DE19610927A1 - Verfahren zur Steuerung der Energieversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung der Energieversorgung für Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Stand der Technik

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.

Vorteile der Erfindung

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.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

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.