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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Ladestroms zum Laden eines Kraftfahrzeugakkumulators sowie einen entsprechenden Ladestromregler. Das Verfahren sieht vor, dass ein zum Laden des Kraftfahrzeugakkumulators bereitgestellter Ladestrom gemessen, mit einem maximalen Ladestrom verglichen und daraus eine Regeldifferenz ermittelt wird.
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Verfahren der eingangs genannten Art sind im Stand der Technik bekannt.
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Ladestromregelungen sind in einem Kraftfahrzeug notwendig, da der Ladestrom, den ein Akkumulator erhält, abhängig ist von verschiedenen Parametern wie Verbrauchern, die an dem Stromkreis des Kraftfahrzeugs angeschlossen sind, dem Ladezustand der Batterie und der Spannung, die ein steuerbarer Generatorregler einzustellen versucht. Ist der Ladezustand der Batterie niedrig, die Spannung des Generatorreglers hoch und der vom Fahrzeug verbrauchte Strom niedrig, so kann der Ladestrom für den Akkumulator hohe Werte erreichen. Ein Ladestrombegrenzer ist sinnvoll, den Ladestrom auf für den Akkumulator unschädliche Werte zu begrenzen.
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Die
DE 10 2008 049 225 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung eines Betriebs eines Verbundes aus einem Verbrennungsmotor und einem Generator in einem seriellen Hybridantrieb. In Abhängigkeit von einem Ladezustand eines Energiespeichers wird von der Steuereinheit eine maximal und eine minimal zulässige Generatorspannung ermittelt und an die Generatorsteuerung übermittelt, welche bei der Anpassung der Leistung des Generators an die elektrische Soll-Leistung nicht überschritten bzw. unterschritten werden darf.
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Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist jedoch, dass eine Generatorregelung durch ein solches Einregeln der Generatorspannung nicht wie gewohnt auf Veränderungen einer Motordrehzahl reagieren kann, wodurch das Fahrempfinden verändert wird, was sich für den Fahrer unnatürlich anfühlen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren sowie einen Ladestromregler der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass sowohl eine Ladestrombegrenzung zum Laden eines Kraftfahrzeugakkumulators ermöglicht wird, als auch eine Generatorregelung, die auf Veränderungen der Motordrehzahl wie herkömmliche Generatorregelungen ohne Ladestrombegrenzer der vorgenannten Art reagieren können.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Regelung des Ladestroms nach Anspruch 1 sowie durch einen Ladestromregler gemäß dem nebengeordneten Anspruch 8. Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Ladestromreglers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Regelung des Ladestroms zum Laden eines Kraftfahrzeugakkumulators sieht vor, dass ein zum Laden bereitgestellter Ladestrom gemessen wird, der mit einem maximalen Ladestrom verglichen und daraus eine Regeldifferenz ermittelt wird. Zur Ermittlung der Regeldifferenz wird der maximale Ladestrom, der zum Laden des Kraftfahrzeugakkumulators bereitgestellt werden darf, von dem tatsächlich zum Laden bereitgestellten Ladestrom abgezogen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Regeldifferenz in eine Ladestromregelung eingespeist wird, wobei
- – wenn die Regeldifferenz positiv ist, wird der Ladestrom durch einen Regler begrenzt, insbesondere wird der Ladestrom auf den maximalen Ladestrom heruntergesetzt. Anders gesagt, wenn die Regeldifferenz positiv ist, wird der Ladestrom um die Regeldifferenz reduziert, um den maximalen Ladestrom zu erhalten.
- – wenn die Regeldifferenz negativ ist, wird die Regeldifferenz von der Ladestromregelung auf 0 gesetzt oder die Ladestrombegrenzung ausgesetzt.
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Hierbei wird davon ausgegangen, dass der Ladestrom als Ladestrombetrag angegeben wird. In der Praxis ist es unerheblich, da ein entsprechender Schaltkreis so ausgelegt werden kann, dass er auch bei Verschaltung mit umgekehrten Vorzeichen und damit negativer Regeldifferenz zum richtigen Ergebnis führt. Hierdurch wird erreicht, dass der Ladestrom nur hinsichtlich seines maximalen Ladestroms begrenzt wird, nicht jedoch hinsichtlich seines minimalen Ladestroms.
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Dadurch wird eine Regelung erreicht, die wie gewohnt auf Veränderungen der Motordrehzahl reagieren kann.
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Gemäß einer ersten möglichen weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Ladestrom mittels eines Batteriesensors gemessen wird. Ein solcher Batteriesensor ist mit dem zu ladenden Kraftfahrzeugakkumulator verbunden und misst unmittelbar den Ladestrom.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Ladestromregelung über eine Generatorregelung implementiert wird.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren mittels eines PID-Regler durchgeführt, der die Ladestromregelung bzw. Generatorregelung übernimmt. Es wurde festgestellt, dass PID-Regler zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignet sind, da sie schnell und präzise regeln.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass auf einen Integralzweig des PID-Reglers ein konstant negativer Eingang wirkt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass bei verschwindendem Regelfehler der Integralterm des PID-Reglers rasch verringert wird.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, der Generator über einen Erregerstrom gesteuert wird und ein Ausgangsstrom der Ladestromregelung vom Erregerstrom abgezogen wird. Auf diese Weise wird der Generator nur beeinflusst, wenn die Ladestromregelung einen Regelbedarf anzeigt. Der Fachmann versteht, dass bei einer Ausgestaltung des Verfahrens gemäß dem zuvor beschriebenen Erfindungsgedankens eine Anpassung des Ausgangs der Ladestromregelung auf die Kennlinie des entsprechenden Generators erfolgen muss, sodass der tatsächlich an dem zu ladenden Akkumulator anliegende Ladestrom auf den maximalen Ladestrom begrenzt wird.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Ladestromregelung oder Generatorregelung eine nichtlineare Regelstrecke vorgeschaltet, die eine Differenzierung zwischen positiver und negativer Regeldifferenz erlaubt.
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Ein erster nebengeordneter Erfindungsgedanke sieht einen Ladestromregler zur Regelung des Ladestroms zum Laden eines Kraftfahrzeugakkumulators vor, bei dem ein Batteriesensor zum Messen eines zum Laden bereitgestellten Ladestroms und eine Differenzschaltung vorgesehen sind, wobei die Differenzschaltung mit dem Batteriesensor und einem Maximalladestromgeber verbunden ist, mit der ein bereitgestellter Ladestrom mit einem vom Maximalladestromgeber gegebenen maximalen Ladestrom vergleichbar und daraus eine Regeldifferenz ermittelbar ist. Die Regeldifferenz wird ermittelt, indem mittels einer Differenzschaltung der maximale Ladestrom von dem zum Laden bereitgestellten Ladestrom abgezogen wird. Des Weiteren ist eine Regelschaltung zur Regelung des Ladestroms auf der Basis der Regeldifferenz vorgesehen.
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Erfindungsgemäß ist der Differenzschaltung und der Regelschaltung eine nichtlineare Regelstrecke zwischengeschaltet, durch welche die Regelschaltung bei positiver Regeldifferenz mit einem Strom gespeist wird, durch den der Ladestrom auf den maximalen Ladestrom heruntergesetzt wird und durch den die Regelschaltung bei negativer Regeldifferenz mit einem Strom gespeist wird, durch den der Ladestrom im Wesentlichen unbeeinflusst ist. Bei der vorgehenden Erfindungsbeschreibung wird davon ausgegangen, dass die Ladeströme als Betrag angegeben sind. In der Praxis lässt sich die Schaltung jedoch auch ohne Weiteres für den umgekehrten Fall bereitstellen.
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Gemäß einer ersten möglichen weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ladestromreglers ist vorgesehen, dass die Regelschaltung eine PID-Schaltung aufweist.
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Gemäß einer weiteren möglichen weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Ladestromreglers ist vorgesehen, dass ein Integralzweig der PID-Schaltung mit einem konstant negativen Strom beaufschlagt ist, um bei verschwindendem Regelfehler ein schnelles Abklingen der Regelung zu bewirken. Mit konstant negativ ist in diesem Falle ein Strom gemeint, der gegenüber den Eingangsströmen ein umgekehrtes Vorzeichen aufweist.
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Die Erfindung wird anhand zweier Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigen:
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1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Ladestromreglers mit einem PID-Regler sowie
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2 eine alternative Implementierung eines erfindungsgemäßen Ladestromreglers mit PID-Regler.
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1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Ladestromreglers 2.
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Im Nachfolgenden werden gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen verwendet, um die Lesbarkeit zu verbessern.
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Der Ladestromregler 2 weist eine Differenzschaltung 4 auf, die mit einem Batteriesensor 6 sowie einem Maximalladestromgeber 8 verbunden ist. Die Differenzschaltung 4 bildet eine Differenz aus dem tatsächlichen Ladestrom I_ist mit dem vom Maximalladestromgeber 8 vorgegebenen maximalen Ladestrom I_max.
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Der Differenzschaltung 4 ist eine nichtlineare Regelstrecke 10 nachgeschaltet, deren Bauteile gestrichelt umrahmt sind. Die nichtlineare Regelstrecke 10 weist in der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eine Verzweigung auf, mit der die Regeldifferenz Δ_I, die das Resultat der Differenzbildung ist, aufteilt. Beide Zweige werden einer Summierschaltung 12 zugeführt. In einem der beiden Zweige ist ein Betragsglied 14 vorgesehen, das einen Betrag aus der Hälfte des Regeldifferenzstroms Δ_I erzeugt.
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Der nichtlinearen Regelstrecke ist ein PID-Regler 16 nachgeschaltet, dessen Bauteile gestrichelt umrahmt sind. Der PID-Regler 16 weist einen Differenzialzweig KD, einen Proportionalzweig KP sowie einen Integralzweig KI auf. Die Funktionsweise einer PID-Schaltung ist dem Fachmann allgemein bekannt und kann in entsprechenden einschlägigen Fachbüchern nachgelesen werden.
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Von dem Zweig der nichtlinearen Regelstrecke 10, der die Betragsschaltung 14 aufweist, ist ein weiterer Abzweig vor der Summierschaltung 12 vorgesehen, der diesen Zweig der nichtlinearen Regelstrecke 10 mit dem Integralzweig KI des PID-Reglers 16 verbindet. Der aus diesem Zweig abgeführte Strom wird mit negativem Verstärkungsfaktor –Kp verstärkt und mittels einer Differenzschaltung 18 im Integralzweig KI von dem im Integralzweig KI fließenden Strom abgezogen, sodass eine Integrierschaltung 20 mit einer Stromdifferenz beaufschlagt wird, die kleiner ist als sie ohne die Differenzschaltung wäre. Dadurch ist der Integralzweig KI konstant negativ beaufschlagt und der Integralterm klingt bei Änderungen des Eingangsstromes schnell ab.
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Mit Hilfe einer dem PID-Regler 16 nachgeschalteten Differenzschaltung 22 wird der vom PID-Regler 16 erzeugte Strom I_a von einem Erregerstrom I_e abgezogen. Der Erregerstrom erregt einen Generator 24, der den Ladestrom für den zu ladenden Akkumulator bereitstellt.
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Nachfolgend werden die beiden unterschiedlichen möglichen auftretenden Fälle erläutert.
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Tatsächlicher Ladestrom I_ist ist größer als der maximale Ladestrom I_max
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Wenn der Ladestrom I_ist größer ist als der maximale Ladestrom I_max, generiert die Differenzschaltung 4 einen positiven Strom. Dieser positive Strom wird in der nichtlinearen Regelstrecke 10 aufgeteilt und von der Summierschaltung 12 zu einem Eingangsstrom I_i summiert, der mit Hilfe des PID-Reglers 16 entsprechend verarbeitet wird. Das Ergebnis ist ein Ausgangsstrom I_a, der vom Erregerstrom I_e abgezogen wird und damit zu einer Reduzierung der Leistungsabgabe des Generators 24 und damit zu einer Reduzierung des Ist-Ladestroms I_ist führt.
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Tatsächlicher Ladestrom I_ist entspricht dem Maximalladestrom I_max
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In dem vorgenannten Falle ist die Differenz der beiden Ströme gleich 0, sodass sowohl die nichtlineare Regelstrecke als auch der nachgeschaltete PID-Regler 16 stromlos sind. Der Regelstrom I_e wird nicht beeinflusst.
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Tatsächlicher Ladestrom I_ist kleiner als Maximalstrom I_max
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In vorbenanntem Falle ist die Differenz aus I_ist und I_max negativ, wodurch durch die nichtlineare Regelstrecke in dem Zweig ohne Betragsschaltung die halbe Regeldifferenz Δ_I/2 anliegt, die in diesem Falle negativ ist und in dem Zweig mit der Betragsschaltung 14 der Betrag der halben Regeldifferenz Δ_I/2 erzeugt wird. Im nachfolgenden Summierglied werden diese beiden Größen zu einer Eingangsspannung I_i nahe 0 aufsummiert, sodass der PID-Regler 16 stromlos ist. Der Erregerstrom I_e wird nicht beeinflusst.
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Sollte der PID-Regler 16 vom ersten Fall in den zweiten Fall wechseln, liegt im Integralzweig KI noch ein Regelstrom an, der aber aufgrund des konstant negativen Eingangs schnell weggedämpft wird.
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Der erfindungsgemäße Ladestromregler 2 beeinflusst daher den Ladestrom eines Akkumulators im Wesentlichen nur dann, wenn der tatsächliche Ladestrom I_ist über dem Maximalladestrom I_max liegt.
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2 zeigt eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Ladestromreglers 2'.
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Der Ladestromregler 2' gemäß der zweiten Ausführungsform ist weiter integriert als der Ladestromregler der ersten Ausführungsform, bei der nichtlineare Regelstrecke 10 und PID-Regler 16 separat ausgeführt sind. In der vorliegend beschriebenen Ausführungsform, deren Funktionsweise im Wesentlichen mit der ersten Ausführungsform gleich ist, ist eine nichtlineare Regelstrecke 10' in einem PID-Regler 16' integriert. Dadurch wird eine Reduzierung der notwendigen Bauteile möglich, da für diese Implementierung unter anderem weniger Verstärker notwendig sind.
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Die Differenzschaltung 4 ist ein integrierter PID-Regler 16' mit lichtlinearer Regelstrecke 10' nachgeschaltet, wobei die nichtlineare Regelstrecke 10' die Eingangsgrößen von Differenzzweig KD und Proportionalzweig KP beeinflusst. Der Integralzweig KI wird bei positiver Regeldifferenz Δ_I wie bei einer üblichen PID-Schaltung beaufschlagt, bei negativer Regeldifferenz mit einer negativen Spannung, die zu einem schnellen Abklingen in der Integrierschaltung 20 führt, sodass das Ausgangssignal I_a der integrierten PID-Regler-nichtlinarer Regelstrecke-Schaltung 10', 16' schnell abklingen lässt. Der maximale Erregerstrom I_e wird nur dann reduziert, wenn die Regeldifferenz Δ_I positiv ist.
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Bezugszeichenliste
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- 2, 2'
- Ladestromregler
- 4
- Differenzschaltung
- 6
- Batteriesensor
- 8
- Maximalladestromgeber
- 10, 10'
- nichtlineare Regelstrecke
- 12
- Summierschaltung
- 14
- Betragsschaltung
- 16, 16'
- PID-Regler
- 18
- Differenzschaltung
- 20
- Integrierschaltung
- 22
- Differenzschaltung
- 24
- Generator
- I_a
- Ausgangsstrom
- I_e
- Erregerstrom
- I_i
- Eingangsstrom
- I_max
- Maximalstrom
- I_ist
- Istladestrom
- Δ_I
- Regeldifferenz
- KD
- Differenzialzweig
- KP
- Proportionalzweig
- KI
- Integralzweig
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008049225 A1 [0004]
