DE102011004542A1 - Method for adjusting power consumption of e.g. seat heater in electrical onboard network of motor car, involves adjusting voltage level of charging voltage of battery for partial compensation of increasing power of consumer - Google Patents

Method for adjusting power consumption of e.g. seat heater in electrical onboard network of motor car, involves adjusting voltage level of charging voltage of battery for partial compensation of increasing power of consumer Download PDF

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Joachim Fröschl
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Abstract

The method involves adjusting a raised voltage level of a variably adjustable charging voltage (U) of a battery (5) during a recuperation phase of a motor car for partial compensation of increasing power of electrical consumers (3, 4), where a generator (2) charges the battery with the battery voltage and supplies current to the electrical consumers. Deceleration of kinetic energy of the motor car is converted into electrical power by the generator during the recuperation phase. The partial compensation of the increasing power is triggered based on a recuperation signal (8). The battery is designed as a lead acid battery or a lithium ion battery, and the generator is designed as a crankshaft starter generator.

Description

Die Erfindung betrifft das Einstellen der Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers in einem elektrischen Bordnetz eines Kraftfahrzeugs für den Fall einer Erhöhung der Batterieladespannung.The invention relates to adjusting the power consumption of an electrical load in an electrical system of a motor vehicle in the event of an increase in the battery charging voltage.

In Kraftfahrzeugen wird die Fahrzeugbatterie mittels eines elektrischen Generators geladen, welcher über den Antrieb des Fahrzeugs mit mechanischer Energie versorgt wird. Die Batterieladespannung zum Laden einer Fahrzeugbatterie ist typischerweise variabel einstellbar; hierzu wird im Allgemeinen der Erregerstrom des Generators verändert. Zur Einstellung der Batterieladespannung wird meistens ein Spannungsregler verwendet.In motor vehicles, the vehicle battery is charged by means of an electric generator which is supplied with mechanical energy via the drive of the vehicle. The battery charging voltage for charging a vehicle battery is typically variably adjustable; For this purpose, the excitation current of the generator is generally changed. To adjust the battery charging voltage, a voltage regulator is usually used.

Die Batterieladespannung wird häufig in Abhängigkeit der Batterietemperatur eingestellt. So wird bei tiefen Temperaturen eine erhöhte Batterieladespannung und bei hohen Temperaturen eine verringerte Batterieladespannung verwendet. Durch die Erhöhung der Batterieladespannung bei tiefen Temperaturen wird der verringerten Hufladefähigkeit der Fahrzeugbatterie bei tiefen Temperaturen entgegen gewirkt. Bei hohen Temperaturen sollte hingegen die Batterieladespannung gering gewählt werden, um einen etwaigen Wasserverlust durch Gasen der Batterie zu verhindern.The battery charging voltage is often adjusted depending on the battery temperature. Thus, at low temperatures an increased battery charging voltage and at high temperatures a reduced battery charging voltage is used. By increasing the battery charging voltage at low temperatures of the reduced Hufladefähigkeit the vehicle battery is counteracted at low temperatures. At high temperatures, on the other hand, the battery charging voltage should be set low to prevent any loss of water due to gas leakage.

Ferner werden häufig für Fahrzeuge mit Energierekuperation die Batterieladespannung und damit die Batterieladeleistung im Schubbetrieb und/oder Bremsbetrieb erhöht, so dass mehr Energie im Schubbetrieb bzw. Bremsbetrieb rekuperiert werden kann. In den Druckschriften DE 10 2005 046 342 A1 und DE 10 2008 040 696 A1 sind beispielhafte Verfahren zum Regeln der Ausgangsspannung eines Generators in einem Kraftfahrzeug beschrieben, wobei die Ausgangsspannung in Brems- und/oder Schubphasen des Kraftfahrzeugs erhöht wird.Furthermore, the battery charging voltage and thus the battery charging power in overrun and / or braking operation are often increased for vehicles with energy recuperation, so that more energy can be recuperated in overrun or braking operation. In the pamphlets DE 10 2005 046 342 A1 and DE 10 2008 040 696 A1 exemplary methods for regulating the output voltage of a generator in a motor vehicle are described, wherein the output voltage is increased in braking and / or coasting phases of the motor vehicle.

Wenn im Schubbetrieb bzw. Bremsbetrieb die Batterieladespannung erhöht wird, um möglichst viel Energie zu rekuperieren, kommt es durch die erhöhte Batterieladespannung und damit erhöhte Bordnetzspannung zu einer erhöhten Leistungsaufnahme bei an das Bordnetz angeschlossenen Verbrauchern. Die erhöhte Leistungsaufnahme der Verbraucher führt zu einer Verringerung des Rekuperationsvermögens des Systems, da der zur Rekuperation verwendete Anteil der Generatorleistung reduziert wird. Die geringere Rekuperationsleistung resultiert wiederum in einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs. In ähnlicher Weise kommt es auch bei tiefen Temperaturen, bei denen typischerweise eine erhöhte Batterieladespannung eingestellt wird, zu einer Erhöhung der Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher.If the battery charging voltage is increased in coasting mode or braking mode in order to recuperate as much energy as possible, the increased battery charging voltage and thus increased vehicle electrical system voltage result in increased power consumption for consumers connected to the vehicle electrical system. The increased power consumption of the consumer leads to a reduction in the recuperation capacity of the system, since the proportion of generator power used for recuperation is reduced. The lower recuperation power in turn results in an increase in fuel consumption. Similarly, even at low temperatures, which typically set an increased battery charging voltage, there is an increase in the power consumption of the electrical consumers.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, bei dem der vorstehend mit der Erhöhung der Batterieladespannung einhergehende Nachteil ausgeräumt wird.It is an object of the invention to provide a method in which the above associated with the increase of the battery charging voltage disadvantage is eliminated.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The object is solved by the features of the independent claims.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Leistungsaufnahme mindestens eines elektrischen Verbrauchers in einem elektrischen Bordnetz eines Kraftfahrzeugs für den Fall einer Erhöhung der Batterieladespannung. Das Bordnetz umfasst eine Batterie (beispielsweise eine Bleibatterie oder einen Lithium-Ionen-Akkumulator) und einen Generator, welcher sowohl zum Laden der Batterie mit einer variabel einstellbaren Batterieladespannung als auch zur Stromversorgung des elektrischen Verbrauchers verwendet wird. Gemäß dem Verfahren wird bei Einstellen eines erhöhten Spannungswerts der Batterieladespannung (beispielsweise im Rekuperationsfall) eine mit der Erhöhung des Spannungswerts zusammenhängende Leistungszunahme des mindestens einen elektrischen Verbrauchers zumindest teilweise kompensiert. Dies erfolgt typischerweise durch eine Degradation des mindestens einen elektrischen Verbrauchers. Eine Degradation des elektrischen Verbrauchers bedeutet, dass durch Änderung eines oder mehrere Funktionsparameter (beispielsweise die pulsweitenmodulierte Ansteuerung eines Heizverbrauchers) die Leistungsaufnahme des Verbrauchers sinken würde, wenn angenommen wird, dass die Batterieladespannung gleich bliebe (was diese jedoch nicht bleibt). Für den mindestens einen Verbraucher ist daher typischerweise vorgesehen, dass dieser eine variable Einstellung der Leistungsaufnahme (unter der Annahme einer konstanten Versorgungsspannung) aufweist, beispielsweise eine mehrstufige Leistungsaufnahme.The invention relates to a method for adjusting the power consumption of at least one electrical load in an electrical system of a motor vehicle in the event of an increase in the battery charging voltage. The vehicle electrical system comprises a battery (for example a lead-acid battery or a lithium-ion battery) and a generator which is used both for charging the battery with a variably adjustable battery charging voltage and for supplying power to the electrical consumer. According to the method, when setting an increased voltage value of the battery charging voltage (for example, in the case of recuperation), a power increase of the at least one electrical load connected with the increase in the voltage value is at least partially compensated. This is typically done by a degradation of the at least one electrical load. Degradation of the electrical load means that by changing one or more functional parameters (for example, the pulse width modulated driving of a heating load), the power consumption of the load would decrease, assuming that the battery charging voltage remained the same (but this does not remain). For the at least one consumer is therefore typically provided that this has a variable adjustment of the power consumption (assuming a constant supply voltage), for example, a multi-stage power consumption.

Zur Degradation wird typischerweise die mittlere Stromaufnahme des mindestens einen elektrischen Verbrauchers verringert, beispielsweise durch Erhöhen des elektrischen Widerstands des mindestens einen elektrischen Verbrauchers.For degradation typically the average power consumption of the at least one electrical load is reduced, for example by increasing the electrical resistance of the at least one electrical load.

Durch die erfindungsgemäße Kompensation der Leistungszunahme bei einer Ladespannungserhöhung wird der Energieverbrauch des mindestens einen elektrischen Verbrauchers im Vergleich zu einem Bordnetz ohne erfindungsgemäße Kompensation reduziert. In einer Rekuperationsphase steigt im Vergleich zu einem Bordnetz ohne erfindungsgemäße Kompensation damit der Anteil der vom Generator gelieferten Energiemenge, der in der Batterie gespeichert wird, so dass der Kraftstoffverbrauch verringert wird. Aber auch im normalen Motorbetrieb sinkt im Vergleich zu einem Bordnetz ohne erfindungsgemäße Kompensation die Leistungsanforderung an den elektrischen Generator, so dass der Kraftstoffverbrauch sinkt. Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Kompensationsmaßnahme bei Erhöhung der Ladespannung, die ansonsten höhere Beanspruchung der elektrischen Verbraucher durch eine höhere Spannung reduziert, so dass die Lebensdauer der elektrischen Verbraucher zunimmt.The inventive compensation of the power increase in a charging voltage increase the energy consumption of the at least one electrical load is reduced compared to a vehicle electrical system without compensation according to the invention. In a Rekuperationsphase increases compared to a vehicle electrical system without compensation according to the invention thus the proportion of the amount of energy supplied by the generator, which is stored in the battery, so that the fuel consumption is reduced. But even in normal engine operation decreases in comparison to a vehicle electrical system without inventive compensation, the power requirement of the electric generator, so that the Fuel consumption drops. In addition, as a result of the compensation measure according to the invention, when the charging voltage is increased, the otherwise higher load of the electrical consumers is reduced by a higher voltage, so that the service life of the electrical consumers increases.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend anhand eines Rechenbeispiels verdeutlicht: Wenn die Batterieladespannung und damit näherungsweise auch die Bordnetzspannung beispielsweise um 1 Volt von U = 14 Volt auf U = 15 V erhöht wird, so steigt die Leistungsaufnahme eines Verbrauchers mit einer ohmschen Charakteristik und einem Widerstandswert von R = 1 Ohm gemäß der Gleichung P1,2 = U2/R von P2 = 196 Watt auf P1 = 225 Watt, d. h. um 29 Watt oder ungefähr 14,8%. In erster Näherung entsprechen 100 Watt elektrischer Leistung einem Kraftstoffverbrauch von 0,1 Liter pro 100 km. Wenn aber im Rahmen der Kompensation der mit der Spannungserhöhung im Zusammenhang stehenden Leistungszunahme eine entsprechende Verbraucherdegradation angefordert wird, so kann die aufgenommene elektrische Leistung des Verbrauchers gleich bleiben und es steht der Batterie mehr Leistung zur Speicherung zur Verfügung. Wenn mehr rekuperierte Leistung in der Batterie gespeichert wird, muss weniger elektrische Energie generatorisch aus dem Kraftstoff erzeugt werden. Dies optimiert den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs. Zur vollständigen Kompensation kann in dem Rechenbeispiel eine Verbraucherdegradation von 13% (= (1 – P2/P1)·100%) angefordert werden.The advantage of the method according to the invention is illustrated below with reference to an example calculation: When the battery charging voltage and thus approximately the vehicle electrical system voltage, for example by 1 volt of U = 14 volts to U = 15 V is increased, so the power consumption of a consumer with a resistive characteristic and a Resistance value of R = 1 ohm according to the equation P 1.2 = U 2 / R of P 2 = 196 watts on P 1 = 225 watts, ie around 29 watts or about 14.8%. In a first approximation, 100 watts of electrical power equates to fuel consumption of 0.1 liters per 100 km. However, if a corresponding load degradation is requested in the context of the compensation of the increase in power associated with the increase in power, so the recorded electrical power of the consumer can remain the same and it is the battery more power for storage available. If more recuperated power is stored in the battery, less electrical energy has to be generated from the fuel as a generator. This optimizes the fuel consumption of the vehicle. For complete compensation, a consumer degradation of 13% (= (1-P 2 / P 1 ) * 100%) can be requested in the calculation example.

Bei der Kompensation kann es sich um eine Teilleistungskompensation handeln, bei der nur ein Teil der mit Erhöhung des Spannungswerts zusammenhängenden Leistungszunahme kompensiert wird, so dass die Leistung des elektrischen Verbrauchers nach der Kompensation trotzdem größer als vor der Erhöhung des Spannungswerts ist. Es kann sich aber auch um eine Vollkompensation handeln, bei der die Leistung vor der Erhöhung des Spannungswerts der Leistung nach der Kompensation entspricht. Es ist sogar denkbar, dass eine Überkompensation vorliegt, bei der die Leistung vor der Erhöhung des Spannungswerts größer als die Leistung nach der Kompensation ist.The compensation may be a partial power compensation in which only part of the increase in power associated with the voltage increase is compensated so that the power of the electrical load after compensation is still greater than before the voltage increase. However, it may also be a full compensation in which the power before the increase of the voltage value corresponds to the power after the compensation. It is even conceivable that there is an overcompensation in which the power before the increase of the voltage value is greater than the power after the compensation.

Es wird darauf hingewiesen, dass sich zwischen dem Generator und dem mindestens einen Verbraucher optional ein Spannungswandler befinden kann (beispielsweise ein Spannungswandler von einer Hochvoltspannung in eine Niedervoltspannung), wobei in diesem Fall der Generator über den Spannungswandler zur Stromversorgung des elektrischen Verbrauchers dient.It should be noted that between the generator and the at least one consumer optionally a voltage converter can be located (for example, a voltage converter from a high voltage to a low voltage), in which case the generator via the voltage converter for powering the electrical load.

Die Degradation des Verbrauchers kann beispielsweise gleichzeitig mit der Ladespannungserhöhung, kurz danach oder auch zeitlich vor der Ladespannungserhöhung erfolgen.The degradation of the consumer can be done, for example, simultaneously with the charging voltage increase, shortly thereafter or even before the charging voltage increase.

Typischerweise wird zum Degradieren des mindestens einen elektrischen Verbrauchers der mittlere Laststrom des mindestens einen elektrischen Verbrauchers reduziert. Im Fall eines Gleichstroms entspricht der mittlere Laststrom dem Gleichstromwert. Der Laststrom kann dadurch reduziert werden, indem der elektrische Widerstand des mindestens einen elektrischen Verbrauchers erhöht wird.Typically, the average load current of the at least one electrical load is reduced for the purpose of degrading the at least one electrical load. In the case of a direct current, the average load current corresponds to the direct current value. The load current can be reduced by increasing the electrical resistance of the at least one electrical load.

Falls der Stromfluss mittels eines Schaltelements zur Steuerung der Leistung alternierend im Sinne einer Pulsweitenmodulation ein- und ausschaltbar ist, kann der mittlere Laststrom dadurch reduziert werden, indem die Zeitdauer τ für den Stromfluss verringert wird. Dies entspricht einer Verringerung des Tastgrades, wobei der Tastgrad das Verhältnis τ/T von Zeitdauer τ des Stromflusses zur Periodendauer T angibt. Beispielsweise kann der Tastgrad von 1 (Strom fließt kontinuierlich) auf 0,8 reduziert werden oder es kann der Tastgrad von 0,8 auf 0,6 reduziert werden. Statt einer den Strom ein- und auszuschalten kann der Strom auch zwischen zwei beliebigen Werten hin und her geschaltet werden, wobei der Tastgrad dann auf die Dauer τ des Zustands mit dem größeren Strombetrag bezogen ist.If the current flow by means of a switching element for controlling the power alternately in the sense of a pulse width modulation on and off, the average load current can be reduced by the time τ is reduced for the current flow. This corresponds to a reduction of the duty cycle, the duty cycle indicating the ratio τ / T of the time duration τ of the current flow to the period T. For example, the duty cycle of 1 (current flowing continuously) can be reduced to 0.8, or the duty cycle can be reduced from 0.8 to 0.6. Instead of switching the current on and off, the current can also be switched back and forth between any two values, the duty factor then being related to the duration τ of the state with the larger amount of current.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der erhöhte Spannungswert der Batterieladespannung im Zusammenhang mit einer Rekuperationsphase eingestellt, insbesondere in einer Bremsphase oder in einer Schubphase des Kraftfahrzeugs. In einer Rekuperationsphase wandelt der über den Antriebsstrang angetriebene Generator beim Abbremsen des Fahrzeugs kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie um, die in der Batterie gespeichert wird. Durch die Erhöhung der Batterieladespannung kann während der Rekuperationsphase mehr Energie in der Batterie gespeichert werden.According to a preferred embodiment, the increased voltage value of the battery charging voltage is set in conjunction with a recuperation phase, in particular in a braking phase or in a coasting phase of the motor vehicle. In a recuperation phase, the driveline-driven generator converts vehicle kinetic energy into electrical energy as the vehicle decelerates, which energy is stored in the battery. By increasing the battery charging voltage, more energy can be stored in the battery during the recuperation phase.

Bevor die Kompensation erfolgt, wird vorzugsweise ein Rekuperationssignal ausgewertet, welches das Vorliegen/Nichtvorliegen eines Rekuperationsphase anzeigt; beispielsweise in Form eines zweiwertigen Binärsignals. Die Kompensation wird dann in Abhängigkeit des Rekuperationssignals ausgelöst, d. h. wenn das Rekuperationssignal den Rekuperationsbetrieb anzeigt. Beispielsweise kann als Rekuperationssignal ein Signal verwendet werden, welches eine Schubphase (d. h. Schubbetrieb) und/oder eine Bremsphase anzeigt.Before the compensation takes place, a recuperation signal is preferably evaluated which indicates the presence / absence of a recuperation phase; for example in the form of a binary binary signal. The compensation is then triggered depending on the Rekuperationssignals, d. H. when the recuperation signal indicates the Rekuperationsbetrieb. For example, a signal indicating a coasting phase (i.e., overrun operation) and / or a brake phase may be used as the recuperation signal.

Es kann vorgesehen werden, dass der Grad der Kompensation (beispielsweise Vollkompensation, Teilkompensation oder Überkompensation) in Abhängigkeit des Ausstattungsgrades des Kraftfahrzeugs erfolgt, also ob beispielsweise eine Sitzheizung vorhanden ist oder nicht. Die Verbraucherdegradation kann also optional durch einen ausstattungsbedingten Faktor korrigiert werden. Beispielsweise kann bei hoher Ausstattung eine vollständige Kompensation vorgesehen werden, während bei einem geringeren Ausstattungsgrad nur eine Teilkompensation vorgesehen wird.It can be provided that the degree of compensation (for example, full compensation, partial compensation or overcompensation) in Depending on the degree of equipment of the motor vehicle is done, so whether, for example, a seat heater is present or not. The consumer degradation can therefore be optionally corrected by an equipment-related factor. For example, with a high level of equipment, a complete compensation can be provided, while with a lower equipment level only a partial compensation is provided.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand zweier Ausführungsbeispiele beschrieben. In diesen zeigen:The invention will be described below with reference to the accompanying drawings with reference to two embodiments. In these show:

1 ein beispielhaftes Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit zwei Ausführungsbeispielen zur Kompensation einer mit Erhöhung der Batterieladespannung zusammenhängenden Leistungszunahme von Verbrauchern; und 1 an exemplary vehicle electrical system of a motor vehicle with two embodiments to compensate for an increase in the battery charging voltage associated power increase of consumers; and

2 beispielhafte Signalverläufe. 2 exemplary signal curves.

1 zeigt ein beispielhaftes 14 V-Bordnetz 1 eines Kraftfahrzeugs, in welchem das erfindungsgemäße Konzept der Kompensation einer mit Erhöhung der Batterieladespannung zusammenhängenden Leistungszunahme von Verbrauchern beispielhaft verwirklicht ist. Das Bordnetz 1 umfasst einen Generator 2, insbesondere einen Kurbelwellen-Startergenerator, der über die Kurbelwelle mit mechanischer Energie versorgt wird, die dieser in elektrische Energie wandelt. Der Generator 2 arbeitet intern als Drehstromgenerator, wobei die sich ergebenden Phasenspannungen gleichgerichtet werden, so dass am Ausgang des Generators 2 eine Gleichspannung U vorliegt, die mittels eines Spannungsmessgeräts 16 gemessen wird. Der Generator 2 dient dazu, während des Betriebes des Kraftfahrzeugs elektrische Verbraucher 3 und 4 mit elektrischer Energie zu versorgen. Ferner wird der Generator 2 dazu verwendet, eine Fahrzeugbatterie 5 aufzuladen. Bei den Verbrauchern 3 und 4 handelt es sich beispielsweise um eine Sitzheizung und eine Scheibenheizung. Unter Vernachlässigung von Leitungsverlusten entspricht die Batterieladespannung der Spannung U am Generator G. Ferner ist ein Spannungsregler 6 vorgesehen, der die Gleichspannung U des Generators 2 bei sämtlichen Motordrehzahlen auf eine vorgegebene Spannung Usoll regelt, die unterhalb der Gasungsspannung der Batterie 5 liegt. Die Regler 6 erzeugt in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Ist-Spannung U und der vorgegebenen Spannung Usoll ein Reglerausgangssignal r, das den Erregerstrom des Generators 2 ändert, beispielsweise indem der Regler 6 durch alternierendes Ein- und Ausschalten den mittleren Erregerstrom des Generators 2 anpasst und dadurch die im Generator 2 induzierte Spannung ändert. Statt eines festen Werts für die vorgegebene Spannung Usoll kann auch als Spannungsvorgabe Usoll ein Toleranzfeld vorgegeben werden, wobei bei Überschreiten der oberen Grenze des Toleranzfeldes die Erregung des Generators 2 ausgeschaltet und damit die Ausgangsspannung U reduziert wird und bei Unterschreiten der unteren Grenze des Toleranzfeldes die Erregung wieder eingeschaltet wird und damit die Ausgangsspannung U erhöht wird. 1 shows an exemplary 14 V electrical system 1 a motor vehicle in which the inventive concept of compensation of an increase in the battery charging voltage associated increase in power consumption of consumers is exemplified. The electrical system 1 includes a generator 2 , In particular, a crankshaft starter generator, which is supplied via the crankshaft with mechanical energy, which converts this into electrical energy. The generator 2 operates internally as an alternator, with the resulting phase voltages being rectified so that at the output of the generator 2 a DC voltage U is present, which by means of a voltage measuring device 16 is measured. The generator 2 serves to electrical consumers during operation of the motor vehicle 3 and 4 to supply with electrical energy. Further, the generator 2 used a vehicle battery 5 charge. At the consumers 3 and 4 For example, it is a seat heating and a window heating. Ignoring line losses, the battery charging voltage corresponds to the voltage U at the generator G. Further, a voltage regulator 6 provided that the DC voltage U of the generator 2 at all engine speeds to a predetermined voltage U is to regulate, which is below the gassing voltage of the battery 5 lies. The regulators 6 generated as a function of the difference between the actual voltage U and the predetermined voltage U soll a controller output signal r, which is the exciting current of the generator 2 changes, for example, by the controller 6 by alternately switching on and off the average exciter current of the generator 2 adapts and thereby the in the generator 2 induced voltage changes. Instead of a fixed value for the predetermined voltage U soll , a tolerance field can also be specified as the voltage setting U soll , wherein when the upper limit of the tolerance field is exceeded, the excitation of the generator 2 switched off and thus the output voltage U is reduced and falls below the lower limit of the tolerance field, the excitation is switched on again and thus the output voltage U is increased.

Die Spannungsvorgabe Usoll wird von einem Steuergerät 7 geliefert, beispielsweise von einem Motorsteuergerät oder einem Karosseriesteuergerät. Die Spannungsvorgabe Usoll liegt typischerweise unterhalb der temperaturabhängigen Gasungsspannung der Batterie 5 und hängt vorzugsweise von der Temperatur der Batterie 5 ab. Ferner wird die Spannungsvorgabe Usoll und damit auch die tatsächliche Spannung in einer Rekuperationsphase, insbesondere im Schubbetrieb und/oder Bremsbetrieb, erhöht, so dass mehr Energie im Schubbetrieb bzw. Bremsbetrieb rekuperiert wird und in der Batterie 5 gespeichert wird. Eine Rekuperationsphase, beispielsweise der Schubbetrieb und/oder der Bremsbetrieb, wird durch ein Rekuperationssignal 8 angezeigt. Beispielsweise kann das Rekuperationssignal 8 ein Bremssignal zur Angabe des Bremsbetriebs, ein Fahrpedalsignal zur Angabe des Schubbetriebs oder ein internes Motorsteuersignal sein. Das Rekuperationssignal 8 kann auch zwei getrennte Teilsignale zur Angabe des Schubbetriebs und zur Angabe des Bremsbetriebs umfassen. Die Spannungsvorgabe Usoll und damit auch die Spannung U werden in Abhängigkeit des Rekuperationssignals 8 erhöht.The voltage setting U is intended by a control unit 7 supplied, for example, from an engine control unit or a body control unit. The voltage setting U soll is typically below the temperature-dependent gassing voltage of the battery 5 and preferably depends on the temperature of the battery 5 from. Furthermore, the voltage setting U soll and thus the actual voltage in a recuperation phase, in particular in overrun and / or braking operation, increased, so that more energy is recuperated in overrun or braking operation and in the battery 5 is stored. A recuperation phase, for example the overrun operation and / or the braking operation, is replaced by a recuperation signal 8th displayed. For example, the recuperation signal 8th a brake signal indicating the braking operation, an accelerator pedal signal indicating the coasting operation, or an internal engine control signal. The recuperation signal 8th may also include two separate sub-signals to indicate the overrun operation and to indicate the braking operation. The voltage setting U should and thus also the voltage U become dependent on the recuperation signal 8th elevated.

Wenn im Schubbetrieb bzw. Bremsbetrieb die Spannung U erhöht wird, um möglichst viel Energie zu rekuperieren, so kommt es durch die erhöhte Spannung U zu einer erhöhten Leistungsaufnahme bei an das Bordnetz angeschlossenen Verbrauchern, insbesondere bei Verbrauchern mit ohmscher Charakteristik. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei einer Erhöhung der Spannung, beispielsweise in einer Rekuperationsphase, die mit Erhöhung der Spannung zusammenhängende Leistungszunahme zu kompensieren. In ähnlicher Weise kann dieser Ansatz auch zur Kompensation der Leistungszunahme im Fall der Spannungserhöhung bei tiefen Temperaturen verwendet werden. Zur Kompensation werden die elektrischen Verbraucher 3 und 4 degradiert, wobei die Degradation der elektrischen Verbraucher 3 und 4 die Wirkung hat, dass die Leistungsaufnahme der Verbraucher 3 und 4 unter der Annahme einer konstanten Spannung U sinken würde. Für die Verbraucher 3 und 4 ist daher vorgesehen, dass diese eine variable Einstellung der Leistungsaufnahme (unter der Annahme einer konstanten Versorgungsspannung) aufweisen.If the voltage U is increased during overrun operation or braking operation in order to recuperate as much energy as possible, the increased voltage U leads to an increased power consumption in the case of consumers connected to the vehicle electrical system, in particular in the case of consumers with an ohmic characteristic. According to the invention, when the voltage is increased, for example in a recuperation phase, the increase in power associated with the increase in voltage is compensated. Similarly, this approach can also be used to compensate for power increase in the case of voltage increase at low temperatures. For compensation, the electrical consumers 3 and 4 degraded, with the degradation of electrical consumers 3 and 4 the effect that has the power consumption of consumers 3 and 4 assuming a constant voltage U would decrease. For the consumers 3 and 4 is therefore provided that they have a variable power consumption setting (assuming a constant supply voltage).

Zur Degradation der Verbraucher werden der Laststrom I3 des elektrischen Verbrauchers 3 (welcher dem mittleren Laststrom I 3 entspricht) und der mittlere Laststrom I 4 des Verbrauchers 4 verringert.Degradation of the load, the load current I 3 of the electrical load 3 ( which is the average load current I 3 corresponds) and the average load current I 4 of the consumer 4 reduced.

In 1 sind zwei Ausführungsbeispiele zur Verringerung des mittleren Laststroms der elektrischen Verbraucher 3 und 4 dargestellt. Die Degradation der elektrischen Verbraucher 3 und 4 wird hierbei über die Signale 10 bzw. 13 des Steuergeräts 7 initiiert. Die Signal 10 und 13 können über ein Bussystem (beispielsweise über ein CAN-Bussystem) übertragen werden, an dem die Verbraucher 3 und 4 sowie das Steuergerät 7 angeschlossen sind.In 1 are two embodiments for reducing the average load current of the electrical consumers 3 and 4 shown. The degradation of electrical consumers 3 and 4 This is about the signals 10 respectively. 13 of the control unit 7 initiated. The signal 10 and 13 can be transmitted via a bus system (for example via a CAN bus system) to which the consumer 3 and 4 as well as the control unit 7 are connected.

Zur Verringerung des Laststroms des Verbrauchers 3 wird bei Erhöhung der Spannung U im Rekuperationsfall der elektrische Widerstand des Verbrauchers 3 erhöht. Vor Erhöhung der Spannung U ist der Schalter 9 geschlossen und der dazu parallel geschaltete Widerstand R2 überbrückt. Der wirksame Lastwiderstand des Verbrauchers 3 entspricht dann dem Widerstand R1. Bei einer Rekuperationsphase, welche dem Steuergerät 7 durch das Rekuperationssignal 8 angezeigt wird, veranlasst das Steuergerät 7 ein Öffnen des Schalters 9 durch ein entsprechendes Steuersignal 10, welches von dem Verbraucher 3 entgegen genommen wird. Bei geöffnetem Schalter 9 ergibt sich der wirksame Lastwiderstand des Verbrauchers als Summe der Widerstände R1 und R2. Wenn eine vollständige Kompensation der Leistungszunahme für den Verbraucher 3 angestrebt wird, wobei die Leistungsaufnahme des Verbrauchers 3 zu einem Zeitpunkt t1 vor der Spannungserhöhung der Leistungsaufnahme des Verbrauchers 3 zu einem Zeitpunkt t2 nach der Spannungserhöhung und Kompensation entspricht, bestimmt sich der Widerstand R2 gemäß folgender Beziehung: R2 = R₁·U(t₂)²–R₁·U(t₁)² / U(t₁)² To reduce the load current of the consumer 3 is the increase of the voltage U in Rekuperationsfall the electrical resistance of the consumer 3 elevated. Before increasing the voltage U is the switch 9 closed and bridged in parallel resistor R 2 . The effective load resistance of the consumer 3 then corresponds to the resistance R 1 . In a recuperation phase, which the control unit 7 through the recuperation signal 8th is displayed causes the controller 7 an opening of the switch 9 by a corresponding control signal 10 that of the consumer 3 is taken. When the switch is open 9 results in the effective load resistance of the consumer as the sum of the resistors R 1 and R 2 . If a complete compensation of power increase for the consumer 3 is sought, the power consumption of the consumer 3 at a time t 1 before the voltage increase of the power consumption of the consumer 3 at a time t 2 after the voltage increase and compensation, the resistance R 2 is determined according to the following relationship: R 2 = R₁ · U (t₂) ²-R₁ · U (t₁) ² / U (t₁) ²

Bei einer Erhöhung der Spannung U von U(t1) = 14 V auf U(t2) = 15 V und einem Widerstand R1 = 1 Ω ergibt sich beispielsweise der Widerstand R2 zu ungefähr 0,148 Ω.When the voltage U increases from U (t 1 ) = 14 V to U (t 2 ) = 15 V and a resistor R 1 = 1 Ω, the resistance R 2 results, for example, to approximately 0.148 Ω.

Bei dem Verbraucher 4 ist der Strom I4 über das Schaltelement 11 (hier als Transistor gezeichnet) mit einem bestimmten Tastgrad im Sinne einer Pulsweitenmodulation alternierend zwischen zwei Zuständen umschaltbar, insbesondere ein- und ausschaltbar. Das Schaltelement 11 wird von einem Block 12 angesteuert, welcher ein pulsweitenmoduliertes Signal zur Ansteuerung des Schaltelements 11 erzeugt; der Block 12 kann auch in dem Steuergerät 7 integriert sein. Der Tastgrad τ/T gibt die Dauer τ des Zustands mit höherem Stromfluss im Verhältnis zur gesamten Periodendauer T an. Zur Verringerung des mittleren Laststroms I 4 des Verbrauchers 4 wird bei Erhöhung der Spannung U im Rekuperationsfall ein verringerter Tastgrad für den Stromfluss eingestellt, wodurch der mittlere Laststrom I 4 durch den Verbraucher 4 sinkt. Beispielsweise kann der Tastgrad von 1 (Strom fließt kontinuierlich) auf 0,9 reduziert werden oder es kann der Tastgrad von 0,5 auf 0,4 reduziert werden.At the consumer 4 is the current I 4 via the switching element 11 (drawn here as a transistor) with a specific duty cycle in the sense of a pulse width modulation alternately switchable between two states, in particular switched on and off. The switching element 11 is from a block 12 controlled, which a pulse width modulated signal for driving the switching element 11 generated; the block 12 can also be in the control unit 7 be integrated. The duty cycle τ / T indicates the duration τ of the state with a higher current flow in relation to the total period T. To reduce the average load current I 4 of the consumer 4 If the voltage U is increased in the case of recuperation, a reduced duty cycle for the current flow is set, as a result of which the average load current I 4 by the consumer 4 sinks. For example, the duty cycle can be reduced from 1 (current flowing continuously) to 0.9, or the duty cycle can be reduced from 0.5 to 0.4.

In 2 sind beispielhafte Signalverläufe schematisch dargestellt. 2(a) zeigt den Verlauf des digitalen Rekuperationssignals 8, welches zum Zeitpunkt t3 von 0 auf 1 springt, um eine Rekuperationsphase anzuzeigen. Nahezu gleichzeitig schalten auch die Signale 10 und 13 jeweils von einem ersten Zustand auf einen zweiten Zustand um (beispielsweise von 0 auf 1 wie in 2). Bei dem Signal 13 kann es sich auch um ein Mehrbitsignal handeln, wobei in diesem Fall das Signal 13 vorzugsweise nicht nur die Verringerung des mittleren Laststroms I 4 auslöst, sondern auch den Wert der Verringerung dem Verbraucher 4 angibt, so dass im Block 12 eine entsprechende Pulsweitenmodulation eingestellt werden kann. Wie in 2(b) dargestellt, wird die Spannung U ab dem Zeitpunkt t3 auf einen höheren Wert geregelt. Zur Kompensation der mit der Spannungszunahme zusammenhängenden Leistungszunahme der elektrischen Verbraucher 3, 4 nehmen nahezu gleichzeitig der Laststrom I3 des Verbrauchers 3 und der mittlere Laststrom I 4 des Verbrauchers 4 ab, wie in 2(c) dargestellt. 2(d) zeigt den Laststrom I4 des Verbrauchers ohne Mittelung, der einem pulsweitenmodulierten Signal entspricht. Wie aus 2(d) ersichtlich, nimmt bei der Erhöhung der Spannung U der Tastgrad τ/T ab, so dass der mittlere Laststrom I 4 des Verbrauchers 4 sinkt. 2(e) zeigt die pulsweitenmodulierte Ansteuerspannung Ug für das Schaltelement 11, wobei diese zwischen 0 und der aktuellen Spannung U pulsweitenmoduliert wird. Da das Schaltelement 11 in diesem Beispiel ein p-MOS-Transistor ist, schalten Laststrom I4 und Ansteuerspannung Ug gegenläufig zueinander. Statt eines p-MOS-Transistors kann auch ein n-MOS-Transistor verwendet werden, welcher zwischen dem Lastwiderstand R4 und der Masse anzuordnen wäre. Ab dem Zeitpunkt t4 springt das Rekuperationssignal 8 von 1 auf 0 und die in 2 dargestellten Signale, Ströme und Spannungen wieder auf die vor dem Zeitpunkt t3 herrschenden Verhältnisse gebracht werden.In 2 exemplary waveforms are shown schematically. 2 (a) shows the course of the digital Rekuperationssignals 8th which jumps from 0 to 1 at time t 3 to indicate a recuperation phase. Almost simultaneously, the signals also switch 10 and 13 each from a first state to a second state (for example, from 0 to 1 as in FIG 2 ). At the signal 13 it may also be a multi-bit signal, in which case the signal 13 preferably not only the reduction of the average load current I 4 but also the value of reducing the consumer 4 indicating so in the block 12 a corresponding pulse width modulation can be set. As in 2 B) shown, the voltage U is controlled from the time t 3 to a higher value. To compensate for the increase in power associated with the voltage increase of the electrical consumers 3 . 4 take almost simultaneously the load current I 3 of the consumer 3 and the average load current I 4 of the consumer 4 off, as in 2 (c) shown. 2 (d) shows the load current I 4 of the consumer without averaging, which corresponds to a pulse width modulated signal. How out 2 (d) can be seen, decreases in the increase of the voltage U of the duty cycle τ / T, so that the average load current I 4 of the consumer 4 sinks. 2 (e) shows the pulse width modulated drive voltage U g for the switching element 11 where this is pulse width modulated between 0 and the actual voltage U. As the switching element 11 In this example, a p-MOS transistor is switched load current I 4 and drive voltage U g in opposite directions. Instead of a p-MOS transistor, it is also possible to use an n-MOS transistor which would be arranged between the load resistor R 4 and the ground. From the time t 4 jumps the Rekuperationssignal 8th from 1 to 0 and the in 2 represented signals, currents and voltages are brought back to the conditions prevailing before the time t 3 conditions.

Bei dem vorstehenden Beispiel in 1 und 2 wurde zur vereinfachten Darstellung nur eine Stufe der Verbraucherdegradation beschrieben. Selbstverständlich kann vorgesehen sein, dass der effektive Lastwiderstand des Verbrauchers 3 nicht nur zwischen zwei Werten variiert werden kann, sondern zwischen M Werten variiert werden kann (mit M > 2). Genauso kann vorgesehen werden, dass für den Tastgrad τ/T des Verbrauchers 4 mehr als zwei Werte einstellbar sind. Die Auswahl des jeweiligen Grads der Verbraucherdegradation erfolgt dann vorzugsweise durch ein entsprechendes Mehrbitsignal 10 und 13.In the above example in 1 and 2 For simplicity, only one level of consumer degradation has been described. Of course, it can be provided that the effective load resistance of the consumer 3 not only can be varied between two values, but can be varied between M values (with M> 2). Likewise, it can be provided that for the duty cycle τ / T of the consumer 4 more than two values can be set. The selection of the respective degree of consumer degradation then preferably takes place by means of a corresponding multi-bit signal 10 and 13 ,

Die vorstehend beschriebene Kompensation der mit der Spannungserhöhung einhergehenden Leistungserhöhung der elektrischen Verbraucher ermöglicht eine Erhöhung der gespeicherten Energiemenge im Rekuperationsfall im Vergleich zu einem konventionellen Ansatz ohne Kompensation der Leistungserhöhung. Dadurch kommt es zu einer Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und damit auch zur Verringerung der CO2-Emission. Außerdem wird durch die Kompensation die Beanspruchung der Komponenten der elektrischen Verbraucher verringert, wodurch die Lebensdauer zunimmt. Für den Fall, dass ohnehin eine Leistungssteuerung der elektrischen Verbraucher über eine Pulsweitenmodulation vorgesehen ist, kann die Kompensation ohne zusätzliche Hardwarekosten durch Erweiterung der Software des Steuergeräts realisiert werden. The above-described compensation of the power increase associated with the voltage increase of the electrical loads allows an increase of the stored amount of energy in Rekuperationsfall compared to a conventional approach without compensation of the power increase. This results in a reduction in fuel consumption and thus also in the reduction of CO 2 emissions. In addition, the compensation reduces the stress on the components of the electrical loads, which increases the service life. In the event that in any case a power control of the electrical load via a pulse width modulation is provided, the compensation can be realized without additional hardware costs by extending the software of the controller.

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  • DE 102008040696 A1 [0004] DE 102008040696 A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren zum Einstellen der Leistungsaufnahme mindestens eines elektrischen Verbrauchers (3, 4) in einem elektrischen Bordnetz (1) eines Kraftfahrzeugs bei Erhöhung einer Batterieladespannung (U), wobei das Bordnetz (1) ferner eine Batterie (5) und einen Generator (2) zum Laden der Batterie (5) mit einer variabel einstellbaren Batterieladespannung (U) und zur Stromversorgung des mindestens einen elektrischen Verbrauchers (3, 4) umfasst, mit dem Schritt: – bei Einstellen eines erhöhten Spannungswerts der Batterieladespannung (U), zumindest teilweises Kompensieren einer mit der Erhöhung des Spannungswerts zusammenhängenden Leistungszunahme des mindestens einen elektrischen Verbrauchers (3, 4).Method for adjusting the power consumption of at least one electrical consumer ( 3 . 4 ) in an electrical system ( 1 ) of a motor vehicle when increasing a battery charging voltage (U), wherein the vehicle electrical system ( 1 ), a battery ( 5 ) and a generator ( 2 ) for charging the battery ( 5 ) with a variably adjustable battery charging voltage (U) and for the power supply of the at least one electrical load ( 3 . 4 ), comprising the step: - when setting an increased voltage value of the battery charging voltage (U), at least partially compensating for an increase in power associated with the increase in the voltage value of the at least one electrical consumer ( 3 . 4 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des teilweisen Kompensierens umfasst: – Durchführen einer Degradation des mindestens einen elektrischen Verbrauchers (3, 4), wobei die Degradation des mindestens einen elektrischen Verbrauchers (3, 4) die Wirkung hat, dass die Leistungsaufnahme des mindestens einen Verbrauchers (3, 4) unter der Annahme einer konstanten Batterieladespannung (U) sinken würde.The method of claim 1, wherein the step of partially compensating comprises: performing a degradation of the at least one electrical load ( 3 . 4 ), wherein the degradation of the at least one electrical consumer ( 3 . 4 ) has the effect that the power consumption of at least one consumer ( 3 . 4 ) would decrease under the assumption of a constant battery charging voltage (U). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des teilweisen Kompensierens umfasst: – Verringern der mittleren Laststroms (I3, I 4) des mindestens einen elektrischen Verbrauchers.The method of any one of the preceding claims, wherein the step of partially compensating comprises: reducing the average load current (I 3 , I 4 ) of the at least one electrical load. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erhöhte Spannungswert der Batterieladespannung (U) im Zusammenhang mit einer Rekuperationsphase des Kraftfahrzeugs eingestellt wird, in welcher der Generator (2) beim Abbremsen des Fahrzeugs kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umwandelt.Method according to one of the preceding claims, wherein the increased voltage value of the battery charging voltage (U) is set in connection with a recuperation phase of the motor vehicle, in which the generator ( 2 ) converts kinetic energy of the vehicle into electrical energy when braking the vehicle. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den zusätzlichen Schritt: – Entgegennehmen eines Rekuperationssignals (8), welches eine Rekuperationsphase anzeigt, wobei der Schritt des teilweisen Kompensierens der Leistungszunahme in Abhängigkeit des Rekuperationssignals (8) ausgelöst wird.Method according to one of the preceding claims, comprising the additional step of: - accepting a recuperation signal ( 8th ) indicative of a recuperation phase, the step of partially compensating for the power increase in response to the recuperation signal ( 8th ) is triggered. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rekuperationsphase eine Schubphase und/oder Bremsphase des Kraftfahrzeugs mit Energierekuperation ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the recuperation phase is a coasting phase and / or braking phase of the motor vehicle with energy recuperation. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – der Laststrom (I3, I4) des mindestens einen elektrischen Verbrauchers (3, 4) mit einem bestimmten Tastgrad alternierend zwischen zwei Zuständen schaltbar ist, wobei der Tastgrad auf die Dauer (τ) des Stromzustands mit dem größeren Strombetrag bezogen ist, und der Schritt des teilweisen Kompensierens umfasst: – Einstellen eines verringerten Tastgrads, wodurch der mittlere Laststrom sinkt.Method according to one of the preceding claims, wherein - the load current (I 3 , I 4 ) of the at least one electrical load ( 3 . 4 ) is alternately switchable between two states with a certain duty cycle, the duty cycle related to the duration (τ) of the current state with the larger amount of current, and the step of partially compensating comprises: - Setting a reduced duty cycle, whereby the average load current decreases. Verfahren nach Anspruch 7, wobei – der Strom durch den mindestens einen elektrischen Verbraucher (3, 4) mit einem bestimmten Tastgrad alternierend ein- und ausschaltbar ist.Method according to claim 7, wherein - the current through the at least one electrical consumer ( 3 . 4 ) is switched on and off alternately with a certain duty cycle. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des teilweisen Kompensierens umfasst: – Erhöhen des elektrischen Widerstands (R1) des mindestens einen elektrischen Verbrauchers (3, 4).Method according to one of the preceding claims, wherein the step of partially compensating comprises: - increasing the electrical resistance (R 1 ) of the at least one electrical load ( 3 . 4 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grad der Kompensation in Abhängigkeit des Ausstattungsgrades des Kraftfahrzeugs erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the degree of compensation takes place as a function of the equipment level of the motor vehicle.
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