DE10359486A1 - Device for operating electric supply unit located at vehicle, designed as generator driven by vehicle engine - Google Patents

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DE10359486A1 DE2003159486 DE10359486A DE10359486A1 DE 10359486 A1 DE10359486 A1 DE 10359486A1 DE 2003159486 DE2003159486 DE 2003159486 DE 10359486 A DE10359486 A DE 10359486A DE 10359486 A1 DE10359486 A1 DE 10359486A1
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Manfred Schmid
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Abstract

A vehicle nowadays is fitted with numerous electrically operated devices (5) including an engine stop facility. For an avoidance of a breakdown of the electric system (4) or a reduced performance a device for generating electric energy (2) is activated in the particular case. The device (2) is designed as a claw pole generator with a stator carrying a winding for a three-phase-current and a rotor carrying an exciting winding. A condenser charged by the battery (7) or activated by the generator using an electronic function (8), serves as the supply of the required voltage (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug, bei dem zur Erzeugung eines magnetischen Luftspaltfeldes zwischen einem Rotor und einem Stator der elektrischen Maschine eine an dem Rotor oder an dem Stator angeordnete Erregerwicklung mit einer Erregerspannung beaufschlagt wird, und bei dem die elektrische Maschine in einer Funktion als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie für ein Bordnetz und zur Aufrechterhaltung des Ladezustandes eines elektrischen Energiespeichers des Bordnetzes von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, und/oder bei dem die elektrische Maschine in einer Funktion als Startermotor zum Starten des Verbrennungsmotors eingesetzt wird.The The invention relates to a method for operating an electrical Machine in a motor vehicle, in which for generating a magnetic air gap field between a rotor and a stator of the electric machine an exciter winding arranged on the rotor or on the stator is applied with an excitation voltage, and in which the electrical Machine in a function as a generator for generating electrical Energy for an electrical system and to maintain the state of charge of an electric Energy storage of the electrical system is driven by an internal combustion engine, and / or wherein the electric machine in a function as Starter motor is used to start the internal combustion engine.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Betrieb einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug, bei der zur Erzeugung eines magnetischen Luftspaltfeldes zwischen einem Rotor und einem Stator der elektrischen Maschine eine an dem Rotor oder an dem Stator angeordnete Erregerwicklung mit einer Erregerspannung beaufschlagbar ist, und bei der die elektrische Maschine in einer Funktion als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie für ein Bordnetz und zur Aufrechterhaltung des Ladezustandes eines elektrischen Energiespeichers des Bordnetzes von einem Verbrennungsmotor antreibbar ist, und/oder bei der die elektrische Maschine in einer Funktion als Startermotor zum Starten des Verbrennungsmotors einsetzbar ist.The The invention further relates to a device for operating a electric machine in a motor vehicle, in the generation of a magnetic air gap field between a rotor and a Stator of the electric machine one on the rotor or on the stator arranged excitation winding can be acted upon by an excitation voltage, and in which the electric machine in a function as a generator for generating electrical energy for an electrical system and for maintaining the State of charge of an electrical energy storage of the electrical system is drivable by an internal combustion engine, and / or in which the electric machine in a function as a starter motor for starting the Internal combustion engine is used.
  • Elektrische Maschine wandeln über die Bewegung eines Leiters in einem Magnetfeld mechanische in elektrische Energie oder umgekehrt. Derartige elektrische Maschinen werden in Kraftfahrzeugen als Generatoren zur Erzeugung elektrischer Energie und zunehmend auch in Fahrzeugen mit einer Motor-Stopp-Automatik (MSA) als Startermotoren zum Starten des Verbrennungsmotors eingesetzt. Diese Maschinen weisen eine feststehende Komponente, den Stator und eine umlaufende Komponente, den Rotor, auch Läufer genannt, auf. Bei den heute in Kraftfahrzeugen üblicherweise verwendeten permanenterregten Synchronmaschinen, die meist als Klauenpolgeneratoren ausgebildet sind, ist an dem Rotor eine Erregerwicklung (anstelle der bei kleineren elektrischen Maschinen üblichen Permanentmagnete) angeordnet und an dem Stator ist eine Drehstromwicklung (Ankerwicklung) angeordnet. Der Rotor stellt durch Anlegen einer Erregerspannung an die Erregerwicklung das Magnetfeld bereit. Maßgebend für die Leistungsabgabe des Generators, bzw. für die Drehmomententwicklung des Startermotors ist die magnetische Flussdichte in dem Luftspaltfeld zwischen Rotor und Stator, das bei dem Antreiben des Rotors über den Verbrennungsmotor, bzw. durch Bestromen der Rotorwicklung erzeugt wird.electrical Machine transform over the movement of a conductor in a magnetic field mechanical into electrical Energy or vice versa. Such electrical machines are in Motor vehicles as generators for generating electrical energy and increasingly also in vehicles with an engine stop automatic (MSA) as Starter motors used for starting the internal combustion engine. These machines have a fixed component, the stator and a rotating one Component, the rotor, also runners called, up. In today's motor vehicles commonly used permanent magnet synchronous machines, which are usually designed as Klauenpolgeneratoren is on the rotor a field winding (instead of the usual for smaller electrical machines Permanent magnets) and arranged on the stator is a three-phase winding (Armature winding) arranged. The rotor stops by applying a Excitation voltage to the exciter winding the magnetic field ready. Decisive for the power output of the generator, or for the torque development of the starter motor is the magnetic Flux density in the air gap field between rotor and stator, the when driving the rotor over the internal combustion engine, or generated by energizing the rotor winding becomes.
  • Die heutigen Klauenpolgeneratoren weisen eine elektrophysikalische Trägheit auf, die bei einer sich ändernden Leistungsanforderung dazu führt, das eine Nacherregung der Rotorwicklung zur Anpassung des Luftspaltfeldes nicht schnell genug erfolgt, um die angeforderte (erhöhte) Leistung sofort zur Verfügung zu stellen. Andererseits sind Fahrzeugbordnetze relativ hohen Spannungsschwankungen unterworfen und die zur Verfügung stehende Spannung für die Rotornacherregung wird durch die aktuelle Bordnetzspannung begrenzt, was sich ungünstig auf die Effektivität der Nacherregung auswirkt. Die Leistungsabgabe an das Bordnetz des Fahrzeuges kann daher nicht sofort an einen plötzlich ansteigenden Strombedarf angeglichen werden. Insbesondere durch Zuschalten transienter Hochstromverbraucher, beispielsweise Lüftermotoren, Klimakompressoren und zunehmend auch durch innovative Systeme wie elektrische Ventiltriebe und Drive-by-wire- Systeme können Spannungseinbrüche von mehreren Volt im Bordnetz entstehen. Die Bordnetzspannung, die bei dem heute üblichen 14V Bordnetz mit einer 12V Blei-Säure-Batterie im Normalbetrieb in einem Bereich oberhalb der Batterieleerlaufspannung (ca. 12,8V) liegt und bis zu 15V betragen kann, sinkt bei einem derartigen Spannungseinbruch auf Werte unterhalb der Batterieleerlaufspannung (beispielsweise auf bis zu 11 V) ab, bis der Generator nacherregt ist und die erforderliche elektrische Leistung liefert. Die Zeitspanne solcher Spannungseinbrüche liegt typischerweise in einem Bereich von 100ms bis mehrere 100ms. Analoges gilt auch für zukünftige 42V Bordnetze. Ungünstige Betriebszustände, insbesondere eine gealterte, defekte oder leere Batterie, mit der die Spannungseinbrüche nicht sofort oder überhaupt nicht vollständig kompensiert werden können, können dazu führen, dass diese Spannungseinbrüche eine Größenordnung erreichen, bei dem die Funktion einzelner Verbraucher, insbesondere Steuergeräte, ausfallen können. Weiterhin können auch Komforteinbußen auftreten, beispielsweise aufgrund von Lichtflackern oder einer ungleichmäßigen Gebläseakustik.The Today's claw pole generators have an electrophysical inertia, the at a changing Performance requirement causes the a Nacherregung the rotor winding to adjust the air gap field not done fast enough to the requested (increased) performance immediately available to deliver. On the other hand, vehicle electrical systems are relatively high voltage fluctuations subjected and available standing tension for the rotor-magnet excitation is limited by the current vehicle electrical system voltage, which is unfavorable on the effectiveness the re-excitation effects. The power output to the electrical system of the vehicle therefore can not immediately to a sudden increase in power requirements be aligned. In particular, by connecting transient high-current consumers, for example, fan motors, Air conditioning compressors and increasingly also through innovative systems such as Electric valve trains and drive-by-wire systems can reduce voltage drops several volts in the electrical system arise. The electrical system voltage, at the usual today 14V electrical system with a 12V lead-acid battery in normal operation in a range above the battery break-in voltage (about 12.8V) is and can be up to 15V, decreases in such a voltage dip Values below the battery starting voltage (for example, on up to 11 V) until the generator is energized and the required electrical power supplies. The period of such voltage dips is typically in a range of 100ms to several 100ms. analog applies to future 42V vehicle electrical system. unfavorable Operating conditions, in particular an aged, defective or dead battery, with the the voltage dips not immediately or at all not completely can be compensated, can cause that these voltage drops an order of magnitude in which the function of individual consumers, in particular Control devices, can fail. Furthermore you can also loss of comfort occur, for example due to flicker or a uneven fan sound.
  • Aus der DE 101 55 670 A1 ist ein Verfahren zur Stabilisierung eines Kraftfahrzeugbordnetzes bekannt, bei dem hilfsweise ein momentan nicht benötigter elektrischer Verbraucher mit ausreichend hoher elektrischer Leistungsaufnahme dem Bordnetz zugeschaltet wird, um den Generator auf ein höheres Leistungsniveau zu fahren. Der Hilfsverbraucher kann dauerhaft oder bei schwacher Batterie zugeschaltet werden und wird dann vom Bordnetz getrennt, wenn ein weiterer benötigter Verbraucher, beispielweise ein sicherheitsrelevanter Verbraucher wie eine elektrohydraulische Bremse, eingeschaltet wird.From the DE 101 55 670 A1 a method for stabilizing a motor vehicle electrical system is known in which, in the alternative, a currently not required electrical load with sufficiently high electrical power consumption is connected to the electrical system to drive the generator to a higher level of performance. The auxiliary consumer can be switched on permanently or with a weak battery and is then disconnected from the electrical system when another required consumer, for example a safety-relevant consumer such as an electrohydraulic brake, is switched on.
  • Nachteilig bei dem bekannten Verfahren wirkt sich aus, dass durch den Betrieb des Hilfsverbrauchers ein zusätzlicher Kraftstoffverbrauch entsteht. Zudem ist die Regelung des Generatorbetriebs über Hilfsverbraucher relativ aufwendig in Kosten und Konstruktion.A disadvantage of the known method Affects that the operation of the auxiliary consumer additional fuel consumption. In addition, the regulation of generator operation via auxiliary consumers is relatively expensive in terms of costs and construction.
  • Weiterhin sind zur Spannungsstabilisierung in Fahrzeugbordnetzen Regelmechanismen bekannt, die mit Hilfe von Zusatzspeichern und elektronischen Schaltkreisen auftretende Spannungsschwankungen ausgleichen.Farther are control mechanisms for voltage stabilization in on-board electrical systems known with the help of auxiliary storage and electronic circuits compensate for occurring voltage fluctuations.
  • Nachteilig bei diesen Systemen wirkt sich aus, dass sie einen relativ hohen Aufwand in Konstruktion und Kosten verursachen, da sie aufwendige Steuereinrichtungen und teure elektronische Bauteile benötigen. Weiterhin liefern diese Systeme eine Erregermaximalspannung für die elektrische Maschine, die durch das Spannungsniveau des Bordnetzes bestimmt und insbesondere begrenzt ist und die dadurch relativ unflexibel sind.adversely These systems have a relatively high impact Cost in construction and costs cause, as they costly control equipment and need expensive electronic components. Continue to deliver these Systems an exciter maximum voltage for the electric machine, the determined by the voltage level of the electrical system and in particular is limited and thus relatively inflexible.
  • Ein weiteres Problem tritt beim Betrieb der elektrischen Maschine bei Fahrzeugen mit Motor-Stopp-Automatik auf. Dabei kann der Motor direkt über die elektrische Maschine gestartet werden, die dann durch eine zusätzliche Leistungselektronik beispielsweise als riemengetriebener Startergenerator betrieben wird. Bevor die Leistungselektronik das für die Erzeugung des Startmoments erforderliche Drehfeld erzeugen kann, muss das magnetische Luftspaltfeld durch Bestromen der Erregerwicklung des Generators, beispielsweise über Kohlebürsten, aufgebaut werden. Dies nimmt, z.B. bei elektrischen Maschinen in Klauenpolbauweise, typischerweise einen Zeitraum von ca. 150ms in Anspruch. Zusammen mit dem Zeitraum für das Hochdrehen des Verbrennungsmotors bis zur ersten Zündung (ca. 200ms) und der Zeit bis zum Hochlauf auf die Leerlaufdrehzahl (ca. 200ms) ergibt sich eine Gesamtstartzeit von etwa 500-550ms. Dieser Zeitraum gilt als grenzwertig bzgl. der Zumutbarkeit für den Nutzer eines solchen Systems. Ein Entwicklungsziel in der Kraftfahrzeugtechnik ist es daher Startzeiten bei MSA-Systemen von deutlich unter 500ms zu erreichen. Zwar ist es bekannt, durch eine permanente Teilmagnetisierung der Erregerwicklung (während der gesamten Stillstandszeit) die Aufmagnetisierung und damit den Startzeitraum zu verkürzen, dies erfordert jedoch einen permanenten Stromaufwand von mehreren Ampere, was sich in einem messbaren Kraftstoffmehrverbrauch widerspiegelt und zusätzlich das elektrische Bordnetz, die Batterie oder andere elektrische Energiespeicher belastet bzw. deren Dimensionierung nachteilig beeinflusst.One Another problem occurs in the operation of the electric machine Vehicles with automatic engine stop. The engine can directly over the electric machine to be started, which then by an additional Power electronics, for example, operated as a belt-driven starter generator becomes. Before the power electronics that for the generation of the starting torque required rotating field must have the magnetic air gap field by energizing the exciter winding of the generator, for example via carbon brushes, built become. This takes, e.g. in electric machines in claw pole construction, typically a period of about 150ms to complete. Together with the period for the turning of the internal combustion engine until the first ignition (about 200ms) and the time to boot up to idle speed (about 200ms) results in a total start time of about 500-550ms. This period is considered borderline regarding the reasonableness of the user of such System. A development goal in automotive engineering is it Therefore, to achieve start times of MSA systems of well below 500ms. Although it is known by a permanent partial magnetization of Excitation winding (during the total downtime) the magnetization and thus the starting period To shorten, However, this requires a permanent power of several Amperes, which is reflected in a measurable fuel consumption and additionally that electrical electrical system, the battery or other electrical energy storage loaded or their dimensions adversely affected.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannten Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine in Kraftfahrzeugen so zu verbessern, dass die Bereitstellung der elektrischen und/oder der mechanischen Leistung der elektrischen Maschine mit einem geringeren Kostenaufwand zeitlich optimiert wird.task The present invention is therefore the known methods for the operation of an electric machine in motor vehicles so too Improve that the provision of electrical and / or the mechanical performance of the electric machine with a lower Cost expenditure is optimized in time.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der elektrischen Maschine des Kraftfahrzeuges bedarfsweise, mittels einer Schaltungseinrichtung, eine der elektrischen Maschine zugehörige eigene Spannungsquelle zugeschaltet wird, über die die Erregerwicklung für eine Schnellerregung der elektrischen Maschine mit einer bordnetzunabhängigen Erregerspannung beaufschlagt wird.The Task is inventively in conjunction solved with the preamble of claim 1, characterized in that the electric machine the motor vehicle, if necessary, by means of a circuit device, a separate voltage source associated with the electrical machine is switched on, over the the excitation winding for a fast excitation of the electric machine with an on-grid independent excitation voltage is charged.
  • Durch die Zuschaltung der eigenen Spannungsquelle bei Bedarf, insbesondere bei Erkennen bestimmter Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeuges, wird die elektrische Maschine, bzw. der Läufer der elektrischen Maschine aufgrund der neuen, durch die Zuschaltung höheren, Spannungslage in wesentlich kürzerer Zeit erregt, als dieses mit den bisherigen konventionellen Reglersystemen, welche sich als Erregerspannung der Bordnetzspannung bedienen möglich wäre. Die zur Verfügung stehende Erregerspannung ist nicht mehr durch die Spannungslage im Bordnetz begrenzt. Dadurch wird eine wesentlich verbesserte Dynamik erreicht, mit der das Luftspaltfeld korrigiert werden kann. Weiterhin ist bei Bedarf stets ein hohes absolutes Maß der Maximalerregung der Maschine abrufbar. Dieses zur Verfügung stehende Maß wird nicht wie bisher im Fahrbetrieb bei einer hohen dynamischen Leistungsanforderung im Bordnetz durch eine sinkende Bordnetzspannung und damit eine sinkende Spannung an der Läuferwicklung erniedrigt. Hierdurch wird eine der Funktionalität einer wesentlich aufwendigeren dynamischen Bordnetzunterstützung vergleichbare Performance für den Betrieb der elektrischen Maschine erzielt. Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch als eine synergetische Ergänzung zur elektronischen dynamischen Bordnetzunterstützung geeignet.By the connection of the own voltage source if necessary, in particular upon detection of certain operating conditions of the motor vehicle, becomes the electric machine, or the rotor of the electric machine due to the new, by the connection higher, voltage in essential shorter Time, than this with conventional control systems, which would be possible to use as excitation voltage of the vehicle electrical system voltage. The to disposal standing excitation voltage is no longer due to the voltage level limited in the electrical system. This will significantly improve dynamics reached, with which the air gap field can be corrected. Farther If required, it is always a high absolute measure of the maximum excitation of the machine available. This available Becomes measure not as before while driving with a high dynamic power requirement in the Vehicle electrical system by a sinking electrical system voltage and thus a sinking Voltage at the rotor winding decreased. As a result, one of the functionality of a much more complex dynamic on-board network support comparable performance for achieved the operation of the electric machine. Basically the inventive method also as a synergistic supplement suitable for electronic dynamic on-board network support.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Erregerwicklung der als Generator fungierenden elektrischen Maschine bei Erkennen eines Spannungseinbruchs im Bordnetz aufgrund der Zuschaltung einer transienten Last, über die Spannungsquelle kurzfristig eine höhere Erregerspannung als die in dem Bordnetz verfügbare Erregerspannung für die Schnellerregung des Generators zugeführt.According to one preferred embodiment of Invention is the excitation winding acting as a generator electric machine upon detection of a voltage dip in the electrical system due to the connection of a transient load, over the Voltage source in the short term, a higher excitation voltage than the available in the electrical system Excitation voltage for supplied the fast excitation of the generator.
  • Bei Erkennen eines Spannungseinbruchs im Bordnetz mit Hilfe entsprechender Überwachungsmittel aufgrund der Zuschaltung einer oder mehrerer transienter Lasten, wird über die Schaltungseinrichtung, beispielsweise über eine modifizierte Reglerleistungselektronik und die Schleifringe des Klauenpolgenerators, die Spannungsquelle auf die Erregerwicklung des Läufers zugeschaltet. Im generatorischen Betrieb entsteht dadurch eine spontane Momentenanforderung an den Verbrennungsmotor und die Generatorleistung wird unmittelbar erhöht. Da durch die spontane Momentenanforderung eine zu niedrige Leerlaufdrehzahl oder bei niedrigen Drehzahlen Komforteinbußen im Fahrbetrieb (Fahrzeugruckeln) auftreten können, ist das System in der Funktion zur Verhinderung bzw. zum Ausgleich kritischer Spannungseinbrüche primär als Maßnahme für Notfälle, d.h. insbesondere für Fälle, die geeignet sind wichtige Steuergeräte zum Ausfall zu bringen, vorgesehen. In diesen Fällen kann dann eine kurzzeitige Komforteinbuße in Kauf genommen werden. Grundsätzlich sind jedoch auch Maßnahem denkbar, die derartige kurzzeitige Komforteinbußen beim Einsatz des Systems verhindern und den Einsatz auch bei unkritischen Spannungseinbrüchen vorteilhaft machen.Upon detection of a voltage dip in the electrical system with the aid of appropriate monitoring means due to the connection of one or more transient loads, is via the circuit device, for example via a modified controller power electronics and the slip rings of the claw pole generator, the voltage source switched to the exciter winding of the rotor. In regenerative operation, this results in a spontaneous torque request to the internal combustion engine and the generator power is increased immediately. Since the spontaneous torque request too low idle speed or at low speeds loss of comfort during driving (Fahrzeugruckeln) may occur, the system is in the function to prevent or compensate for critical voltage dips primarily as a measure for emergencies, ie in particular for cases that are appropriate intended to bring down important ECUs to failure. In these cases, then a short-term loss of comfort can be accepted. Basically, however, measures are also conceivable that prevent such short-term loss of comfort when using the system and make the use even with uncritical voltage drops advantageous.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Erregerwicklung der als Generator fungierenden elektrischen Maschine bei Erkennen eines Spannungseinbruchs im Bordnetz aufgrund eines Ausfalls des Energiespeichers des Bordnetzes, über die Spannungsquelle kurzfristig eine Erregerspannung für die Schnellerregung des Generators zugeführt.To a further preferred embodiment The invention is the exciter winding acting as a generator electric machine upon detection of a voltage dip in the electrical system due to a failure of the energy storage of the electrical system, over the Voltage source short-term excitation voltage for fast excitation supplied to the generator.
  • Bei einem Ausfall der Fahrzeugbatterie kann durch die Schnellerregung des Generators die Funktionsfähigkeit wichtiger elektrischer Systeme des Fahrzeugs sichergestellt werden. Dadurch steht eine redundante Energiequelle zur Verfügung, die die Versorgungssicherheit des Bordnetzes zusätzlich erhöht oder sogar aufwendige 2-Batterie-Bordnetzkonzepte oder zusätzliche Kondensatorpakete (Ultracaps), ohne Einbußen an die Versorgungssicherheit des Bordnetzes ersetzen kann. Dieser Aspekt ist insbesondere dann gegeben, wenn eine kraftstoffsparende und motorleistungsoptimierende variable Generatorregelung (iGR) in Fahrzeugen mit Bremsenergierückgewinnungssystemen vorgesehen ist, wie sie zunehmend in zukünftige Fahrzeuge integriert werden soll. Bei dieser Funktion wird der Generator bis zu einer unteren Grenze entregt, so dass er keine elektrische Leistung in das Fahrzeugbordnetz abgeben kann. Stattdessen wird das Bordnetz aus der Fahrzeugbatterie versorgt, bis diese einen definierten Entladungszustand erreicht hat. Ab einer bestimmten Entladungstiefe kann dann mit einem solchen System durch gezieltes Steuern der Generatorerregung sehr effektiv Bremsenergie in elektrische Energie zurückgewandelt werden. Ist eine solche Funktion aktiv, der Generator also nicht erregt oder definiert untererregt, so fehlt im Bordnetz eine redundante Energiequelle, wenn nicht zusätzliche Maßnahem, wie eine zusätzliche Notfallbatterie oder Ultracaps im Bordnetz vorgesehen sind. Denn fällt in diesem Betriebzustand die Batterie spontan aus, z.B. durch einen Leitungsbruch, so ist sofort das gesamte Fahrzeug stromlos und der Generator kann nicht wieder erregt werden, da die Batterie nicht als Ladungsspender für die benötigte Erregungsenergie verfügbar ist. In einem solchen Fall ist das Zuschalten der Spannungsquelle des Generators besonders vorteilhaft, da der Generator dann in einem kurzen Zeitintervall schnellerregt werden kann, wodurch ein Ausfall von Steuergeräten oder anderen sicherheitsrelevanten Bauteilen zuverlässig vermieden und mögliche gravierende Folgeschäden verhindert werden.at A failure of the vehicle battery can be due to the fast excitation the generator's functionality important electrical systems of the vehicle. This provides a redundant power source available the security of supply of the on-board network additionally increased or even elaborate 2-Batterie Bordnetzkonzepte or additional Capacitor packages (Ultracaps), without sacrificing security of supply of the electrical system can replace. This aspect is especially true then given if a fuel-efficient and engine-performance-optimizing variable generator control (iGR) in vehicles with brake energy recovery systems is provided as they are increasingly integrated into future vehicles shall be. In this function, the generator is up to a de-energized lower limit, so he does not have any electrical power in can deliver the vehicle electrical system. Instead, the wiring system supplied from the vehicle battery until it reaches a defined discharge state has reached. From a certain depth of discharge can then with Such a system by deliberately controlling the generator excitation very effectively braking energy can be converted back into electrical energy. Is a such function is active, so the generator is not energized or defined under-excited, a redundant energy source is missing in the vehicle electrical system, if not additional Maßnahem, like an extra Emergency battery or Ultracaps are provided in the electrical system. Because falls in In this operating condition, the battery will spontaneously turn off, e.g. through a Line break, so immediately the entire vehicle is de-energized and the Generator can not be re-energized because the battery is not as a charge dispenser for the needed Excitation energy available is. In such a case, the connection is the voltage source of the generator particularly advantageous because the generator then in a short time interval can be excited faster, causing a failure of control units or other safety-related components reliably avoided and possible serious consequential damage be prevented.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Erregerwicklung der als Startermotor für eine Motor-Stopp-Automatik fungierenden elektrischen Maschine bei einem Start des Verbrennungsmotors mittels des Startermotors, über die Spannungsquelle eine Erregerspannung für die Schnellerregung des Startermotors zugeführt.According to one another preferred embodiment The invention is the excitation winding acting as a starter motor for an automatic engine stop electric machine at a start of the engine by means of of the starter motor, over the voltage source is an exciter voltage for the fast excitation of the starter motor fed.
  • Für den Starfall des Verbrennungsmotors mittels des Startermotors, lässt sich durch die Schnellerregung die Startzeit um den größten Teil der Aufmagnetisierungszeit (ca. 150ms) verkürzen. Dadurch wird die Startperformance (Dynamik) bei Fahrzeugen mit MSA-Motorstart signifikant verbessert. Auf eine permanente Vorerregung der Erregerwicklung zur Starzeitverkürzung kann verzichtet werden, wodurch sich eine Kraftstoffersparnis ergibt.For the starfall of the internal combustion engine by means of the starter motor, can be because of the fast excitement the start time around the largest part shorten the magnetization time (about 150ms). This will be the startup performance (Dynamics) significantly improved on vehicles with MSA engine start. On a permanent Vorerregung the excitation winding to the Erstzeitverkürzung can be omitted, resulting in a fuel economy.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Erregung der Erregerwicklung der elektrischen Maschine eine höhere Erregerspannung aus der Spannungsquelle entnommen, als maximal in dem Bordnetz verfügbar ist.To a further preferred embodiment The invention is used to excite the excitation winding of the electrical Machine a higher exciter voltage taken from the voltage source, is available as maximum in the electrical system.
  • Da die elektromagnetische Zeitkonstante der elektrischen Maschine durch das Verhältnis von Induktivität und Widerstand der Erregerwicklung (L/R) bestimmt ist, kann durch das Anlegen einer höheren Erregerspannung ein höherer Erregrestrom durch die Erregerwicklung getrieben werden und damit in kürzerer Zeit das Aufmagnetisieren und damit die Erzeugung des magnetischen Luftspaltfeldes erreicht werden. Dadurch lässt sich die Nacherregung des Generators durch eine maximale Erregung des Luftspaltfeldes mittels einer deutlich über der Bordnetzspannung liegenden entsprechend hohen Erregerspannung, bzw. die Startperformancesteigerung durch das schnelle Aufmagnetisieren des Rotors zeitlich weiter verbessern. Weiterhin lässt sich durch eine Schnellerregung in einer vorgegeben Zeit, beispielsweise 10ms, die sich aus der Latenzzeit ableiten lässt, die Steuergeräte bei einem definierten Spannungseinbruch ohne Übergang in eine Fehlfunktion überstehen, die Versorgungssicherheit des Bordnetzes weiter verbessern.There the electromagnetic time constant of the electric machine through The relationship of inductance and resistance of the excitation winding (L / R) is determined by the application of a higher exciter voltage a higher one Erregrestrom be driven by the excitation winding and thus in shorter Time the magnetization and thus the generation of the magnetic Air gap field can be achieved. This can be the Nacherregung the Generator by a maximum excitation of the air gap field means one clearly over the vehicle electrical system voltage lying correspondingly high excitation voltage, or the start performance increase due to the rapid magnetization of the rotor continue to improve over time. Furthermore, it is possible by a fast excitation in a given time, for example 10ms, which can be derived from the latency, the ECUs at a survive a defined voltage dip without transition to a malfunction, to further improve the security of supply of the electrical system.
  • Die bekannten Vorrichtungen zum Betrieb einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug haben den Nachteil, dass sie bei einer spontane Leistungsanforderung aufgrund bestimmter Betriebszustände einen relativ großen Zeitraum bis zur Erzeugung der angeforderten Leistung benötigen.The known devices for operating an electrical machine in a motor vehicle have the disadvantage that they are spontaneous Power demand due to certain operating conditions one relatively large Period until the requested service is required.
  • Weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die bekannten Vorrichtungen so zu verbessern, dass sie in allen Betriebszuständen eines Kraftfahrzeuges eine zeitlich verbesserte Leistungsabgabe der elektrischen Maschine ermöglichen.Further Object of the present invention is therefore the known devices To improve so that they are in all operating conditions of a motor vehicle a temporally improved power output of the electric machine enable.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 6 dadurch gelöst, dass der elektrischen Maschine eine mittels einer Schaltungseinrichtung zuschaltbare eigene Spannungsquelle zugeordnet ist, über die der Erregerwicklung der elektrischen Maschine eine bordnetzunabhängige Erregerspannung zuführbar ist.The Task is inventively in conjunction solved with the preamble of claim 6, characterized in that the electric machine a switchable by means of a circuit device own voltage source is assigned over the excitation winding of the electric machine an on-grid independent excitation voltage can be fed.
  • Durch die zuschaltbare Spannungsquelle kann die elektrische Maschine bei einer Leistungsanforderung in wesentlich kürzer Zeit als bei den bisherigen Systemen, die von der Spannungslage im Bordnetz abhängen, erregt werden, da über die Spannungsquelle eine höhere Erregerspannung zur Verfügung gestellt werden kann. Dies ermöglicht eine Schnelleregung des Generators bei kritischen Spannungseinbrüchen sowie ein Schnellstart beim Einsatz der Maschine als Startergenerator. Die maschineneigene Spannungsquelle stellt in Wirkverbindung mit der elektrischen Maschine eine redundante Energiequelle dar, die die Versorgungssicherheit des Bordnetzes des Kraftfahrzeuges erhöht. Der Aufwand in Kosten und Konstruktion für diese redundante Energiequelle ist dabei wesentlich geringer als bei den bisherigen elektronischen Spannungsstabilisierungs- und Spannungssicherungsmaßnahmen innerhalb der Bordnetzarchitektur.By the switchable voltage source can be the electric machine a performance requirement in a much shorter time than the previous one Systems that depend on the voltage level in the electrical system, excited be over there the voltage source is higher Excitation voltage available can be made. this makes possible a fast regeneration of the generator at critical voltage drops as well a quick start when using the machine as a starter generator. The machine's own voltage source is in operative connection with the electric machine is a redundant energy source, the increases the security of supply of the electrical system of the motor vehicle. Of the Expenditure in costs and construction for this redundant energy source is much lower than in the previous electronic Voltage stabilization and voltage protection measures within the wiring system architecture.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.preferred embodiments The invention are described in the subclaims.
  • Die Spannungsquelle kann als ein Kondensators ausgebildet sein. Denkbar ist aber auch eine Spannungsquelle in Form einer Induktionsspule in Kombination mit einem geeigneten elektrischen Speicherelement. Beide Möglichkeiten stellen eine kostengünstige nachladbare Spannungsquelle mit einem je nach Typ der elektrischen Maschine einfach anpassbaren Spannungsniveau zur Verfügung Die Spannungsquelle kann vorzugsweise in den Generator integriert sein, wodurch Bauraum gespart wird, sie kann aber auch extern angeordnet sein, was insbesondere bei einem Startergeneratorsystem mit einer externen Leistungselektronik vorteilhaft ist.The Voltage source may be formed as a capacitor. Conceivable but is also a voltage source in the form of an induction coil in combination with a suitable electrical storage element. Both possibilities make a cost-effective Rechargeable power source with one depending on the type of electrical Machine easily customizable voltage level available The voltage source may preferably be integrated into the generator, whereby installation space is saved, but it can also be arranged externally, which in particular in a starter generator system with external power electronics is advantageous.
  • Die Spannungsquelle verfügt idealerweise mindestens über einen Energiegehalt und einen derart niedrigen Innenwiderstand, welcher maschinenspezifisch erforderlich ist, um in einer vorgegebenen Zeit, beispielsweise 10ms, das Luftspaltfeld der elektrischen Maschine maximal zu erregen. Dabei kann die Spannungslage der Spannungsquelle oberhalb der maximalen Bordnetzspannung liegen, um eine möglichst kurze Schnellerregung, bzw. Nacherregung zu realisieren. Dadurch kann ein erhöhte, bzw. spontane Leistungsabgabe der elektrischen Maschine auf eine spontane Stromanforderung (Generatorbetrieb), bzw. Startmomentanforderung (Startbetrieb) erfolgen. Insbesondere wird der Ausfall von sicherheitsrelevanten Verbrauchern zuverlässig vermieden und die Startperformance von Fahrzeugen mit Motor-Stopp-Automatik verbessert.The Power source has ideally at least over an energy content and such a low internal resistance, which machine-specific is required in order to for example, 10 ms, the air gap field of the electric machine maximum excite. In this case, the voltage level of the voltage source above the maximum vehicle electrical system voltage to one as possible short fast excitation, or to realize Nacherregung. Thereby can be an increased, or spontaneous power output of the electric machine to a spontaneous current request (generator operation), or starting torque request (Start operation). In particular, the failure of security relevant Consumers reliable avoided and the starting performance of vehicles with automatic engine stop improved.
  • Durch das Nachladen der Spannungsquelle mittels einer geeigneten Spannungswandleranordnung, beispielsweise DC/DC-Wandler, Trafo, Leistungselektronik, durch die elektrische Maschine selbst oder aus dem elektrischen Energiespeicher (Fahrzeugbatterie) des Bordnetzes wird sichergestellt, dass auch bei häufiger Aufschaltung der Schnellerregung die Verfügbarkeit der Spannungsquelle nicht eingeschränkt ist.By the recharging of the voltage source by means of a suitable voltage converter arrangement, For example, DC / DC converter, transformer, power electronics, through the electric machine itself or from the electrical energy storage (vehicle battery) the on-board network ensures that even with frequent connection the fast pace availability the voltage source is not limited.
  • Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.Further Details of the invention will become apparent from the following detailed Description and attached Drawing in which a preferred embodiment of the invention, for example is illustrated.
  • Es zeigtIt shows
  • 1: Ein Blockschaltbild eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges. 1 : A block diagram of a vehicle electrical system of a motor vehicle.
  • Eine Vorrichtung zum Betrieb einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug besteht im Wesentlichen aus einer Spannungsquelle 1, die einer elektrischen Maschine 2 über eine Schaltungseinrichtung 3 zuschaltbar ist.An apparatus for operating an electrical machine in a motor vehicle essentially consists of a voltage source 1 that an electric machine 2 via a circuit device 3 is switchable.
  • Die elektrische Maschine 2 ist in an sich bekannter Bauweise als ein Klauenpolgenerator mit einem feststehenden Stator, der eine Drehstromwicklung trägt und mit einem umlaufenden Rotor, der eine Erregerwicklung trägt, ausgebildet. Der Klauenpolgenerator 2 ist zur elektrischen Energieerzeugung für die Stromversorgung für ein Bordnetz 4 mit den Verbrauchern 5 sowie zur Aufrechterhaltung, bzw. Nachladung eines Energiespeichers 7 des Bordnetzes 4, über einen Verbrennungsmotor 6 antreibbar. Weiterhin kann der Generator 2 als Startermotor zum Starten des Verbrennungsmotors 6 mittels einer Leistungselektronik 8 reversibel betrieben werden. Die elektrische Maschine 2 mit der Leistungselektronik 8 bildet ein Startergeneratorsystem.The electric machine 2 is in per se known construction as a Klauenpolgenerator with a fixed stator which carries a three-phase winding and with a rotating rotor, which carries a field winding formed. The claw pole generator 2 is for electrical power generation for the power supply for a vehicle electrical system 4 with the consumers 5 as well as to maintain or recharge an energy store 7 of the electrical system 4 , via an internal combustion engine 6 drivable. Furthermore, the generator 2 as a starter motor for starting the internal combustion engine 6 by means of power electronics 8th be operated reversibly. The electric machine 2 with the power electronics 8th forms a starter generator system.
  • Die Spannungsquelle 1 ist vorteilhaft als ein Kondensator ausgebildet. Der Kondensator 1 ist über die Schaltungseinrichtung 3, die vorteilhaft als eine Reglerleistungselektronik ausgebildet ist, mit der nicht dargestellten Erregerwicklung des Rotors des Generators 1 elektrisch verbindbar. Der Kondensator 1 kann aus dem Energiespeicher 7, d.h. über die Fahrzeugbatterie, über das Bordnetz 4 oder während des Generatorbetriebes über den Generator 2, bei Bedarf nachgeladen werden. Über nicht dargestellte Überwachungsmittel, mit Hilfe derer die Spannungslage im Bordnetz 4 überwachbar ist, ist die Schaltungseinrichtung 3 ansteuerbar. Weiterhin ist die Schaltungseinrichtung 3 über die Leistungselektronik 8 für den Starterbetrieb ansteuerbar.The voltage source 1 is advantageously designed as a capacitor. The capacitor 1 is via the circuit device 3 , which is advantageously designed as a regulator power electronics, with the exciter winding, not shown, of the rotor of the generator 1 electrically connectable. The capacitor 1 can from the energy store 7 ie via the vehicle battery, via the vehicle electrical system 4 or during generator operation via the generator 2 to be reloaded if necessary. About monitoring means, not shown, with the help of which the voltage level in the electrical system 4 is monitorable, is the circuit device 3 controllable. Furthermore, the circuit device 3 via the power electronics 8th can be controlled for starter operation.
  • Ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug beruht im Wesentlichen auf der bedarfsweisen Zuschaltung einer der elektrischen Maschine 2 zugehörigen Spannungsquelle 1 auf eine Erregerwicklung der elektrischen Maschine 2.A method for operating an electrical machine in a motor vehicle is based essentially on the on-demand connection of one of the electric machines 2 associated voltage source 1 on a field winding of the electric machine 2 ,
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise mit der oben beschriebenen Vorrichtung durchführbar. In einer ersten Ausführungsform dient das Verfahren als Notfallmaßnahme, bei denen eine sofortige Leistungsabgabe des Generators 2 aufgrund eines kritischen Spannungseinbruchs im Bordnetz 4 zwingend erforderlich ist. Tritt ein solcher (über die Bordnetzüberwachungsmittel erkannter) Fall ein, beispielsweise durch gleichzeitiges Zuschalten mehrerer Hochstromverbraucher 5 im Bordnetz 4, wird über die Schaltungseinrichtung 3 die Spannungsquelle 1 auf die Erregerwicklung des Rotors des Generators 1 aufgeschaltet. Die Erregerspannung liegt dabei vorteilhaft deutlich über der Erregermaximalspannung des Bordnetzes 4. Dies hat eine sofortige Nacherregung der Erregerwicklung und damit eine sofortige Verstärkung des magnetischen Luftspaltfeldes zwischen Rotor und Stator zur Folge. In Wirkverbindung mit der dadurch hervorgerufenen Momentenanforderung an den Verbrennungsmotor 6 wird eine spontane höhere Leistungsabgabe des Generators 1 erzeugt. Dies geschieht in einem Zeitraum von wenigen Millisekunden, wodurch ein Zusammenbruch der Bordnetzversorgung, ggf. mit einem Ausfall von Steuergeräten oder sicherheitsrelevanten Verbrauchern, verhindert wird. Hat sich die Spannungslage im Bordnetz 4 wieder normalisiert, wird die nun entladene Spannungsquelle 1 (Kondensator) nachgeladen und steht innerhalb kurzer Zeit wieder zur Verfügung.The inventive method is preferably carried out with the device described above. In a first embodiment, the method serves as an emergency measure in which an immediate power output of the generator 2 due to a critical voltage dip in the electrical system 4 is mandatory. Occurs such a (via the vehicle electrical system monitoring detected) case, for example by simultaneous connection of several high-current consumers 5 in the electrical system 4 , is via the circuit device 3 the voltage source 1 on the excitation winding of the rotor of the generator 1 switched. The excitation voltage is advantageously well above the maximum excitation voltage of the electrical system 4 , This has an immediate Nacherregung the exciter winding and thus an immediate reinforcement of the magnetic air gap field between the rotor and stator result. In operative connection with the torque request thereby caused to the internal combustion engine 6 becomes a spontaneous higher power output of the generator 1 generated. This happens in a period of a few milliseconds, whereby a collapse of the electrical system supply, possibly with a failure of control devices or safety-related consumers, is prevented. Has the voltage in the electrical system 4 normalized again, the now discharged voltage source 1 (Condenser) recharged and is available again within a short time.
  • In einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens wird die Spannungsquelle 1 bei einem Fahrzeug ohne Notfallbatterie oder andere Zusatzspeicher aber mit Bremsenergierückgewinnung und variabler Generatorerregung eingesetzt. Fällt die Fahrzeugbatterie 7 bei einem teilweise oder völlig entregten Generator 2 aus, wird sofort eine Nacherregung über die Zuschaltung der Spannungsquelle 1 des Generators 2 eingeleitet, die einen Totalausfall des Bordnetzes 4 verhindert und als redundante Energiequelle mindestens die Funktion sicherheitsrelevanter Verbraucher 5 des Fahrzeugs sicherstellt.In a second embodiment of the method, the voltage source 1 used in a vehicle without emergency battery or other auxiliary storage but with braking energy recovery and variable generator excitation. If the vehicle battery fails 7 in a partially or completely de-energized generator 2 Off, an immediate excitation on the connection of the voltage source is immediately 1 of the generator 2 initiated a total failure of the electrical system 4 prevents and at least the function of safety-relevant consumers as a redundant energy source 5 of the vehicle.
  • In einer dritten Ausführungsform des Verfahrens wird die elektrische Maschine 2 als Startermotor in einem Fahrzeug mit einer Motor-Stopp-Automatik (MSA) eingesetzt. Befindet sich das Fahrzeug im Stillstand und soll der Verbrennungsmotor bei aktivierter MSA gestartet werden, wird der Generator 2 über die Leistungselektronik 8 auf Starterbetrieb umgeschaltet. Gleichzeitig wird über die Schaltungseinrichtung 3 die Spannungsquelle 1 zugeschaltet und die Erregerwicklung mit einer Spannung, die an die maximal mögliche Erregung des Luftspaltfeldes des eingesetzten Generatortyps angepasst ist, beaufschlagt. Durch einen geringen Innenwiderstand der Spannungsquelle 1 in Wirkverbindung mit dem für die Maximalerregung angepassten hohen elektrischen Energiegehalt der Spannungsquelle 1, erfolgt eine schlagartige Schnellerregung des Startermotors 1 und die damit verbundene Erzeugung des für das Starmoment nötigen Drehfeldes. Dadurch wird eine wesentlich verbesserte Startdynamik erreicht.In a third embodiment of the method, the electric machine 2 used as a starter motor in a vehicle with an automatic engine stop (MSA). If the vehicle is at a standstill and the combustion engine is to be started when the MSA is activated, the generator will be activated 2 via the power electronics 8th switched to starter mode. At the same time via the circuit device 3 the voltage source 1 switched on and the exciter winding with a voltage which is adapted to the maximum possible excitation of the air gap field of the generator type used, applied. Due to a low internal resistance of the voltage source 1 in operative connection with the adjusted for the maximum excitation high electrical energy content of the voltage source 1 , there is a sudden fast excitation of the starter motor 1 and the associated generation of the spin field necessary for the starmoment. As a result, a significantly improved starting dynamics is achieved.
  • 11
    Spannungsquellevoltage source
    22
    Elektrische Maschineelectrical machine
    33
    Schaltungseinrichtungcircuit means
    44
    Bordnetzboard network
    55
    elektrische Verbraucherelectrical consumer
    66
    Verbrennungsmotorinternal combustion engine
    77
    Energiespeicherenergy storage
    88th
    Leistungselektronikpower electronics

Claims (14)

  1. Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug, bei dem zur Erzeugung eines magnetischen Luftspaltfeldes zwischen einem Rotor und einem Stator der elektrischen Maschine eine an dem Rotor oder an dem Stator angeordnete Erregerwicklung mit einer Erregerspannung beaufschlagt wird, und bei dem die elektrische Maschine in einer Funktion als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie für ein Bordnetz und zur Aufrechterhaltung des Ladezustandes eines elektrischen Energiespeichers des Bordnetzes von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird, und/oder bei dem die elektrische Maschine in einer Funktion als Startermotor zum Starten des Verbrennungsmotors eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrischen Maschine (2) des Kraftfahrzeuges bedarfsweise, mittels einer Schaltungseinrichtung (3), eine der elektrischen Maschine (2) zugehörige eigene Spannungsquelle (1) zugeschaltet wird, über die die Erregerwicklung für eine Schnellerregung der elektrischen Maschine (2) mit einer bordnetzunabhängigen Erregerspannung beaufschlagt wird.A method for operating an electrical machine in a motor vehicle, wherein for generating a magnetic air gap field between a rotor and a stator of the electric machine, an exciter winding arranged on the rotor or on the stator is subjected to an exciter voltage, and in which the electric machine in a Function as a generator for generating electrical energy for a vehicle electrical system and for maintaining the state of charge of an electrical energy storage of the on-board network is driven by an internal combustion engine, and / or in which the electric machine is used in a function as a starter motor for starting the internal combustion engine, characterized in that the electrical machine ( 2 ) of the motor vehicle as needed, by means of a circuit device ( 3 ) one of the electrical machine ( 2 ) associated own voltage source ( 1 ) is switched, via which the field winding for a fast excitation of the electric machine ( 2 ) is charged with a grid voltage independent exciter voltage.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerwicklung der als Generator fungierenden elektrischen Maschine (2) bei Erkennen eines Spannungseinbruchs im Bordnetz (4) aufgrund der Zuschaltung einer transienten Last (5), über die Spannungsquelle (1) kurzfristig eine höhere Erregerspannung als die in dem Bordnetz (4) verfügbare Erregerspannung für die Schnellerregung des Generators (2) zugeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the excitation winding of the electric machine acting as a generator ( 2 ) upon detection of a voltage dip in the electrical system ( 4 ) due to the connection of a transient load ( 5 ), via the voltage source ( 1 ) in the short term, a higher excitation voltage than that in the electrical system ( 4 ) available excitation voltage for the fast excitation of the generator ( 2 ) is supplied.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerwicklung der als Generator fungierenden elektrischen Maschine (2) bei Erkennen eines Spannungseinbruchs im Bordnetz (4) aufgrund eines Ausfalls des Energiespeichers (7) des Bordnetzes (4), über die Spannungsquelle (1) kurzfristig eine Erregerspannung für die Schnellerregung des Generators (2) zugeführt wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the excitation winding of the electric machine acting as a generator ( 2 ) upon detection of a voltage dip in the electrical system ( 4 ) due to a failure of the energy store ( 7 ) of the vehicle electrical system ( 4 ), via the voltage source ( 1 ) shortly excitation voltage for the fast excitation of the generator ( 2 ) is supplied.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerwicklung der als Startermotor für eine Motor-Stopp-Automatik fungierenden elektrischen Maschine (2) bei einem Start des Verbrennungsmotors (6) mittels des Startermotors (2), über die Spannungsquelle (1) eine Erregerspannung für die Schnellerregung des Startermotors zugeführt wird.A method according to claim 1, characterized in that the field winding of the starter motor for an engine stop automatic acting electrical machine ( 2 ) at a start of the internal combustion engine ( 6 ) by means of the starter motor ( 2 ), via the voltage source ( 1 ) An excitation voltage for the fast excitation of the starter motor is supplied.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erregung der Erregerwicklung der elektrischen Maschine (2) eine höhere Erregerspannung aus der Spannungsquelle (1) entnommen wird, als die in dem Bordnetz (4) maximal verfügbare Erregerspannung.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that for exciting the excitation winding of the electric machine ( 2 ) a higher excitation voltage from the voltage source ( 1 ) is taken as the in the electrical system ( 4 ) maximum available excitation voltage.
  6. Vorrichtung zum Betrieb einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug, bei der zur Erzeugung eines magnetischen Luftspaltfeldes zwischen einem Rotor und einem Stator der elektrischen Maschine eine an dem Rotor oder an dem Stator angeordnete Erregerwicklung mit einer Erregerspannung beaufschlagbar ist, und bei der die elektrische Maschine in einer Funktion als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie für ein Bordnetz und zur Aufrechterhaltung des Ladezustandes eines elektrischen Energiespeichers des Bordnetzes von einem Verbrennungsmotor antreibbar ist, und/oder bei der die elektrische Maschine in einer Funktion als Startermotor zum Starten des Verbrennungsmotors einsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrischen Maschine (2) eine mittels einer Schaltungseinrichtung (3) zuschaltbare eigene Spannungsquelle (1) zugeordnet ist, über die der Erregerwicklung der elektrischen Maschine (2) eine bordnetzunabhängige Erregerspannung zuführbar ist.Device for operating an electrical machine in a motor vehicle, wherein for generating a magnetic air gap field between a rotor and a stator of the electric machine arranged on the rotor or on the stator field winding with an excitation voltage can be acted upon, and wherein the electric machine in a Function as a generator for generating electrical energy for a vehicle electrical system and for maintaining the state of charge of an electrical energy storage of the electrical system of an internal combustion engine is driven, and / or in which the electric machine can be used in a function as a starter motor for starting the engine, characterized in that the electrical machine ( 2 ) one by means of a circuit device ( 3 ) switchable own voltage source ( 1 ) is assigned, via which the excitation winding of the electric machine ( 2 ) An on-grid independent excitation voltage can be fed.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (1) als ein Kondensator ausgebildet ist.Device according to claim 6, characterized in that the voltage source ( 1 ) is formed as a capacitor.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (1) als eine Induktionsspule in Kombination mit einem elektrischen Speicherelement ausgebildet ist.Device according to claim 6, characterized in that the voltage source ( 1 ) is formed as an induction coil in combination with an electric storage element.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (1) in die elektrische Maschine (2) geometrisch integriert ist.Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the voltage source ( 1 ) in the electric machine ( 2 ) is geometrically integrated.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (1) als ein außerhalb der elektrischen Maschine (2) angeordnetes separates Bauteil ausgebildet ist.Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the voltage source ( 1 ) as an outside of the electrical machine ( 2 ) arranged separate component is formed.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (1) eine maximale Spannung aufweist, die oberhalb der aus dem Bordnetz (4) entnehmbaren maximalen Erregerspannung liegt.Device according to one of claims 6 to 10, characterized in that the voltage source ( 1 ) has a maximum voltage, which is above that from the electrical system ( 4 ) Removable maximum excitation voltage is.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (1) einen den Leistungsdaten der elektrischen Maschine (2) angepassten maximalen Energieinhalt aufweist, mittels dessen das magnetische Luftspaltfeld der elektrischen Maschine (2) maximal erregbar ist.Device according to one of claims 6 to 11, characterized in that the voltage source ( 1 ) a the performance data of the electric machine ( 2 ) has adapted maximum energy content, by means of which the magnetic air gap field of the electric machine ( 2 ) is excitable maximum.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (1) einen niederohmigen Innenwiderstand aufweist.Device according to one of claims 6 to 12, characterized in that the voltage source ( 1 ) has a low-resistance internal resistance.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle (1) über eine Spannungswandleranordnung mittels der elektrischen Maschine (2) und/oder aus dem elektrischen Energiespeicher (7) des Bordnetzes (4) nachladbar ist.Device according to one of claims 6 to 13, characterized in that the voltage source ( 1 ) via a voltage transformer arrangement by means of the electric machine ( 2 ) and / or from the electrical energy store ( 7 ) of the vehicle electrical system ( 4 ) is reloadable.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009024724A1 (en) * 2007-08-20 2009-02-26 Valeo Equipements Electriques Moteur Method for stopping and starting a thermal engine
FR2928503A1 (en) * 2008-03-04 2009-09-11 Peugeot Citroen Automobiles Sa Motor vehicle i.e. car, has conductor connected between rotor and storage device independent of other storage device, to supply electrical energy to rotor when machine functions as alternator even in case of discharge of latter device
EP2128427A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-02 Valeo Equipements Electriques Moteur Method and device for controlling the starting time of a vehicle heat engine
EP2154359A1 (en) * 2008-08-13 2010-02-17 Valeo Equipements Electriques Moteur Auxiliary electrical apparatus, in particular for motor vehicle
DE102008049804A1 (en) 2008-09-30 2010-04-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vehicle electrical energy system has electrical machine, particularly synchronous machine or starter-generator, where energizing circuit and stator circuit are independently connected with electrical energy storage
WO2012076123A1 (en) 2010-12-11 2012-06-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Motor vehicle electrical system and method for operating a motor vehicle electrical system
US9885334B2 (en) 2013-03-12 2018-02-06 Robert Bosch Gmbh Electric machine in a motor vehicle having a rotational speed signal input
DE102016215237A1 (en) * 2016-08-16 2018-02-22 Seg Automotive Germany Gmbh Operating a generator controller

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19956934A1 (en) * 1999-11-26 2001-05-31 Bosch Gmbh Robert Method for controlling an automated manual transmission and a generator
DE10155670A1 (en) * 2001-08-15 2003-03-06 Bosch Gmbh Robert Stabilization of an on-board network by generating energy that is available at short notice
DE10221737A1 (en) * 2002-05-16 2003-11-27 Bosch Gmbh Robert Stimulation circuit regulation of 3-phase generator for e.g. vehicle, involves using circuit between electrical system, and stimulation circuit with electronic switches switchable between regulator/step-down, boost/step-up modes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19956934A1 (en) * 1999-11-26 2001-05-31 Bosch Gmbh Robert Method for controlling an automated manual transmission and a generator
DE10155670A1 (en) * 2001-08-15 2003-03-06 Bosch Gmbh Robert Stabilization of an on-board network by generating energy that is available at short notice
DE10221737A1 (en) * 2002-05-16 2003-11-27 Bosch Gmbh Robert Stimulation circuit regulation of 3-phase generator for e.g. vehicle, involves using circuit between electrical system, and stimulation circuit with electronic switches switchable between regulator/step-down, boost/step-up modes

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2920205A1 (en) * 2007-08-20 2009-02-27 Valeo Equip Electr Moteur METHOD FOR STOPPING AND STARTING A THERMAL ENGINE
WO2009024724A1 (en) * 2007-08-20 2009-02-26 Valeo Equipements Electriques Moteur Method for stopping and starting a thermal engine
FR2928503A1 (en) * 2008-03-04 2009-09-11 Peugeot Citroen Automobiles Sa Motor vehicle i.e. car, has conductor connected between rotor and storage device independent of other storage device, to supply electrical energy to rotor when machine functions as alternator even in case of discharge of latter device
US8401770B2 (en) 2008-05-27 2013-03-19 Valeo Equipements Electriques Moteur Method and device for controlling start time of vehicle heat engine
EP2128427A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-02 Valeo Equipements Electriques Moteur Method and device for controlling the starting time of a vehicle heat engine
FR2931902A1 (en) * 2008-05-27 2009-12-04 Valeo Equip Electr Moteur Method and device for monitoring the starting time of a vehicle heat engine.
EP2154359A1 (en) * 2008-08-13 2010-02-17 Valeo Equipements Electriques Moteur Auxiliary electrical apparatus, in particular for motor vehicle
FR2935073A1 (en) * 2008-08-13 2010-02-19 Valeo Equip Electr Moteur AUXILIARY ELECTRICAL DEVICE, IN PARTICULAR FOR A MOTOR VEHICLE
DE102008049804A1 (en) 2008-09-30 2010-04-01 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Vehicle electrical energy system has electrical machine, particularly synchronous machine or starter-generator, where energizing circuit and stator circuit are independently connected with electrical energy storage
DE102010054191A1 (en) 2010-12-11 2012-06-21 Volkswagen Ag Motor vehicle electrical system and method for operating a motor vehicle electrical system
WO2012076123A1 (en) 2010-12-11 2012-06-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Motor vehicle electrical system and method for operating a motor vehicle electrical system
US9527462B2 (en) 2010-12-11 2016-12-27 Volkswagen Ag Motor vehicle electrical system and method for operating a motor vehicle electrical system
US9885334B2 (en) 2013-03-12 2018-02-06 Robert Bosch Gmbh Electric machine in a motor vehicle having a rotational speed signal input
DE102016215237A1 (en) * 2016-08-16 2018-02-22 Seg Automotive Germany Gmbh Operating a generator controller
DE102016215237B4 (en) 2016-08-16 2019-09-05 Seg Automotive Germany Gmbh Operating a generator controller

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