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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Leistungsversorgungssystem zum
Liefern elektrischer Leistung an verschiedene elektrische Vorrichtungen und
insbesondere ein Leistungsversorgungssystem, das für die Verwendung
in einem Fahrzeug, etwa in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen,
vorgesehen ist.
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Die
elektrische Last eines Kraftfahrzeugs vergrößert sich von Jahr zu Jahr.
Eine Sitzheizung und/oder eine Windschutzscheibenheizung, die eine hohe
elektrische Last darstellen, sind im Kraftfahrzeug eingeführt worden
und um die Steuerungsfähigkeit
und die Effektivität
zu verbessern, wurde begonnen, an Stelle herkömmlicher Vorrichtungen, die durch
hydraulischen Druck oder Motorkraft betrieben werden, ein elektrifiziertes
System einzuführen.
Es besteht ferner die Tendenz, eine dynamoelektrische Bremse, ein
elektrisches Servo-Sys tem und dergleichen als elektrische Last zu
verwenden, die eine hohe Betriebssicherheit benötigt.
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Das
Anwachsen dieser elektrischen Lasten erfordert einen Anstieg der
Kapazität
des elektrischen Generators oder der elektrischen Batterie, es gibt
jedoch eine Begrenzung in Bezug auf den Ort der Anbringung oder
die Kosten. Wenn eine übergroße Lastleistung
erzeugt werden würde,
bestünde
daher die Möglichkeit,
dass die Spannung des Leistungsversorgungssystems durch das Entladen
der Batterie stark abfällt.
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Der
Spannungsabfall, der aus der Entladung der Batterie resultiert,
wird besonders groß,
wenn die Restkapazität
der Batterie nach einer langen Entladung klein wird oder wenn der
Innenwiderstand bei einer geringen Umgebungstemperatur der Luft
(z.B. -30°C)
oder dergleichen groß ist.
Außerdem
wird der Spannungsabfall groß,
wenn die Batterieschädigung fortschreitet.
Der Abfall der Batteriespannung führt zu dem Spannungsabfall
des eigentlichen Leistungsversorgungssystems und in manchen Fällen wird
der Controller betriebsunfähig
und folglich kann keine ausreichende Ausgabe der elektrischen Last
erzeugt werden.
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Die
japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-326805 offenbart ein Verfahren
zum Unterscheiden elektrischer Lasten gemäß ihrem Grad der Wichtigkeit
und zum Abschalten der Last mit dem geringeren Grad der Wichtigkeit
dann, wenn die elektrische Lastleistung groß ist. In den dargestellten
Beispielen sind die Lasten in zwei Gruppen klassifiziert und die
Lasten mit dem kleineren Wichtigkeitsgrad werden abgeschaltet, wenn
der gesamte Laststrom einen bestimmten Wert übersteigt.
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Da
bei dem oben erwähnten
Verfahren die Last anhand des gesamten Laststroms unabhängig von
dem Zustand der Batterie und dem maximalen Ausgangsstrom des elektrischen
Generators abgeschaltet wird, besteht die Gefahr, dass die Last
häufiger
als notwenig abgeschaltet wird oder dass umgekehrt der Betrag der
erforderlichen Lastabschaltung nicht erreicht werden kann.
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Da
dieses Verfahren nach dem Erfassen des Stroms abschaltet, besteht
die Gefahr, dass ein momentaner Spannungsabfall erzeugt wird, wenn
eine stark kapazitive Last abrupt eingeschaltet wird.
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Die
DE 198 29 150 betrifft
eine Vorrichtung zur Energieverteilung in einem Kraftfahrzeug, bei
der jede elektrische Last als eine Einheit angesehen wird, die nur
als ganzes zu- oder abgeschaltet werden kann.
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Die
DE 199 31 144 betrifft
ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeug-Bordnetzes, bei
dem ebenfalls jede elektrische Last als eine Einheit angesehen wird,
die nur als ganzes zu- oder abgeschaltet werden kann.
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Beide
Schriften gehen von nicht veränderbaren
Innenwiderständen
und damit unveränderbaren Strömen durch
die jeweilige Last aus, so dass die vorgenannten Probleme bestehen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungsversorgungssystem
zu schaffen, das eine hohe Betriebssicherheit besitzt und den Spannungsabfall
zum Zeitpunkt des Einschaltens der Last sicher verhindern kann.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Leistungsversorgungssystem
zu schaffen, das eine hohe Betriebssicherheit besitzt und den momentanen
Spannungsabfall zum Zeitpunkt des Einschaltens der Last sicher verhindern kann.
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Das
Leistungsversorgungssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung kann eine Leistungsversorgung mit einem elektrischen Generator
und einer Batterie und eine Leistungssteuereinheit zum Steuern der
elektrischen Leistung, die von der Leistungsversorgung an eine elektrische
Last geliefert wird, enthalten. Das Leistungsversorgungssystem kann Batteriezustand-Erfassungsmittel
zum Erfassen des Zu stands der Batterie und/oder Lastzustand-Erfassungsmittel
zum Erfassen des Betriebszustands der elektrischen Last aufweisen.
Das Leistungsversorgungssystem kann eine Funktion besitzen, bei
der die Änderung
der Leistungsversorgungsspannung zum Zeitpunkt der Betriebsanforderung
der elektrischen Last anhand des Zustands der Batterie und/oder
des Betriebszustands der elektrischen Last vorausgesehen wird. Der
Strom der elektrischen Last kann begrenzt werden, wenn die vorausgesehene elektrische
Leistungsversorgungsspannung kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
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1 ist
ein Schaltplan, der die Anordnung eines Kraftfahrzeug-Leistungsversorgungssystems zeigt,
das ein Leistungsversorgungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
enthält.
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2 ist
ein Schaltplan, der die Anordnung einer Leistungssteuereinheit gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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3 ist
ein Ablaufplan, der die Prozesse der Leistungssteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt.
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4 ist
ein Schaltplan, der eine Anordnung eines Laststeuerung-Befehlsabschnitts
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
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Nachfolgend
werden die Betriebsarten von Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung der Zeichnung erläutert. Zuerst wird ein Beispiel
eines Leistungsversorgungssystems für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden
Erfindung bei Bezugnahme auf 1 erläutert. Das
Leistungsversorgungssystem dieses Beispiels besitzt eine Leistungsversorgung
und eine Leistungssteuereinheit 11 zum Steuern von Leistungslieferungen,
die an verschiedene elektrische Lasten, die in dem Kraftfahrzeug
angebracht sind, geliefert werden. Die Leistungsversorgung besitzt
einen elektrischen Generator 12, der an einen (nicht gezeigten)
Motor gekoppelt ist, und eine Batterie zum Liefern von Gleichstrom-Leistungslieferungen
an verschiedene elektrische Lasten.
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Eine
Leistungsversorgungsleitung 1 zum Liefern der Leistungslieferung
ist an den elektrischen Generator 12 und die Batterie 13 angeschlossen.
Die Batterie 13 ist über
eine Schmelzsicherung 17d an die Leistungsversorgungsleitung 1 angeschlossen. An
diese Leistungsversorgungsleitung 1 sind mehrere elektrische
Lasten 16a, 16b und 16c über Schmelzsicherungen 17a, 17b und 17c und
Laststeuereinheiten 15a, 15b und 15c angeschlossen. 1 zeigt
lediglich drei elektrische Lasten, tatsächlich können jedoch viele elektrische
Lasten angeschlossen sein.
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An
die Leistungssteuereinheit 11 ist eine Übertragungsleitung 2 zum Übertragen
eines Signals angeschlossen. An diese Übertragungsleitung 2 sind Handbetätigungsschalter 14a und 14b,
ein Batteriesensor 21 zum Erfassen des Batteriezustands
der Batterie 13, ein Spannungssensor 22 zum Erfassen der
Spannung der Leistungsversorgungsleitung 1, ein Stromsensor 23 zum
Erfassen des Stroms der Leistungsversorgungsleitung 1 und
die Laststeuereinheiten 15a–15c zum Steuern der
elektrischen Lasten 16a–16c angeschlossen.
In diesem Beispiel besitzen die Laststeuereinheiten 15a–15c die
Funktion eines Sensors zum Erfassen des Betriebszustands der elektrischen Lasten 16a–16c.
An die dritte Laststeuereinheit 15c ist ein Betriebsschalter 14 angeschlossen.
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Die
elektrischen Lasten 16a–16c können z.B.
Heizeinrichtungen, elektrisch betätigte Bremsen oder elektrisch
betätigte
Servo-Anlagen sein. Die Laststeuereinheiten 15a–15c enthalten
Relais, Halbleiterschalter und dergleichen zum Steuern des Ein- und
Ausschaltens der Last. Alternativ können sie PWM-Steuereinheiten
und Inverter für
die serielle Steuerung des Lastausgangs enthalten.
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Die
elektrische Leistung wird gewöhnlich
von dem elektrischen Generator 12 an die elektrischen Lasten 16a–16c geliefert.
Wenn die Maschine angehalten wird oder wenn eine große Lastleistung
gefordert wird, die den Ausgang des elektrischen Generators übersteigt,
wird eine elektrische Leistung von der Batterie 13 geliefert.
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Informationen,
wie etwa der Batteriestrom, die Batteriespannung und die Temperatur,
werden von dem Batteriesensor 21, der an der Batterie 13 angebracht
ist, an die Leistungssteuereinheit 11 übertragen. Außerdem wird
der Spannungswert der Leistungsversorgungsleitung 1 von
dem Spannungssensor 22 übertragen
und der Gesamtstromwert der elektrischen Lasten wird von dem Stromsensor 23 übertragen.
Ferner werden von den Laststeuereinheiten 15a–15c die
Informationen des Last-Ein/Aus-Zustands des Laststroms, ein Laststrom-Sollwert
oder dergleichen übertragen.
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Ein
Betriebssignal von einem Operator an die elektrischen Lasten 16a–16c wird
von den Betriebsschaltern 14a und 14b über die Übertragungsleitung 2 an
die Laststeuereinheiten 15a und 15b und gleichzeitig
an die Leistungssteuereinheit 11 angelegt. Außerdem kann
das Betriebssignal für
die elektrische Last 16c von dem Operator direkt von dem Betriebsschalter 14c an
die Laststeuereinheit 15c geliefert werden. In diesem Fall
werden die Betriebsinformationen von der Laststeuereinheit 15c über die Übertragungsleitung 2 an
die Leistungssteuereinheit 11 übertragen.
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Die
Leistungssteuereinheit 11 gibt auf der Grundlage der Sensoren 21, 22 und 23,
der Betriebsschalter 14a und 14b und der Laststeuereinheiten 15a–15c Steuersignale
an den elektrischen Generator 12 und die Laststeuereinheiten 15a–15c aus
und steuert die Spannung der Leistungsversorgungsleitung 1.
Das Steuersignal kann ein Spannungsbefehlswert für den elektrischen Generator 2 oder
ein Einschalt/Ausschalt-Befehl oder ein Strombefehl für die Laststeuereinheiten 15a–15c oder
dergleichen sein. In diesem Beispiel wird der Austausch von eingegebenen
Kommunikations- und Steuersignalen für die Steuerung unter Verwendung
eines LAN (lokales Netz) auf der Übertragungsleitung 2 ausgeführt.
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In 2 wird
ein Beispiel der Anordnung der Leistungssteuereinheit 11 erläutert. Die
Leistungssteuereinheit 11 besitzt in diesem Fall eine LAN-Schnittstelle 31,
die über
die Übertragungsleitung 2 Eingabe/Ausgabe-Informationen
an verschiedene Abschnitte sendet, einen Batteriezustand-Überwachungsabschnitt 32,
der den Batteriezustand anhand der von dem Batteriesensor 21 gelieferten
Batteriezustandsinformationen erfasst, einen Lastzustand-Überwachungsabschnitt 33,
der die Betriebszustände
der jeweiligen elektrischen Lasten erfasst, einen Überwachungsabschnitt 34 des
maximalen Ausgangsstroms des elektrischen Generators, der den maximalen
Ausgangsstrom des elektrischen Generators erfasst, einen Leistungsversorgungsspannung-Vorhersageabschnitt 35,
der den Vorhersagewert anhand des Batteriezustands, des Betriebszustands
der elektrischen Lasten und des maximalen Ausgangsstroms des elektrischen
Generators berechnet und die Leistungsversorgungsspannung anhand
des vorhergesagten Wertes des Laststroms vorhersagt, einen Leistungsversorgungsspannung-Bewertungsabschnitt 36,
der entscheidet, ob die vorhergesagte Leistungsversorgungsspannung kleiner
als ein vorgegebener Wert ist, einen Lastgrenzstrom-Bewertungsabschnitt 36,
der den Lastgrenzstrom berechnet, wenn die vorhergesagte Leistungsversorgungsspannung
kleiner als der vorgegebene Wert ist, einen Lastgrenzstrom-Zuweisungsabschnitt 38,
der den berechneten Lastgrenzstrom den jeweiligen elektrischen Lasten
zuweist, einen Laststeuerung-Befehlsabschnitt 39, der Steuersignale
an die jeweiligen elektrischen Lasten erzeugt, und einen Befehlsabschnitt 40 des
elektrischen Generators, der dem elektrischen Generator 12 einen
Soll-Spannungswert anweist.
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Der
Batteriezustand-Überwachungsabschnitt 32 setzt
Parameter voraus, die die Batteriebedingungen betreffen, wie etwa
Ladungszustand, Schädigungszustand,
Leerlaufspannung, Innenwiderstand, anhand von Informationen, wie
etwa Strom, Spannung, Temperatur und dergleichen.
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Als
Verfahren dieser Voraussetzung sind verschiedene Verfahren entwickelt
worden, so dass die Erläuterung
weggelassen wird. Als das Verfahren der Voraussetzung des Ladungszustands
gibt es z.B. ein Verfahren, bei dem der anfängliche Ladungszustand zum
Zeitpunkt des Einschaltens aus der Batteriespannung erhalten wird,
und durch anschließendes
Vervielfachen des Lade/Entladestroms erhält man die Änderung des Entladezustands.
Außerdem gibt
es als Verfahren der Voraussetzung des Innenwiderstands ein Verfahren,
bei dem die Voraussetzung durch die Beziehung zwischen Strom und
Spannung ausgeführt
wird.
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Unter
diesen, den Batteriezustand betreffenden Parametern gibt es verschiedene
Korrelationen, so dass eine Datenbank für die Korrelation, die in Form
einer Zuordnungsliste hergestellt ist, vorzugsweise verwendet werden
kann. Die jeweiligen Parameter werden vorgeschlagen, indem der tatsächlich gemessene
Wert und die Zuordnungsliste angefragt werden.
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Die
Batteriespannung, die die Anschlussspannung der Batterie Vb ist,
kann im Allgemeinen durch die folgende Gleichung dargestellt werden: Vb = Vo + Vp – R × Ib. (1)
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In
dieser Gleichung ist Vo die Leerlaufspannung, Vp ist die Polarisationsspannung,
R ist der Innenwiderstand und Ib ist der Batteriestrom. Der Batteriestrom
ist beim Entladen als positiv und beim Laden als negativ definiert.
Als Leerlaufspannung ist eine Spannung zu dem Zeitpunkt gemeint,
an dem der Anschluss der Batterie im Leerlauf ist. Die Polarisationsspannung
ist eine Komponente der durch das Laden und Entladen erzeugten Spannung
(eine Spannungsänderung
infolge des Innenwiderstands ist ausgeschlossen). Diese vergrößert bzw.
verkleinert sich mit der Zeit. Von diesen Variablen können die
Anschlussspannung Vb und der Batteriestrom Ib durch Messung erhalten
werden. Wenn die Leerlaufspannung und der Innenwiderstand vorgegeben
werden können,
kann deswegen die verbleibende Polarisationsspannung eingeschätzt werden.
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Wenn
diese Parameter vorgeschlagen werden können, ist es möglich, den
Betrag der Abnahme der Batteriespannung Vb in Reaktion auf den Betrag des
Anstiegs des Batteriestroms Ib vorzuschlagen, wenn eine elektrische
Last mit großer
Kapazität
eingesetzt wurde.
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Der
Lastzustand-Überwachungsabschnitt 33 erfasst
den Einschalt/Ausschaltzustand der elektrischen Lasten, den Strom
jeder elektrischen Last, den Strom der gesamten elektrischen Last
und dergleichen. Wenn der Einschalt/Ausschalt-Zustand als Information
von der Laststeuereinheit eingegeben wird, ist es möglich, einen
ungefähren
Laststrom vorzuschlagen, wenn ein typischer Stromwert in jeder Last registriert
wurde. Wenn der Laststromwert direkt gesendet wird, ist es möglich, den
Strom genauer zu kennen. Außerdem
werden die Informationen, die den Gesamtlaststrom betreffen, von
dem Stromsensor 23 eingegeben.
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Wenn
der Laststrom fließt,
der den maximalen Ausgangsstrom des Generators stark übersteigt, fließt ein großer Entladestrom
aus der Batterie, wobei sich im Ergebnis die Batterieanschlussspannung
Vb gemäß Gleichung
1 verringert. Der Leistungsversorgungsspannung-Erwartungsabschnitt 35 erwartet den
Spannungsabfall in Übereinstimmung
mit dem Erwartungswert des Lastzustands und dem Batteriezustand
und der Laststeuerung-Befehlsabschnitt 39 besitzt eine
Task zum Verhindern des Spannungsabfalls durch vorheriges Einschränken des
Betriebs der Last gemäß dem Bedarf.
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Der Überwachungsabschnitt 34 des
maximalen Ausgangsstroms des elektrischen Generators, der Leistungsversorgungsspannung-Vorhersageabschnitt 35,
der Laststeuerstrom-Berechnungsabschnitt 36, der Lastgrenzstrom-Zuweisungsabschnitt 38,
der Laststeuerung-Befehlsabschnitt 39 und der Befehlsabschnitt 40 des
elektrischen Generators werden nachfolgend erläutert.
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In 3 wird
der Betrieb der Leistungssteuereinheit 11 erläutert. Zuerst
wird im Schritt 101 der Batteriezustand zum gegenwärtigen Zeitpunkt
von dem Batteriezustand-Überwachungsabschnitt 32 eingegeben.
Es werden konkret die gemessenen Werte oder angenommenen Werte der
jeweiligen Werte Vb, Vo, R und Ib eingegeben. Anschließend wird
im Schritt 102 der Lastzustand von dem Lastzustand-Überwachungsabschnitt 33 eingegeben.
Es werden konkret die Stromwerte der jeweiligen elektrischen Lasten
und der Gesamtlaststromwert eingegeben. Ferner wird im Schritt 103 der
maximale Ausgangsstrom des elektrischen Generators von dem Überwachungsabschnitt 34 des
maximalen Ausgangsstroms des elektrischen Generators eingegeben.
Da der maximale Ausgang im Allgemeinen durch die Drehzahl bestimmt
wird, kann der maximale Ausgangsstrom des elektrischen Generators
durch Eingeben der Drehzahlinformation erhalten werden.
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Gleichzeitig
besteht die folgende Relation zwischen dem Gesamtlaststrom Ic, dem
Batteriestrom Ib und dem Strom Ia des elektrischen Generators: Ia = Ib + Ic (2)
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In
diesem Beispiel wurden in den Schritten 101 und 102 der
Batteriestrom Ib und der Gesamtlaststrom Ic erhalten, so dass der
elektrische Strom Ia durch ihre Addition erhalten werden kann. Wenn der
Strom Ia des elektrischen Generators gemessen werden kann, muss
der Gesamtlaststrom Ic nicht gemessen werden, wobei der Gesamtlaststrom
Ic durch Subtrahieren des Batteriestroms Ib von dem Strom Ia des
elektrischen Generators erhalten werden kann.
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Anschließend wird
im Schritt 104 der Schätzwert
des Laststroms Icx berechnet. Es wird z.B. vorausgesetzt, dass die
elektrische Last 16b durch eine dynamoelektrische Bremse übertragen
wird und die Information eines Bremspedals von dem Betriebsschalter 14b wird
an die Leistungssteuereinheit 11 übertragen. Wenn angenommen
wird, dass das Bremspedal betätigt
wird und die Information über das
Betätigen
der Bremse eingegeben wurde, wird daraufhin die Last der dynamoelektrischen
Bremse bald ansteigen und es kann eingeschätzt werden, dass der Laststrom
ansteigen wird. Wenn der maximale Laststrom der dynamoelektrischen
Bremse z.B. mit 100 A angenommen wurde, kann ein Stromanstieg bis
auf 100 A erfolgen.
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Alternativ
wird angenommen, dass die elektrische Last 16c z.B. ein
dynamoelektrisches Servo-System ist und die Informationen, die den
Befehlswert an den Motor betreffen, werden von der Laststeuereinheit 15c an
die Leistungssteuereinheit übertragen.
Wenn die Beziehung zwischen dem Befehlswert und dem Stromwert als
Daten aufbereitet werden, ist es möglich, den Wert des folgenden
Laststroms aus den Befehlwert-Informationen zu berechnen.
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Bei
allen elektrischen Lasten wird der Wert des Stroms aus den Einschalt/Ausschalt-Informationen
und Befehlswert-Informationen usw. vorhergesagt und durch Addieren
des Änderungsbetrags
des gegenwärtigen
Laststroms Ic wird der Schätzwert
Icx des Laststroms erhalten.
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Anschließend wird
im Schritt 105 die Änderung
der Batteriespannung in Bezug auf die Änderung des Laststroms angenommen.
Das wird durch den Leistungsversorgungsspannung-Vorhersageabschnitt 35 ausgeführt. Wenn
der maximale Ausgangsstrom des elektrischen Generators Imax ist, wird
der Entladestrom der Batterie in Bezug auf den Laststrom-Schätzwert Icx
gemäß der folgenden
Gleichung erhalten: Ibx = Icx – Imax (3)
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Wenn
dieser Entladestrom Ibx in Gleichung 1 für den Batteriestrom eingesetzt
wird, ist es möglich, den
Schätzwert
Vbx der Batteriespannung zu erhalten. Wenn ein Spannungsabfall auf
der Leistungsversorgungsleitung erwartet wird, wird die Batteriespannung
zur Spannung auf der Leistungsversorgungsleitung.
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Gleichzeitig
wurde in diesem Beispiel der Schätzwert
des Batteriestroms anhand des maximalen Ausgangsstroms des elektrischen
Generators erhalten, doch die Änderung
des Stroms des elektrischen Generators enthält eine bestimmte Reaktionsverzögerung.
Deswegen kann dann, wenn eine große Stromlast rasch ansteigt,
das Verhalten des elektrischen Generators diesem Anstieg nicht folgen
und ein Spannungsabfall kann auftreten. Zu diesem Zeitpunkt kann
in Gleichung 3 an Stelle des maximalen Stroms Imax des
elektrischen Generators der Entladestrom Ibx unter Verwendung des
gegenwärtigen Stroms
Ia des elektrischen Generators bewertet werden.
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Anschließend wird
im Schritt 106 der Schätzwert
der Batteriespannung Vbx beurteilt, ob er größer als eine vorgegebene minimale
Spannung Vmin ist. Dies wird durch den Leistungsversorgungsspannung-Bewertungsabschnitt 36 ausgeführt. Die
minimale Spannung Vmin im 14 V-Leistungsversorgungssystem wird z.B.
auf 8 V eingestellt. Als eine Spannung, die in ausreichendem Maße die Funktion einer
großen
Leistungslast demonstrieren kann, ist ein größerer Spannungswert erforderlich
und sie kann z.B. auf 10 V eingestellt werden. Bei einem 42 V-Leistungsversorgungssystem
wird sie z.B. auf 30 V eingestellt.
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Wenn
der Schätzwert
der Batteriespannung Vb ausreichend größer ist als die minimale Spannung Vmin,
wird der Schritt ohne Ausgabe des Lastbegrenzungsbefehls beendet,
da keine spezielle Notwendigkeit für die Lastbegrenzung besteht.
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Wenn
der Schätzwert
der Batteriespannung Vbx kleiner ist als die minimale Spannung Vmin,
geht der Ablauf zum Schritt 107.
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Im
Schritt 107 wird der zu begrenzende Laststrom berechnet.
Dies wird durch den Lastgrenzstrom-Erzeugungs- oder Berechnungsabschnitt 37 ausgeführt. Während einer
kurzen Zeitperiode kann er annehmen, dass ein Spannungsabfall infolge
des Innenwiderstands erfolgt, so dass der Lastgrenzstrom Icd aus
der Differenz zwischen dem Schätzwert
der Batteriespannung und der minimalen Spannung in der folgenden
Weise erhalten wird: Icd = (Vmin – Vbx)/R (4)
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Anschließend wird
im Schritt 108 der Lastgrenzstrom der elektrischen Last
zugewiesen. Das wird durch den Lastgrenzstrom-Zuweisungsabschnitt 38 ausgeführt. Zuvor
wird zunächst
ein Grad der Wichtigkeit für
die entsprechenden elektrischen Lasten festgelegt. Die Last kann
z.B. nicht absolut begrenzt sein, so dass die Last, die mit der
Funktion des Kraftfahrzeugs oder dergleichen direkt verbunden ist, auf
den Pegel 1 gesetzt wird, eine Last, die möglichst nicht
begrenzt werden soll, aber in einigen Fällen begrenzt werden kann,
wird auf den Pegel 2 gesetzt, und eine Last, wie etwa eine
Klimaanlage, die nicht mit der Funktion des Kraftfahrzeugs verbunden
ist und begrenzt werden kann, wird auf Pegel 3 gesetzt. Außerdem kann
ein Strom, der möglicherweise
begrenzt werden soll, im Voraus für jede Lastvorrichtung berechnet
werden. Bei der Lastbegrenzung einer Vorrichtung, bei der ein Schalter
ausgeschaltet wird, ist der vorhandene Laststrom der zu begrenzende
Strom. Bei einer Vorrichtung, bei der eine Lastbegrenzung nicht
durch Ausschalten, sondern durch Verringern des Ausgangs ausgeführt wird,
wird der Stromwert, der verringert werden kann, als der zu begrenzende
Strom behandelt.
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Verschiedene
Verfahren zum Auswählen
der Vorrichtungen sind vorstellbar, es wird jedoch z.B. eine Vorrichtung
ausgewählt,
die ein Begrenzungsobjekt wird, indem die Stärke des Stroms, der begrenzt
werden soll, verändert
wird, und die ausgewählten
Vorrichtungen werden erweitert, bis der Gesamtwert der Ströme, die
begrenzt werden sollen, größer als
der Lastgrenzstrom wird, der im Schritt 108 erhalten wurde.
Es gibt alternativ ein Verfahren, bei dem zuvor eine Prioritätsreihenfolge
für alle
Vorrichtungen festgelegt wird, jedoch nicht in der Reihenfolge der
Stärke
des zu begrenzenden Stroms, sondern die Vorrichtungen werden in
der Reihenfolge ihrer Prioritäten
ausgewählt.
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Die
Auswahl erfolgt für
die Lasten des Pegels 3, wobei dann, wenn der Lastgrenzstrom
nicht erreicht werden kann, selbst wenn alle Lasten des Pegels 3 sowie
die Lasten des Pegels 2 ausgewählt sind, die begrenzte Vorrichtung
nach der ähnlichen Prozedur
ausgewählt
wird. Wenn bei der Auswahl allen Lasten des Pegels 2 ein
Kurzschluss vorhanden ist, endet die Auswahl, da keine weiteren
Lasten ausgewählt
werden können.
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Schließlich wird
im Schritt 109 ein Lastbegrenzungsbefehl für die Laststeuereinheit
der ausgewählten
Laststeuerungsvorrichtung erzeugt. Das wird durch den Laststeuerung-Befehlsabschnitt 39 ausgeführt.
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In 4 wird
ein Beispiel des Laststeuerung-Befehlsabschnitts 39 erläutert. Bei
diesem Beispiel enthält
der Laststeuerung-Befehlsabschnitt 39 einen Laststeuerung-Befehlserzeugungsabschnitt 391,
einen Erzeugungsabschnitt 392 einer Operationsbeginn-Zeitpunktverzögerung und
einen Befehlserzeugungsabschnitt 393 zur Minderung des Stromanstiegs.
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Der
Laststeuerung-Befehlserzeugungsabschnitt 391 erzeugt einen
Lastbegrenzungsbefehl, wie etwa ein Abschaltbefehl der elektrischen
Last, ein Ausgangsverminderungsbefehl usw. Bei einer derartigen
Anordnung ist es in diesem Beispiel möglich, die erforderliche Lastbegrenzung
vor dem Einschaltbefehl einer großen Lastleistung auszuführen, um dadurch
den Spannungsabfall zu vermeiden.
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Gleichfalls
ist es dann günstig,
wenn bewirkt wird, dass eine große Leistungslast, deren Wichtigkeit
gering ist, zunimmt, das Ansteigen der eigentlichen Last zu begrenzen.
Deswegen wird bei der Wahl der Lastbegrenzungsvorrichtung auch eine
solche Last als Begrenzungsobjekt eingeschlossen, die dem Betriebsbefehl
unterliegt und durch die tatsächlich
noch kein Strom fließt.
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Der
Erzeugungsabschnitt 392 einer Operationsbeginn-Zeitpunktverzögerung erzeugt
einen Operationsbeginn-Zeitpunktverzögerungsbefehl zum Verzögern des
Operationsbeginn-Zeitpunkts der elektrischen Last. In dem oben erwähnten Beispiel wurde
die Lastbegrenzung ausgeführt,
um einen Spannungsabfall zu vermeiden, wenn jedoch vor der Verringerung
des Laststroms durch den Lastbegrenzungsbefehl der Strom durch das
Einschalten einer neuen Last ansteigt, erfolgt der Spannungsabfall
gerade durch diese Überein stimmung.
Zu diesem Zeitpunkt ist es günstig,
wenn für
die Einschaltanforderung der Lastvorrichtung ein Befehl ausgegeben wird,
um das Einschalten um eine vorgegebene Zeitperiode zu verzögern. Es
gibt jedoch eine Vorrichtung, bei der eine Verzögerung für den Betrieb der Vorrichtung
nicht akzeptiert werden kann, wie z.B. die dynamoelektrische Bremse.
Zu dem Zeitpunkt, wenn das Festlegen der Verzögerungszeit erfolgen muss, sollten
alle Vorrichtungen eingeschaltet sein.
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Der
Befehlserzeugungsabschnitt 393 zur Minderung des Stromanstiegs
erzeugt einen Befehl, um das Einschalten des Stroms einer elektrischen Last
abzustufen. Wenn ein momentaner Spannungsabfall als eine Folge des
großen
Innenwiderstands befürchtet
wird, ist es außerdem
nützlich,
das Einschalten des Stroms der Lastvorrichtung abzustufen. Bei diesem
Beispiel erzeugt der Befehlserzeugungsabschnitt 393 zur
Minderung des Stromanstiegs den Befehl an die Laststeuereinheit
in der Weise, dass der Stromanstieg bei der Vorrichtung die Verzögerung aufweist,
die der Reaktionsverzögerung
des elektrischen Generators entspricht.
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Unter
Verwendung des Ablaufs von 3 wurde
gleichzeitig der Vorgang der Laststrombegrenzung zur Vermeidung
des Spannungsabfalls erläutert,
die Begrenzung für
die begrenzte Last wird jedoch nacheinander aufgehoben, wenn sich
die Spannung erholt hat. In dem oben erwähnten Schritt 106 kann
z.B. als ein Ergebnis des Vergleichs des Spannungsschätzwertes
mit der minimalen Spannung der begrenzte Laststrom freigegeben werden,
wenn der Vergleichswert größer ist
als der minimale Wert. Da der Laststrom für die begrenzte Last bis zu
dem Strom Ici, der durch die folgende Gleichung 5 berechnet wird,
vergrößert werden
kann, kann die Begren zung in diesem Umfang aufgehoben werden. Ici = (Vbx – Vmin)/R (5)
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sAnschließend wird
der Betrieb des Befehlsabschnitts 40 des elektrischen Generators
erläutert. Der
Befehlsabschnitt 40 des elektrischen Generators liefert
einen Befehl in Form eines Soll-Spannungswertes an den elektrischen
Generator 12. Der Befehl des Sollwertes wird als 14 V für das 14
V-Leistungsversorgungssystem, 42 V für das 42 V-Leistungsversorgungssystem usw. ausgeführt. Wenn
der Ladezustand der Batterie berücksichtigt
werden muss, wird die Spannung so festgelegt, dass der Soll-Ladezustand
anhand des mittels des Batteriezustand-Überwachungsabschnitts 32 erfassten
Ergebnisses des Batteriezustands erhalten werden kann und die Befehlsgabe
erfolgt in dieser Weise. In dem elektrischen Generator 12 wird
der Ausgangsstrom des elektrischen Generators so gesteuert, dass
der vorgegebene Soll-Spannungswert erhalten wird.
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Wie
oben erwähnt
wurde, besteht die Möglichkeit,
dass die Spannung des Leistungsversorgungssystems durch das Ansteigen
einer großen Stromlast
momentan abfällt,
da der elektrische Generator eine Ansprechverzögerung besitzt. Insbesondere
dann, wenn der Innenwiderstand der Batterie z.B. bei einer geringen
Temperatur der Umgebungsluft groß ist, ist der Spannungsabfall
groß.
Wenn dann der durch den Batteriezustand-Überwachungsabschnitt 32 erfasste
Innenwiderstand größer als
ein eingestellter Wert ist, wird der Soll-Spannungswert im Voraus auf einen hohen
Wert eingestellt.
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In
dem 14 V-Leistungsversorgungssystem ist z.B. der Soll-Spannungswert
auf 15 V eingestellt, was einen höheren Wert darstellt. Da der
Betrag des momentanen Spannungsabfalls infolge des Einschal tens
der Last der gleiche ist, ist die Spannung zum Zeitpunkt des Spannungsabfalls
um 1 V größer und
die Möglichkeit
des Auftretens einer Fehlfunktion der Vorrichtung infolge des Spannungsabfalls
und dergleichen kann verhindert werden.
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Somit
ist die Änderung
des Soll-Spannungswertes des elektrischen Generators entsprechend dem
Batteriezustand wirkungsvoll bei der Vermeidung des momentanen Spannungsabfalls.
Da jedoch eine obere Begrenzung für die Spannung vorhanden ist,
die durch die Art der Batterie und ihres Zustands eingestellt werden
kann, muss der obere Grenzwert unter deren Berücksichtigung festgelegt werden.
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Der
elektrische Generator, der in der oben erwähnten Erläuterung verwendet wird, kann
gleichfalls einen gewöhnlichen
Wechselstromgenerator, einen Motor-Generator, der das Anlaufen des
Motors ermöglicht
und dergleichen enthalten, die jedoch grundsätzlich alle gleich sind. Da
jedoch ein Unterschied im Ansprechverhalten besteht, ist es erforderlich,
die Anstiegscharakteristik usw. dementsprechend einzustellen. Da
ferner bei dem Motor-Generator der Fall eintreten kann, dass eine
Leistungserzeugung durch einen Drehmoment-Unterstützungsbetrieb
oder dergleichen nicht möglich
ist, muss die Spannung unter Berücksichtigung
dieser Möglichkeit abgeschätzt werden.
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Die
oben erwähnte
Erläuterung
bezieht sich auf die Tatsache, dass der Batteriezustand-Überwachungsabschnitt 32 in
der Leistungssteuereinheit 11 enthalten ist, wobei das
jedoch nicht einschränkend ist.
In diesem Fall wird an Stelle der Informationen von Strom, Spannung
und Temperatur der Batterie das erfasste Ergebnis des Batteriezustands über die Übertragungsleitung 2 an
die Leistungssteuer einheit 11 übertragen.
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Obwohl
oben ein Beispiel dieser Erfindung erläutert wurde, ist diese Erfindung
nicht auf das oben erwähnte
Beispiel beschränkt.
Für einen
Fachmann ist selbstverständlich,
dass diese Erfindung innerhalb des Umfangs der Ansprüche verschiedenartig
modifiziert werden kann.