DE19840819C1 - Startersystem für einen Verbrennungsmotor sowie Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Startersystem für einen Verbrennungsmotor (1), mit einem elektrischen Starter (4), einer Starterbatterie (9, 9'), einer Einrichtung (10) zur Messung der Temperatur der Starterbatterie (9, 9'), einer leistungselektronischen Funktionseinheit (7c; 13), die den Wert des der Starterbatterie (9, 9') zum Zweck des Startens oder der Startvorbereitung entnommenen Entladestroms aktiv einstellt; und einer Steuereinrichtung (11), die der Funktionseinheit (7c; 13) den einzustellenden Entladestromwert vorgibt, wobei bei tiefen Batterietemperaturen der maximale Entladestromwert niedriger als bei hohen Temperaturen liegt. Die Erfindung betrifft auch ein entsprechendes Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Startersystem für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Starten eines Verbren­ nungsmotors.

Herkömmliche Starter sind üblicherweise als Reihenschluß-Gleich­ strommotoren ausgeführt. Ein Reihenschlußmotor wird üblicherweise deshalb gewählt, da diese Motorart ein relativ hohes Anzugsmoment zum "Losbrechen" des Verbrennungsmotors aufbringt. Dies hat al­ lerdings zur Folge, daß bei aufzubringenden hohen Drehmomenten beträchtliche Ströme fließen.

Bei einem Kaltstart setzt der Verbrennungsmotor dem Starter durch die sehr hohen Scherkräfte des Motoröls ein beträchtliches Moment entgegen, so daß der Startstrom zu niedrigen Temperaturen hin stark ansteigt, so beispielsweise bei leistungsfähigen Startern für großvolumige Verbrennungsmotoren auf Werte bis zu mehreren 100 A. Gleichzeitig steigt mit abnehmender Temperatur der Innenwider­ stand der Starterbatterie an, was die entnehmbare Leistung bzw. den Entladestrom stark einschränkt. Aufgrund dieser beiden - sich in ihrer Wirkung verstärkenden - Effekte passiert es bei niedrigen Temperaturen nicht selten, daß die Starterbatterie bei einem gewünschten Kaltstart versagt, weil der vom Starter "geforderte" Entladestrom zu groß ist.

Im Stand der Technik sind eine Reihe von Vorschlägen bekannt, die ein sicheres Starten bei tiefen Temperaturen ermöglichen sollen. Viele dieser Vorschläge sehen einen zusätzlichen Kurzzeitspeicher in Form eines Kondensatorspeichers vor, welcher vor dem Startvor­ gang langsam aufgeladen wird. Bei einigen dieser Vorschläge wird die Batterie und der vorgeladene Kondensator beim Starten par­ allelgeschaltet, so daß beide Energiespeicher zum Startvorgang beitragen (JP 02175350 A (Isuzu) und JP 02175351 A (Isuzu)). Bei anderen Vorschlägen wird der Kondensatorspeicher für den Startvor­ gang von der Starterbatterie getrennt, das Starten erfolgt also vollständig mit der in ihm gespeicherten Energie (DE 41 35 025 A1 (Magneti Marelli)). Bei weiteren Vorschlägen dieser Art wird die zum Starten benötigte Energie von dem Spannungsniveau der Starterbatterie (12 V oder 24 V) durch einen hochsetzenden Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler (sog. Hoch­ setzsteller) zunächst auf ein höheres Spannungsniveau gebracht und in dem Kondensatorspeicher gespeichert (SO 1265388 A1 (Mosc Auto­ mech) und EP 0 390 398 A1 (Isuzu)). Die höhere Spannung beim Starten bei gleichzeitig verringertem Entladestrom erlaubt, so die letztgenannten Vorschläge, ein sicheres Starten auch bei tiefen Temperaturen.

Aus der EP 0 403 051 A1 (Isuzu) ist es ferner bekannt, einen zum Speichern der Startenergie dienenden Kondensator nur bis zu einem bestimmten variablen Spannungspegel aufzuladen, der von der je­ weils vorliegenden Temperatur des Motorkühlmittels abhängt.

Ferner gibt es eine Reihe von Vorschlägen, bei denen Temperaturen im Kraftfahrzeug erfaßt werden und die Steuerung elektrischer Vorgänge beeinflussen:

So ist es beispielsweise aus der EP 0 533 037 B1 (Magneti Marelli) bekannt, einen Kondensatorspeicher zur Speisung einer elektrischen Katalysatorheizung vorzusehen, wobei die Entnahme aus dem Speicher und damit der Grad der Beheizung temperaturabhängig gesteuert sind.

Auch wurde vorgeschlagen, die Temperatur der Fahrzeugbatterie zu messen und den Ladestrom mit Hilfe einer Änderung der Generator­ erregung temperaturabhängig zu variieren; und zwar soll der Lade­ strom zu tieferen Temperaturen hin erhöht werden. Dies soll offen­ bar dazu dienen, auch bei tiefen Temperaturen, wenn die Batterie "ladeunwilliger" ist, eine Erhöhung der Ladezeit zu vermeiden (DE 34 23 767 A1 (Bosch) und EP 0 621 990 B1 (Bosch)).

Um die Funktion anderer elektrischer Verbraucher - wie etwa der Zünd- und Einspritzanlage - trotz des starken Absinkens der elek­ trischen Versorgungsspannung beim Kaltstarten zu vermeiden, wurde ferner zur Konstanthaltung der Versorgungsspannung die Verwendung von Hochsetzstellern vorgeschlagen (EP 0 391 065 A2 (Bosch)).

Schließlich ist aus der WO 97/08456 (Clouth et al.) ein moderner Hochleistungsstarter auf der Basis einer Drehstrommaschine be­ kannt, wobei die Gleichspannung der Starterbatterie umgerichtet wird und im Rahmen dieser Umrichtung auf ein erhöhtes Spannungs­ niveau eines Gleichspannungs-Zwischenkreises hochgesetzt wird. Besondere Maßnahmen zur Gewährleistung eines sicheren Startens bei tiefen Temperaturen sind dort nicht erwähnt.

Aus der US-PS 5 325 042 ist ein Startersystem für eine Brennkraft­ maschine in Form einer Turbine bekannt, mit einem elektrischen Starter, einer Starterbatterie, einer leistungselektronischen Funktionseinheit in Form eines Spannungsquellenumrichters, die den Wert des der Starterbatterie zum Zwecke des Startens entnommenen Stroms aktiv einstellt, und einer auf Pulsweitenmodulation beru­ henden Steuereinrichtung, die der leistungselektronischen Funk­ tionseinheit den einzustellenden Ladestrom vorgibt.

Aus der DE 43 41 826 A1 ist es bekannt, bei einem Verbrennungs­ motor mit Abschaltautomatik die Temperatur einer Starterbatterie mittels eines Sensors zu erfassen und einer Steuereinrichtung zuzuführen. In Abhängigkeit von dem gemessenen Temperaturwert wird entschieden, ob bei einem Ampelstop eine automatische Abschaltung des Verbrennungsmotors erfolgen darf oder nicht.

Aus IBM Technical Disclosure Bulletin Band 37, Nr. 6A, Juni 1994, S. 609-610 ist eine Batterielade- und -entladeschaltung für trag­ bare Geräte bekannt, bei der die Temperatur der Batterie erfasst und abhängig hiervon beim Entladen das Puls-Pausen-Verhältnis des Entladestroms, also dessen Mittelwert eingestellt wird. Bei tiefen Batterietemperaturen liegt dieser Wert höher als bei hohen.

Manche der eingangs erwähnten Vorschläge, z. B. derjenige von Mosc Automech, können einen Ausfall der Batterie bei gewünschten Tief­ temperaturstarts vermeiden.

Die Erfindung hat zum Ziel, eine weitere Lösung dieses Problems anzugeben.

Gemäß Anspruch 1 stellt die Erfindung ein Startersystem für einen Verbrennungsmotor bereit, mit einem elektrischen Starter, einer Starterbatterie, einer Einrichtung zur Messung der Temperatur der Starterbatterie, einer leistungselektronischen Funktionseinheit, die den Wert des der Starterbatterie zum Zweck des Startens oder der Startvorbereitung entnommenen Entladestroms aktiv einstellt, und einer Steuereinrichtung, die der Funktionseinheit den ein­ zustellenden Entladestromwert vorgibt, wobei bei tiefen Batterie­ temperaturen der maximale Entladestromwert niedriger als bei hohen Temperaturen liegt. Mit anderen Worten wird also die Temperatur der Batterie - und damit indirekt deren Innenwiderstand - vor dem Start erfaßt und mit Hilfe dieses Wertes ein temperaturabhängiger zulässiger Entladestrom bestimmt. Diese Maßnahme vermeidet in der überwiegenden Zahl der Fälle einen Ausfall der Batterie bei tiefen Temperaturen und erhöht die Sicherheit beim Kaltstart. In den­ jenigen Fällen, in denen kein zusätzlicher Kurzzeitspeicher oder ähnliches vorgesehen ist, steht dem Starter zwar nur eine be­ schränkte elektrische Leistung zur Verfügung. In vielen Fällen, in denen herkömmlicherweise bereits ein Ausfall eintrat, wird diese beschränkte Leistung noch zum Starten ausreichen. In denjenigen Fällen, in denen der Start aufgrund der Leistungsbeschränkung den Verbrennungsmotor nicht mehr losbrechen kann, wird zumindest eine Entladung der Batterie durch den Startversuch vermieden, so daß wenigstens nach Aufheizen der Batterie noch ein Starten möglich ist.

Angemerkt sei noch, daß mit "Starterbatterie" nicht etwa gemeint ist, daß diese ausschließlich zum Starten dienen muß. Sie kann vielmehr, wie üblich bei Kraftfahrzeugen, neben dem Starter auch andere Verbraucher speisen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angege­ ben. Gemäß Anspruch 2 wird der Starter aus einer höheren Spannung als derjenigen der Starterbatterie (üblicherweise 12 V oder 24 V) gespeist. Ein Betrieb bei einer solchen höheren Spannung (z. B. 48 V) erlaubt eine vorteilhaftere Konstruktion der Startermaschine. Zwischen den beiden Spannungsniveaus ist ein Hochsetzsteller geschaltet, welcher auch die Aufgabe der aktiven Einstellung des Entladestroms übernimmt.

Gemäß Anspruch 3 ist der Starter als Drehstrommaschine ausgebil­ det, deren Versorgungsspannung durch Wechselrichtung einer Gleich­ spannung eines Zwischenkreises gewonnen wird. Gemäß Anspruch 4 ist die oben erwähnte erhöhte Spannung die Zwischenkreisspannung. Der erwähnte Hochsetzsteller liegt dann zwischen der Starterbatterie und dem Zwischenkreis. Eine erhöhte Zwischenkreisspannung hat bei einem Drehstromstarter den Vorteil, daß die im Wechselrichter zwangsläufig auftretenden Verluste an den Halbleiterelementen geringer ausfallen.

Anspruch 5 betrifft den Fall, daß der Starterbatterie während des Startvorgangs Energie über den Hochsetzsteller entnommen wird. Eine Alternative beschreibt Anspruch 6, wobei neben der Starter­ batterie wenigstens ein Kurzzeitspeicher vorhanden ist, welcher beim Startvorgang die gesamte oder einen Teil der Startenergie an den Starter liefert. Die Aufladung des Kurzzeitspeichers erfolgt als Startvorbereitung durch Entnahme aus der Starterbatterie. Die leistungselektronische Funktionseinheit ist zwischen Starterbatte­ rie und Kurzzeitspeicher geschaltet und stellt den der Starterbat­ terie zwecks Kurzzeitspeicheraufladung entnommenen Stromwert aktiv ein. Auch eine Kombination beider Alternativen ist möglich, bei welcher der Kurzzeitspeicher nur unterstützend wirkt. Hierbei lädt die Starterbatterie zunächst startvorbereitend den Kurzzeitspei­ cher auf. Beim Startvorgang liefern dann beide Energie zum Star­ ter. Unter Kurzzeitspeicher wird übrigens ein Speicher verstanden, der relativ zur speicherbaren Energiemenge hohe Leistungen abgeben kann, oder, anders ausgedrückt, schnell entladbar ist (in der Größenordnung von z. B. 0,1 bis 5 Minuten). Hierzu zählen bei­ spielsweise Hochleistungskondensatoren, schnelle galvanische Elemente und Mischformen hiervon (z. B. sog. Ultra-Caps). Die Verwendung eines Kurzzeitspeichers hat noch einen weiteren Vor­ teil: in denjenigen Fällen, in denen die elektrische Leistung, die von der Starterbatterie an den Starter direkt abgegeben werden kann, für den Startvorgang nicht mehr ausreicht, ist in den mei­ sten Fällen in der Starterbatterie noch genügend Energie vorhan­ den, um den Kurzzeitspeicher ausreichend aufzuladen. Durch die Wirkung der leistungselektronischen Funktionseinheit erfolgt der Ladevorgang in Abhängigkeit von der Batterietemperatur, so daß die Ladezeit minimiert wird. Der Kurzzeitspeicher gibt dann nach Aufladung mit der erforderlichen Energie die zum Starten benötigte Leistung ab.

Gemäß Anspruch 7 wird der Kurzzeitspeicher auf eine höhere Span­ nung als diejenige der Starterbatterie aufgeladen. Gemäß Anspruch 8 ist diese höhere Spannung bei einem Startersystem gemäß Anspruch 4 um die erhöhte Zwischenkreisspannung oder einen in deren Nähe liegenden Wert erhöht. Bei dieser Ausgestaltung speist also der Kurzzeitspeicher ohne wesentliche Spannungsumsetzung direkt in den Zwischenkreis ein, was sich zugunsten der Sicherheit, Schnellig­ keit und Effektivität des Startvorgangs auswirkt.

Eine andere Ausgestaltungsmöglichkeit eines Startersystems mit Drehstrommaschine gemäß Anspruch 3 ist in Anspruch 9 angegeben. Hier liegt die Starterbatterie (oder - bei mehreren Starterbatte­ rien - eine der Starterbatterien) nicht auf dem üblichen Nieder­ spannungsniveau (12 V oder 24 V), sondern auf dem erhöhten Zwischen­ kreisniveau (z. B. 48 V). Deshalb wird diese Starterbatterie der Einfachheit halber nachfolgend auch "Hochspannungsbatterie" ge­ nannt. Da verschiedene Verbraucher eines Kraftfahrzeugs, insbeson­ dere die Beleuchtung, im allgemeinen bei niedrigeren Spannungen vorteilhafter arbeiten, ist ein Niederspannungsteil des Bordnetzes vorgesehen, welches niedriger als die Zwischenkreisspannung liegt. Dieser Niederspannungsteil wird z. B. durch Spannungsherabsetzung aus der Starterbatterie im Zwischenkreis gespeist. Die leistungs­ elektronische Funktionseinheit zur Einstellung des Entladestroms liegt z. B. zwischen der Hochspannungsstarterbatterie und dem Zwischenkreis. Bei anderen Ausführungsformen wird der zwischen Zwischenkreis und Wechselstrommaschine liegende Wechselrichter so gesteuert, daß nicht mehr als der vorgegebene Entladestrom aus dem Zwischenkreis in Wechselstrom umgesetzt wird. Hier ist also der Wechselrichter gleichzeitig die leistungselektronische Funktions­ einheit zur aktiven Einstellung des Entladestroms.

Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Starten eines Ver­ brennungsmotors gerichtet, welches einen elektrischen Starter, eine Starterbatterie und eine Einrichtung zur Messung der Tempera­ tur der Starterbatterie aufweist. Das Verfahren besteht darin, daß die Temperatur der Starterbatterie gemessen wird, in Abhängigkeit von der gemessenen Batterietemperatur ein maximaler Entladestrom­ wert, der bei niedrigen Temperaturen niedriger als bei hohen Temperaturen liegt, bestimmt wird und der der Starterbatterie zum Zweck des Startens oder der Startvorbereitung entnommene Entlade­ stromwert aktiv so eingestellt wird, daß er den maximalen Entlade­ stromwert nicht überschreitet.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und der angefügten Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm des maximalen Entladestroms als Funktion der Batterietemperatur;

Fig. 2 eine Schemadarstellung der wichtigsten Funktionseinhei­ ten eines ersten Ausführungsbeispiels eines Startersy­ stems;

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Starten.

In den Figuren sind funktionsgleiche oder -ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 veranschaulicht die Abhängigkeit des Entladestroms von der Batterietemperatur, der bei den folgenden Ausführungsbeispielen der Starterbatterie durch entsprechende aktive Einstellung einer (unten noch näher erläuterten) leistungselektronischen Funktions­ einheit beim Starten entnommen wird. Man erkennt, daß es sich um eine monoton steigende Funktion handelt, die also bei tiefen Temperaturen relativ niedrige Werte hat und mit steigender Tempe­ ratur zunimmt. Die mit "T_min" und "T_max" gekennzeichneten Tempera­ turwerte sind diejenigen Grenzen der Batterietemperatur, für welche die Batterie betriebsfähig ist (also z. B. -30°C und +80°C).

Das Startersystem gemäß Fig. 2 ist für ein Kraftfahrzeug, z. B. einen Personenkraftwagen, bestimmt. Es weist einen Verbrennungs­ motor 1 auf, der Drehmoment über eine Antriebswelle 2 (z. B. die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1), eine Kupplung 3 und weitere (nicht gezeigte) Teile eines Antriebsstrangs auf die Antriebsräder des Fahrzeugs abgibt. Bei der hier interessierenden Starterfunk­ tion ist die Kupplung 3 geöffnet. Auf der Antriebswelle 2 sitzt eine als Starter dienende elektrische Maschine 4, hier eine Asyn­ chron-Drehstrommaschine. Sie weist einen direkt koaxial auf der Antriebswelle 2 sitzenden und drehfest mit ihr verbundenen Läufer 5 sowie einen z. B. am Gehäuse des Verbrennungsmotors 1 abgestütz­ ten Ständer 6 auf. Der Starter 4 (sowie die unten näher beschrie­ benen Einrichtungen zu seiner Speisung und zur Energiespeicherung) sind so dimensioniert, daß der Verbrennungsmotor 1 vorzugsweise direkt (d. h. ohne Schwungradfunktion oder ähnliches) gestartet werden kann. Vorzugsweise ist auch keine Über- oder Untersetzung zwischen Starter 4 und Verbrennungsmotor 1 angeordnet, so daß beide permanent zusammenlaufen können. Die (nicht dargestellte) Wicklung des Ständers 6 wird durch einen Umrichter 7 mit elek­ trischen Strömen und Spannungen praktisch frei einstellbarer Amplitude, Phase und Frequenz gespeist. Es handelt sich z. B. um einen Gleichspannungs-Zwischenkreis-Umrichter, welcher aus einer im wesentlichen konstanten Zwischenkreis-Gleichspannung mit Hilfe von elektronischen Schaltern z. B. sinusbewertete breitenmodulierte Pulse herausschneidet, die - gemittelt durch die Induktivität der elektrischen Maschine 4 - zu nahezu sinusförmigen Strömen der gewünschten Frequenz, Amplitude und Phase führen. Der Umrichter 7 ist im wesentlichen aus einem maschinenseitigen Wechselrichter 7a (einem Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umrichter), einem Gleich­ spannungs-Zwischenkreis 7b und einem bordnetzseitigen Hochsetz­ steller 7c (einem Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler) aufge­ baut. Der Hochsetzsteller 7c ist mit einem Fahrzeugbordnetz 8 und einer Starterbatterie 9 gekoppelt. Das Bordnetz 8 und die Starter­ batterie 9 liegen auf einem niedrigen Spannungsniveau, z. B. 12 oder 24 V. Der Zwischenkreis 7b liegt demgegenüber auf einer erhöh­ ten Spannung, die vorteilhafterweise im Bereich zwischen 40 und 350 V liegt. Der Hochsetzsteller 7c dient dazu, die beim Starten der Starterbatterie 9 entnommene elektrische Energie von dem niedrigen Spannungsniveau auf das erhöhte Spannungsniveau des Zwischenkreises 7b hochzusetzen. Er fungiert gleichzeitig als Strombegrenzer, der gemäß Vorgabe einer (unten erläuterten) Steu­ ereinrichtung verhindert, daß der hochgesetzte Strom (und damit der Entladestrom der Starterbatterie 9) einen jeweils vorgegebenen Wert überschreitet. Bei stehendem Verbrennungsmotor 1 versorgt die Starterbatterie 9 ggf. auch die Verbraucher des Fahrzeugbordnetzes 8. Bei laufendem Verbrennungsmotor 1 kann die elektrische Maschine 4 als Generator zur Ladung der Starterbatterie 9 und Versorgung des Fahrzeugbordnetzes 8 fungieren. Der Hochsetzsteller 7c ist daher als bidirektionaler Wandler ausgebildet, um einerseits für den Startvorgang (bzw. dessen Vorbereitung, Fig. 3) elektrische Energie aus der Starterbatterie 9 in den Zwischenkreis 7b bringen zu können, und um andererseits beim Generatorbetrieb Energie aus dem Zwischenkreis 7b auf die Niederspannungsseite zu überführen. Im letzteren Fall arbeitet er also als Tiefsetzsteller. Der Wech­ selrichter 7a wandelt im Motorbetrieb die Gleichspannung des Zwischenkreises 7b in Wechselspannung um, im Generatorbetrieb speist er die von der elektrischen Maschine 4 gelieferte Energie nach Gleichrichtung in den Zwischenkreis 7b ein. Ein (nicht ge­ zeigter) Stützkondensator im Zwischenkreis ist in der Lage, Span­ nungspulse mit einer hohen Pulsfrequenz (vorteilhaft im Bereich von 20 kHz bis 100 kHz) mit der erforderlichen Flankensteilheit zu liefern. Die Starterbatterie 9, beispielsweise ein herkömmlicher Schwefelsäure-Blei-Akkumulator, ist mit einem Fühler 10 ausgerü­ stet, der die jeweils momentane Batterietemperatur mißt. Der Fühler weist beispielsweise ein Fühlerelement mit elektrischem Widerstandsmaterial mit positivem oder negativem Temperaturkoeffi­ zienten (PTC bzw. NTC) auf, welches in Wärmeleitungskontakt mit einem oder mehreren elektrochemisch aktiven Elementen der Batterie 9 steht. Ein Steuergerät 10 erhält die vom Temperaturfühler 10 gelieferte temperaturbezogene Information, berechnet hieraus den Entladestrom, der maximal zulässig ist, um ein übermäßiges Ab­ sinken der Batteriespanung zu vermeiden, und gibt dem Hochsetz­ steller 7c entsprechende Anweisung, keinen größeren Strom aus dem Niederspannungsniveau in den Zwischenkreis 7b hochzusetzen. Das Steuergerät 11 steuert daneben auch den Betrag der Spannungsher­ aufsetzung des Hochsetzstellers 7c (und entsprechend, bei Genera­ torfunktion, den Betrag der Spannungsherabsetzung). Es steuert ferner den Wechselrichter 7a, indem es ihm Amplitude, Phase und Frequenz des an den Starter 4 zu liefernden Dreiphasenstroms vorgibt. Es kann hierzu Informationssignale von einem (nicht gezeigten) Drehwinkelgeber erhalten, aus denen es die momentane Winkelstellung und Drehzahl der Antriebswelle 2 ermitteln kann. Schließlich kann das Steuergerät 11 sämtliche Funktionen eines herkömmlichen Verbrennungsmotorsteuergeräts übernehmen (insbeson­ dere Drosselklappensteuerung, Kraftstoffeinspritzsteuerung, Zün­ dungssteuerung etc.).

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 stimmt weitgehend mit dem von Fig. 2 überein, so daß zur Vermeidung von Wiederholungen hinsicht­ lich der Übereinstimmungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Der augenfälligste Unterschied besteht darin, daß bei Fig. 3 zusätzlich ein Kurzzeitspeicher 12, z. B. ein Kondensatorspei­ cher, vorgesehen ist, der - elektrisch gesehen - im Zwischenkreis 7b liegt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist er elektrisch direkt mit dem Zwischenkreis gekoppelt, bei anderen (nicht gezeig­ ten) Ausführungsbeispielen ist zwischen Kurzzeitspeicher 12 und Zwischenkreis 7b ein Stromsteuergerät geschaltet, welches die aktive Einstellung des aus dem oder in den Speicher 12 geführten Stroms erlaubt. Ein weiterer Unterschied zur Fig. 2 besteht in der Art und Weise, wie der Startvorgang durchgeführt wird. Und zwar lädt die Starterbatterie 9 zunächst im Rahmen der Startvorberei­ tung den Kurzzeitspeicher 12 auf. Hierbei begrenzt der Hochsetz­ steller 7c in der oben erläuterten batterietemperaturabhängigen Weise den der Starterbatterie 9 entnommenen Strom (bei der oben genannten Ausführungsform mit Stromsteuereinrichtung zwischen Kurzzeitspeicher 12 und Zwischenkreis 7b kann selbstverständlich die Stromsteuereinrichtung diese Funktion übernehmen). Der eigent­ liche Start erfolgt dann unter Verwendung der im Kurzzeitspeicher 12 gespeicherten Energie. Bei vorteilhaften Ausführungsformen kann die Starterbatterie 9 auch während des Startvorgangs einen Beitrag zur Startenergie liefern, wobei dieser Beitrag in der oben ge­ schilderten batterietemperaturabhängigen Weise durch die Wirkung des Hochsetzstellers 7b begrenzt wird. Es versteht sich, daß das Steuergerät 11 bei Fig. 3 so ausgestaltet und programmiert ist, daß es die beschriebenen Funktionen der startvorbereitenden Aufla­ dung des Kurzzeitspeichers 12 und die übrigen angesprochenen Funktionen steuern kann.

Das Startersystem gemäß Fig. 4 stellt eine weitere Abhandlung von Fig. 2 dar, die in wesentlichen Teilen mit dieser übereinstimmt. Auch wird zur Vermeidung von Wiederholungen hinsichtlich der Über­ einstimmungen auf die obigen Ausführungen zu Fig. 2 verwiesen. Der augenfälligste Unterschied zu Fig. 2 besteht darin, daß die hier mit 9' bezeichnete Starterbatterie als Hochspannungsbatterie ausgebildet ist, welche spannungsmäßig auf dem erhöhten Spannungs­ niveau des Zwischenkreises 7b oder in dessen Nähe liegt. Ein Stromsteuergerät 13 ist zwischen Starterbatterie 9' und Zwi­ schenkreis 7b geschaltet und übernimmt in der oben beschriebenen, batterietemperaturabhängigen Weise die Strombegrenzung des Entla­ destroms beim Starten. Der hier mit 7c' bezeichnete Gleichspan­ nungs-Gleichspannungs-Wandler hat hier nur noch die Aufgabe, Energie aus dem Zwischenkreis 7b unter Spannungsherabsetzung in das Niederspannungsbordnetz 8 zu überführen. Er fungiert also als reiner Tiefsetzsteller. Der Startvorgang läuft wie bei Fig. 2 ab, mit dem Unterschied, daß die Starterbatterie 9' Strom auf dem er­ höhten Spannungsniveau liefert. Bei gleicher Leistung sind damit vorteilhafterweise die erforderlichen Ströme kleiner. Ferner entfallen die mit der Spannungshochsetzung einhergehenden Ver­ luste.

Ein weiteres (nicht gezeigtes) Ausführungsbeispiel entspricht einer Kombination der Fig. 3 und 4. Hierbei ist zusätzlich zu der im Zwischenkreis 7b angeordneten Hochspannungsbatterie 9' ein Kurzzeitspeicher 12 im Zwischenkreis angeordnet. Wie bei Fig. 3 beschrieben, wird der Kurzzeitspeicher 12 startvorbereitend aus der Hochspannungsbatterie 9' mit batterietemperaturabhängiger Begrenzung des Batterie-Entladestroms aufgeladen.

Das Flußdiagramm gemäß Fig. 5 veranschaulicht nochmals die Funk­ tionsweise der genannten Ausführungsbeispiele: Im Schritt S1 wird auf ein Startkommando gewartet. Bei Ausführungsformen mit Kurz­ zeitspeichern kann die Kurzzeitspeichervorladung auch profilak­ tisch vor Eintreffen eines Startkommandos erfolgen, um den Start­ vorgang um die Kurzzeitspeicher-Ladezeit zu verkürzen. Im Schritt S2 wird die Batterietemperatur gemessen, z. B. durch Einlesen der vom Batterietemperaturfühler 10 gelieferten Signale in das Steuer­ gerät 11. Im Schritt S3 bestimmt das Steuergerät 11 den maximalen Entladestrom als Funktion der Batterietemperatur. Im Schritt S4 weist das Steuergerät 11 den Hochsetzsteller 7c bzw. das Strom­ steuergerät 13 an, keinen höheren Entladestrom als den im vorher­ gehenden Schritt bestimmten Maximalwert zuzulassen. Daraufhin erfolgt das Starten bzw. das Aufladen des Kurzzeitspeichers 12, wobei der Batterieentladestrom unter der vorgegebenen Grenze bleibt. Selbstverständlich kann der Entladestrom unter dem Grenz­ wert bleiben, wenn gar kein entsprechend hoher Stromfluß erfor­ derlich ist. Dies kann z. B. der Fall sein, wenn der Verbrennungs­ motor 1 noch warm ist oder der Kurzzeitspeicher 12 noch teilweise aufgeladen ist.

Claims (10)

1. Startersystem für einen Verbrennungsmotor (1), mit:

• - einem elektrischen Starter (4);
• - einer Starterbatterie (9, 9');
• - einer Einrichtung (10) zur Messung der Temperatur der Starterbatterie (9, 9');
• - einer leistungselektronischen Funktionseinheit (7c; 13), die den Wert des der Starterbatterie (9, 9') zum Zweck des Startens oder der Startvorbereitung entnomme­ nen Entladestroms aktiv einstellt; und
• - einer Steuereinrichtung (11), die der Funktionseinheit (7c; 13) den einzustellenden Entladestromwert vorgibt, wobei bei tiefen Batterietemperaturen der maximale Ent­ ladestromwert niedriger als bei hohen Temperaturen liegt.

2. Startersystem nach Anspruch 1, bei welchem der Starter (4) auf einer höheren Spannung als derjenigen der Starterbatterie (9) gespeist wird, und die leistungselektronische Funktions­ einheit (7c) zur aktiven Einstellung des Entladestroms auch die Funktion eines Hochsetzstellers hat.

3. Startersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Starter (4) eine Drehstrommaschine ist, deren Versorgungsspannung durch Wechselrichtung einer Gleichspannung eines Zwischen­ kreises (7b) gewonnen wird.

4. Steuersystem nach Ansprüchen 2 und 3, bei welchem die Zwi­ schenkreis-Gleichspannung höher als die Starterbatteriespan­ nung ist, und der Hochsetzsteller (7c) zwischen der Starter­ batterie (9) und dem Zwischenkreis (7b) liegt.

5. Startersystem nach Anspruch 2 oder 4, bei welchem der Star­ terbatterie (9) zum Starten erforderliche Energie während des Startvorgangs über den Hochsetzsteller (7c) entnommen wird.

6. Startersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem außerdem ein Kurzzeitspeicher (12) vorgesehen ist, welcher beim Startvorgang die gesamte oder einen Teil der Startener­ gie an den Starter (4) liefert, die Aufladung des Kurzzeit­ speichers (12) als Startvorbereitung durch Entnahme aus der Starterbatterie (9, 9') erfolgt, und die leistungselektroni­ sche Funktionseinheit (7c) zwischen Starterbatterie (9, 9') und Kurzzeitspeicher (12) geschaltet ist.

7. Startersystem nach Ansprüchen 2 und 6, bei welchem der Kurz­ zeitspeicher (12) auf eine höhere Spannung als diejenige der Starterbatterie (9) aufgeladen wird.

8. Startersystem nach Ansprüchen 4 und 7, bei welchem der Kurz­ zeitspeicher (12) auf oder nahe dem erhöhten Spannungsniveau des Zwischenkreises (7b) liegt.

9. Startersystem nach Anspruch 3, bei welchem ein Nieder­ spannungsteil (8) eines Bordnetzes vorgesehen ist, die Zwi­ schenkreisspannung höher liegt als die Spannung des Niederspannungsteils (8), die Starterbatterie (9, 9') oder - bei mehreren Starterbatterien - eine der Starterbatterien auf dem höheren Spannungsniveau des Zwischenkreises (7b) liegt, und die leistungselektronische Funktionseinheit (13) beim Starten die Größe des von der Starterbatterie (9, 9') in den Zwischenkreis (7b) eingespeisten Stroms einstellt.

10. Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors (1) mit einem elektrischen Starter (4), einer Starterbatterie (9) und einer Einrichtung (10) zur Messung der Temperatur der Starterbatte­ rie (9, 9') mit folgenden Schritten:

• - die Batterietemperatur wird gemessen;
• - der maximale Entladestrom als Funktion der gemessenen Batterietemperatur wird bestimmt;
• - der der Starterbatterie (9, 9') zum Zweck des Startens oder der Startvorbereitung entnommene Entladestrom wird aktiv auf den ermittelten Maximalwert begrenzt.