DE19610927A1 - Verfahren zur Steuerung der Energieversorgung - Google Patents
Verfahren zur Steuerung der EnergieversorgungInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung der
Energieversorgung für Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz
nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Die Gewährleistung einer ausreichenden Energieversorgung für
elektrische Verbraucher in einem Kraftfahrzeug wird mit
zunehmender Anzahl von elektrischen Verbrauchern immer
problematischer. Werden zu viele Verbraucher mit hoher
Leistungsaufnahme gleichzeitig betrieben, kann der Generator
nicht genügend Energie liefern und die fehlende Energie muß
von der Batterie bereitgestellt werden. Dabei besteht die
Gefahr, daß sich die Batterie zu stark entlädt und die
Energieversorgung vollständig zusammenbricht. Um dies zu
vermeiden, wird in der DE-PS 39 36 638 vorgeschlagen, die
elektrischen Verbraucher eines Fahrzeugbordnetzes
entsprechend ihrer Wichtigkeit zu Gruppen zusammenzufassen,
den Ladezustand der Batterie laufend zu messen und bei
Erreichen eines kritischen Ladezustandes zunächst die
unwichtigen Verbraucher und danach die weniger wichtigen
Verbraucher abzuschalten und somit einen Zusammenbruch der
Energieversorgung für sicherheitsrelevante Verbraucher, die
nicht abgeschaltet werden dürfen, zu verhindern. Oft
besteht jedoch das größte Problem bei der Sicherung der
elektrischen Energieversorgung für Verbraucher in einem
Kraftfahrzeug darin, daß unmittelbar nach dem Start mehrere
Verbraucher mit sehr hoher Leistungsaufnahme betrieben
werden sollten. Daraus ergeben sich besondere Probleme, da
zum einen der Generator unmittelbar nach dem Start noch
nicht genügend Energie liefern kann und zum anderen der
Anlasser eine sehr hohe Leistungsaufnahme hat, die während
der Betätigung des Anlassers sowie unmittelbar danach zu
einem deutlichen Spannungsabfall führt.
Die Aufgabe der
Erfindung besteht daher darin, eine zuverlässige
Bereitstellung von elektrischer Energie unmittelbar nach dem
Start zu gewährleisten und ein unerwünscht starkes Absinken
der Bordnetzspannung zu vermeiden. Gelöst wird diese Aufgabe
durch ein Verfahren zur Steuerung der Energieversorgung für
Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz mit den Merkmalen des
Anspruchs 1.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der
Energieversorgung für Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz
hat den Vorteil, daß eine Bordnetzüberlastung während des
Starts sowie während einer sich daran unmittelbar
anschließenden Zeitspanne zuverlässig vermieden werden kann,
so daß in vorteilhafter Weise ein unzulässiges Absinken der
Bordnetzspannung verhindert wird. Erzielt wird dieser
Vorteil, indem unmittelbar nach dem Start nicht alle
Verbraucher gleichzeitig eingeschaltet werden, sondern
einzelne Verbraucher oder Verbrauchergruppen entsprechend
wählbarer Kriterien in einer zeitlichen Reihenfolge an die
Spannungsversorgung angeschlossen werden. Die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in vorteilhafter Weise
mit Hilfe einer eigenen Steuereinrichtung durchgeführt.
Diese Steuereinrichtung ist beispielsweise ein
Mikroprozessor oder Mikrocomputer, der je nach
Ausführungsform Bestandteil des Steuerteils des
Spannungsreglers sein kann oder als getrennte
Steuereinrichtung ausgeführt ist. In einer vorteilhaften
Ausgestaltung kann die Steuereinrichtung auch Bestandteil
des Motorsteuergerätes sein. Die Steuereinrichtung steuert
in jedem Fall die Schaltmittel an, über die die einzelnen
Verbraucher oder Verbrauchergruppen an die
Spannungsversorgung angeschlossen werden.
In vorteilhafter Weise können der Steuereinrichtung eine
Vielzahl von Informationen bezüglich Betriebszustand der
Brennkraftmaschine, Informationen über Spannungsverläufe,
anwählbaren Punkten des Bordnetzes sowie Informationen
bezüglich des aktuellen Ladezustandes der Batterie zugeführt
werden. Mit Hilfe der Steuereinrichtung kann in
vorteilhafter Weise auf die Regelcharakteristik des
Spannungsreglers eingegriffen werden und die
Ausgangsspannung des Generators während einer kurzen
Zeitphase unmittelbar nach dem Start erhöht werden, wobei in
diesem Fall sichergestellt werden muß, daß
spannungsempfindliche Verbraucher während dieser Phase vom
Generator abgekoppelt werden. Bei einem Generator, der über
einen umschaltbaren Zwischentrieb von der Brennkraftmaschine
angetrieben wird, kann die Steuereinrichtung auf diesen
Zwischentrieb eingreifen und die Generatordrehzahl während
der Startphase zumindest zeitweilig erhöhen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
In der Fig. 1 sind erfindungswesentliche Bestandteile eines
Fahrzeugbordnetzes dargestellt. Dabei ist im einzelnen mit
10 ein Drehstromgenerator bezeichnet, der von einer
Brennkraftmaschine 11 über einen Zwischentrieb 12
angetrieben wird. Der Zwischentrieb 12 ist üblicherweise so
ausgelegt, daß sich der Generator etwa doppelt so schnell
dreht wie die Welle der Brennkraftmaschine, von der der
Generator 10 angetrieben wird.
An der Klemme B+ des Generators 10 entsteht eine
gleichgerichtete Ausgangsspannung, deren Höhe mit Hilfe des
Spannungsreglers 13 durch Beeinflussung des Erregerstromes
des Generators geregelt wird.
Als Bestandteile des Bordnetzes sind erste Verbraucher 14
angegeben, die nach Fig. 2 beispielsweise einen elektrisch
beheizbaren Katalysator 14a, eine Frontscheibenheizung 14b
und eine Heckscheibenheizung 14c umfassen. Diese Verbraucher
können über die Schalter 15a, 15b und 15c direkt an die
Generatorklemme B+ gelegt werden.
Mit 16 ist die Fahrzeugbatterie bezeichnet, die unter
anderem zur Versorgung des Anlassers 17 dient. Der
Anlasser 17 kann über den Schalter 18 beim Start der
Brennkraftmaschine betätigt werden. Weitere Verbraucher sind
mit 19 bezeichnet. Diese Verbraucher umfassen beispielsweise
Lampen, Stellmotoren und ähnliches, die mit einer relativ
konstanten Spannung betrieben werden sollten und über einen
Schalter 20 mit Spannung versorgt werden können.
Mit 21 sind empfindliche Verbraucher bezeichnet, die eine
konstante Spannung benötigen und üblicherweise nur eine
geringe Leistungsaufnahme aufweisen. Solche Verbraucher sind
beispielsweise elektronische Verbraucher, Mikroprozessoren
und ähnliches, die über einen Schalter 22 an die
Versorgungsspannung anschließbar sind. Gegebenenfalls ist
zwischen den Schalter 22 und die Verbraucher 21 noch ein
Spannungswandler 23 zu schalten, der die Versorgungsspannung
herunterregelt. Über einen weiteren Schalter 28 können
bestimmte Bordnetzbereiche vom Generator getrennt werden,
sie werden dann nur von der Batterie 16 versorgt.
Die Steuereinrichtung, die die vorstehend beschriebene
Anordnung steuert und das erfindungsgemäße Verfahren zur
Steuerung der Energieversorgung für Verbraucher in einem
Fahrzeugbordnetz durchführt, ist mit 24 bezeichnet. Diese
Steuereinrichtung kann als Mikroprozessor ausgebildet sein,
sie kann Bestandteil des Spannungsreglers 13 sein oder als
eigene Mikrocomputeranordnung ausgestaltet sein. Die
Steueranordnung 24 kann auch als Bestandteil des
Steuergerätes, das die Regelung der Brennkraftmaschine
durchführt, ausgebildet sein. Der Steuereinrichtung 24
werden über Eingänge 25, 26, 27 die erforderlichen
Informationen zugeführt, beispielsweise Spannungen an
vorgebbaren Stellen des Fahrzeugbordnetzes, Informationen
über Drehzahl der Brennkraftmaschine oder des Generators,
Umgebungstemperatur oder aktueller Ladezustand der Batterie.
Diese Daten werden mit Hilfe von geeigneten Sensoren
gewonnen; sie sind im einzelnen nicht dargestellt.
Die Steuereinrichtung 24 bildet aus den ihr zugeführten
Informationen Ansteuersignale, mit denen sie die
Schalter 15, 20, 22 und 28 in geeigneter Weise betätigt. Die
Steuereinrichtung 24 kann auch auf den Spannungsregler 13
eingreifen und beispielsweise für eine kurze Zeit nach dem
Start die Ausgangsspannung des Generators 10 an der
Klemme B+ erhöhen. Es muß dann allerdings sichergestellt
werden, daß während dieser Zeitspanne der Schalter 28
geöffnet ist, so daß die nachfolgenden Teile des Bordnetzes
nicht durch die zu hohe Ausgangsspannung des Generators
beeinträchtigt werden.
Die Steuereinrichtung 24 kann gegebenenfalls auch auf den
Zwischentrieb 12 einwirken und so das Verhältnis zwischen
Generatordrehzahl und Drehzahl der Brennkraftmaschine in
geeigneter Weise beeinflussen. Die Steuereinrichtung 24
umfaßt weiterhin Mittel zur Zeitmessung, so daß sie in der
Lage ist, Ansteuerimpulse nach einer gewissen vorgebbaren
Zeitspanne abzugeben.
Mit der in der Figur dargestellten Anordnung kann das
erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung der
Energieversorgung für Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz
durchgeführt werden. Gemäß diesem Verfahren betätigt die
Steuereinrichtung 24 unmittelbar nach dem Start einen ersten
Schalter, beispielsweise 15 und führt einem ersten
Verbraucher 14, beispielsweise einem elektrisch beheizten
Katalysator 14a, die Versorgungen zu. Ein solcher elektrisch
beheizter Katalysator hat üblicherweise eine
Leistungsaufnahme von ein bis zwei kW und wird circa zehn
bis zwanzig Sekunden geheizt. Kurze Zeit nach dem Schließen
des ersten Schalters wird ein weiterer Schalter betätigt und
beispielsweise die Frontscheibenheizung 14b eingeschaltet.
Eine solche Frontscheibenheizung, die beispielsweise als
beschichtete Verbundglasscheibe vorliegt, weist eine
Leistungsaufnahme von 0,7 bis 1,5 kW auf und sollte circa
ein bis drei Minuten eingeschaltet werden. Ein weiterer
Verbraucher, der relativ bald nach dem Start eingeschaltet
werden sollte, ist die elektrische Heckscheibenheizung 14c,
die beispielsweise auch als beschichtete Verbundglasscheibe
ausgestaltet ist und eine Leistungsaufnahme von
circa 0,3 bis 0,5 kW aufweist und für einige Minuten
eingeschaltet bleiben sollte.
Die genannten Verbraucher, die jeweils eine relativ hohe
Leistungsaufnahme zeigen, werden also zeitlich gestaffelt
eingeschaltet nach einer wählbaren Reihenfolge, wobei bei
Vorliegen eines ausreichenden Ladezustandes der Batterie
Überschneidungen der Heizzeiten gestattet werden. Eine
Beschränkung auf die erwähnten Verbraucher ist nicht
vorgesehen, es können gegebenenfalls weitere
Heizungsverbraucher oder andere Verbraucher nach einer
vorgebbaren Reihenfolge zugeschaltet werden. Durch diese
Reihenfolge wird erreicht, daß das Bordnetz nicht zu stark
überlastet wird und die Summenheizleistung sich von einem
Maximalwert von zwei kW bis vier kW auf circa ein kW bis
zwei kW erzielen läßt. Gegebenenfalls kann nach einer
erfolgten Grundheizung durch Takten des Heizstromes ein
Heizen im Teillastbereich fortgesetzt werden.
Verbraucher mit geringer Leistungsaufnahme können
unmittelbar nach dem Start an die Spannungsversorgung gelegt
werden, da sie nur wenig Auswirkungen auf die insgesamt
benötigte Leistung zeigen. Bei erkannt schlechtem
Ladezustand kann die Steuereinrichtung 24 auf den
Zwischentrieb 12 zwischen Brennkraftmaschine und Generator
einwirken und das Übersetzungsverhältnis so ändern, daß der
Generator schneller rotiert. Es ist auch möglich, daß die
Steuereinrichtung 24 direkt auf die
Brennkraftmaschinenregelung einwirkt und die Drehzahl,
beispielsweise die Leerlaufdrehzahl, anhebt.
In einem erweiterten Bordnetz, bei dem die
spannungsempfindlichen Verbraucher sowie die Batterie mit
Hilfe eines weiteren Schalters 28 zeitweilig vom Generator
abgekoppelt werden können, kann die Ausgangsspannung des
Generators während einer kurzen Phase nach dem Start erhöht
werden, indem in bekannter Weise der Erregerstrom erhöht
wird oder der Regler ganz abgeschaltet wird und der
Generator mit freier Spannung betrieben wird, dabei werden
die Verbraucher mit hoher Leistungsaufnahme wiederum in der
vorgegebenen Reihenfolge eingeschaltet.
Claims (5)
1. Verfahren zur Steuerung der Energieversorgung für
Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz, mit einem Generator
und einem Spannungsregler, der die Ausgangsspannung des
Generators regelt, mit einem Anlasser sowie einer Batterie
und Verbrauchern, die über Schaltmittel mit dem B+-Anschluß
des Generators, an den auch die Batterie angeschlossen ist,
zur Spannungsversorgung verbindbar sind und mit einer
Steuereinrichtung, über die die Schaltmittel umschaltbar
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (24)
nach dem Betätigen des Anlassers (17) die Verbraucher (14a,
14b, 14c, 19, 21) oder Verbrauchergruppen in einer
vorgebbaren Reihenfolge durch Schließen der entsprechenden
Schaltmittel an die Spannungsversorgung legen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Verbraucher mit geringer Leistungsaufnahme unmittelbar nach
dem Start mit Spannung versorgt werden und lediglich
Verbraucher mit hoher Leistungsaufnahme nach einer
vorgebbaren Reihenfolge an die Spannungsversorgung
angeschlossen werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbraucher mit hoher Leistungsaufnahme unmittelbar
nach dem Start in folgender Reihenfolge eingeschaltet
werden: Elektrische Katalysatorheizung (14a),
Frontscheibenheizung (14b), heizbare Heckscheibe (14c),
weitere Hochleistungsverbraucher.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Verbraucher, die
Heizverbraucher darstellen, zunächst mit einer Grundheizung
versehen werden und anschließend die Heizung durch Takten im
Teillastbereich fortgesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (24)
zusätzlich auf den Spannungsregler (13) einwirkt und diesen
entweder umschaltet, so daß der Generator während einer
kurzen Zeit nach dem Start eine höhere geregelte
Ausgangsspannung abgibt oder den Regler (13) ausschaltet, so
daß der Generator (10) für eine kurze Zeit nach dem
Einschalten eine ungeregelte höhere Spannung abgibt, die zur
Versorgung der Verbraucher mit hoher Leistungsaufnahme
verwendet wird.
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