-voltage or two-battery systems. Particularly problematic are electrical consumers whose power consumption with the engine speed increases.
Ein solcher Verbraucher ist der elektromotorische Ventiltrieb für Verbrennungsmotore. Im Allgemeinen steigt der Leistungsbedarf des Ventiltriebes progressiv mit der Motordrehzahl. Zusätzlich muss dieser betrieben werden können, wenn der Motor noch steht (vor dem Motorstart und während des Motorstarts). Dies kann praktisch nur aus der Batterie erfolgen. Typische Bordnetz-Batterien liegen bei 12 V, so dass auch die Generatoren typischerweise auf 12 V ausgelegt sind bzw. 14 V. Insbesondere bei hohen Motordrehzahlen nimmt jedoch der Wirkungsgrad des Generators ab, so dass es zu Versorgungsproblemen kommen kann.One Such consumers is the electromotive valve drive for Internal combustion engines. In general, the power requirement of the Valve gear progressive with the engine speed. additionally This must be able to be operated if the engine is still is stationary (before engine start and during engine start). This can be done practically only from the battery. Typical electrical system batteries are at 12 V, so that the generators are typically on 12 V are designed and 14 V. Especially at high engine speeds However, the efficiency of the generator decreases, causing supply problems can come.
Aus
der
Aus
der
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeugbordnetz zu schaffen, mittels dessen insbesondere Verbraucher besser versorgt werden können, deren Leistungsbedarf mit der Motordrehzahl steigt.Of the Invention is based on the technical problem of a motor vehicle electrical system which, in particular, better supplies consumers whose power requirements coincide with the engine speed increases.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The Solution of the technical problem results from the objects with the features of claims 1 and 6. Further advantageous Embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Hierzu umfasst das Kraftfahrzeugbordnetz einen ersten Generator und einen weiteren Generator, eine Batterie, erste Bordnetzverbraucher und zweite Bordnetzverbraucher, wobei der erste Generator auf die Nennspannung der Batterie ausgelegt und mit dieser verbunden ist, wobei die ersten Bordnetzverbraucher mit der Batterie verbunden sind, wobei der zweite Generator als freilaufender Generator ausgebildet ist, dessen Spannung mit einer Motordrehzahl eines antreibenden Motors steigt, wobei die zweiten Bordnetzverbraucher direkt mit dem zweiten Generator verbunden sind und über ein elektrisches Steuerelement mit der Batterie verbunden sind. Hierdurch ist es möglich, vor und während des Starts des Motors die zweiten elektrischen Verbraucher durch die Batterie zu versorgen, wohingegen nach dem Anlassvorgang der zweite Generator die Versorgung übernimmt. Da dessen abgebbare Leistung ebenfalls mit der Motordrehzahl steigt, ist eine steigende Leistungsaufnahme der zweiten Bordnetzverbraucher mit steigender Motordrehzahl kein Problem. Vorzugsweise handelt es sich bei den weiteren Bordnetzverbrauchern um einen elektromotorischen Ventilbetrieb. Diese weisen üblicherweise Leistungsendstufen mit H-Brücken auf, so dass diese auch relativ einfach mit einer variablen Eingangsspannung betrieben werden können.For this the motor vehicle electrical system comprises a first generator and a another generator, a battery, first onboard power consumer and second Electrical system consumers, with the first generator to the rated voltage the battery is designed and connected to the first Onboard power consumers are connected to the battery, the second Generator is designed as a free-running generator whose voltage increases with an engine speed of a driving motor, wherein the second electrical system consumers directly to the second generator are connected and via an electrical control connected to the battery. This makes it possible before and during the start of the engine the second electric Consumers by the battery, whereas after the Starting process, the second generator takes over the supply. Since its deliverable power also increases with engine speed, is an increasing power consumption of the second electrical system consumers with increasing engine speed no problem. Preferably it is in the other electrical system consumers to an electric motor Valve operation. These usually have power output stages with H-bridges on, making them relatively easy with one too variable input voltage can be operated.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das elektrische Steuerelement als Diode oder als Halbleiterschalter, beispielsweise als MOSFET oder IGBT, ausgebildet. Der Vorteil der Diode ist, dass keine zusätzliche externe Steuerung notwendig ist, wobei jedoch die Verluste etwas größer sind. Der Halbleiterschalter muss hingegen extern geschaltet werden, beispielsweise über ein Signal, dass der Motor gestartet ist.In Another preferred embodiment is the electrical Control as a diode or as a semiconductor switch, for example as a MOSFET or IGBT, formed. The advantage of the diode is that no additional external control is necessary, where However, the losses are slightly larger. The semiconductor switch must, however, be switched externally, for example via a signal that the engine has started.
Vorzugsweise ist in Reihe zu der Diode ein Schaltelement angeordnet, um den Stromfluss zu unterbrechen bzw. als Schutz gegen eine zu hohe Sperrspannung. Das Schaltelement ist vorzugsweise als Relais ausgebildet.Preferably, one is in series with the diode Switching element arranged to interrupt the flow of current or as protection against excessive reverse voltage. The switching element is preferably designed as a relay.
Weiter vorzugsweise ist parallel zum Schaltelement ein weiteres Schaltelement mit einem in Reihe geschalteten Vorladewiderstand angeordnet, um den Ladestrom der Kondensatoren des elektromotorischen Ventiltriebs zu begrenzen.Further Preferably, another switching element is parallel to the switching element arranged in series with a precharge resistor to prevent the Charging current of the capacitors of the electromotive valve drive to limit.
In einer alternativen Ausführungsform umfasst das Kraftfahrzeugbordnetz einen ersten Generator und einen zweiten Generator, eine Batterie, erste Bordnetzverbraucher und zweite Bordnetzverbraucher, wobei der erste Generator auf die Nennspannung der Batterie ausgelegt und mit dieser verbunden ist und die ersten Bordnetzverbraucher mit der Batterie verbunden sind, wobei der zweite Generator parallel zum ersten Generator geschaltet ist, wobei das Drehzahlübersetzungsverhältnis des zweiten Generators kleiner als das des ersten Generators ist, wobei beide durch einen gemeinsamen Motor antreibbar sind, wobei die zweiten Bordnetzverbraucher und der zweite Generator mit der Batterie verbunden sind. Die primäre Aufgabe des zweiten Generators ist wieder, den Leistungsbedarf der zweiten Bordnetzverbraucher zu decken, deren Leistungsaufnahme mit der Motordrehzahl steigt, wobei vorzugsweise die zweiten Bordnetzverbraucher wieder ein elektromotorischer Ventilbetrieb ist. Der zweite Generator dreht dabei langsamer als der erste Generator, so dass sein Wirkungsgrad bei hohen Motordrehzahlen besser als der des ersten Generators ist. Ist der erste Generator in der Lage, den Leistungsbedarf bis zu einer Drehzahl n1 zu decken, braucht der zweite Generator erst direkt unterhalb dieser Drehzahl n1 einzusetzen.In An alternative embodiment comprises the motor vehicle electrical system a first generator and a second generator, a battery, first electrical system consumers and second electrical system consumers, where the first generator designed for the rated voltage of the battery and connected to it and the first electrical system consumers connected to the battery, the second generator in parallel connected to the first generator, wherein the speed ratio of the second generator is smaller than that of the first generator, wherein Both are driven by a common motor, the second Onboard power consumers and the second generator are connected to the battery. The primary task of the second generator is again, to meet the power requirements of the second on-board electrical system consumers whose Power consumption increases with the engine speed, preferably the second electrical system consumers again an electric motor valve operation is. The second generator rotates slower than the first generator, so that its efficiency at high engine speeds better than that of the first generator. Is the first generator able to to cover the power requirement up to a speed n1 needs Only use the second generator directly below this speed n1.
Vorzugsweise sind der erste und/oder zweite Generator von dem Motor abkoppelbar, so dass bei niedrigen Drehzahlen der zweite Generator abgekoppelt werden kann und bei hohen Drehzahlen der erste Generator, so dass der Gesamtwirkungsgrad erhöht wird.Preferably the first and / or second generator can be decoupled from the engine, so decoupled at low speeds of the second generator can be and at high speeds the first generator, so that the overall efficiency is increased.
Weiter vorzugsweise sind der erste und/oder zweite Generator steuerbar, so dass die Sollwerte der Generatorausgangsspannung veränderbar sind. Im einfachsten Fall wird bei einem steuerbaren Generator beispielsweise über eine BSS-Schnittstelle die Sollspannung gesetzt und der Regler des Generators steuert die Erregung so, dass die Generatorausgangsspannung gleich der Soll-Ausgangsspannung ist. Durch gegebenenfalls leicht unterschiedliche Sollwerte der beiden Generatoren kann die Last unterschiedlich auf die beiden Generatoren verteilt werden. Im Extremfall kann die Anordnung so eingestellt werden, dass ein Generator die ganze Last übernimmt.Further Preferably, the first and / or second generator are controllable, so that the setpoints of the generator output voltage changeable are. In the simplest case, with a controllable generator, for example via a BSS interface sets the setpoint voltage and the controller of the Generator controls the excitation so that the generator output voltage is equal to the desired output voltage. By possibly light Different setpoints of the two generators can differentiate the load be distributed to the two generators. In extreme cases, the Arrangement be set so that a generator takes over the whole load.
Die Optimierungsaufgabe besteht nun darin, die Last unter allen Betriebsbedingungen auf die beiden Generatoren so zu verteilen, dass für beide Generatoren zusammen eine möglichst kleine Antriebsleistung aufgewandt werden muss. Dabei sind Restriktionen zu beachten, beispielsweise dass bei niedrigen Motordrehzahlen nur der erste Generator überhaupt in der Lage ist, Leistung abzugeben. In Betriebspunkten, in denen beide Generatoren zur Verfügung stehen, kann das Optimum beispielsweise dann erreicht sein, wenn der zweite, langsamer laufende Generator 2/3 der Gesamtlast übernimmt.The Optimization task now is to load under all operating conditions to distribute to the two generators so that for both Generators together the smallest possible drive power must be expended. Restrictions must be observed, for example that at low engine speeds only the first generator ever is able to deliver performance. In operating points where Both generators are available, the optimum For example, be reached when the second, slower running Generator takes 2/3 of the total load.
Vorzugsweise ist in einem Steuergerät ein Kennfeld für mindestens einen Sollwert eines steuerbaren Generators abgelegt, wobei der steuerbare Generator in Abhängigkeit der erfassten Parameter des Kennfeldes angesteuert wird. Das Optimum kann dann beispielsweise durch Variation aller wichtigen Einflussgrößen (Last, Motordrehzahl, Temperaturen) offline, beispielsweise an einem Prüfstand, ermittelt werden und als Kennfeld abgespeichert werden. Während der Laufzeiten können dann die aktuellen Einflussgrößen ermittelt werden und der zugehörige Wert aus dem Kennfeld ausgelesen werden und zur Steuerung des mindestens einen steuerbaren Generators verwendet werden.Preferably is in a control unit a map for at least stored a desired value of a controllable generator, wherein the controllable generator depending on the detected parameters of the Map is controlled. The optimum can then, for example by variation of all important factors (Load, engine speed, temperatures) offline, for example on one Test bench, be determined and stored as a map become. During the terms then the current influencing variables are determined and the associated value is read from the map and used to control the at least one controllable generator become.
Alternativ kann das Kennfeld den Sollwert für die Lastverteilung enthalten, wobei durch das Steuergerät die aktuelle Lastverteilung ermittelt wird und der Sollwert des Generators (beispielsweise die Sollspannung) so verstellt wird, dass die ermittelte aktuelle Lastverteilung gleich dem Sollwert aus dem Kennfeld ist. Dies stellt eine Regelung dar. Alternativ ist auch eine Optimierung online denkbar, was aber durch die Notwendigkeit, die aktuelle Generator-Antriebsleistung zu bestimmen, meist relativ aufwendig ist.alternative the map can contain the setpoint for the load distribution, wherein by the controller, the current load distribution is determined and the setpoint of the generator (for example, the Setpoint voltage) is adjusted so that the determined current load distribution is equal to the setpoint from the map. This constitutes a regulation Alternatively, an optimization online is conceivable, but through the need to determine the current generator drive power usually relatively expensive.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. zeigen:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment explained in more detail. The figures show:
Das
Kraftfahrzeugbordnetz
Der
erste Generator
Bevor
der Motor gestartet ist bzw. während des Startvorganges
liefern die Generatoren
In
einer alternativen Ausführungsform ist der zweite Generator
In
der
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 19907852 A1 [0004] - DE 19907852 A1 [0004]
- - DE 10338160 A1 [0005] - DE 10338160 A1 [0005]
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DE102008028479A DE102008028479A1 (en) | 2008-06-13 | 2008-06-13 | Motor vehicle power supply system for supplying electric motor valve train of internal combustion engine, with electrical energy, has power supply system load directly connected with generator, and connected with battery by control element |
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Publication Number | Publication Date |
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DE102008028479A1 true DE102008028479A1 (en) | 2009-12-17 |
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DE102008028479A Withdrawn DE102008028479A1 (en) | 2008-06-13 | 2008-06-13 | Motor vehicle power supply system for supplying electric motor valve train of internal combustion engine, with electrical energy, has power supply system load directly connected with generator, and connected with battery by control element |
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2008
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