DE10250488A1

DE10250488A1 - Versorgungsanordnung

Info

Publication number: DE10250488A1
Application number: DE10250488A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber
Original assignee: Individual
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2002-10-29
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-30
Also published as: DE10250488B4

Abstract

Es wird eine Versorgungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Bordnetz beschrieben, die einen Starter für den Motor, einen Generator, einen Energiespeicher, eine Batterie und eine elektronische Steuerschaltung enthält. DOLLAR A Zumindest während des Aufladens des Energiespeichers bei der Fahrzeugverzögerung und des anschließenden Verbrauchs dieser Energie durch die Verbraucher des Bordnetzes wird die Batterie vom Bordnetz abgeschaltet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Versorgungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Eine solche Versorgungsanordnung ist aus der WO 02/080334 A2 bekannt.
Dort ist ein sogenanntes Rekuperationskonzept mit z. B. einem Ultra Cap beschrieben. Dabei ist ein Hochspannungsbordnetz mit 42V oder es sind zwei Bordnetze mit 42V und 14V vorgesehen.
Im Zusammenhang mit einer Kraftstoffersparnis bei Verbrennungsmotoren sind verschiedene Rekuperationskonzepte in vielen Veröffentlichungen beschrieben. Viele dieser Konzepte verwenden den Super Cap oder Ultra Cap als Energiespeicher und stützen sich vorwiegend auf die Anwendung eines 42V Bordnetzes. Aus Kostengründen ist die Einführung des 42V Bordnetzes oder eines 42V/14V Bordnetzes derzeit ohne Interesse. Der Ultra Cap ist ebenso aus Kostengründen nur einsetzbar, wenn er in einem großen Spannungsbereich eingesetzt wird. Deshalb wird z. B. in der oben genannten Veröffentlichung vorgeschlagen, während der Rekuperation das Bordnetz durch Schaltmittel vom integrierten Startergenerator abzutrennen. Hierbei wird das Bordnetz über die Batterie oder einen DC/DC Konverter aus der Batterie oder dem Ultra Cap versorgt. Die Bordnetzspannung schwankt hierbei in relativ geringen Grenzen. Der Ultra Cap wird in den oben genannten Konzepten auch zum Starten genutzt. Die Hauptenergie aus der Rekuperation wird hier dem integrierten, dann als Motor betriebenen, Startergenerator zugeführt.
Zu erwähnen ist noch, dass das derzeitige Ein-Spannungsbordnetz von 14V für einen großen Spannungsbereich von z. B. 7V bis 15V spezifiziert ist. Der Unterspan nungsbereich unter 12V Batterienennspannung tritt wegen der großen Innenwiderstände der Batterie beim Starten auf. Dieser Unterspannungsbereich verursacht hohe Kosten durch entsprechende Dimensionierung z. B. bei Relais, Einspritzventilen, Magnetventilen und Motoren, da sich die Kraftwirkung quadratisch zur Spannung verhält.
Aufgabe der Erfindung ist es ein kostengünstiges Rekuperationskonzept zu schaffen, bei dem ein Ein-Spannungsbordnetz zugrunde liegt und auch der Unterspannungsbereich reduziert wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche beinhalten weitere Ausgestaltungen der Erfindung.
Die erfindungsgemäße Lösung beinhaltet eine Reihe von Vorteilen.
So ist hier keine grundsätzliche Änderung des Bordnetzes notwendig und sie beinhaltet einen einfachen Aufbau des Bordnetzes mit wenig zusätzlichen Schaltmitteln. Da die Rekuperation voll zur Wirkung kommt ist eine hohe Kraftstoffersparnis möglich. Der Generator kann zu einer beliebigen Stärke gewählt werden. Der Einsatz eines integrierten Startergenerators ist möglich, jedoch nicht notwendig. Da bei einem 14V-Bordnetz wegen eines möglichen Jumpstarts die Verbraucher zumindest teilweise für höhere Spannungen z. B. bis 28V ausgelegt sind, bringt die Erfindung insoweit keinen erhöhten Aufwand. Der Start erfolgt gemäß einer Weiterbildung mit erhöhter Spannung, was einen kleinen Starter oder eine erhöhte Startdrehzahl ermöglicht, was für den Motor günstig ist. Günstig ist es, die Rekuperationsenergie nur im Bordnetz zu verbrauchen. Bei Einsatz der Energie zum Antreiben des Fahrzeugs ist der Nutzungsgrad deutlich geringer (z. B. ca. 0,6) gegenüber der Nutzung im Bordnetz (ca. 0,9). Unterspannungen, z. B. kleiner 10V treten hier nicht auf, was für die Dimensionierung, z. B. von Relais und Ventilen günstig ist.
Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
Es zeigen:
1 einen möglichen Aufbau der Versorgungsanordnung
2 Diagramme zur Erläuterung möglicher Abläufe
Die 1 zeigt ein Ein-Spannungsbordnetz 1, dessen Verbraucher 2 von einem Generator 3, bzw. einer Batterie 4 versorgt werden. Das Starten des Verbrennungsmotors erfolgt durch Betätigung eines Startschalters 5 mittels des Starters 6. Alternativ kann hier ein integrierter Startergenerator 7 eingesetzt werden. Für eine hohe Kraftstoffersparnis ist eine möglichst hohe Generatorleistung von z. B. 8 kW wünschenswert, bei der im europäischen Fahrzyklus bis 15% Energie eingespart werden kann. Aber auch kleinere Generatorleistungen von z. B. 4 kW ergeben noch ein gutes Ergebnis. Solche Generatoren sind riemengetrieben und werden demnächst in den Markt eingeführt. An das Bordnetz ist ein Energiespeicher 8, z. B. ein Ultra Cap direkt angeschlossen. Dieser ist mit einem DC/DC Konverter 9 verbunden, der die Spannung der Batterie zum Starten auf Beträge zwischen 15–20V hochsetzt. Hierzu wird die Batterie 4 über einen Schalter 10 vom Bordnetz 1 abgetrennt. Dasselbe erfolgt, wenn während der Verzögerungsphase der Generator über einen Regler 11 auf volle Leistung geschaltet wird und die Spannung im Bordnetz bis auf 24 bis 30V ansteigt. Das 14V-Bordnetz 1 kann diese Überspannung kurzzeitig aushalten, da es für den Fall eines Jumpstarts, das heißt bei leerer Batterie wird eine externe Spannungsquelle angeschlossen, die gegebenenfalls diese hohen Spannungen liefert, ausgelegt ist. Damit der höhere Spannungsbereich nicht stört, kann z. B. auch anstelle eines Spannungsreglers ein kleiner DC-Konverter eingesetzt werden, um die Spannung herunterzusetzen, der dann besonders einfach gestaltet werden kann. Bei Steuergeräten, die z. B. spannungsempfindliche Magnetventile, wie bei der Einspritzung oder ABS versorgen, kann im System zu deren Versorgung ein DC-Konverter 12 in einem Steuergerät 13 eingesetzt werden. Auch können bei höherer Spannung Verbraucher, z. B. Verstellmotoren für die Sitzverstellung oder für Fensterheber über Pulsweitenmodulation gesteuert werden. Andere Motoren für Gebläse oder Fensterheber sind in Zukunft ohnehin elektronisch gesteuert. Die Steuerung der geschilderten Vorgänge für die Rekuperation, die Batterieabschaltung und das Starten wird über ein Powermanagement 14 bewirkt.
2a zeigt den typischen Verlauf der Bordnetzspannung U_B für die Rekuperation und das Starten. Zum Zeitpunkt T1 setzt die Verzögerung des Fahrzeugs ein; gleichzeitig wird der Generator 3 durch den Regler 11 auf volle Stromstärke geschaltet, was ein entsprechender Spannungsanstieg im Ultra Cap 8 bewirkt. Zum Zeitpunkt T1 wird auch die Batterie 4 durch den Schalter 10 abgeschaltet. Bei T2 ist die Verzögerung beendet oder der Ultra Cap ist auf maximal mögliche Spannung aufgeladen. Anschließend wird der Generator 3 abgeschaltet und die Energie aus dem Speicher 8 wird den Bordnetzverbrauchern 2 und 13 zugeführt. Bei Verwendung eines ISG kann auch dessen Motor zur Unterstützung des Verbrennungsmotors voll oder teilweise über einen nicht gezeigten Pulswechselrichter genutzt werden. Der Gesamtwirkungsgrad ist jedoch bei reiner Bordnetzspeisung besser, da bei Verwendung des ISG als Motor dessen Wirkungsgrad die effektive Energieausnutzung verschlechtert.
Zum Zeitpunkt T3 wird z. B. die Spannung 14V erreicht. Der Generator 3 und die Batterie 4 werden wieder zugeschaltet, wie dies die 2b und 2c zeigen. Zum Zeitpunkt T3', wie dies das Drehzahldiagramm der 2c zeigt, wird der Motor abgestellt. Gleichzeitig wird der DC-Konverter 9 eingeschaltet (2e), um für den nächsten Startvorgang eine höhere Spannung zu gewährleisten (2a). Zum Zeitpunkt T4 wird dann der Motor gestartet, die Drehzahl in 2d steigt entsprechend. Aus Gründen der Vereinfachung ist die Motordrehzahl nur in diesem Ausschnitt gezeigt. Zum Zeitpunkt T5 gelten wieder dieselben Bedingungen wie bei T3.
Über das Powermanagement 14 ist es möglich, kurz vor Fahrzeugstillstand den Ultra Cap durch entsprechende Generatorsteuerung oder auch durch Einschaltung des DC-Konverters 9 gegenüber 15V auf höhere Spannung zu bringen, um schon für den Startvorgang vorbereitet zu sein. Dieser Vorgang ist nicht dargestellt. Auch ist es denkbar, bereits beim Türöffnen den DC/DC-Konverter einzuschalten.

Claims

Versorgungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Bordnetz (1) enthaltend: – einen Starter (6) für den Motor – einen Generator (3) – einen Energiespeicher (8) – eine Batterie (4) – und eine elektronische Steuerschaltung (14), wobei bei Fahrzeugverzögerungen der Energiespeicher (8) aufgeladen und anschließend die gespeicherte Energie zur Versorgung der Verbraucher (2) des Bordnetzes (1) ausgenutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (4) wenigstens während des Ladevorgangs des mit dem Bordnetz (1) verbundenen Energiespeichers (8) und dem anschließenden Verbrauch der gespeicherten Energie durch die Verbraucher (2) vom Bordnetz (1) abgeschaltet wird.
Versorgungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Motorstart der Energiespeicher (8) mittels eines Gleichspannungskonverters (9) auf eine erhöhte Spannung aufgeladen wird und dass der Starter (6) vom Energiespeicher (8) versorgt wird.
Versorgungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (4) während der Ladung des Energiespeichers (8) und dem anschließenden Verbrauch der gespeicherten Energie vom Bordnetz (1) abgeschaltet ist.
Versorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (4) bei Erreichen einer vorgegebenen Grenze (z. B. 14V) der dem Energiespeicher zugeführten Spannung abgeschaltet wird.
Versorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (4) bei Erreichen einer vorgegebenen unteren Aus gangsspannung des Energiespeichers (8) wieder an das Bordnetz (1) angeschaltet wird.
Versorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbraucher (2) des Bordnetzes (1) wenigstens teilweise auch für die größere Spannung des Energiespeichers (8) ausgelegt sind.
Versorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für wenigstens einen Teil der Verbraucher (13) ein Gleichspannungskonverter (12) zur Spannungserniedrigung vorgeschaltet ist.
Versorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens für einen Teil der Verbraucher des Bordnetzes eine Versorgung über einen Puls-Weiten-Modulator erfolgt.
Versorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Starter und Generator ein integrierter Startergenerator (7) verwendet wird.
Versorgungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Startergenerator auch als Antriebsmotor ausgenutzt wird.
Versorgungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher ein Ultra-Cap ist