DE102013202197A1 - Method for operating a power supply unit for a vehicle electrical system of a motor vehicle - Google Patents

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DE102013202197A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungseinheit (100) für ein Bordnetz (30, 31) eines Kraftfahrzeugs, wobei die Energieversorgungseinheit (1) eine elektrische Maschine (20) mit einer Ständerwicklung (21) und einer Läuferwicklung (22), einen der Läuferwicklung (22) zugeordneten Generatorregler (40) zur Vorgabe des durch die Läuferwicklung (22) fließenden Stroms und einen Stromrichter (30) mit Stromrichterelementen aufweist, wobei eine bevorstehende Konfigurationsänderung des Bordnetzes (100) gemeldet wird und daraufhin die Höhe des durch die Läuferwicklung (22) fließenden Stroms verändert wird.The invention relates to a method for operating an energy supply unit (100) for an electrical system (30, 31) of a motor vehicle, the energy supply unit (1) being an electrical machine (20) with a stator winding (21) and a rotor winding (22), one of the Generator controller (40) assigned to the rotor winding (22) for specifying the current flowing through the rotor winding (22) and a converter (30) with converter elements, an imminent configuration change in the on-board electrical system (100) being reported and then the amount of the through the rotor winding ( 22) flowing current is changed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungseinheit für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs sowie eine Recheneinheit zur Durchführung desselben.The present invention relates to a method for operating a power supply unit for a vehicle electrical system of a motor vehicle and a computing unit for performing the same.

Stand der TechnikState of the art

Eine Generatoranordnung für Kraftfahrzeugbordnetze kann eine fremderregte, elektrische Maschine (i.a. Wechselstromgenerator) mit einer Läuferwicklung (Erregerwicklung) und einer Ständerwicklung, einen der Ständerwicklung nachgeschalteten Stromrichter (i.a. Gleichrichter) und einen Generatorregler (sog. Feldregler) aufweisen, der die von der elektrischen Maschine erzeugte Spannung mittels des Stroms (Erregerstroms) durch die Läuferwicklung regelt. Solche Generatoranordnungen kommen in unterschiedlicher Ausprägung in Kraftfahrzeugbordnetzen zum Einsatz.A generator arrangement for motor vehicle electrical systems can have a third-party, electrical machine (in particular an alternator) with a rotor winding (excitation winding) and a stator winding, a rectifier connected downstream of the stator winding (in general a rectifier) and a generator regulator (so-called field regulator), which generates the electric motor generated by the electric machine Voltage by means of the current (excitation current) through the rotor winding regulates. Such generator arrangements come in different form in motor vehicle on-board networks used.

Wie beispielsweise in der DE 10 2009 046 955 A1 erläutert, ist zur Gleichrichtung der Einsatz von aktiven Brückengleichrichtern vorteilhaft, weil diese im Gegensatz zu passiven bzw. ungesteuerten Diodengleichrichtern geringere Verlustleistungen aufweisen. Such as in the DE 10 2009 046 955 A1 explained, the use of active bridge rectifiers is advantageous for rectification, because they have lower power losses in contrast to passive or uncontrolled diode rectifiers.

Über die Regelung des Erregerstroms kann die Ausgangsspannung geregelt werden, um den Betrieb des Bordnetzes sicherzustellen. Aufgabe der Spannungsregelung ist es, bei stark wechselnden Generatordrehzahlen und unterschiedlichen Belastungen die Bordnetzspannung auf einem konstanten Niveau zu halten. Dabei ist die Regelgeschwindigkeit begrenzt durch die Zeitkonstante der Läuferwicklung, die in der Größenordnung von mehreren 100 ms liegt. Bei einem schlagartigen Lastabfall (Load Dump) im Bordnetz, z.B. durch das Abschalten eines größeren Verbrauchers, kommt es zunächst zu einem erheblichen Anstieg der Generatorspannung, da die Regelung der Spannung über den Erregerstrom nur mit einer entsprechenden Zeitverzögerung erfolgen kann. Bei höheren Drehzahlen und Abwurf einer größeren Last können dabei unzulässig hohe Spannungswerte auftreten. Diese Spannungsspitzen können elektronische Bauteile beschädigen und zum Ausfall von Steuergeräten führen.The control of the excitation current, the output voltage can be controlled to ensure the operation of the electrical system. The task of the voltage control is to keep the vehicle electrical system voltage at a constant level in the case of strongly changing generator speeds and different loads. The control speed is limited by the time constant of the rotor winding, which is in the order of several 100 ms. With a sudden load dump (load dump) in the electrical system, e.g. By switching off a larger consumer, it comes first to a significant increase in the generator voltage, since the regulation of the voltage across the exciter current can only be done with a corresponding time delay. At higher speeds and the release of a larger load, inadmissibly high voltage values can occur. These voltage spikes can damage electronic components and lead to failure of ECUs.

Im Gegensatz zu Diodengleichrichtern, bei denen ein Überspannungsschutz in der Regel durch die Gleichrichterdioden selbst erfolgt, weil dort die Verlustenergie in Wärme umgesetzt werden kann, sind für übliche aktive Schaltelemente, beispielsweise MOSFETs, zusätzliche Schutzstrategien erforderlich.In contrast to diode rectifiers, in which an overvoltage protection usually takes place through the rectifier diodes themselves, because there the loss energy can be converted into heat, for conventional active switching elements, such as MOSFETs, additional protection strategies are required.

Bei einem Lastabwurf können beispielsweise einige oder alle Schaltelemente des oberen oder unteren Gleichrichterzweigs ganz oder zeitweise kurzgeschlossen werden, wie auch beispielsweise in der erwähnten DE 10 2009 046 955 A1 diskutiert. Ein entsprechendes Ansteuersignal kann dabei derart getaktet werden, dass ein minimales Spannungsniveau nicht unterschritten und ein maximales Spannungsniveau nicht überschritten wird. Eine mehrfache Taktung des Ansteuersignals innerhalb einer Halbwelle hat jedoch Nachteile, weil hierzu z.B. eine Auswerteschaltung für jede Phase erforderlich und zur Aufrechterhaltung der Bordnetzspannung eine entsprechende Zwischenkreiskapazität vorzusehen ist.In the case of a load shedding, for example, some or all of the switching elements of the upper or lower rectifier branch can be short-circuited completely or temporarily, as is also the case, for example, in the aforementioned DE 10 2009 046 955 A1 discussed. A corresponding drive signal can be clocked such that a minimum voltage level does not fall below and a maximum voltage level is not exceeded. However, a multiple clocking of the drive signal within a half-cycle has disadvantages because this, for example, an evaluation circuit for each phase required and to maintain the on-board electrical system voltage a corresponding intermediate circuit capacity is provided.

Während bei herkömmlichen 12V-Batterien ein Spannungsklammerungseffekt dadurch entsteht, dass überschüssige Energie in chemische Energie umgewandelt wird (sog. Ausgasen), ist bei modernen Batterien (für 12V- oder 48V-Bordnetze oder auch Hochvolt-Bordnetze mit Spannungen über 60V, beispielsweise wenige 100V (z.B. 300–400V)) auf Lithium-Basis (z.B. Lithium-Ionen) ein zu hohes Spannungsniveau problematisch und zu vermeiden. Solche Batterien werden daher bei Überspannung über eine entsprechende Schaltung automatisch vom Bordnetz getrennt und können nicht als Überspannungsschutz dienen. Gleichermaßen ist hier auch ein zu niedriges Spannungsniveau kritisch, weshalb auch bei Unterspannungen eine automatische Abtrennung vom Bordnetz erfolgen kann.While in conventional 12V batteries a voltage clamping effect arises from the fact that excess energy is converted into chemical energy (so-called outgassing) is in modern batteries (for 12V or 48V vehicle electrical systems or high-voltage vehicle electrical systems with voltages above 60V, for example, a few 100V (eg 300-400V)) on lithium-based (eg lithium-ion) a too high voltage level problematic and to avoid. Such batteries are therefore automatically disconnected from the electrical system overvoltage via a corresponding circuit and can not serve as surge protection. Equally, too low a voltage level is critical here, which is why an automatic disconnection from the vehicle electrical system can take place even with undervoltage.

Es ist daher wünschenswert, auch in Bordnetzen mit aktiven Stromrichterschaltungen und gleichzeitig abtrennbaren Batterien einen möglichst einfachen Überbzw. Unterspannungsschutz bereitzustellen. It is therefore desirable, even in on-board networks with active power converter circuits and at the same time separable batteries the simplest possible Überbzw. To provide undervoltage protection.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungseinheit für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for operating a power supply unit for a vehicle electrical system of a motor vehicle with the features of patent claim 1 is proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung schafft eine einfache Möglichkeit, Über- bzw. Unterspannungen im Bordnetz zu reduzieren oder ganz zu unterdrücken, indem eine bevorstehende Konfigurationsänderung des Bordnetzes der Energieversorgungseinheit gemeldet wird und daraufhin die Höhe des Erregerfelds bzw. des effektiven Erregerstroms dementsprechend reduziert oder erhöht wird. Somit wird vorzugsweise eine Reduzierung bzw. Erhöhung der Höhe des Erregerfeldes bereits initiiert wird, bevor die Konfigurationsänderung stattfindet. Eine Konfigurationsänderung ist insbesondere ein Reduzieren oder Erhöhen eines Energieverbrauchs und/oder ein Abtrennen oder Zuschalten einer Energiespeichereinrichtung, insbesondere einer Batterie, von dem bzw. an das Bordnetz. The invention provides an easy way to reduce over or under voltages in the electrical system or completely suppress by an impending configuration change of the electrical system of the power supply unit is reported and then the height of the exciter field or the effective excitation current is reduced or increased accordingly. Thus, preferably, a reduction or increase in the height of the exciter field is already initiated before the configuration change takes place. A configuration change is in particular a reduction or increase of energy consumption and / or disconnection or Connecting an energy storage device, in particular a battery, from or to the electrical system.

Konfigurationsänderungen des Bordnetzes, wie z.B. Reduzieren oder Erhöhen des Energieverbrauchs, bspw. durch Ein- oder Ausschalten eines Verbrauchers oder graduelle Erhöhung oder Reduzierung der Leistungsaufnahme (z.B. Heizung), oder das Abtrennen oder Zuschalten der Energiespeichereinrichtung, werden üblicherweise von entsprechenden Steuereinheiten (z.B. Steuereinheit für das Bordnetzmanagement oder Steuereinheit für das Batterielademanagement) gesteuert, so dass die Erfindung auf einfache Weise durch eine Kommunikation dieser Steuereinheiten mit dem Generatorregler implementierbar ist. Die Steuereinheiten melden nun die bevorstehende Konfigurationsänderung, vorzugsweise mit einer Vorlaufzeit, an den Generatorregler, der daraufhin das Erregerfeld dementsprechend anpasst, d.h. bei einer aufgrund der Konfigurationsänderung zu erwartenden Überspannung reduziert und bei einer aufgrund der Konfigurationsänderung zu erwartenden Unterspannung erhöht. Die Vorlaufzeit liegt vorzugsweise zwischen 300 und 500 ms. Bei der Vorgabe der Vorlaufzeit werden vorzugsweise die Zeitkonstante der Läuferwicklung und Datenübertragungsund/oder -verarbeitungszeiten berücksichtigt. Hierdurch können Spannungsschwankungen, insbesondere Über- und Unterspannungen, vorteilhaft reduziert werden. Configuration changes of the electrical system, such. Reducing or increasing the energy consumption, for example by switching on or off a consumer or gradually increasing or decreasing the power consumption (eg heating), or disconnecting or connecting the energy storage device, are usually by appropriate control units (eg control unit for the vehicle electrical system management or control unit for the Battery charging management) so that the invention can be easily implemented by communicating these controllers with the generator controller. The control units now report the upcoming configuration change, preferably with a lead time, to the generator controller, which then adjusts the exciter field accordingly, i. reduced at an expected due to the configuration change overvoltage and increased at an expected due to the configuration change undervoltage. The lead time is preferably between 300 and 500 ms. When specifying the lead time, the time constant of the rotor winding and data transmission and / or processing times are preferably taken into account. As a result, voltage fluctuations, in particular over- and under-voltages, can be advantageously reduced.

Die Erfindung eignet sich für alle Arten von Kraftfahrzeugbordnetzen, also insbesondere für übliche 12V- oder 48V-Bordnetze, aber auch für Hochvoltbordnetze mit Spannungen oberhalb einer zulässigen Berührspannung von 60V. Die Erfindung entfaltet auch bei Bordnetzen, in denen die elektrische Maschine auch motorisch betrieben werden kann, besondere Vorteile. Hier kann dann z.B. durch die Erfindung rechtzeitig vor einer Konfigurationsänderung von einem motorischen in einen generatorischen Betrieb umgeschaltet werden. The invention is suitable for all types of motor vehicle electrical systems, ie in particular for conventional 12V or 48V vehicle electrical systems, but also for high-voltage electrical systems with voltages above a permissible contact voltage of 60V. The invention also develops particular advantages in on-board networks in which the electric machine can also be operated by a motor. Here then, e.g. be switched by the invention in good time before a configuration change from a motor to a generator operation.

Die Höhe der Reduzierung und/oder der Erhöhung des Erregerfeldes kann vorgegeben sein, wobei vorteilhaft mehrere Werte für unterschiedliche Situationen vorgegeben werden. Beispielsweise kann eine erwartete Änderung der Leistungsabgabe pauschal vorab bordnetzabhängig ermittelt worden sein, z.B. 500 W als Zwischenwert von Hochleistungsverbrauchern mit 300–800W Leistungsaufnahme, oder als 50% der Nennleistung bei Batterie-Trennung oder -Zuschaltung. Weiter vorzugsweise wird die Höhe der Reduzierung und/oder der Erhöhung des Erregerfeldes in Abhängigkeit von der erwarteten Verbrauchsänderung vorgegeben. Dazu übermitteln beispielsweise die oben genannten Steuereinheiten neben der Art der bevorstehenden Konfigurationsänderung auch die damit einhergehende Veränderung des Energieverbrauchs bzw. der Bordnetzspannung.The amount of reduction and / or the increase of the excitation field can be predetermined, whereby advantageously several values for different situations are given. For example, an expected change in the power output may have been determined in advance as a whole depending on the on-board network, e.g. 500 W as an intermediate value of high-power consumers with 300-800W power consumption, or as 50% of the rated power at battery disconnection or connection. Further preferably, the amount of reduction and / or the increase of the excitation field in dependence on the expected consumption change is specified. For this purpose, for example, the above-mentioned control units in addition to the nature of the upcoming configuration change also convey the associated change in energy consumption or the vehicle electrical system voltage.

Die die Abtrennung und das Zuschalten der Energiespeichereinrichtung steuernde Steuereinheit verfügt dafür vorzugsweise über Messmittel, die dazu ausgebildet sind, eine aktuelle Leistungsaufnahme oder -abgabe und/oder einen Ladezustand der Energiespeichereinrichtung zu ermitteln. Die aktuelle Leistungsaufnahme oder -abgabe charakterisiert die Veränderung des Energieflusses beim Abtrennen der Energiespeichereinrichtung, da der wegfallende Energiefluss von der Energiespeichereinrichtung zu Verbrauchern (kann auch die elektrische Maschine in einem motorischen Betrieb umfassen) bzw. von der elektrische Maschine zu der Energiespeichereinrichtung nun durch die elektrische Maschine kompensiert werden muss. Der Ladezustand im Vergleich zur aktuellen Spannung im Bordnetz charakterisiert die Veränderung des Energieflusses beim Zuschalten der Energiespeichereinrichtung, da bei einem Ladezustand mit einer Spannungsabgabe unterhalb oder oberhalb der Bordnetzspannung der Energiefluss vom Bordnetz zur Energiespeichereinrichtung bzw. andersherum von der elektrischen Maschine kompensiert werden muss. For this purpose, the control unit controlling the separation and the connection of the energy storage device preferably has measuring means which are designed to determine a current power consumption or discharge and / or a charge state of the energy storage device. The current power consumption or output characterizes the change in the energy flow when disconnecting the energy storage device, since the omitted energy flow from the energy storage device to consumers (can also include the electric machine in a motor operation) or from the electric machine to the energy storage device by the electric Machine must be compensated. The state of charge compared to the current voltage in the electrical system characterizes the change in the energy flow when connecting the energy storage device, since in a state of charge with a voltage output below or above the vehicle electrical system voltage, the energy flow from the electrical system to the energy storage device or vice versa must be compensated by the electric machine.

Die die Reduktion und Erhöhung des Energieverbrauchs steuernde Steuereinheit verfügt dafür vorzugsweise über Speichermittel, in denen Informationen über die gewöhnliche Leistungsaufnahme der gesteuerten Energieverbraucher, vorzugsweise separiert zwischen Einschaltvorgang und Dauerbetrieb, gespeichert sind. Zweckmäßigerweise werden dabei nur Hochleistungsverbraucher mit einer Nennleistung von mehr als 100 W berücksichtigt. The control unit which controls the reduction and increase in the energy consumption preferably has storage means for storing information about the usual power consumption of the controlled energy consumers, preferably separated between switch-on operation and continuous operation. Conveniently, only high-performance consumers with a rated power of more than 100 W are taken into account.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Maßnahmen vorgesehen, falls die Generatoranordnung eine von der Konfigurationsänderung hervorgerufen Über- oder Unterspannung nicht vollständig vermeiden kann, weil z.B. die elektrische Maschine momentan (z.B. aufgrund niedriger Drehzahl) nicht genügend Strom für das Bordnetz bereitstellen kann. Eine solche Maßnahme umfasst z.B. die Reduzierung oder Erhöhung des momentanen Stromverbrauchs durch die Verbraucher, insbesondere durch entsprechende Ansteuerung der die Reduktion und Erhöhung des Energieverbrauchs steuernden Steuereinheit.According to a further advantageous embodiment of the invention, measures are provided if the generator arrangement can not completely avoid a overvoltage or undervoltage caused by the configuration change, because e.g. the electric machine is currently unable to provide enough power for the vehicle electrical system (for example due to low engine speed). Such a measure includes e.g. the reduction or increase of the instantaneous power consumption by the consumers, in particular by corresponding control of the control unit which controls the reduction and increase of the energy consumption.

Vorzugsweise wird ein Spannungsverlaufsmodell, welches zwischen Leistungsverbrauchern und Stromverbrauchern im Bordnetz unterscheidet und eine Induktivität der Verbraucher berücksichtigt, verwendet. Dadurch können die notwendige Erregerstromveränderung und eine ggf. vorgesehene Vorlaufzeit genauer bestimmt werden. Weiter vorzugsweise berücksichtigt das Spannungsverlaufsmodell auch eine Induktivität der elektrischen Maschine, um Spannungsschwankungen optimal zu unterdrücken. Beispielsweise kann der Erregerstrom dann so vorgegeben werden, dass Effekte der jeweiligen Induktivitäten von elektrischer Maschine und Verbrauchern quasi aufgehoben werden und die Spannung nahezu konstant gehalten wird.Preferably, a voltage profile model, which distinguishes between power consumers and power consumers in the electrical system and takes into account an inductance of the consumer, is used. As a result, the necessary excitation current change and a possibly provided lead time can be determined more accurately. Further preferably, the voltage profile model also takes into account an inductance of the electric machine in order to Optimally suppress voltage fluctuations. For example, the excitation current can then be specified so that effects of the respective inductances of the electrical machine and consumers are virtually eliminated and the voltage is kept almost constant.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, insbesondere ein Feldregler und/oder eines der genannten Steuereinheiten, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.An arithmetic unit according to the invention, e.g. a control device of a motor vehicle, in particular a field controller and / or one of said control units is, in particular programmatically, arranged to perform a method according to the invention.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of the method in the form of software is also advantageous, since this causes particularly low costs, in particular if an executing control device is still used for further tasks and therefore exists anyway. Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt schematisch ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, wie es der Erfindung zugrunde liegen kann. 1 schematically shows an electrical system of a motor vehicle, as it may be based on the invention.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist ein Bordnetz gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Das Bordnetz 100 weist als Energieversorgungseinheit eine Generatoranordnung 1 mit einer als Wechselstromgenerator 20 betreibbaren elektrischen Maschinen mit einer Ständerwicklung 21 und einer Läuferwicklung 22 auf. Die Läuferwicklung 22 wird mittels eines Generatorreglers bzw. Feldreglers 40, vorzugsweise getaktet, bestromt. Der Wechselstromgenerator 20 kann beispielsweise als Klauenpolgenerator ausgebildet sein. Die Generatoranordnung weist weiterhin einen Stromrichter bzw. Gleichrichter 30 auf, der dazu ausgebildet ist, eine von dem Wechselstromgenerator erzeugte Wechselspannung gleichzurichten und als Bordnetzspannung an Anschlüssen B+ und B– bereitzustellen. Der Gleichrichter 30 weist aktive Schaltelemente, z.B. MOSFET, auf und wird auf bekannte Weise betrieben. Die Generatoranordnung 1 oder der Stromrichter 30 weist dazu eine Stromrichtersteuereinheit (nicht dargestellt) auf. Der Stromrichter kann für einen motorischen Betrieb der elektrischen Maschine auch als Wechselrichter betrieben werden.In 1 is a vehicle electrical system according to a preferred embodiment of the invention shown and in total with 100 designated. The electrical system 100 has as a power supply unit a generator arrangement 1 with one as an alternator 20 operable electric machines with a stator winding 21 and a rotor winding 22 on. The rotor winding 22 is by means of a generator controller or field controller 40 , preferably clocked, energized. The alternator 20 can be configured for example as Klauenpolgenerator. The generator assembly further comprises a power converter or rectifier 30 configured to rectify an AC voltage generated by the AC generator and to provide as a vehicle electrical system voltage at terminals B + and B-. The rectifier 30 has active switching elements, such as MOSFET, and is operated in a known manner. The generator arrangement 1 or the power converter 30 has a power converter control unit (not shown). The power converter can also be operated as an inverter for a motorized operation of the electrical machine.

In dem Bordnetz 100 ist ein Energiespeicher 2, beispielsweise eine Batterie auf Lithiumbasis, vorgesehen, um insbesondere die durch die Generatoranordnung 1 in das Bordnetz 100 eingespeiste elektrische Energie zu speichern. Der Batterie 2 ist eine Batterieladesteuereinheit 3 vorgeschaltet, die dazu eingerichtet ist, die Batterie im Falle einer Über- und/oder Unterspannung im Bordnetz von diesem zu trennen und/oder eine abgetrennte Batterie wieder dem Bordnetz zuzuschalten, wenn keine Über- bzw. Unterspannung vorliegt. Die die Abtrennung und das Zuschalten der Batterie 2 steuernde Batterieladesteuereinheit 3 ist weiterhin dazu eingerichtet, einen bevorstehenden Abtrenn- oder Zuschaltvorgang als Konfigurationsänderung des Bordnetzes 100 an den Generatorregler 40 zu melden, so dass dieser entsprechend den Strom durch die Läuferwicklung 22 beeinflussen, d.h. verringern oder erhöhen, kann. In diesem Sinne wird die Batterieladesteuereinheit 3 als Überspannungs- bzw. Unterspannungs-Detektionseinheit betrieben. Dabei wird der Abtrennvorgang vorzugsweise verzögert, um noch einen gewissen Überspannungsschutz durch die Batterie zu erhalten. Der Abtrennvorgang kann jedoch auch unverzögert stattfinden. Ebenso wird der Zuschaltvorgang verzögert, um keine Überspannung zu erzeugen. Auch der Zuschaltvorgang kann jedoch unverzögert stattfinden. Die Batterieladesteuereinheit 3 ist weiterhin dazu eingerichtet, dem Generatorregler 40 zusammen mit dem bevorstehenden Abtrenn- oder Verbindungsvorgang auch die damit verknüpfte Veränderung des Energieverbrauchs zu melden. Die Batterieladesteuereinheit 3 verfügt über Messmittel, z.B. ein Voltmeter, einen Leistungsaufnahmesensor bzw. einen Ladezustandssensor, die dazu ausgebildet sind, eine aktuelle Bordnetzspannung sowie eine aktuelle Leistungsaufnahme oder -abgabe und/oder einen Ladezustand der Batterie 2 zu ermitteln. Aus diesen Größen ist die mit dem bevorstehenden Abtrenn- oder Verbindungsvorgang verknüpfte Veränderung des Energieflusses bestimmbar. Insbesondere kennt die Die Batterieladesteuereinheit 3 den Strom, der in die Batterie hineinfließt oder herausfließt. Dieser Stromfluss wird mit der Abtrennung enden. In Konsequenz bedeutet dies grundsätzlich, dass der Strom vom durch einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine in gleicher Höhe und Richtung bereitgestellt werden muss.In the electrical system 100 is an energy storage 2 , For example, a lithium-based battery, provided in particular by the generator assembly 1 in the electrical system 100 to store fed-in electrical energy. The battery 2 is a battery charge control unit 3 upstream, which is adapted to disconnect the battery in the event of an overvoltage and / or undervoltage in the electrical system of this and / or connect a separate battery back to the electrical system, if there is no overvoltage or undervoltage. The disconnection and the connection of the battery 2 controlling battery charging control unit 3 is also set up, an impending disconnection or connection process as a configuration change of the electrical system 100 to the generator controller 40 to report, so that this according to the current through the rotor winding 22 can influence, ie reduce or increase. In this sense, the battery charging control unit 3 operated as overvoltage or undervoltage detection unit. In this case, the separation process is preferably delayed in order to still obtain a certain overvoltage protection by the battery. However, the separation process can also take place without delay. Likewise, the connection process is delayed in order not to generate overvoltage. However, the connection process can take place without delay. The battery charge controller 3 is also set up to the generator controller 40 together with the upcoming separation or connection process, also to report the associated change in energy consumption. The battery charge controller 3 has measuring means, such as a voltmeter, a power consumption sensor or a state of charge sensor, which are adapted to a current vehicle electrical system voltage and a current power consumption or discharge and / or a state of charge of the battery 2 to investigate. From these quantities, the change in the energy flow associated with the upcoming separation or connection process can be determined. In particular, the battery charger control unit knows 3 the current that flows into or out of the battery. This current flow will end with the separation. As a consequence, this basically means that the current is supplied by a regenerative operation of the electric machine must be provided in the same height and direction.

In das Bordnetz 100 sind weiterhin Verbraucher 6 eingebunden, insbesondere Hochleistungsverbraucher, wie eine Scheibenheizung, Standheizung, Sitzheizung, Klimaanlage usw. Die Verbraucher sind ein- und ausschaltbar, wie über Schaltelemente 7 illustriert, und können ggf. auch in ihrer Leistungsaufnahme variiert werden, was durch den Pfeil 8 illustriert wird. Eine Bordnetzsteuereinheit 9 ist dazu eingerichtet, die Verbraucher 6 anzusteuern. Die die Reduktion und Erhöhung des Energieverbrauchs steuernde Bordnetzsteuereinheit 9 ist weiterhin dazu eingerichtet, eine bevorstehende Ansteuerung eines Verbrauchers 6 als Konfigurationsänderung des Bordnetzes 100 an den Generatorregler 40 zu melden, so dass dieser dementsprechend den Strom durch die Läuferwicklung 22 beeinflussen (d.h. verringern oder erhöhen) kann. Dabei wird die bevorstehende Ansteuerung des Verbrauchers verzögert, um auf diese Weise Überspannungen und Unterspannungen zumindest zu reduzieren. Die Bordnetzsteuereinheit 9 ist weiterhin dazu eingerichtet, dem Generatorregler 40 zusammen mit der bevorstehenden Ansteuerung des Verbrauchers auch die damit verknüpfte Veränderung des Energieverbrauchs zu melden. Die Bordnetzsteuereinheit 9 verfügt über Speichermittel, z.B. einen Mikroprozessor und nicht-flüchtigen Speicher, in dem Informationen über die mittlere Leistungsaufnahme (bei variabler Leistungsaufnahme vorzugsweise für unterschiedliche Leistungsstufen) der gesteuerten Energieverbraucher 6 im Dauerbetrieb und beim Einschaltvorgang gespeichert sind. In the electrical system 100 continue to be consumers 6 integrated, in particular high-performance consumers, such as a window heating, auxiliary heating, seat heating, air conditioning, etc. The consumers are switched on and off, as about switching elements 7 Illustrated, and may also be varied in their power consumption, which is indicated by the arrow 8th is illustrated. An on-board network control unit 9 is designed to consumers 6 head for. The control system controlling the reduction and increase of energy consumption 9 is also set up, an impending control of a consumer 6 as a configuration change of the electrical system 100 to the generator controller 40 to report, so that this accordingly the current through the rotor winding 22 can affect (ie reduce or increase). In this case, the imminent control of the consumer is delayed in order to at least reduce overvoltages and undervoltages. The on-board network control unit 9 is also set up to the generator controller 40 together with the imminent control of the consumer also to report the associated change in energy consumption. The on-board network control unit 9 has storage means, such as a microprocessor and non-volatile memory, in which information about the average power consumption (with variable power consumption preferably for different power levels) of the controlled energy consumers 6 stored in continuous operation and at power-up.

Eine bevorstehende Konfigurationsänderung kann auch eine Umschaltung von motorischem Betrieb auf generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine bedingen, z.B. um eine Unterspannung zu reduzieren.An upcoming configuration change may also involve a switchover from motor operation to generator operation of the electrical machine, e.g. to reduce undervoltage.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (15)

Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungseinheit (1) für ein Bordnetz (100) eines Kraftfahrzeugs, wobei die Energieversorgungseinheit (1) eine elektrische Maschine (20) mit einer Ständerwicklung (21) und einer Läuferwicklung (22), einen der Läuferwicklung (22) zugeordneten Generatorregler (40) zur Vorgabe des durch die Läuferwicklung (22) fließenden Stroms und einen Stromrichter (30) mit Stromrichterelementen aufweist, wobei eine bevorstehende Konfigurationsänderung des Bordnetzes (100) an die Energieversorgungseinheit (1) gemeldet wird und daraufhin die Höhe des durch die Läuferwicklung (22) fließenden Stroms verändert wird.Method for operating a power supply unit ( 1 ) for a vehicle electrical system ( 100 ) of a motor vehicle, wherein the power supply unit ( 1 ) an electric machine ( 20 ) with a stator winding ( 21 ) and a rotor winding ( 22 ), one of the rotor winding ( 22 ) associated generator controller ( 40 ) for specifying the by the rotor winding ( 22 ) flowing current and a power converter ( 30 ) having power converter elements, wherein an imminent configuration change of the electrical system ( 100 ) to the power supply unit ( 1 ) and then the height of the rotor winding ( 22 ) flowing current is changed. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Konfigurationsänderung des Bordnetzes (100) ein Abtrennen und/oder ein Zuschalten einer Energiespeichereinrichtung (3), insbesondere einer Batterie, von dem bzw. an das Bordnetz (100) umfasst.Method according to claim 1, wherein the configuration change of the vehicle electrical system ( 100 ) a disconnection and / or a connection of an energy storage device ( 3 ), in particular a battery, from or to the electrical system ( 100 ). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Konfigurationsänderung des Bordnetzes (100) ein Reduzieren und/oder Erhöhen eines Energieverbrauchs durch einen Verbraucher (6) in dem Bordnetz (100) umfasst.Method according to claim 1 or 2, wherein the configuration change of the vehicle electrical system ( 100 ) reducing and / or increasing energy consumption by a consumer ( 6 ) in the electrical system ( 100 ). Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Konfigurationsänderung des Bordnetzes (100) ein Ausschalten bzw. Einschalten des Verbrauchers (6) umfasst.Method according to claim 3, wherein the configuration change of the vehicle electrical system ( 100 ) switching off or switching on the consumer ( 6 ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Höhe des durch die Läuferwicklung (22) fließenden Stroms reduziert wird, wenn aufgrund der Konfigurationsänderung eine Überspannung erwartet wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the height of the through the rotor winding ( 22 ) is reduced when an overvoltage is expected due to the configuration change. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Höhe des durch die Läuferwicklung (22) fließenden Stroms erhöht wird, wenn aufgrund der Konfigurationsänderung eine Unterspannung erwartet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the height of the through the rotor winding ( 22 ) is increased when undervoltage is expected due to the configuration change. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Konfigurationsänderung des Bordnetzes (100) eine Vorlaufzeit nach der Meldung durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the configuration change of the electrical system ( 100 ) a lead time is performed after the message. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Vorlaufzeit in Abhängigkeit von einer Zeitkonstanten der Läuferwicklung (22) vorgegeben wird und/oder wobei die Vorlaufzeit zwischen 250 ms und 750 ms liegt.Method according to Claim 7, in which the lead time depends on a time constant of the rotor winding ( 22 ) and / or wherein the lead time is between 250 ms and 750 ms. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Höhe des durch die Läuferwicklung (22) fließenden Stroms um einen Veränderungswert verändert wird und der Veränderungswert in Abhängigkeit von der Konfigurationsänderung vorgegeben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the height of the through the rotor winding ( 22 ) is changed by a change value and the change value is given as a function of the configuration change. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Batterie auf Lithiumbasis als Energiespeichereinrichtung (3) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a lithium-based battery as energy storage device ( 3 ) is used. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei auf die gemeldete bevorstehende Konfigurationsänderung des Bordnetzes (100) hin ein Energieverbrauch durch einen Verbraucher (6) in dem Bordnetz (100) reduziert oder erhöht wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the notified upcoming configuration change of the vehicle electrical system ( 100 ) consumption by a consumer ( 6 ) in the electrical system ( 100 ) is reduced or increased. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Höhe des durch die Läuferwicklung (22) fließenden Stroms unter Berücksichtigung einer Induktivität im Bordnetz (100) verändert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the height of the through the rotor winding ( 22 ) flowing current, taking into account an inductance in the electrical system ( 100 ) is changed. Recheneinheit(40, 3, 9), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Butterfly ( 40 . 3 . 9 ), which is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die eine Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn sie auf der Recheneinheit, insbesondere nach Anspruch 13 ausgeführt werden. Computer program with program code means, which cause a computer unit to carry out a method according to one of claims 1 to 12, when they are executed on the computer, in particular according to claim 13. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14.A machine-readable storage medium having a computer program stored thereon according to claim 14.
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