DE102010027828A1 - Motor car, has network and staring device connected with each other over separating device, so that energy is supplied form staring device to network, when voltage drop between voltages in network and staring device is exceed - Google Patents
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Abstract
Description
Bekannte Hybridfahrzeuge verfügen über einen Startergenerator, der die Funktionen von Starter und Lichtmaschine in einer elektrischen Maschine vereint. Mittels eines Startergenerators kann beim Abbremsen eines Hybridfahrzeugs elektrische Energie in einen Energiespeicher eingespeist werden, und diese Energie später verwendet werden, um beim Beschleunigen den Verbrennungsmotor zu ergänzen oder zu ersetzen.Known hybrid vehicles have a starter generator that combines the functions of starter and alternator in an electric machine. By means of a starter generator, during the deceleration of a hybrid vehicle, electrical energy can be fed into an energy store, and this energy can later be used to supplement or replace the combustion engine during acceleration.
Der Startergenerator kann auch dazu verwendet werden, bei Bedarf den Verbrennungsmotor des Hybridfahrzeuges während der Fahrt zuzustarten. Die hierfür erforderliche elektrische Energie wird im Stand der Technik dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges entnommen. Aufgrund des erforderlichen erhöhten Stromflusses kommt es dabei zu einem Spannungseinbruch im Bordnetz.The starter generator can also be used to start the internal combustion engine of the hybrid vehicle while driving as needed. The required electrical energy is taken from the electrical system of the motor vehicle in the prior art. Due to the required increased current flow, this leads to a voltage dip in the electrical system.
Der Erfindung Liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Kraftfahrzeug mit stabiler Bordnetzspannung anzugeben.The invention is therefore based on the object to provide a motor vehicle with stable vehicle electrical system voltage.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.This object is solved by the features of the independent claim. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein Bordnetz und eine Zustarteinrichtung. Das Bordnetz und die Zustarteinrichtung sind über eine Trenneinrichtung derart miteinander gekoppelt, dass Energie von der Zustarteinrichung in das Bordnetz gespeist wird, wenn ein vorgegebenes Spannungsgefälle (mindestens Null Volt) zwischen der Spannung in der Zustarteinrichtung und der Spannung im Bordnetz überschritten ist (Spannung in der Zustarteinrichtung ist um das vorgegeben Spannungsgefälle, größer als die Spannung im Bordnetz). Das Bordnetz umfasst vorzugsweise einen Energiespeicher für elektrische Energie zum Speisen der Verbraucher des Bordnetzes. Die Trenneinrichtung umfasst beispielsweise eine entsprechend ausgeführte und geschaltete Diode (siehe unten) oder eine Spannungserkennungsschaltung mit zumindest einem entsprechend ausgeführten und geschalteten Leistungstransistor.An inventive motor vehicle comprises a vehicle electrical system and a Zustartinrichtung. The electrical system and the Zustarteinrichtung are coupled via a separator such that energy is fed from the Zustarteinrichung in the electrical system when a predetermined voltage gradient (at least zero volts) between the voltage in the Zustarteinrichtung and the voltage in the electrical system is exceeded (voltage in the Auxiliary device is at the specified voltage gradient, greater than the voltage in the electrical system). The electrical system preferably comprises an energy storage for electrical energy for powering the consumers of the electrical system. The isolation device comprises, for example, a correspondingly designed and switched diode (see below) or a voltage detection circuit with at least one appropriately designed and connected power transistor.
Dadurch wird erreicht, dass beim Einsatz des Startergenerators als Generator durch die – mit dem Startergenerator – erzeugte Energie nicht nur der Energiespeicher der Zustarteinrichtung sondern auch der Energiespeicher des Bordnetzes geladen werden kann, beispielsweise immer dann, wenn der Energiespeicher der Zustarteinrichtung voll ist.This ensures that when using the starter generator as a generator through - with the starter generator - generated energy not only the energy storage of the Zustarteinrichtung but also the energy storage of the electrical system can be charged, for example, whenever the energy storage of the Zustarteinrichtung is full.
Bei einem bevorzugten Kraftfahrzeug sind das Bordnetz und die Zustarteinrichtung über eine erste Diode derart miteinander gekoppelt, dass bei einem Betrieb der ersten Diode in Flussrichtung Energie von der Zustarteinrichung über die erste Diode in das Bordnetz gespeist wird. Bei der ersten Diode handelt es sich vorzugsweise um eine Schottky-Diode, da diese nur eine geringe Durchflussspannung aufweist.In a preferred motor vehicle, the electrical system and the support device are coupled to one another via a first diode in such a way that energy is supplied from the Zustarteinrichung via the first diode in the electrical system during operation of the first diode in the flow direction. The first diode is preferably a Schottky diode, since it has only a low flow-through voltage.
Es ist eine Weiterbildung der Erfindung, dass das Bordnetz und die Zustarteinrichtung über die Trenneinrichtung derart miteinander gekoppelt sind, dass ein Energiefluss von dem Bordnetz über die Trenneinrichtung zur Zustarteinrichung verhindert wird. Dadurch kann ein durch die Aktivierung der Zustarteinrichtung verursachter Spannungseinbruch im Bordnetz verhindert werden.It is a further development of the invention that the vehicle electrical system and the support device are coupled to one another via the separating device in such a way that an energy flow from the vehicle electrical system via the disconnecting device to the suspension device is prevented. This can be prevented by the activation of the Zustarteinrichtung voltage drop in the electrical system.
Es ist eine Weiterbildung der Erfindung, dass das Bordnetz und die Zustarteinrichtung über die erste Diode derart miteinander gekoppelt sind, dass bei einem Betrieb der ersten Diode in Sperrrichtung ein Energiefluss von dem Bordnetz über die erste Diode zur Zustarteinrichung verhindert wird. Dadurch kann ein durch die Aktivierung der Zustarteinrichtung verursachter Spannungseinbruch im Bordnetz verhindert werden.It is a further development of the invention that the electrical system and the Zustartinrichtung are coupled to each other via the first diode such that during operation of the first diode in the reverse direction, an energy flow is prevented by the electrical system via the first diode for Zustarteinrichung. This can be prevented by the activation of the Zustarteinrichtung voltage drop in the electrical system.
Es ist eine andere Weiterbildung der Erfindung, dass die Zustarteinrichtung einen Startergenerator und einen Energiespeicher für elektrische Energie umfasst, aus dem der Startergenerator gespeist wird.It is another development of the invention that the support device comprises a starter generator and an energy store for electrical energy, from which the starter generator is fed.
Eine andere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass parallel zum Startergenerator eine Motor-Start-Einrichtung, wie beispielsweise eine Kaltstarteinrichtung oder ein Ritzelstarter, geschaltet ist, und dass parallel zur Trenneinrichtung bzw. zur ersten Diode eine zweite Diode geschaltet ist, welche einen Energiefluss vom Bordnetz zur Zustarteinrichung ermöglicht, wenn ein vorgegebenes Spannungsgefälle zwischen der Spannung im Bordnetz und der Spannung in der Zustarteinrichtung überschritten ist (Spannung im Bordnetz ist um das vorgegeben Spannungsgefälle größer als Spannung in der Zustarteinrichtung). insbesondere kann die zweite Diode parallel zur ersten Diode geschaltet sein. Dabei ist die zweite Diode in – zur Flussrichtung der ersten Diode – entgegengesetzte Flussrichtung geschaltet. Die Motor-Start-Einrichtung kann dabei ergänzend oder primär durch den Energiespeicher der Zustarteinrichtung mit Energie versorgt werden.Another development of the invention provides that parallel to the starter generator, a motor-start device, such as a cold starter or a pinion starter, is connected, and that is connected in parallel to the separator or to the first diode, a second diode, which is an energy flow from On-board network for Zustarteinrichung allows when a predetermined voltage gradient between the voltage in the electrical system and the voltage in the Zustarteinrichtung is exceeded (voltage in the electrical system is greater by the predetermined voltage gradient than voltage in the Zustarteinrichtung). In particular, the second diode may be connected in parallel to the first diode. In this case, the second diode is connected in the opposite direction to the flow direction of the first diode. The engine-start device can be supplementally or primarily supplied by the energy storage of the Zustarteinrichtung with energy.
In Reihe zur zweiten Diode und parallel zur Trenneinrichtung oder zur ersten Diode ist ein Strombegrenzer geschaltet. Dadurch wird erreicht, dass im Fall einer Aktivierung der Motor-Start-Einrichtung Energie über die zweite Diode vom Bordnetz in die Zustarteinrichtung und/oder zur Motor-Start-Einrichtung fließen kann, und dadurch auch bei relativ kleiner Dimensionierung des Energiespeichers der Zustarteinrichtung ein Spannungseinbruch in der Zustarteinrichtung und/oder an der Motor-Start-Einrichtung verringert werden kann. Bei der zweiten Diode handelt es sich vorzugsweise um eine Silizium-Diode. Um die Auswirkung auf das unterstützende Bordnetz gering zu halten, werden vorzugsweise entweder mehrere zweite Dioden in Reihe, eine Diode in Reihe mit einem PTC-Widerstand und/oder eine Diode in Reihe mit einer Induktivität geschaltet. Die Aktivierung der Motor-Start-Einrichtung erfolgt in der Regel nur ca. 2 s lang und stellt damit eine Kurzzeitbelastung dar. Daher kann mit dem Strombegrenzer erreicht werden, dass der Spannungseinbruch im Bordnetz auch dann gering bleibt, wenn der Startergenerator oder die Motor-Start-Einrichtung durch das Bordnetz unterstützt wird.In series with the second diode and in parallel with the separator or the first diode, a current limiter is connected. This ensures that, in the case of activation of the engine start device, energy can flow via the second diode from the on-board network to the starter device and / or to the engine start device, and thereby a voltage dip even with a relatively small dimensioning of the energy store of the starter device can be reduced in the Zustartinrichtung and / or at the engine-start device. The second diode is preferably a silicon diode. In order to minimize the effect on the supporting vehicle electrical system, it is preferable to connect either a plurality of second diodes in series, a diode in series with a PTC resistor and / or a diode in series with an inductor. The activation of the engine-start device is usually only about 2 s long and thus represents a short-term load. Therefore, can be achieved with the current limiter that the voltage drop in the electrical system remains low even if the starter generator or the engine Start device is supported by the electrical system.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die folgende Figur näher erläutert:In the following the invention will be explained in more detail by means of examples with reference to the following figure:
In
Das Bordnetz BN umfasst in diesem Beispiel ein Niederspannungs-Bordnetz und ein damit über einen Gleichspannungswandler DC/DC gekoppeltes Hochspannungsbordnetz (HV-Bordnetz). Das Niederspannungsbordnetz umfasst einen Energiespeicher ESB (Fahrzeugbatterie) und parallel dazu geschaltete Verbraucher (nichtdargestellt), die durch den Energiespeicher ESB versorgt werden.In this example, the on-board network BN comprises a low-voltage on-board electrical system and a high-voltage on-board network (HV on-board network) which is thus coupled via a DC / DC converter DC / DC. The low-voltage electrical system comprises an energy storage ESB (vehicle battery) and parallel connected consumers (not shown), which are supplied by the energy storage ESB.
Die Zustarteinrichtung ZSE umfasst einen Startergenerator SGR und einen parallel dazu geschalteten Energiespeicher ESZ (Fahrzeugbatterie), der den Startergenerator SGR mit Energie versorgt.The ZSE support device comprises a starter generator SGR and an energy storage ESZ (vehicle battery) connected in parallel with it, which supplies the starter generator SGR with energy.
Außerdem ist eine Motor-Start-Einrichtung S vorgesehen, um den Verbrennungsmotor des Hybridfahrzeuges ”kalt” zu starten. Diese Motor-Start-Einrichtung S ist parallel zum Energiespeicher ESZ und parallel zum Startergenerator SGR geschaltet.In addition, an engine start device S is provided to start the engine of the hybrid vehicle "cold". This engine start device S is connected in parallel to the energy store ESZ and parallel to the starter generator SGR.
Das Bordnetz BN und die Zustarteinrichtung ZSE sind über eine erste Diode D1 miteinander gekoppelt. Die Diode D1 ist derart ausgeführt und gepolt, dass Energie über die erste Diode D1 von der Zustarteinrichtung ZSE in das Bordnetz BN gespeist wird, wenn die Spannung in der Zustarteinrichtung ZSE größer oder um einen vorgegebenen Wert größer ist als die Spannung im Bordnetz BN. Dadurch kann beispielsweise durch den Startergenerator SGR erzeugte Energie beim Abbremsen des Hybridfahrzeuges in das Bordnetz BN gespeist werden, sobald der Energiespeicher ESZ der Zustarteinrichtung ZSE vollgeladen ist. Die Diode D1 ermöglicht aber nicht und verhindert, dass Energie aus dem Bordnetz BN in die Zustarteinrichtung ZSE fließt, wenn beispielsweise während der elektrischen Fahrt der Startergenerator SGR zum Starten des Verbrennungsmotors des Hybridfahrzeuges verwendet wird. Ein durch das Aktivieren des Startergenerators SGR verursachter Spannungseinbruch im Bordnetz BN kann dadurch verhindert werden.The vehicle electrical system BN and the support device ZSE are coupled to each other via a first diode D1. The diode D1 is designed and poled so that energy is fed via the first diode D1 of the Zustlegeinrichtung ZSE in the electrical system BN when the voltage in the Zustützeinrichtung ZSE is greater than or greater by a predetermined value than the voltage in the electrical system BN. As a result, for example, energy generated by the starter generator SGR during braking of the hybrid vehicle can be fed into the vehicle electrical system BN as soon as the energy store ESZ of the support device ZSE is fully charged. However, the diode D1 does not allow and prevents energy from the on-board network BN flows into the Zustützeinrichtung ZSE when, for example, during the electric drive, the starter generator SGR is used to start the engine of the hybrid vehicle. A voltage drop in the vehicle electrical system BN caused by the activation of the starter generator SGR can thereby be prevented.
Außerdem sind das Bordnetz BN und die Zustarteinrichtung ZSE über eine zweite Diode D2 miteinander gekoppelt. Die Diode D2 ist parallel zur ersten Diode D1 geschaltet und entgegengesetzt zur ersten Diode D1 gepolt. Durch diese Diode D2 kann erreicht werden, dass Energie aus dem Bordnetz BN in die Zustarteinrichtung ZSE fließt, wenn beispielsweise während der elektrischen Fahrt der Startergenerator SGR zum Starten des Verbrennungsmotors des Hybridfahrzeuges verwendet wird oder wenn zum Kaltstart die Motor-Start-Einrichtung S aktiviert wird. Um dabei einen zu großen Spannungseinbruch im Bordnetz BN zu verhindern, wird der über den Pfad der Diode D2 fließende Strom durch einen in Reihe zur Diode D2 geschalteten PTC Widerstand R-PTC und eine in Reihe zur Diode D2 geschaltete Induktivität L begrenzt.In addition, the vehicle electrical system BN and the support ZSE are coupled to each other via a second diode D2. The diode D2 is connected in parallel with the first diode D1 and polarized opposite to the first diode D1. Through this diode D2 can be achieved that energy from the electrical system BN flows into the Zustützeinrichtung ZSE when, for example, during the electric drive, the starter generator SGR is used to start the engine of the hybrid vehicle or when cold start the engine-start device S is activated , In order to prevent too large a voltage drop in the electrical system BN, the current flowing across the path of the diode D2 current is limited by a connected in series with the diode D2 PTC resistor R-PTC and connected in series with the diode D2 inductance L.
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