DE112015005097B4 - Method for operating a device for supplying energy to an electrical consumer in an isolated operation and a corresponding device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers (1) in einem Inselbetrieb; wobei die Vorrichtung umfasst:einen fremderregten Synchrongenerator (2), der über seinen Erregerstrom (Ie) regelbar ist;einen Antrieb (3) für den Synchrongenerator (2);eine Steuereinrichtung (11) für den Antrieb (3) undeine durch den Synchrongenerator (2) aufladbare Batterie (13), die an den elektrischen Verbraucher (1) so angeschlossen ist, dass die am Verbraucher (1) anliegende elektrische Verbraucherspannung (Uv) aus dem inneren Batteriewiderstand resultiert;wobei das Verfahren umfasst:die Vorrichtung wird in Abhängigkeit vom Energiebedarf des Verbrauchers (1) gesteuert;wobei die Drehzahl (n) des Synchrongenerators (2) durch eine Regelung des Erregerstroms (Ie) konstant gehalten wird;wobei der Antrieb (3) in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung (Uv) in zwei Leistungsstufen betrieben wird;wobei mittels der Steuereinrichtung (11) der Antrieb (3) bei einer unteren Grenzspannung (Uein) eingeschaltet und bei einer oberen Grenzspannung (Uaus) ausgeschaltet wird undwobei mittels der Steuereinrichtung (11) beim Überschreiten eines oberen Schwellwertes (UL1) der Verbraucherspannung (Uv) die Leistung des Antriebs (11) auf die geringere Leistungsstufe und beim Unterschreiten eines unteren Schwellwerts (UL2) der Verbraucherspannung (Uv) die Leistung des Antriebs (11) auf die höhere Leistungsstufe umgeschaltet wird.Method for operating a device for supplying energy to an electrical consumer (1) in an isolated operation; wherein the device comprises: an externally excited synchronous generator (2), which can be controlled via its excitation current (Ie); a drive (3) for the synchronous generator (2); a control device (11) for the drive (3) and one through the synchronous generator ( 2) rechargeable battery (13), which is connected to the electrical consumer (1) in such a way that the electrical consumer voltage (Uv) applied to the consumer (1) results from the internal battery resistance; the method comprising: the device is dependent on the Energy requirement of the consumer (1) is controlled; the speed (n) of the synchronous generator (2) is kept constant by regulating the excitation current (Ie); the drive (3) is operated in two power levels depending on the consumer voltage (Uv). ;whereby the drive (3) is switched on by means of the control device (11) at a lower limit voltage (Uin) and switched off at an upper limit voltage (Uoff), and whereby by means of the control device (11) when an upper threshold value (UL1) of the consumer voltage (Uv ) the power of the drive (11) is switched to the lower power level and when the consumer voltage (Uv) falls below a lower threshold value (UL2), the power of the drive (11) is switched to the higher power level.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb mit einem über seinen Erregerstrom steuerbaren Synchrongenerator und mit einem Antrieb für den Synchrongenerator, wobei die Vorrichtung in Abhängigkeit vom Energiebedarf des Verbrauchers gesteuert wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb.The invention relates to a method for operating a device for supplying energy to an electrical consumer in an isolated operation with a synchronous generator that can be controlled via its excitation current and with a drive for the synchronous generator, the device being controlled depending on the energy requirements of the consumer, and to a device for supplying energy to an electrical consumer in an isolated operation.
Stand der TechnikState of the art
Um in einem Inselbetrieb nicht von der Kapazität einer Batterie abhängig zu sein, ist es bekannt, die Batterie in Abhängigkeit von ihrem Ladezustand über einen Generator zu laden, dessen Antrieb beim Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellwerts des Ladezustands eingeschaltet wird, sodass sich die Betriebsdauer des angeschlossenen elektrischen Verbrauchers entsprechend verlängert. Als Generatoren kommen wegen ihres hohen Wirkungsgrads häufig permanenterregte Synchrongeneratoren mit dem Nachteil zum Einsatz, dass aufgrund der linearen Abhängigkeit der Leerlaufspannung von der Drehzahl eine Steuerung der abzugebenden, im Wesentlichen dem Generatorstrom proportionalen Leistung in einfacher Weise nur über die Drehzahl möglich ist, was schlechte Wirkungsgrade für den Antrieb bedingt, der ja insbesondere bei einer Ausbildung als Verbrennungskraftmaschine kaum in einem optimalen Arbeitsbereich betrieben werden kann. Außerdem ist der Antrieb hinsichtlich seiner maximalen Leistung an die maximale Verbraucherleistung anzupassen, damit der Verbraucher den Antrieb nicht ohne Begrenzung der Verbraucherleistung abbremsen kann.In order not to be dependent on the capacity of a battery in island operation, it is known to charge the battery depending on its state of charge via a generator, the drive of which is switched on when the state of charge falls below a predetermined threshold value, so that the operating time of the connected electrical extended accordingly. Because of their high efficiency, permanently excited synchronous generators are often used as generators, with the disadvantage that due to the linear dependence of the no-load voltage on the speed, control of the power to be delivered, which is essentially proportional to the generator current, is only possible in a simple manner via the speed, which results in poor efficiencies for the drive, which can hardly be operated in an optimal working range, especially when trained as an internal combustion engine. In addition, the drive's maximum power must be adapted to the maximum consumer power so that the consumer cannot brake the drive without limiting the consumer power.
Zum Laden von Batterien sind auch fremderregte Synchrongeneratoren bekannt, wie sie als Lichtmaschinen in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen. Zur Anpassung der Generatorspannung an die Batteriespannung muss der Erregerstrom entsprechend gesteuert werden, und zwar in einem weiten Drehzahlbereich des Synchrongenerators, was sich wiederum nachteilig auf den Wirkungsgrad auswirkt.Externally excited synchronous generators, such as those used as alternators in motor vehicles, are also known for charging batteries. In order to adapt the generator voltage to the battery voltage, the excitation current must be controlled accordingly, within a wide speed range of the synchronous generator, which in turn has a disadvantageous effect on the efficiency.
Die Funktionsweise eines Steuergeräts für einen Generator wird in
Weiterhin offenbart
Ein Verfahren zum Optimieren des Betriebs eines Verbunds aus einem Verbrennungsmotor und einem Generator in einem seriellen Hybridantrieb beschreibt
Aus
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb und eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, die so betreiben werden können, dass ein hoher Wirkungsgrad sichergestellt wird, und zwar mit einem vergleichsweise geringen Steuer- und Regelungsaufwand.The invention is based on the object of creating a method for operating a device for supplying energy to an electrical consumer in an isolated operation and a corresponding device, which can be operated in such a way that a high level of efficiency is ensured, with a comparatively low control and Regulatory effort.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 3 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 2 und 4.This object is achieved by a method according to
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, die Drehzahl des Synchrongenerators durch eine Steuerung des Erregerstroms konstant zu halten und den Antrieb in Abhängigkeit von der am Verbraucher anliegenden elektrischen Spannung anzusteuern.The invention is based on the knowledge that the speed of the synchronous generator can be kept constant by controlling the excitation current and that the drive can be controlled depending on the electrical voltage applied to the consumer.
Aufgrund dieser Maßnahmen wirkt der Generator als Bremse, wobei das Bremsmoment proportional zum Generatorstrom ist, der sich in Abhängigkeit vom Generatorinnenwiderstand aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen der Generatorleerlaufspannung und der am Verbraucher anliegenden Spannung ergibt. Eine Erhöhung des Erregerstroms bewirkt bei gleichbleibender Drehzahl eine Erhöhung der Generatorleerlaufspannung und damit eine Vergrößerung der für den Generatorstrom maßgebenden Spannungsdifferenz, was zufolge des größeren Generatorstroms zu einem höheren Bremsmoment führt, sodass die Drehzahl über eine entsprechende Steuerung des Erregerstroms des fremderregten Synchrongenerators geregelt werden kann. Mit einer Leistungssteuerung des Antriebs in Abhängigkeit von der Verbraucherleistung, die über die Verbraucherspannung erfasst werden kann, können somit vorteilhafte Betriebsverhältnisse sichergestellt werden.Due to these measures, the generator acts as a brake, with the braking torque being proportional to the generator current, which results depending on the generator's internal resistance due to the voltage difference between the generator idle voltage and the voltage applied to the consumer. An increase in the excitation current causes an increase in the generator idle voltage while the speed remains the same and thus an increase in the voltage difference relevant to the generator current, which, due to the larger generator current, leads to a higher braking torque, so that the speed can be regulated via appropriate control of the excitation current of the externally excited synchronous generator. With a power control of the drive depending on the consumer power, which can be detected via the consumer voltage, advantageous operating conditions can be ensured.
Mit der Regelung der Drehzahl des Synchrongenerators auf einen konstanten Wert über den Erregerstrom als Stellgröße werden einfache Voraussetzungen geschaffen, den Antrieb in einem vorteilhaften Arbeitsbereich zu betreiben, was einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung des Wirkungsgrads darstellt, insbesondere beim Einsatz von Verbrennungskraftmaschinen. Die Erregerleistung, die vergleichsweise gering ist, verringert zwar den Wirkungsgrad, doch kann im Bereich der Nenndrehzahl, für die die Vorrichtung ausgelegt ist, ein erheblich größerer Wirkungsgrad über einen weiten Drehmoment- und damit Leistungsbereich erreicht werden, sodass ein entsprechend hoher Gesamtwirkungsgrad sichergestellt werden kann. Die konstante Drehzahl bringt außerdem Vorteile hinsichtlich der Schwingungsbekämpfung und des Geräuschverhaltens bzw. der Geräuschwahrnehmung mit sich, weil Geräuschänderungen eher wahrgenommen werden.By regulating the speed of the synchronous generator to a constant value using the excitation current as a manipulated variable, simple conditions are created for operating the drive in an advantageous working range, which represents a significant contribution to improving efficiency, especially when using internal combustion engines. The excitation power, which is comparatively low, reduces the efficiency, but in the range of the nominal speed for which the device is designed, a significantly greater efficiency can be achieved over a wide torque and therefore power range, so that a correspondingly high overall efficiency can be ensured . The constant speed also brings advantages in terms of vibration control and noise behavior or noise perception, because noise changes are perceived more easily.
Für den Antrieb ergeben sich besonders einfache Steuerungsmöglichkeiten, da erfindungsgemäß eine an den Verbraucher angeschlossene, durch den Synchrongenerator aufladbare Batterie vorgesehen ist. Denn auf diese Weise kann der Antrieb über seine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung lediglich ein- und ausgeschaltet werden. Eine Verringerung der Verbraucherspannung unter einen vorgegebenen unteren Grenzwert bedingt ein Einschalten und das Übersteigen eines oberen Grenzwerts ein Ausschalten des Antriebs, wobei die Antriebsleistung zwischen diesen Grenzwerten stufenweise gesteuert werden kann, da erfindungsgemäß der Antrieb in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung in zwei Leistungsstufen betrieben wird. Mit der Steuerung des Antriebs in Abhängigkeit von der an den Batterieklemmen abgreifbaren Verbraucherspannung ergibt sich eine weitgehende Unabhängigkeit von der Art der eingesetzten Batterie und ihrer Alterung, weil erfindungsgemäß mit dieser Verbraucherspannung der innere Batteriewiderstand automatisch berücksichtigt wird. Im Unterschied hierzu wird bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren der Ladezustand (SOC) der Batterien bestimmt und zur Steuerung herangezogen.There are particularly simple control options for the drive, since according to the invention a battery is provided which is connected to the consumer and can be charged by the synchronous generator. In this way, the drive can only be switched on and off via its control device depending on the consumer voltage. A reduction in the consumer voltage below a predetermined lower limit causes the drive to be switched on and exceeding an upper limit causes the drive to be switched off, whereby the drive power can be controlled gradually between these limit values, since according to the invention the drive is operated in two power levels depending on the consumer voltage. By controlling the drive depending on the consumer voltage that can be tapped at the battery terminals, there is extensive independence from the type of battery used and its aging because, according to the invention, the internal battery resistance is automatically taken into account with this consumer voltage. In contrast to this, in the methods known from the prior art, the state of charge (SOC) of the batteries is determined and used for control.
Um eine Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betreiben zu können, ist lediglich über die an einen Drehzahlgeber angeschlossene Steuereinrichtung für den Synchrongenerator der Erregerstrom in Abhängigkeit von einer Soll-Istwertdifferenz der Drehzahl des Synchrongenerators im Sinne einer Ausregelung der Soll-Istwertdifferenz zu steuern, wobei die Steuereinrichtung für den Antrieb des Synchrongenerators den Antrieb in Abhängigkeit von der am Verbraucher anliegenden elektrischen Spannung hinsichtlich seiner Leistung regelt. Ist dabei der Verbraucher an eine durch den Synchrongenerator ladbare Batterie angeschlossen, so kann der Antrieb für den Synchrongenerator durch die mit der Verbraucherspannung beaufschlagbare Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Verbraucherspannung ein- und ausgeschaltet werden. Eine solche Zweipunktregelung wird durch weitere Schwellwerte zwischen den Ein- und Ausschaltgrenzwerten ergänzt, um den Antrieb in unterschiedlichen Leistungsstufen, aber bei konstanter Drehzahl betreiben zu können.In order to be able to operate a device for supplying energy to an electrical consumer in an island operation according to the method according to the invention, the excitation current is only determined via the control device for the synchronous generator connected to a speed sensor as a function of a target-actual value difference in the speed of the synchronous generator in the sense of regulating the target -Actual value difference to control, whereby the control device for the drive of the synchronous generator regulates the drive in terms of its power depending on the electrical voltage applied to the consumer. If the consumer is connected to a battery that can be charged by the synchronous generator, the drive for the synchronous generator can be switched on and off depending on the consumer voltage by the control device that can be supplied with the consumer voltage. Such a two-point control is achieved by further threshold values between The switch-on and switch-off limit values are supplemented in order to be able to operate the drive in different power levels but at a constant speed.
Der Antrieb für den Synchrongenerator kann als Verbrennungskraftmaschine mit einer an die maximale Generatorleistung angepassten maximalen Leistung ausgebildet sein. Unterschiedliche Leistungsanforderungen an die Energiequelle können somit im Ausmaß der Leistungsfähigkeit des Antriebs erfüllt werden, und zwar unabhängig von der Verbraucherleistung, also auch bei Überlast.The drive for the synchronous generator can be designed as an internal combustion engine with a maximum power adapted to the maximum generator power. Different performance requirements for the energy source can therefore be met to the extent of the drive's performance, regardless of the consumer power, i.e. even in the event of overload.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
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1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers in einem Inselbetrieb in einem schematischen Blockschaltbild; -
2 eineder 1 entsprechende Darstellung einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
3 Kennlinien für die Leerlaufspannung des fremderregten Synchrongenerators in Abhängigkeit von der Drehzahl bei unterschiedlichen Erregerströmen; -
4 den Generatorstrom über der Drehzahl für unterschiedliche Kennlinien der Leerlaufspannung des Synchrongenerators; -
5 den zeitlichen Verlauf einer an den Batterieklemmen eines Fahrzeugs mit einem über eine Batterie gespeisten Elektromotor abgegriffenen Spannung für einen vorgegebenen Belastungsverlauf ohne und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieversorgung; -
6 einen zeitlichen Geschwindigkeitsverlauf eines Fahrzeugs mit einem von einer Batterie gespeisten Elektromotor und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieversorgung; -
7 den Leistungsbedarf des Elektromotors eines Fahrzeugs für den Geschwindigkeitsverlauf nach der6 und die über den Synchrongenerator zur Verfügung gestellte Leistung; -
8 den an den Batterieklemmen abgegriffenen zeitlichen Spannungsverlauf in Form der Spannungsdifferenz zwischen der Leerlaufspannung der Batterie und der Verbraucherspannung ohne und mit zugeschaltetem Synchrongenerator; -
9 ein weiteres Beispiel eines Leistungsbedarfs eines Verbrauchers über der Zeitachse im Vergleich zum Leistungsangebot der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Energieversorgung ohne Batterieeinsatz; -
10 den zeitlichen Verlauf der Verbraucherspannung in Form der Differenzspannung zu einer Sollspannung; -
11 den zeitlichen Verlauf der Stellgröße für die Leistungsregelung der Verbrennungskraftmaschine zur Bereitstellung der benötigten Verbraucherleistung beispielsweise anhand einer Drosselklappenverstellung; -
12 den Drehzahlverlauf bei der erfindungsgemäßen Drehzahlregelung des Synchrongenerators für einen Leistungsbedarf gemäß der9 und -
13 den zeitlichen Verlauf des Erregerstroms für eine Drehzahlregelung gemäß der12 .
-
1 a device according to the invention for supplying energy to an electrical consumer in an isolated operation in a schematic block diagram; -
2 one of the1 corresponding representation of an embodiment variant of the device according to the invention; -
3 Characteristic curves for the no-load voltage of the externally excited synchronous generator depending on the speed at different excitation currents; -
4 the generator current versus speed for different idle voltage characteristics of the synchronous generator; -
5 the time profile of a voltage tapped at the battery terminals of a vehicle with an electric motor fed via a battery for a predetermined load profile without and with the energy supply device according to the invention; -
6 a speed curve over time of a vehicle with an electric motor powered by a battery and the energy supply device according to the invention; -
7 the power requirement of a vehicle's electric motor for the speed curve according to the6 and the power provided via the synchronous generator; -
8th the time curve of the voltage tapped at the battery terminals in the form of the voltage difference between the idle voltage of the battery and the consumer voltage without and with the synchronous generator switched on; -
9 a further example of a consumer's power requirement over the time axis in comparison to the power offered by the device according to the invention for energy supply without the use of a battery; -
10 the time course of the consumer voltage in the form of the difference voltage to a target voltage; -
11 the time course of the manipulated variable for the power control of the internal combustion engine to provide the required consumer power, for example based on a throttle valve adjustment; -
12 the speed curve in the speed control of the synchronous generator according to the invention for a power requirement according to9 and -
13 the time course of the excitation current for speed control according to12 .
Weg zur Ausführung der ErfindungWay to carry out the invention
Die Vorrichtung zur Energieversorgung eines elektrischen Verbrauchers 1 im Inselbetrieb weist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach der
Der Leistungsbedarf des Verbrauchers 1 muss durch die Leistung des bei einer vorteilhaften Auslegedrehzahl betriebenen Antriebs 3 abgedeckt werden, was einer entsprechenden Leistungsregelung des Antriebs 3 über eine Steuereinrichtung 11 bedarf. Diese Steuereinrichtung 11 steuert einen Stelltrieb 12, beispielsweise eine Drosselklappe oder eine Einspritzpumpe, für die den Antrieb 3 bildende Verbrennungskraftmaschine. Als Maß für den Leistungsverbrauch kann die jeweilige Verbraucherspannung herangezogen werden, mit der die Steuereinrichtung 11 beaufschlagt wird, um den Stelltrieb 12 in Abhängigkeit von der Leistungsanforderung des Verbrauchers 1 ansteuern zu können. Es können daher die Vorteile einer konstanten Drehzahl für den Wirkungsgrad, die Geräuschausbildung und Wahrnehmung sowie das Schwingungsverhalten vorteilhaft genützt werden, und zwar bei einfachen Regelungsbedingungen.The power requirement of the
Das Ausführungsbeispiel nach der
Wie der
In der
Da sich die Verbraucherspannung Uv unter den unteren Grenzwert Uein absenkt, wird jedoch der Antrieb 3 über die Steuereinrichtung 11 eingeschaltet, was in diesem Ausführungsbeispiel zu einem Spannungsanstieg und damit zu einem Laden der Batterie 13 führt. Da zufolge dieses Spannungsanstiegs der obere Schwellwert UL1 der Verbraucherspannung Uv überschritten wird, wird der Antrieb 3 in der geringeren Leistungsstufe betrieben, was sich in einem flacheren Anstieg des Spannungsverlaufs bemerkbar macht. Da im weiteren Verlauf der untere Schwellwert UL2 unterschritten wird, wird der Antrieb wieder in der höheren Leistungsstufe angesteuert, bis der obere Schwellwert UL1 neuerlich überschritten wird, was einen flacheren Anstieg der Spannungskurve 21 mit sich bringt, bevor der Antrieb 3 beim Erreichen des oberen Grenzwerts Uaus abgeschaltet wird. Wird unmittelbar nach dem Einschalten des Antriebs 3 der Verbraucher 1 abgeschaltet, so ergibt sich an den Batterieklemmen ein Spannungsverlauf entsprechend der strichpunktiert dargestellten Kennlinie 22, die ein Laden der Batterie 13 bedingt.However, since the consumer voltage U v drops below the lower limit value U a , the
Die
Aus der
In den
Sobald die Generatorleistung Pg gemäß der
Claims (4)
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|---|
RU2727922C1 (en) * | 2019-01-10 | 2020-07-27 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Device for frequency control of autonomous sync generator of electric generator |
Citations (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06121406A (en) | 1992-08-20 | 1994-04-28 | Nippondenso Co Ltd | Engine-driven generator apparatus |
US5545928A (en) | 1993-09-17 | 1996-08-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Electric power generation control method in a hybrid vehicle utilizing detected generator output and engine revolutions |
US5703410A (en) | 1995-01-18 | 1997-12-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Control system for engine generator |
US5929609A (en) | 1996-11-08 | 1999-07-27 | Alliedsignal Inc. | Vehicular power management system and method |
JP2000295707A (en) | 1999-04-01 | 2000-10-20 | Mitsubishi Motors Corp | Power generation control device of hybrid electric automobile |
GB2417378A (en) | 2004-08-17 | 2006-02-22 | Graeme Eric Hawksley | Battery charger and power supply control means |
DE102007037354A1 (en) | 2007-08-08 | 2009-02-12 | Robert Bosch Gmbh | Electrical system for motor vehicle, has control circuit measuring voltages in regulation points to select voltage of one regulation point from multiple voltages as control variable and supply voltage to input |
US20090234509A1 (en) | 2006-04-03 | 2009-09-17 | James Becker | Power control system and method |
DE102008049225A1 (en) | 2008-09-27 | 2010-04-01 | Daimler Ag | Method for optimizing operation of network of internal combustion engine and generator in serial hybrid drive, involves regulating torque of internal combustion engine according to predetermined electrical target performance |
DE102009044942A1 (en) | 2009-09-24 | 2011-03-31 | Robert Bosch Gmbh | Electrical machine, particularly generator or starter generator for motor vehicle, has variable number of poles, bundled rotor with exciter winding and permanent magnetically excited pole |
DE102010040863A1 (en) | 2010-09-16 | 2012-03-22 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for operating a generator in a recuperation system of a motor vehicle |
DE102012216019A1 (en) | 2011-09-29 | 2013-04-04 | Suzuki Motor Corporation | Drive control device for serial hybrid vehicle |
DE102012201270A1 (en) | 2012-01-30 | 2013-08-01 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for determining operating point of range extender in electric car, involves selecting speed stage for operation of extender from discrete target rotation speed stages of electric machine in dependence of nominal output of extender |
CN103359115A (en) | 2012-03-27 | 2013-10-23 | 重庆长安汽车股份有限公司 | Extended-range electric vehicle, and vehicle control unit, power generation control method and power generation control system of extended-range electric vehicle |
AT513476A1 (en) | 2012-09-21 | 2014-04-15 | Avl List Gmbh | Method for operating a range extender for electric vehicles |
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US20140163801A1 (en) | 2011-08-08 | 2014-06-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Vehicle, method for controlling vehicle, and control device of vehicle |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5376877A (en) * | 1992-06-11 | 1994-12-27 | Generac Corporation | Engine-driven generator |
US6018200A (en) * | 1994-09-14 | 2000-01-25 | Coleman Powermate, Inc. | Load demand throttle control for portable generator and other applications |
DE10206960A1 (en) * | 2002-02-19 | 2003-08-21 | Still Gmbh | Three-phase drive has externally stimulated generator whose output voltage is regulated by the stimulation and the generator and the drive motor are directly electrically connected together |
JP4213170B2 (en) * | 2006-05-01 | 2009-01-21 | 三菱電機株式会社 | Control device for vehicle generator |
JP4245624B2 (en) * | 2006-09-20 | 2009-03-25 | トヨタ自動車株式会社 | Power supply control device and power supply control method for hybrid vehicle |
DE102008004269A1 (en) * | 2008-01-14 | 2009-07-16 | Generator-Technik Schwäb. Gmünd GmbH & Co. | Power supply device for e.g. ventilator, in e.g. vehicle, has power converter for adjusting excitation of generator depending on value measured at output of generator and voltage value measured in voltage intermediate circuit |
WO2010046962A1 (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-29 | 株式会社MERSTech | Prime mover system |
DE102011105430A1 (en) * | 2011-06-20 | 2012-08-23 | Voith Patent Gmbh | Method for operating synchronous generator for producing electric power in electrical network for onboard power supply or emergency power supply of train, involves reducing current increment gradient when voltage falls below threshold value |
TWI446138B (en) * | 2011-07-29 | 2014-07-21 | Univ Nat Sun Yat Sen | Wind power excitation synchronous generator system and control method thereof |
-
2014
- 2014-11-10 AT ATA50824/2014A patent/AT516418B1/en active
-
2015
- 2015-11-03 DE DE112015005097.3T patent/DE112015005097B4/en active Active
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Patent Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06121406A (en) | 1992-08-20 | 1994-04-28 | Nippondenso Co Ltd | Engine-driven generator apparatus |
US5545928A (en) | 1993-09-17 | 1996-08-13 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Electric power generation control method in a hybrid vehicle utilizing detected generator output and engine revolutions |
US5703410A (en) | 1995-01-18 | 1997-12-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Control system for engine generator |
US5929609A (en) | 1996-11-08 | 1999-07-27 | Alliedsignal Inc. | Vehicular power management system and method |
JP2000295707A (en) | 1999-04-01 | 2000-10-20 | Mitsubishi Motors Corp | Power generation control device of hybrid electric automobile |
GB2417378A (en) | 2004-08-17 | 2006-02-22 | Graeme Eric Hawksley | Battery charger and power supply control means |
US20090234509A1 (en) | 2006-04-03 | 2009-09-17 | James Becker | Power control system and method |
DE102007037354A1 (en) | 2007-08-08 | 2009-02-12 | Robert Bosch Gmbh | Electrical system for motor vehicle, has control circuit measuring voltages in regulation points to select voltage of one regulation point from multiple voltages as control variable and supply voltage to input |
DE102008049225A1 (en) | 2008-09-27 | 2010-04-01 | Daimler Ag | Method for optimizing operation of network of internal combustion engine and generator in serial hybrid drive, involves regulating torque of internal combustion engine according to predetermined electrical target performance |
DE102009044942A1 (en) | 2009-09-24 | 2011-03-31 | Robert Bosch Gmbh | Electrical machine, particularly generator or starter generator for motor vehicle, has variable number of poles, bundled rotor with exciter winding and permanent magnetically excited pole |
DE102010040863A1 (en) | 2010-09-16 | 2012-03-22 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for operating a generator in a recuperation system of a motor vehicle |
US20140163801A1 (en) | 2011-08-08 | 2014-06-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Vehicle, method for controlling vehicle, and control device of vehicle |
DE102012216019A1 (en) | 2011-09-29 | 2013-04-04 | Suzuki Motor Corporation | Drive control device for serial hybrid vehicle |
DE102012201270A1 (en) | 2012-01-30 | 2013-08-01 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Method for determining operating point of range extender in electric car, involves selecting speed stage for operation of extender from discrete target rotation speed stages of electric machine in dependence of nominal output of extender |
CN103359115A (en) | 2012-03-27 | 2013-10-23 | 重庆长安汽车股份有限公司 | Extended-range electric vehicle, and vehicle control unit, power generation control method and power generation control system of extended-range electric vehicle |
AT513476A1 (en) | 2012-09-21 | 2014-04-15 | Avl List Gmbh | Method for operating a range extender for electric vehicles |
WO2014083487A2 (en) | 2012-11-27 | 2014-06-05 | Moteurs Leroy-Somer | Method for regulating a generator set |
US20150315989A1 (en) | 2012-11-27 | 2015-11-05 | Moteurs Leroy-Somer | Method For Regulating A Generator Set |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Piller, Perrin, Jossen: Methods for state-of-charge determination and their applications. In: Journal of Power Sources, Volume 96, 2001, Issue 1, Seiten 113-120. - ISSN 0378-7753. https://doi.org/10.1016/S0378-7753(01)00560-2 [abgerufen am 05.10.2023] |
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