DE19951128A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Spannungsregelung - Google Patents

Abstract

Es werden Verfahren und eine Vorrichtung zur Spannungsregelung in einem Fahrzeugbordnetz angegeben, bei dem eine Starterbatterie und eine Bordnetzbatterie von wenigstens einem Generator geladen werden und die beiden Batterien über ein Steuergerät mit Mikroprozessor und Timer miteinander verbindbar sind. Die Ladung der Starterbatterie (BS) erfolgt zu vorgebbaren Zeiten, wobei diese Zeiten vom Steuergerät in Abhängigkeit von vorgebbaren Kenngrößen des Motors und/oder Bordnetzes erfolgt. Zur Verlängerung der Ladezeit für die Starterbatterie (BS) wird das Steuergerät während einer Nachlaufphase nach Abstellen des Motors weiterhin mit Spannung versorgt und liefert die für die Ladung der Starterbatterie (BS) erforderliche elektrische Leistung.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vor­ richtung zur Spannungsregelung in einem Fahrzeugbordnetz nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Stand der Technik

Kraftfahrzeuge mit einer Vielzahl von elektrischen Ver­ brauchern benötigen derzeit zur optimalen Spannungs­ versorgung für die Verbraucher 2-Batterien-Bordnetze. Die beiden Batterien werden dabei jeweils von wenigstens einem Generator aufgeladen. Eine der Batterien ist üblicherweise die Starterbatterie, die eine Hochstromfähigkeit aufweist und mehr oder weniger ausschließlich dem Motorstart dient. Aktiviert wird der Motorstart über den Starter und eine Zündschloßklemme. Die zweite Batterie ist die Bordnetz­ batterie, die eine hohe Speicherfähigkeit aufweist und zur Bordnetzversorgung, also zur Versorgung der Bordnetz­ verbraucher bei unzureichender Stromabgabe durch den Generator, dient. Die Bordnetzbatterie muß, beispielsweise bei Fahrzeugstillstand sowie unzureichend hoher Drehzahl des Motors und damit auch des Generators, die Stromversorgung mit übernehmen.

Die Regelung des Generators sowie die Steuerung der Energiezuteilung wird üblicherweise mit Hilfe eines Bordnetzsteuergeräts durchgeführt. Ein 2-Batterien-Bordnetz mit Bordnetzsteuergerät wird beispielsweise in der DE-OS 196 45 944 beschrieben.

In diesem bekannten 2-Batterien-Bordnetz liegt das Steuer­ gerät zwischen den beiden Batterien. Es umfaßt einen Spannungswandler mit integrierten Schaltern, über die die beiden Batterien miteinander verbunden werden können oder über die eine Unterbrechung der Verbindung unter bestimmten Bedingungen möglich ist. Der Spannungswandler ist so ausge­ staltet, daß er die erforderlichen Gleichspannungswandlungen durchführen kann. Angesteuert wird der Spannungswandler mit Hilfe eines im Bordnetzsteuergerät integrierten Mikrocomputers, der seinerseits mit dem Steuergerät des Motors in Verbindung steht und mit diesem Daten austauscht, insbesonders Daten bezüglich der herrschenden Motor­ bedingungen sowie bezüglich der Spannungen und/oder Temperaturen im Bordnetz. Diese Informationen werden vom Mikrocomputer des Bordnetzsteuergeräts ausgewertet und bei der Regelung des Generators sowie bei der Ansteuerung der Schaltmittel des Spannungswandlers mitberücksichtigt. Der Mikrocomputer des Bordnetzsteuergeräts wird über einen schaltbaren Feldeffekttransistor an die Versorgungsspannung gelegt, wobei die Ansteuerung des Feldeffekttransistors so erfolgt, daß das Bordnetzsteuergerät entweder an der Spannung liegt oder von dieser abgekoppelt wird.

Bei dem in der DE-OS 196 45 944 dargestellten 2-Batterien- Bordnetz sind einzelne Komponenten nur schematisch darge­ stellt. Die Verbraucher sind im einzelnen unterteilt in startrelevante Verbraucher bzw. startrelevante Verbraucher­ gruppen wie Zündung, Einspritzung oder Mittel zum Verglühen, abschaltbare Verbrauchergruppen wie Sitz- und Scheiben­ heizungen, Heizgebläse, Radio, Komfortelektrik usw. und in nicht abschaltbare Verbrauchergruppen wie Stand-, Fahr-, Brems- und Blinkleuchten. Die Verbrauchergruppen werden über geeignete elektronische Schalter an die Versorgungsspannung gelegt, die beispielsweise von der Bordnetzbatterie ge­ liefert wird. Die startrelevanten Verbraucher können anstatt über einen Schalter über eine Diode mit dem Spannungswandler in Verbindung stehen.

Für das Zusammenwirken der einzelnen Bordnetzkomponenten gilt, daß an die Starter- und Bordnetzbatterie üblicherweise unterschiedliche Spannungen angelegt werden. Damit ein sicherer Motorstart gewährleistet ist, wird die Starter­ batterie vorrangig und durch die batterietemperaturgeführte Ladespannung möglichst schnell geladen. Zur Reduzierung der Energieaufnahme durch Stillstandsverbraucher wird das Steuergerät bei abgeschalteter Zündung ebenfalls abge­ schaltet. Damit ist die Ladespannung der Starterbatterie abhängig von der Batterietemperatur und von der Stellung des Zündschalters. Die Ladung der Starterbatterie erfolgt daher nur wenn der Zündschalter in "Zündung ein" steht.

Bei den derzeit bekannten 2-Batterie-Bordnetzen unterliegen sowohl der elektrische Verbrauch als auch die Generator­ stromabgabe starken zeitlichen Schwankungen. Kosten-, bauraum- und gewichtoptimierte Bordnetze sehen vor, daß auch bei drehendem Verbrennungsmotor elektrische Leistungen zeit­ weise aus der Batterie gedeckt werden, sofern die Generator­ leistung nicht ausreicht. Wegen der Begrenzung der Ladedauer für die Starterbatterie, die, wie erwähnt, nur bei "Zündung ein" stattfinden kann, muß das Nachladen der Starterbatterie unmittelbar nach dem Start erfolgen, damit die Start­ sicherheit auch bei Fahrten von kurzer Dauer gewährleistet ist. Unmittelbar nach dem Motorstart sind jedoch häufig viele elektrische Verbraucher eingeschaltet, beispielsweise Heizgebläse, Scheiben-, Sitzheizungen, Klimaanlage oder Kühlerlüfter. Diese Verbraucher benötigen selbst elektrische Energie, die für die Aufladung der Starterbatterie fehlt.

Das Laden der Starterbatterie und hohe Verbraucherleistungs­ anforderungen unmittelbar nach dem Start bedingen, daß vom begrenzten Leistungsangebot des Generators verhältnismäßig viel an die Starterbatterie und relativ wenig an die Bordnetzbatterie abgegeben wird. Bei besonders hohem Leistungsbedarf der Verbraucher und niedrigem Drehzahl­ angebot wird die Bordnetzbatterie durch die vorrangige Ladung der Starterbatterie zusätzlich belastet, es kann in diesem Fall die Bordnetzspannung unter die Nennspannung für die elektrischen Verbraucher absinken und es steht dann nicht genügend Versorgungsleistung zur Verfügung. Damit eine solche Unterversorgung bei herkömmlichen 2-Batterien-Bord­ netzen nicht auftritt, müssen Generator und Verbraucher entsprechend überdimensioniert werden, wodurch zusätzliche Kosten verursacht werden. Eine weitere Belastung der Bord­ netzbatterie wird durch den schlechten Ladewirkungsgrad durch Schnelladung der Starterbatterie verursacht. Dieser schlechte Ladungswirkungsgrad wird durch eine hohe angelegte Ladespannung hervorgerufen.

Die aus dem schlechten Ladewirkungsgrad resultierenden Ver­ luste werden bei derzeitigen 2-Batterien-Bordnetzen gedeckt aus der Bordnetzbatterie bei unzureichender Generatorstrom- . abgabe bei niedriger Motordrehzahl und gleichzeitig hoher elektrischer Belastung oder aus dem Generator bei aus­ reichender Generatorstromabgabe. Mögliche Gegenmaßnahmen, die ein Entladen der Bordnetzbatterie verhindern könnten, wären der Einsatz einer größeren Batterie oder eine höhere Stromerzeugung durch Anhebung der Leerlaufdrehzahl oder, bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe, die Einführung zusätz­ licher Schaltpunkte. Diese Maßnahmen sind jedoch verbunden mit einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs und somit als ungünstig anzusehen. Durch Einsatz eines Verbraucher­ managements, bei dem unter bestimmten Umständen Komponenten, die nicht betriebsrelevant sind, abgeschaltet werden, wird eine Verringerung des Fahrzeugkomforts erhalten, solche Maßnahmen sind daher weniger vorteilhaft. Allerdings wird durch die vorstehend genannten Maßnahmen einigermaßen sichergestellt, daß ein Fahrzeugstart möglich ist.

Dennoch kann bei extrem kritischen Fahrzuständen eine für den Start ausreichende Ladung der Starterbatterie nicht mehr garantiert werden, dies gilt bei tiefen Außentemperaturen und längeren Abkühlungspausen zwischen aufeinanderfolgenden Fahrten von kurzer Dauer, bei denen jeweils ein Kaltstart mit hohen Teilentladungen der Starterbatterie auftreten und die Entladung der Starterbatterie auf der sich an­ schließenden kurzen Fahrt nicht voll kompensiert werden kann. Eine Verstärkung des Generators über die zur Schnelladung der Starterbatterie erforderlichen Leistung hinaus würde den Ladezustand der Bordnetzbatterie durch geringere Ladungsentnahme bei geringem Drehzahlangebot verbessern, hat aber selbst keinen Einfluß auf die Ladung der Starterbatterie, da die Ladespannung durch die Gasungspannung beschränkt ist. Bei Leistungsüberschuß in Fahrtphasen mit höherem Drehzahlniveau regelt der vergrößerte Generator auf dieselbe Leistung ab, wie ein kleinerer. In Fahrtphasen mit niedrigem Drehzahlniveau wird die Schnelladung der Starterbatterie durch Stromentnahme aus der Bordnetzbatterie durchgeführt.

Die stufenweise abnehmende Ladung der Starterbatterie reicht in kurzen Fahrzyklen mit Abkühlungspausen nur für eine be­ grenzte Anzahl von Startvorgängen aus. Kurze Pausen zwischen den Fahrten sind dabei weniger kritisch, da beim angewärmten Verbrennungsmotor Startvorgänge mit verringertem Schlepp­ moment und kürzerer Dauer oder Warmstarts mit geringer Ladungsentnahme aus der Starterbatterie vorliegen.

Unter der Voraussetzung, daß der Ladezustand der Bordnetz­ batterie ausreichend ist, kann bei bekannten 2-Batterien- Bordnetzen die Starterbatterie mit unzureichendem Lade­ zustand zur Wiederherstellung der Startsicherheit unter Um­ gehung des Gleichspannungswandlers durch die Bordnetz­ batterie gestützt werden. Das Schließen eines entsprechenden Schalters bei abgeschalteter Zündung führt zu einem Ladungs­ ausgleich zwischen Starter- und Bordnetzbatterie. Auch falls eine Diode zwischen den beiden Batterien angeordnet ist, die das Entladen der Starterbatterie in die Bordnetzbatterie verhindert, dauert das Nachladen der Starterbatterie wegen der fehlenden Spannungsanhebung bei passivem Gleich­ spannungswandler sehr lange.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vor­ richtung zur Spannungsregelung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß gegenüber bekannten 2- Batterien-Bordnetzen eine Erhöhung der Startsicherheit er­ halten bleibt, ohne daß die Batterien und/oder der Generätor vergrößert werden müssen. Gleichzeitig wird ein verbesserter Wirkungsgrad und eine Erhöhung der Batterielebensdauer er­ zielt. Durch den verbesserten Wirkungsgrad läßt sich der Kraftstoffverbrauch gegenüber herkömmlichen Systemen ver­ ringern. Erzielt werden diese Vorteile durch ein erfindungs­ gemäßes Verfahren zur Spannungsregelung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einer Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren zur Spannungsregelung. Dabei wird die Ladedauer sowie der Zeitverlauf des Ladestrom für die Starterbatterie an die herrschenden Bedingungen ange­ paßt. Insbesonders wird die Starterbatterie auch bei still­ gesetztem Fahrzeug noch nachgeladen, wobei diese Nachladung über einen in der Steuereinrichtung integrierten Spannungs­ wandler erfolgt, der durch die in der Nachlaufphase eben­ falls noch aktive Steuereinrichtung in aktivem Zustand ge­ halten wird. Die Steuereinrichtung umfaßt in vorteilhafter Weise einen eigenen Prozessor, beispielsweise einen Mikro­ prozessor sowie einen Timer. In vorteilhafter Weise ist die Steuereinrichtung mit dem eigentlichen Motorsteuergerät verbunden und tauscht mit diesem Daten und Informationen bezüglich der herrschenden motorspezifischen Bedingungen sowie der Bordnetzbedingungen aus. Diese Bedingungen sind in vorteilhafter Weise die Motordrehzahl, die Batterie oder Reglertemperatur, der Generatorstrom, Informationen be­ züglich "Zündung ein", die Reglerspannung und das Erreger­ stromtaktverhältnis.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Spannungs­ regelung zur Durchführung eines der erfindungsgemäßen Ver­ fahren ist in der Figur dargestellt und wird in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Figur sind die erfindungswesentlichen Komponenten eines 2-Batterien-Bordnetzes dargestellt. Dabei ist im einzelnen der von einem nicht dargestellten Verbrennungsmotor angetriebene Generator mit G bezeichnet, seine Ausgangsspannung wird mit Hilfe des dem Generator G zugeordneten Spannungsreglers RE auf eine vorgebbare Spannung U geregelt, deren Höhe optimal an die Erfordernisse anpaßbar ist. Der Generator G liefert die für die Versorgung des Bordnetzes benötigte elektrische Energie, wobei bei dem Ausführungsbeispiel die Abgabe des Stromes I' des Generators G über den Spannungsregler RE gesteuert wird.

Mit dem Spannungsregler RE verbunden ist die Bordnetz­ batterie BB, die über eine Steuereinrichtung SE, beispiels­ weise ein Steuergerät mit Prozessor, beispielsweise mit Mikrocomputer und Timer, mit der zweiten Batterie, der Starterbatterie BS, verbindbar ist. Die Starterbatterie BS ist ihrerseits mit dem Starter S verbunden und über das Startrelais SR mit einem weiteren Anschluß des Starters S verbindbar. Vom Startrelais SR ist noch die üblicherweise als Klemme 50 bezeichnete Klemme dargestellt.

Die Steuereinrichtung SE umfaßt einen Mikroprozessor MC, einen Gleichspannungswandler SW (DC/DC-Wandler), der zwischen den Plusanschlüssen der Bordnetzbatterie BB und der Starterbatterie BS liegt. Parallel zum Spannungswandler SW ist ein Schalter SB angeordnet, ein weiterer Schalter SV steht mit dem Spannungswandler SW in Verbindung. Die beiden Schalter SB und SV sind beim Ausführungsbeispiel Bestandteil der Steuereinrichtung SE, sie könnten auch außerhalb der Steuereinrichtung SE liegen. Über den Schalter SB können die Bordnetzbatterie BB und die Starterbatterie BS miteinander verbunden werden. Über den Schalter SV sind abschaltbare Verbraucher VA an den Spannungswandler SW bzw. die Bordnetz­ batterie BB schaltbar. Nicht abschaltbare Verbraucher VD liegen direkt am Pluspol der Bordnetzbatterie BB und start­ relevanter Verbraucher VS sind einerseits mit dem Spannungswandler SW sowie der Bordnetzbatterie BB verbunden und werden bei geschlossenem Schalter SB zusätzlich mit der Starterbatterie BS verbunden.

Der Steuereinrichtung SE bzw. dem Mikroprozessor MC der Steuereinrichtung SE der wenigstens einen Digitalrechner mit Timer, Speicher, Analog/Digital-Wandler ADW und Mittel zur Signalausgabe beziehungsweise zur Ausgabe von Ansteuersignalen umfaßt, werden über die Klemme 15 Signale ZE zugeführt, die eine Aktivierung der Zündung erkennen lassen ("Zündung ein"). Weiterhin wird über wenigstens einen zusätzlichen Anschluß die Motordrehzahl nN zugeführt. Eine Verbindung zum Motorsteuergerät SG kann vorgesehen werden. Über weitere Eingänge wird der Steuereinrichtung SE ein Temperatursignal T, beispielsweise die Temperatur des Spannungsreglers RE zugeführt, außerdem die Regelspannung U, das Erregerstromtastverhältnis TV und der Generatorstrom I. Diese Größen müssen nicht alle zugeführt werden, sondern es ist frei wählbar, welche der Größen der Steuereinrichtung SE zugeführt wird und welche der Größen von der Steuereinrichtung SE zur Spannungsregelung berücksichtigt wird. Die Signalleitungen sind in der Figur durch dünne Linien dargestellt, spannungsführende Leitungen sind mit dicken Linien dargestellt.

Mit der in der Figur dargestellten Schaltungsanordnung lassen sich hohe Ladewirkungsgrade bei der Batterielädung erzielen. Dazu wird die Wirkungsgradkette Bordnetzbatterie "Entladen-Laden" weitgehend umgangen. Es wird die der Starterbatterie BS zur Verfügung gestellte Ladeleistung an bedarfsabhängig schwankende Leistungen elektrischer Verbraucher und an die motordrehzahlabhängig schwankende Leistungsabgabe des Generators G angepaßt. Eine solche Vorgehensweise ist möglich, da die Steuereinrichtung SE für das 2-Batterien-Bordnetz um einen Digitalrechner mit Timer oder einer analogen Beschaltung erweitert ist. Damit läßt sich eine Zeitsteuerung realisieren, mit der die Ladedauer der Starterbatterie BS verlängert werden kann. Auch ohne Verwendung des Timers kann die Batterieladung und die Steuereinrichtung SE abgeschaltet werden, wenn der Ladestrom einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Die Verwendung des Timers und der zeitliche Verlauf des Ladestroms erlaubt durch Vergleich mit Batteriekennlinien eine Batteriediagnose. Die erforderlichen Ansteuersignale für die Schalter liefert der Mikroprozessor. Weiterhin lassen sich die Ladezeiten für die Starterbatterie BS in Zeitabschnitte hoher Leistungsreserve des Generators G verlegen. Ein vorrangiges Laden der Starterbatterie BS soll weitgehend vermieden werden. Ferner soll vorrangiges Laden der Starterbatterie BS nur nach einer, hinsichtlich ihrer Schwere gewichteten Folge "kritischer Fahrzyklen" erfolgen, wobei gemessene, berechnete oder aus Kennlinien ermittelte Schätzwerte für Ladezustände zur Entscheidung für die Art der Batterieladung und zur Anfangswertbestimmung der Integration zu verwenden sind. Solche Grenzwerte können definiert werden als:
unterster Grenzwert für leere Batterie. Es wird dann der Anfangswert "Integration für Laden" zurückgesetzt,
unterer Grenzwert für vorrangiges Laden,
mittlerer Grenzwert für Laden bei Generatorleistungsreserve und
oberer Grenzwert für volle Batterie der Anfangswert "Integration für Entladen" wird zurückgesetzt.

Bei Fahrzeugen, die Fahrten mit Mischungen aus ladebilanz­ kritischen Stadt- und -unkritischen Überlandzyklen durch­ führen, wird der obere Grenzwert für die Schätzung häufig erreicht. Der Vergleich mit einer gemessenen Ladestrom­ aufnahme der intakten Starterbatterie BS erlaubt gegebenen­ falls ein Zurücksetzen des Anfangswerts der Integration auf "volle Batterie", so daß die zeitliche Integration für die Ladezustandsschätzung ausreichende Ergebnisse erwarten läßt. Stellt sich in unkritischen Zuständen bei Schätzwert "volle Starterbatterie" nach längerer Fahrtdauer noch ein nennens­ werter Ladestrom ein, deutet dies auf eine defekte Starter­ batterie BS hin, dies kann dem Fahrer über eine geeignete Anzeige angezeigt werden. Damit läßt sich abgesehen vom plötzlichen Ausfall der Starterbatterie BS über ein Diagnosesystem frühzeitig eine Meldung absetzen, bevor die Startsicherheit verloren ist.

Bei extrem ladebilanzkritischen Fahrzuständen kann die Startsicherheit auch beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Spannungsregelung verlorengehen, sofern einfach zu wenig Fahrzustände mit ausreichender Energiebereitstellung auf­ treten, in diesem Fall besteht jedoch durch die Überwachung die Möglichkeit, den Fahrer über das Diagnosesystem zu warnen, daß nur noch wenige Starts möglich sind: Wird weiterhin nicht mehr Energie zur Verfügung gestellt durch weiterhin ladebilanzkritische Fahrzustände, kann in einer ersten Stufe zusätzlich zum erfindungsgemäßen Regelverfahren eine Verbraucherabschaltung durchgeführt werden, bei der zunächst auf die komfort- und in einer zweiten Stufe auch auf die sicherheitskritischen Verbraucher verzichtet wird.

Die erfindungsgemäße Verlängerung der Ladedauer für die Starterbatterie BS zur Steigerung des Ladewirkungsgrades wird erreicht, indem das Abschalten der Steuereinrichtung SE nicht unmittelbar mit der Stellung des Zündschalters (Signal ZE) verknüpft wird, sondern indem die Steuereinrichtung SE erst nach einer von der Vorgeschichte abhängigen vorgebbaren oder veränderbaren Dauer abgeschaltet wird. Solange die Steuereinrichtung SE, also das Steuergerät mit Mikrocomputer und Timer, noch eingeschaltet bleibt, wird auch der Spannungswandler SW im aktiven Zustand betrieben und die Spannung, die der Starterbatterie BS zur Verfügung gestellt wird, kann auf geeigneten optimalen Werten gehalten werden. Wann das Steuergerät abgeschaltet und die Ladung der Starterbatterie BS beendet wird, kann nach einem der folgenden Kriterien entschieden werden:

• 1. Nach Ausschalten der Zündung, zu Erkennen durch Aktivierung der Zündung, durch Auswertung des Generator­ stroms I und der Reglertemperatur T,
• 2. nach erfolgtem Motorstart, erkennbar am Motordreh­ zahlsignal nM, zusätzlich kann noch die Reglerspannung U und/oder die Reglertemperatur T berücksichtigt werden. Der erfolgte Motorstart kann auch allein aus dem zeitlichen Verlauf der Generatorspannung U erkannt werden, die nach erfolgtem Motorstart in vorgebbarer Weise ansteigen muß.
• 3. Die Aktivierung des Steuergeräts bzw. der Steuereinrichtung SE bzw. die Abschaltung erfolgt nach bekannter voller Starterbatterie BS, dies kann erkannt werden, ausgehend vom zeitlichen Ladestromverlauf oder ausgehend von der Reglerspannung und dem Tastverhältnis des Erregerstroms.

Wird das Steuergerät anhand der Auswertung der oben ge­ nannten Größen abgestellt, läßt sich die ausreichende Ladung der Starterbatterie BS auch bei extremen Betriebsbedingungen (kurze Fahrtdauer zwischen den Motorstarts) sicherstellen.

Eine Verlängerung der Ladedauer für die Starterbatterie BS über den Betrieb des Verbrennungsmotors hinaus ermöglicht es, im Fahrbetrieb mit dem Laden der Starterbatterie BS zu warten, bis der Generator G Leistungsreserve aufweist.

Dadurch wird die Verbraucherleistung bei Fahrt gleichmäßiger verteilt und es läßt sich eine höhere Generatorauslastung erzielen, verbunden mit einer Steigerung des Ladewirkungs­ grades der Starterbatterie BS. Hohe Anteile des Stroms in die Starterbatterie kommen dann direkt aus dem Generator G unter Umgehung der Lade- und Entladewirkungsgrade der Bord­ netzbatterie BB. Zur Erreichung dieser Ziele erfolgt das Nachladen der Starterbatterie BS abhängig von der temperatur- und stromabhängig geregelten Generatorspannung U in Phasen mit geringer Generatorauslastung. Zum Erkennen der Generatorauslastung können Informationen aus der gemessenen Regelertemperatur T und/oder dem gemessenen Generatorstrom I und/oder der gemessenen Generatorspannung U und/oder dem Taktverhältnis des Generatorreglers bzw. dem Taktverhältnis des Erregerstroms im Steuergerät analog oder digital ver­ wertet werden. Das Abschalten des Steuergeräts erfolgt, um hohe Ströme bei Fahrzeugstillstand und das Entladen der Bordnetzbatterie BB zu minimieren. Die Ladespannung, der Ein- und/oder Ausschaltzeit und die Ladedauer der Starter­ batterie BS sind somit bei der erfindungsgemäß vorge­ schlagenen Lösung abhängig von der Batterietemperatur, von der Vorgeschichte der beim Start entnommenen Ladungsmenge, von der Vorgeschichte der Generatorspannung U bei Fahrt und von der Dauer der vorangegangenen Fahrt abhängig. Die Vor­ geschichte der beim Start entnommenen Ladungsmenge läßt sich dabei ermitteln aus dem gemessenen Starterstrom und der ge­ messenen Startdauer oder dem Vergleich von gemessener Bord­ netz- oder Generatorspannung oder durch Auswertung des Spannungseinbruchs an der Bordnetzbatterie und der ge­ messenen Dauer des Spannungseinbruchs unter Berücksichtigung von temperatur- oder ladezustandsabhängigen Batteriekenn­ linien. Die Vorgeschichte der beim Start entnommenen Ladungsmenge läßt sich auch aus dem Vergleich des gemessenen Bordnetz-, Generator- oder Bordnetzbatterie-Spannungs­ einbruchs und der gemessenen Dauer des Einbruchs mittels Simulation nach einem mathematisch nachgebildeten Batteriemodell ermitteln, weiterhin können motorspezifische und/oder temperaturabhängige Kennfelder für den Starterstrom und die Startmenge berücksichtigt werden oder es kann eine motorspezifische temperaturabhängige Berechnung für den Starterstrom und die Startmenge mittels Simulation an einem mathematisch nachgebildeten Modell für den Verbrennungs­ motor, den Starter und die Batterie ermittelt werden.

Den so ermittelten Schätzwerten für die Einschaltdauer des Steuergeräts und damit des Gleichspannungswandlers sollte ein Sicherheitszuschlag hinzugeführt werden. Ein Überladen der Starterbatterie BS ist bei temperaturgeführter Lade­ spannung nicht zu befürchten. Die Begrenzung der Lade­ spannung nimmt den Ladestrom selbsttätig zurück. Durch den Wegfall der Verknüpfung Batterie-Laden/Stellung Zündschloß, kann auf extreme Schnelladung der Starterbatterie BS ver­ zichtet werden und der zeitliche Verlauf des Ladestroms für die Starterbatterie BS läßt sich optimal und schonend an die Batterietemperatur und den Ladezustand anpassen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Spannungsregelung in einem Fahrzeugbordnetz mit wenigstens zwei von wenigstens einem Generator aufladbaren Batterien, die zur Versorgung von Verbrauchern dienen und miteinander über einen Spannungs­ wandler einer Steuereinrichtung verbindbar sind, wobei der Steuereinheit motor- und/oder bordnetztypische Informationen zuführbar sind, die in einer Prozessoreinrichtung mit wenigstens einem Mikrocomputer verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (SE) einen Timer umfaßt und daß die bereitgestellte Ladeleistung für die als Starterbatterie dienende Batterie (BS) zeitlich an bedarfsabhängig schwankende Leistungsaufnahmen elektrischer Verbraucher (VS, VA, VD) und motordrehzahlabhängig schwankende Leistungsabgaben des Generators (G) bzw. die Generatorauslastung anpaßbar ist.

2. Verfahren zur Spannungsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung der Auslastung des Generators (G) Informationen aus der gemessenen Reglertemperatur (T) und/oder dem gemessenen Generatorstrom (I) und/oder der gemessenen Generatorspannung (U), und/oder aus dem Taktverhältnis (TV) des Generatorreglers in der Steuereinrichtung (SE) digital oder analog verwertet werden.

3. Verfahren zur Spannungsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne für das Laden der Starterbatterie (BD) abhängig von vorgebbaren Bedingungen anpaßbar ist.

4. Verfahren zur Spannungsregelung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung auch nach Abschalten des Motors für eine vorgebbare Zeitspanne mit Spannung versorgt wird und daß der Starterbatterie (BS) während dieser Zeitspanne die erforderliche Ladespannung über die Steuereinrichtung (SE) zuführt wird.

5. Verfahren zur Spannungsregelung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachlauf der Steuereinrichtung abhängig von vorgebbaren Motor- und/oder Bordnetzkenngrößen beendet wird, wobei diese Kenngrößen der Steuereinrichtung (SE) zugeführt werden oder von der Steuereinrichtung selbst ermittelt werden.

6. Verfahren zur Spannungsregelung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Starterbatterie (BS) gespeicherte Ladung abgeschätzt wird und eine Anzeige erfolgt, falls die abgeschätzte Ladung nur noch für wenige Startvorgänge ausreicht.

7. Vorrichtung zur Spannungsregelung in einem Fahrzeugbord­ netz, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung der Starterbatterie (BS) nach einem der Verfahren der Ansprüche 1 bis 5 erfolgt.

8. Vorrichtung zur Spannungsregelung in einem Fahrzeugbord­ netz, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung mit dem Motorsteuergerät (SG) in Verbindung steht oder daß die Steuereinrichtung (SE) durch das Motorsteuergerät selbst gebildet wird.

9. Vorrichtung zur Spannungsregelung in einem Fahrzeugbord­ netz, dadurch gekennzeichnet, daß die Bordnetzbatterie und die Starterbatterie unterschiedliche Nennspannungen aufweisen

10. Verfahren zur Spannungsregelung in einem Fahrzeugbordnetz mit wenigstens zwei von wenigstens einem Generator (G) aufladbaren Batterien (BB, BS), die zur Versorgung von Verbrauchern (VS, VA, VD, S) dienen und miteinander über einen Spannungswandler (SW) einer Steuereinrichtung (SE) verbindbar sind, wobei der Steuereinrichtung (SE) motor- und/oder bordnetztypische Informationen zuführbar sind, die in einer Prozessoreinrichtung mit wenigstens einem Mikrocomputer (MC)verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladespannung, der Ein- und/oder Ausschaltzeitpunkt und /oder die Ladedauer der Starterbatterie (BS) abhängig von der Batterietemperatur (T) und/oder von der Vorgeschichte der beim Start entnommenen Ladungsmenge und/oder der Vorgeschichte der Generatorspannung (U) bei Fahrt und/oder von der Dauer der vorangegangenen Fahrt festgelegt werden.

11. Verfahren zur Spannungsregelung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorgeschichte der beim Start entnommenen Ladungsmenge abhängig vom gemessenen Starterstrom und der Startdauer oder aus dem Vergleich von gemessenen Spannungseinbrüchen der Bordnetzspannung, der Generatorspannung oder der Batteriespannung und der gemessenen Dauer des Einbruchs unter Berücksichtigung von ladezustandsabhängigen Batteriekennlinien oder aus dem Vergleich gemessener Bordnetz-, Generator- oder Bordnetzbatterie-Spannungseinbruch und gemessener Dauer des Einbruchs mittels Simulation mit einem mathematisch nachgebildeten Batteriemodell und motorspezifischem, temperaturabhängigem Kennfeld für Starterstrom und Startmenge oder motorspezifischer, temperaturabhängiger Berechnung für Starterstrom und Startmenge mittels Simulation an einem mathematisch nachgebildeten Modell für Verbrennungsmotor-, Starter- (S) und Batterie (B) ermittelt wird.