DE4422329A1 - Method and device for operating an electrical system of an electrical vehicle - Google Patents

Method and device for operating an electrical system of an electrical vehicle

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Abstract

A method for operating an electrical system of an electrical vehicle takes into account the instantaneous capacity of the vehicle battery (4) with the aim of reducing the supply of electrical energy to loads (22, 24), at the same time taking into account the history and the degree of efficiency of production of electrical power given by the instantaneous degrees of efficiency of driving machine (29) and generator (3) (Figure 1). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1 and a device for performing the Procedure.

Ein elektrisches Fahrzeug-Bordnetz enthält bekanntlich eine Vielzahl von Verbrauchern, die von einer Batterie mit elek­ trischer Energie gespeist werden; zum Aufladen der Batterie dient ein von der Antriebsmaschine des Fahrzeugs, in der Regel einer Brennkraftmaschine, angetriebener Generator. Bekannt ist, daß insbesondere in der kalten Jahreszeit beim Starten der Maschine die Batteriekapazität häufig nicht ausreicht, um alle eingeschalteten Verbraucher zu speisen. Aus den gattungsbildenden Druckschriften DE-OS 16 30 963, 63C 63/01, und US-PS 4 188 527, B60L 1/02, sind daher bereits Bordnetze bekannt geworden, bei denen beim Abfallen der Batteriespannung einzelne Verbraucher abgeschaltet werden. Dieser Stand der Technik sieht jedoch als einziges Kriterium für diese Verminderung der Speisung einzelner Verbraucher mit elektrischer Energie die jeweilige Spannung der Batterie vor, berücksichtigt also nicht weitere Parameter, wie Alterung und Temperatur der Batterie, und berücksichtigt auch nicht die Verhältnisse im Bereich des Generators, d. h. beim Ladebetrieb. As is known, an electrical vehicle electrical system contains one Variety of consumers powered by a battery with elec tric energy are fed; to charge the battery usually serves one of the vehicle's prime mover an internal combustion engine, driven generator. Is known that especially in the cold season when starting the Machine battery capacity is often insufficient to cover all to feed switched on consumers. From the generic DE-OS 16 30 963, 63C 63/01, and US Pat. No. 4,188,527, B60L 1/02, have therefore already become known on-board networks individual consumers when the battery voltage drops be switched off. However, this prior art looks like the only criterion for this reduction in the feeding of individuals Electrical energy consumers the respective voltage of the Battery before, so does not take into account other parameters such as Aging and temperature of the battery, and also takes into account not the conditions in the area of the generator, d. H. at the Charging mode.  

Demgegenüber sehen die in der DE-PS 37 29 968, H02J 7/14, und der US-PS 4 424 477, H02J 7/32, beschriebenen Verfahren zur Ver­ meidung einer unerwünschten Batterieentladung einen Eingriff in das Ladesystem in der Weise vor, daß in Abhängigkeit vom Entla­ destrom der Batterie bzw. der jeweiligen Batteriespannung die Leerlaufdrehzahl der Antriebsmaschine des Fahrzeugs und damit die Drehzahl des Generators geregelt wird. Auch hier werden aber weder weitere, die Eigenschaften der Batterie ändernde Ein­ flüsse, wie das Alter der Batterie, noch der von der jeweiligen Leerlaufdrehzahl abhängige Wirkungsgrad der Antriebsmaschine berücksichtigt.In contrast, see in DE-PS 37 29 968, H02J 7/14, and U.S. Patent 4,424,477, H02J 7/32, describes methods for ver avoidance of an undesired battery discharge the loading system in such a way that depending on the discharge destruction of the battery or the respective battery voltage Idle speed of the vehicle's engine and thus the speed of the generator is regulated. But here too neither further changes to the properties of the battery flows, like the age of the battery, or that of the respective one Idle speed dependent efficiency of the drive machine considered.

Die DE-PS 33 13 398, H02J 7/14, beschreibt eine Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug mit getrennten Computern zur Regelung des Ladesystems und der Antriebsmaschine. Dabei liefert der der Antriebsmaschine - einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung - zugeordnete Computer an den Computer des Ladesystems Signale für eine maschinenbetriebsoptimale Spannung. Der Computer des Lade­ systems erzeugt dann eine Bezugsspannung zur Einstellung einer optimalen Spannung für die Maschine und das Ladesystem. Inwie­ weit hierbei der momentane Wirkungsgrad von Antriebsmaschine und Ladesystem sowie die jeweiligen Eigenschaften der Batterie ein­ gehen, bleibt offen.DE-PS 33 13 398, H02J 7/14, describes a device in a motor vehicle with separate computers to control the Loading system and the drive machine. The delivers the Drive machine - an internal combustion engine with spark ignition - assigned computers to the computer of the charging system signals for a machine-optimal voltage. The drawer's computer systems then generates a reference voltage for setting one optimal voltage for the machine and the charging system. How far the current efficiency of the engine and Charging system and the respective properties of the battery go, remains open.

Die Ladezustandsüberwachung nach der EP 0 225 364 B1, H02J 7/14, arbeitet dagegen mit zeitlicher Integration des Batteriestroms inklusive Temperaturkorrektur und Driftkorrektur der Integration anhand der Ruhespannung der Batterie. Dabei steuert der Ladezu­ stand der Batterie auch den Aufladezyklus und die Ladegeschwin­ digkeit. Diese bekannte Ladezustandsüberwachung beschränkt sich aber, wie der Name besagt, auf die Verhältnisse an bzw. in der Batterie und läßt daher andere wichtige Gesichtspunkte für den Betrieb eines Bordnetzes, wie den Wirkungsgrad der Antriebsma­ schine und Maßnahmen im Kreise der Verbraucher, außer Betracht.The state of charge monitoring according to EP 0 225 364 B1, H02J 7/14, on the other hand works with time integration of the battery current including temperature correction and drift correction of the integration based on the open circuit voltage of the battery. The charger closes the battery was also able to withstand the charging cycle and charging speed efficiency. This known state of charge monitoring is limited but, as the name suggests, on the conditions in the Battery and therefore leaves other important points of view for the Operation of an electrical system, such as the efficiency of the drive machines and measures among consumers, not taken into account.

Die US-PS 4 617 626, H02J 7/14, beschreibt einen Ladekreis für eine Batterie eines Bordnetzes, in dem der Generator über eine auch für den Schlupfbetrieb ausgelegte Kupplung und ein Getriebe zur Einstellung unterschiedlicher Antriebsübersetzungen mit der Antriebsmaschine in Antriebsverbindung steht. Ein Computer, dem Signale für Batteriespannung und Ausgangsspannung des Generators zugeführt werden, erzeugt Signale zur Ansteuerung des Getriebes und der Kupplung. Auch hier werden aber weder die momentanen Eigenschaften der Batterie noch Verhältnisse im Bereich der Verbraucher selbst berücksichtigt.U.S. Patent 4,617,626, H02J 7/14 describes a charging circuit for  a battery of an electrical system in which the generator has a clutch and gearbox designed for slip operation for setting different drive ratios with the Drive machine is in drive connection. A computer that Signals for battery voltage and generator output voltage are supplied, generates signals for controlling the transmission and the clutch. Again, however, neither are the current ones Properties of the battery still in the range of ratios Consumers themselves considered.

Schließlich gehören zum Stand der Technik, und zwar zum Antrieb von Lüftern in Kraftfahrzeugen, sogenannte Viscokupplungen, und zwar auch mit mehreren Drehzahlstufen (ATZ 95 (1993), Seite 242).After all, they are part of the state of the art, namely the drive of fans in motor vehicles, so-called viscous couplings, and although also with several speed levels (ATZ 95 (1993), page 242).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren hinsichtlich praktisch aller für ein Fahrzeug-Bordnetz relevanter Kriterien, wie des Wirkungsgrads der elektrischen Energieerzeugung (enthaltend die Wirkungsgrade der Antriebsma­ schine und des Generators), der möglichst vollständigen Spei­ sung aller Verbraucher und der momentanen Eigenschaften der Batterie, zu optimieren.The invention has for its object a generic Procedure for practically everything for a vehicle electrical system relevant criteria, such as the efficiency of the electrical Energy generation (containing the efficiency of the drive unit machine and the generator), the most complete memory possible solution of all consumers and the current properties of the Battery to optimize.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil­ dungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreiben die An­ sprüche 2 bis 4, während Fig. 5 eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angibt.The inventive solution to this problem consists in the characterizing features of the main claim, advantageous educations of the method according to the invention describe the claims 2 to 4, while Fig. 5 indicates an appropriate device for performing the method.

Wesentlich für die Erfindung ist also gleichsam die Abwägung zwischen zulässiger Batterieentladung unter Berücksichtigung der aktuellen Eigenschaften der Batterie, Ladebetrieb unter Berück­ sichtigung des jeweiligen Wirkungsgrads der elektrischen Ener­ gieerzeugung mittels des Generators und notwendiger Reduzierung der Belieferung von elektrischen Verbrauchern mit elektrischer Energie, wobei unter dieser Reduzierung auch die Abschaltung einzelner Verbraucher zu verstehen ist. Andererseits kann die Reduzierung in einer echten Verminderung der Energiezufuhr zu einzelnen Verbrauchern beispielsweise durch Pulsweitenmodulation bestehen. So kann beispielsweise eine elektrische Heizung in dieser Weise mit verringerter Energiezufuhr betrieben werden.So it is as it were essential for the invention to weigh up between permissible battery discharge taking into account the current characteristics of the battery, charging operation under consideration consideration of the respective efficiency of the electrical energy Generation by means of the generator and the necessary reduction the supply of electrical consumers with electrical Energy, with this reduction also the shutdown  to understand individual consumers. On the other hand, the Reduction in a real decrease in energy intake too individual consumers, for example, by pulse width modulation consist. For example, an electric heater in operated in this way with reduced energy supply.

Entscheidend für die Frage, ob und in welchem Umfange in diesem Zusammenhang eine zeitweilige Entladung der Batterie zugelassen werden darf, ist die augenblickliche Batteriekapazität C(t). Be­ zeichnet man mit ηLad den Wirkungsgrad der elektrischen Energie­ erzeugung, der das Produkt von Maschinenwirkungsgrad bei der je­ weiligen Maschinendrehzahl und Maschinenlast gemäß Motorkennfeld einerseits und Generatorwirkungsgrad bei der jeweiligen Drehzahl und dem jeweiligen Generatorausgangsstrom IGen, entnommen aus dem Generatorkennfeld, andererseits ist, mit INetz den Ver­ braucherstrom, mit îStart den beim Starterbetrieb fließenden Strom, mit îEKat den Heizstrom für einen Abgaskatalysator im Abgassystem der Maschine und mit îSelbstent. den Selbstentlade­ strom der Batterie, so ergibt sich als Batteriekapazität im Augenblick t, ausgehend von der Batteriekapazität in einem davor liegenden Zeitpunkt t-1, folgender ZusammenhangThe current battery capacity C (t) is decisive for the question of whether and to what extent a temporary discharge of the battery may be permitted in this connection. Η Lad is used to denote the efficiency of electrical energy production, which is the product of machine efficiency at the respective engine speed and machine load according to the engine map on the one hand and generator efficiency at the respective speed and the respective generator output current I Gen , taken from the generator map on the other hand I the network Ver braucherstrom, with i start the current flowing in the starter operating current, with I EKAT the heating current for an exhaust gas catalyst in the exhaust system of the machine, and î with Selbstent. the self-discharge current of the battery, the following relationship results as the battery capacity at the instant t, starting from the battery capacity at an earlier instant t-1

mit: IGen, INetz über Stromfühler gemessen
îStart = const. = îHeißstart (1 + xn (80°C - temp)Kühlwasser)
(Berücksichtigung des exponentiellen Einflusses der Maschinen­ temperatur auf die Starterleistung)
îEKat = const. = 150 - 300 A
îSelbstent. = const. (ca. 1% · Cnenn/24h)
mit: Korrektur von Nennkapazität und Ladewirkungsgrad durch Berücksichtigung von absolutem Batteriealter tabs, Betriebs­ zeit tBetrieb, durchschnittlichem Energiedurchsatz Å und Batterietemperatur tempBatt:with: I Gen , I network measured via current sensor
î Start = const. = î hot start (1 + x n (80 ° C - temp) cooling water)
(Taking into account the exponential influence of the machine temperature on the starter performance)
î EKat = const. = 150-300 A.
î Self Ent. = const. (approx. 1% C rated / 24h)
with: Correction of nominal capacity and charging efficiency by taking into account absolute battery age t abs , operating time t operation , average energy throughput Å and battery temperature temp Batt :

Cnenn = Cnenn,neu · (1 - XC (Tabs, tBetrieb) - yC(Å) - zC(tempBatt))
ηLad = ηLad,max · (1 - xLad(tabs, tBetrieb) - yLad(Å) - zLad(tempBatt))C nominal = C nominal, new · (1 - X C (T abs , t operation ) - y C (Å) - z C (temp Batt ))
η Lad = η Lad, max · (1 - x Lad (t abs , t operation ) - y Lad (Å) - z Lad (temp Batt ))

dabei beschreibt:
x eine zeitlich variable Größe mit hohem Anfangswert bei neuen Batterien, starkem Abfall auf ein Minimum nach kurzer Be­ triebszeit und langsamem Anstieg ab einer charakteristischen Absolutzeit
y einen linear oder exponentiell vom durchschnittlichen Energie­ durchsatz (Ah/h) abhängigen Alterungsfaktor
z den Einfluß der Batterietemperatur auf Ladung/Entladung sowie verfügbare Kapazität.describes:
x a variable in time with a high initial value for new batteries, a sharp drop to a minimum after a short operating time and a slow increase from a characteristic absolute time
y an aging factor that is linearly or exponentially dependent on the average energy throughput (Ah / h)
z the influence of the battery temperature on charge / discharge as well as available capacity.

Alle Zahlenwerte sind bordnetzspezifische Beispiele.All numerical values are examples specific to the electrical system.

Die tatsächlich verfügbare Kapazität kann durch Ungenauigkeiten bei der Integration sowie Abweichungen bei den angenommenen Durchschnittswerten für Starter- und Heizstrom EKat und bei der Selbstentladung von der errechneten Kapazität abweichen. Durch geeignete Parameterwahl kann ein Driften hin zur sicheren Seite, d. h. zu geringeren errechneten statt tatsächlichen Restkapazi­ täten, garantiert werden. Eine Kalibrierung auf "voll geladen" ist z. B. durch Strombilanzierung nach Abschalten von Starter und EKat bei geschlossener Generatorkupplung möglich, wenn der tatsächliche Generatorstrom den bei dieser Drehzahl möglichen Generatorstrom für eine charakeristische Zeit tchar um einen charakteristischen Wert Ichar unterschreitet:The actually available capacity can differ from the calculated capacity due to inaccuracies in the integration and deviations in the assumed average values for starter and heating current EKat and in the self-discharge. A suitable parameter selection can guarantee a drift towards the safe side, ie to lower calculated instead of actual residual capacities. A calibration to "fully charged" is e.g. B. possible by current balancing after switching off the starter and EKat with the generator clutch closed, if the actual generator current falls below the generator current possible at this speed for a characteristic time t char by a characteristic value I char :

(Batterie voll geladen) = IGen,max(n) - IGen,tats(n) < Ichar für t < tchar (Battery fully charged) = I Gen, max (n) - I Gen, tats (n) <I char for t <t char

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 eine schematische Darstellung eines möglichen Fahrzeug-Bordnetzes ist, während Fig. 2 den Regler mit seinen Ein- und Ausgangsgrößen wiedergibt; die Fig. 3, 4 und 5 geben tabellenartig die verschiedenen Verfahrensmaßnahmen an, die in Abhängigkeit von der jeweiligen Batteriekapazität und dem je­ weiligen Strombedarf der Verbraucher bei unterschiedlichen Wir­ kungsgraden der elektrischen Energieerzeugung getroffen werden.The invention is explained below with reference to the drawing, in which FIG. 1 is a schematic illustration of a possible vehicle electrical system, while FIG. 2 shows the controller with its input and output variables; FIGS. 3, 4 and 5 represent in tabular form the various process steps, which are a function of the respective battery capacity and depending weiligen current demand of the consumers at different We efficiency levels of the electric power taken.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist bei 1 eine Vierzylinder- Brennkraftmaschine üblichen und daher nicht zu beschreibenden Aufbaus angedeutet. Dabei kann es sich um eine Brennkraftma­ schine nach dem Diesel- oder Ottoprinzip handeln; uninteressant in diesem Zusammenhang ist auch die Frage, ob es sich um eine Maschine mit einer anderen Zylinderzahl sowie mit Aufladung handelt.At 1 Referring first to Fig. 1, as is a four-cylinder internal combustion engine usual and therefore not indicated to be described assembly. It can be an internal combustion engine based on the diesel or petrol principle; uninteresting in this context is also the question of whether it is a machine with a different number of cylinders and with supercharging.

Über die Viscokupplung 2 ist die Maschine 1 antriebsmäßig mit dem Generator 3 verbindbar, der zur Aufladung der Bordbatterie 4 dient.Via the viscous coupling 2 , the machine 1 can be connected in terms of drive to the generator 3 , which serves to charge the on-board battery 4 .

Während des Startbetriebs der Maschine muß die Batterie Energie sowohl zum Startermotor 5 (der auch durch den Generator 3 selber gebildet sein kann) als auch zur Heizvorrichtung 6 eines Abgas­ katalysators im Abgassystem der Maschine liefern, der durch Zu­ fuhr elektrischer Energie schnell auf seine Anspringtemperatur gebracht werden muß. Bei 7 und 8 werden Signale für die Dauer des Fließens der Ströme durch Startermotor 5 und Katalysatorhei­ zung 6 erzeugt und zum Bordnetz-Steuergerät 9 geführt. Die Lei­ tung 10 dient zur Übertragung eines Signals für die jeweilige Temperatur der Batterie 4 zum Steuergerät 9.During the starting operation of the machine, the battery must supply energy both to the starter motor 5 (which can also be formed by the generator 3 itself) and to the heating device 6 of an exhaust gas catalytic converter in the exhaust system of the machine, which is quickly brought to its light-off temperature by supplying electrical energy must become. At 7 and 8 , signals are generated for the duration of the flow of the currents by starter motor 5 and catalyst heater 6 and passed to the vehicle electrical system control unit 9 . The Lei device 10 is used to transmit a signal for the respective temperature of the battery 4 to the control unit 9th

Auch die Ausgangsgrößen des Generators 3, nämlich Generatorspan­ nung UGen und Generatorstrom IGen, werden bei 11 und 12 meßtech­ nisch erfaßt und als Eingangssignale dem Steuergerät 9 zuge­ führt. Zur Erzeugung eines Stromsignals dient der Shunt 13, dessen Temperatur über die Leitung 14 zum Steuergerät 9 gemeldet wird. Schließlich gelangen zum Steuergerät 9 Signale für elek­ trische Größen der noch zu beschreibenden Verbraucher, nämlich über den Meßfühler 15 für die Netzspannung UNetz, die mit der Batteriespannung übereinstimmt, und über den Meßfühler 16 für den Netzstrom INetz, der mittels des Shunts 17 erfaßt wird; die Shunttemperatur wird über die Leitung 18 dem Steuergerät 9 gemeldet.The output variables of the generator 3 , namely generator voltage U Gen and generator current I Gen , are measured at 11 and 12 metrologically and leads to the control unit 9 as input signals. The shunt 13 is used to generate a current signal, the temperature of which is reported to the control unit 9 via the line 14 . Finally, the control unit 9 signals for elec trical sizes of the consumer to be described, namely via the sensor 15 for the mains voltage U network , which corresponds to the battery voltage, and via the sensor 16 for the network current I network , which is detected by means of the shunt 17 becomes; the shunt temperature is reported to control unit 9 via line 18 .

In diesem Ausführungsbeispiel enthält das Bordnetz vier Gruppen von Verbrauchern. Die erste Gruppe umfaßt Beleuchtungseinrich­ tungen 19, die über den Spannungskonstanthalter 20 im Bedarfs­ falle immer mit elektrischer Energie versorgt werden müssen. Entsprechendes gilt für die Verbraucher der Verbrauchergruppe 21, die die höchste Priorität P1 haben. Zu diesen Verbrauchern mit der höchsten Priorität, die also stets mit elektrischer Energie versorgt werden müssen, gehören beispielsweise bei Dieselmaschinen Glühkerzen, ferner Motorlüfter, Antiblockier­ einrichtungen, Motorsteuergerät, Scheibenwischer- und Außen­ spiegelbeheizung, Radio und Signalhorn. Es sei aber ausdrücklich darauf hingewiesen, daß einerseits diese Aufzählung nicht voll­ ständig ist und daß andererseits im Bedarfsfall auch eine andere Wichtung erfolgen kann.In this exemplary embodiment, the electrical system contains four groups of consumers. The first group includes lighting equipment 19 , which must always be supplied with electrical energy via the voltage stabilizer 20 if necessary. The same applies to consumers in consumer group 21 who have the highest priority P1. These consumers with the highest priority, which must therefore always be supplied with electrical energy, include, for example, glow plugs in diesel engines, as well as engine fans, anti-lock devices, engine control units, wiper and exterior mirror heating, radio and signal horn. However, it should be expressly pointed out that on the one hand this list is not complete and that on the other hand another weighting can be carried out if necessary.

Bezugszeichen 22 betrifft Verbraucher mit Priorität P2, die, falls dies der Ladezustand der Batterie 4 und der Wirkungsgrad der elektrischen Energieerzeugung erfordern, über Pulsweitenmo­ dulation, angedeutet durch den vom Bordnetz 9 her angesteuerten Schalter 23, auch mit verringerter Energiezufuhr betrieben wer­ den können. Dieser Prioritätsstufe zugeordnet können beispiels­ weise Heckscheibenwischer, Sitzheizungen und elektrische Schie­ bedächer sein.Reference numeral 22 relates to consumers with priority P2, which, if required by the state of charge of the battery 4 and the efficiency of the electrical energy generation, via pulse width modulation, indicated by the switch 23 controlled by the vehicle electrical system 9 , can also be operated with a reduced energy supply. This priority level can be assigned, for example, rear window wipers, seat heaters and electric sliding roofs.

Schließlich enthält das Bordnetz in dem in Fig. 1 angenommenen Ausführungsbeispiel Verbraucher 24 mit der niedrigsten Priorität P3, die ebenfalls in diesem Ausführungsbeispiel durch Pulswei­ tenmodulation, angedeutet durch den Schalter 25, zeitweilig mit verringerter Energiezufuhr betrieben werden. Verständlicherweise ist es auch möglich, diese Verbraucher im Bedarfsfalle vollstän­ dig abzuschalten. Als Beispiel für Verbraucher mit der Priorität P3 seien elektrische Sitzverstellungen, Sitzheizungen und Ziga­ rettenanzünder genannt.Finally, in the exemplary embodiment assumed in FIG. 1, the vehicle electrical system contains consumers 24 with the lowest priority P3, which are also operated in this exemplary embodiment by pulse width modulation, indicated by the switch 25 , temporarily with a reduced energy supply. Understandably, it is also possible to switch off these consumers completely if necessary. Electric seat adjusters, seat heaters and cigarette lighters are examples of consumers with priority P3.

In Fig. 1 ist angenommen, daß dem Steuergerät 9 über die Lei­ tung 26 auch Signale für den letztmaligen Batteriewechsel zuge­ führt werden, so daß ihm gleichsam das Alter der Batterie 4 be­ kannt ist. Über seinen Ausgang 27 gibt das Steuergerät 9 dann Informationen über die Notwendigkeit einer Batterieinspektion oder eines erneuten Batteriewechsels ab. Von besonderem Interes­ se im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist je­ doch die im Steuergerät 9 unter Auswertung der ihm zugeführten Signale und in ihm gespeicherter Informationen über den Wir­ kungsgrad der Maschine 1 (einschließlich Kupplung 2), den Wir­ kungsgrad des Generators 3 und die jeweilige Batteriekapazität erfolgende Erzeugung von Ansteuersignalen 28 für die jeweilige Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine, 29 für die Verstellung des Leistungsstellglieds (Drosselklappe), 30 für die Betätigung der Viscokupplung 2 sowie 31 und 32 für die Pulsweitenmodula­ tionen, symbolisiert durch die Schalter 23 und 25.In Fig. 1 it is assumed that the control unit 9 via the Lei device 26 also signals for the last battery change are supplied, so that the age of the battery 4 be known to him. Via its output 27 , the control device 9 then outputs information about the need for a battery inspection or a new battery change. Of particular interest in connection with the method according to the invention is the control unit 9 evaluating the signals fed to it and information stored in it about the efficiency of the machine 1 (including clutch 2 ), the efficiency of the generator 3 and the respective efficiency Battery capacity generating control signals 28 for the respective idle speed of the internal combustion engine, 29 for the adjustment of the power actuator (throttle valve), 30 for the actuation of the viscous coupling 2 and 31 and 32 for the pulse width modulations, symbolized by the switches 23 and 25 .

Schematisch ist dies nochmals in Fig. 2 angedeutet: Dem Steuer­ gerät 9 werden Signale zugeführt, mit denen es aufgrund in ihm abgespeicherter Daten den momentanen Wirkungsgrad der elek­ trischen Energieerzeugung, symbolisiert durch das Kästchen A, die momentane (verfügbare) Batteriekapazität B und den jewei­ ligen Strombedarf C (gemessen am Shunt 17 in Fig. 1) erfaßt und dementsprechend eine Leerlaufregelung D, eine Steuerung E der Viscokupplung 2, eine entsprechend getaktete Versorgung F der Verbraucher 22 mit der Priorität P2 und eine getaktete Ver­ sorgung G der Verbraucher 24 mit der Priorität P3 bewirkt.Schematically, this is again indicated in Fig. 2: The control device 9 signals are supplied with which it is based on data stored in it the current efficiency of electrical power generation, symbolized by the box A, the current (available) battery capacity B and the respective current power requirement C (measured on the shunt 17 in Fig. 1) and accordingly an idle control D, a controller E of the viscous coupling 2 , a correspondingly clocked supply F of the consumer 22 with the priority P2 and a clocked supply G of the consumer 24 with the Priority P3 causes.

Dabei ist es möglich, das Steuergerät 9 nach den Regeln der Fuzzy-Technik aufzubauen.It is possible to set up the control unit 9 according to the rules of fuzzy technology.

An dieser Stelle sei eingefügt, daß die Verwendung einer Visco­ kupplung im Antriebsstrang des Generators mit einstufiger Über­ setzung den Vorteil eines geringen Restmoments im Leerlaufbe­ trieb und einer Begrenzung der Maximaldrehzahl des Generators durch Schlupf bei höher ansteigenden Maschinendrehzahlen bietet. Grundsätzlich ist jedoch auch die Verwendung einer anderen Kupp­ lung und ggf. eines Getriebes zur Änderung der Übersetzung mög­ lich.At this point it should be added that the use of a Visco clutch in the drive train of the generator with single-stage over advantage of low residual torque when idling driven and a limitation of the maximum speed of the generator through slip at higher increasing machine speeds. In principle, however, the use of another coupling is also necessary tion and possibly a gear to change the ratio possible Lich.

Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen anhand eines Beispiels die Ar­ beitsweise des Steuergeräts 9 und erläutern damit besonders instruktiv das erfindungsgemäße Verfahren: Figures 3, 4 and 5 show an example of the Ar Functioning of the control device 9 and thus illustrate particularly instructive method of the invention.:

Die Tabelle nach Fig. 3 gilt für den Fall des momentanen Vor­ liegens eines niedrigen Wirkungsgrads der elektrischen Energie­ erzeugung, erhalten als Produkt der momentanen Wirkungsgrade von Maschine 1 nebst Kupplung 2 und Generator 3. In horizontaler Richtung sind unterschiedliche Werte des Strombedarfs des Bord­ netzes, in senkrechter Richtung unterschiedliche Werte der momentanen Batteriekapazität angenommen. LL500 bedeutet eine Absenkung der Leerlaufdrehzahl beispielsweise von 600 auf 500 U/min. PWM bedeutet Verminderung der Energiezufuhr durch Puls­ weitenmodulation. Betrachtet man beispielsweise das Vorliegen einer hohen Batteriekapazität bei mittlerem Strombedarf, so kann die Leerlaufdrehzahl abgesenkt und der Ladebetrieb durch Öffnen der Kupplung 2 unterbrochen sein. Hinsichtlich des Gesamtwir­ kungsgrads ergeben sich bei dieser Konstellation optimale Werte.The table according to FIG. 3 applies to the case of the momentary low efficiency of electrical energy generation, obtained as the product of the momentary efficiency of machine 1 together with clutch 2 and generator 3 . In the horizontal direction, different values of the power requirement of the vehicle electrical system are assumed, in the vertical direction, different values of the current battery capacity are assumed. LL500 means lowering the idle speed, for example from 600 to 500 rpm. PWM means reducing the energy supply through pulse width modulation. If one considers, for example, the presence of a high battery capacity with a medium current requirement, the idling speed can be reduced and the charging operation can be interrupted by opening the clutch 2 . With this constellation, optimal values result with regard to the overall efficiency.

In Fig. 4, der ein mittlerer Wirkungsgrad der elektrischen Energieerzeugung zugrunde liegt, ist in demselben Fall die Viscokupplung 2 noch geöffnet. Demgegenüber ist bei hohem Wirkungsgrad der elektrischen Energieerzeugung gemäß Fig. 5 die Viscokupplung geschlossen, d. h. der Generator 3 liefert Energie, so daß eine Entladung der Batterie 4 in diesem Fall (hohe Batteriekapazität, mittlerer Strombedarf) vermieden ist. Die Absenkung der Leerlaufdrehzahl ist aufgehoben.In Fig. 4, which is based on an average efficiency of electrical energy generation, the viscous coupling 2 is still open in the same case. In contrast, at high efficiency 5, the viscous coupling is of electric power according to FIG. Closed, ie, the generator 3 supplies energy, so that a discharge of the battery is avoided 4 in this case (high battery capacity, average current demand). The lowering of the idle speed is canceled.

Besonders deutlich wird die optimale Anpassung der Verhältnisse an den Verbrauchern an die jeweiligen Gegebenheiten für die Kon­ stellation niedrige Batteriekapazität/hoher Strombedarf: Bei niedrigem Wirkungsgrad der elektrischen Energieerzeugung erfolgt eine Verminderung der Versorgung der Verbraucher 22 und 24 mit den unteren Prioritäten P2 und P3 durch Pulsweitenmodulation, bei mittlerem Wirkungsgrad der elektrischen Energieerzeugung (Fig. 4) erhalten die Verbraucher 22 wieder eine vollständige Energieversorgung, und bei hohem Wirkungsgrad der elektrischen Energieerzeugung (Fig. 5) werden alle Verbraucher in vollem Umfang mit Energie beliefert.The optimal adaptation of the conditions at the consumers to the respective circumstances for the constellation of low battery capacity / high power consumption becomes particularly clear: With low efficiency of electrical energy generation, the supply to consumers 22 and 24 with the lower priorities P2 and P3 is reduced by pulse width modulation , With medium efficiency of electrical energy generation ( FIG. 4), consumers 22 again receive a complete energy supply, and with high efficiency of electrical energy generation ( FIG. 5) all consumers are supplied with energy in full.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßes Verfahren ge­ schaffen, das den Betrieb des Bordnetzes auch unter Wirkungs­ gradgesichtspunkten und damit auch des Kraftstoffverbrauchs des Fahrzeugs optimiert.With the invention is accordingly a generic method ge create that the operation of the electrical system even under effect degree considerations and thus also the fuel consumption of the Vehicle optimized.

Claims (5)

1. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Fahrzeug-Bord­ netzes mit einem durch eine Antriebsmaschine des Fahrzeugs antreibbaren Generator zum Laden einer Batterie zum Speisen mehrerer Verbraucher, wobei die Speisung einzelner Ver­ braucher bei Vorliegen hoher Batteriebelastung zumindest verringert wird, dadurch gekennzeichnet, daß unter Messung von Drehzahl und Last der Antriebsmaschine (1) sowie Drehzahl und Strombedarf des Generators (3) die momentanen Wirkungs­ grade von Antriebsmaschine (1) und Generator (3) sowie daraus der momentane Wirkungsgrad (ηLad) der elektrischen Energieer­ zeugung ermittelt werden, daß ferner unter integraler meß­ technischer Erfassung von Lade- und Entladestrom der Batterie die momentane Batteriekapazität (C(t)) ermittelt wird, und daß die Verminderung der Speisung von Verbrauchern (22, 24) bei hoher Batteriebelastung (INetz) nur dann erfolgt, wenn der Wirkungsgrad (ηLad) der elektrischen Energieerzeugung einen vorgegebenen Minimalwert unterschreitet und zugleich ein bei der momentanen Batteriekapazität ((t)) unzulässig hoher Batterieentladestrom (INetz) gemessen wird.1. A method for operating an electrical vehicle on-board network with a generator driven by a drive engine of the vehicle for charging a battery for feeding several consumers, the supply of individual consumers being at least reduced in the presence of high battery load, characterized in that under measurement of The speed and load of the prime mover ( 1 ) and the speed and current requirement of the generator ( 3 ), the instantaneous efficiency of the prime mover ( 1 ) and the generator ( 3 ) and the instantaneous efficiency (η Lad ) of the electrical energy generation can be determined, furthermore that integral measurement of the charge and discharge current of the battery, the instantaneous battery capacity (C (t) ) is determined, and that the reduction in the supply to consumers ( 22 , 24 ) with a high battery load (I network ) only takes place if the efficiency (η Lad ) of electrical power generation a predetermined minimum value falls below and at the same time an inadmissibly high battery discharge current (I network ) is measured at the current battery capacity ( (t) ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung der Speisung durch Abschalten von Verbrauchern (22, 24) erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the reduction of the supply takes place by switching off consumers ( 22 , 24 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung der Speisung durch Pulsweitenmodulation (23, 25) erfolgt. 3. The method according to claim 1, characterized in that the supply is reduced by pulse width modulation ( 23 , 25 ). 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei unterhalb des Minimalwerts liegendem Wir­ kungsgrad (ηLad) der elektrischen Energieerzeugung der An­ trieb des Generators (3) unterbrochen wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that when the efficiency is below the minimum value (η Lad ) of the electrical energy generation, the drive to the generator ( 3 ) is interrupted. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb eine steuerbare Viscokupplung (2) enthält.5. Apparatus for performing the method according to claim 4, characterized in that the drive contains a controllable viscous coupling ( 2 ).
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