EP2311169A1 - Bordelektriksystem für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Bordelektriksystem für ein kraftfahrzeug

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Publication number
EP2311169A1
EP2311169A1 EP09779777A EP09779777A EP2311169A1 EP 2311169 A1 EP2311169 A1 EP 2311169A1 EP 09779777 A EP09779777 A EP 09779777A EP 09779777 A EP09779777 A EP 09779777A EP 2311169 A1 EP2311169 A1 EP 2311169A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
generator
battery
charge
state
soc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09779777A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Beck
Christian Gaertner
Roman Lahmeyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2311169A1 publication Critical patent/EP2311169A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/16—Regulation of the charging current or voltage by variation of field
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to an on-board electrical system for a motor vehicle.
  • DE 100 52 315 A1 discloses an on-board electrical system with an electric generator, a battery which can be charged by the generator, a generator control unit for controlling the power output of the generator and at least one load supplied by the generator and the battery.
  • the generator control unit is able to specify to the generator a desired output voltage, which provides this at its terminals.
  • SoII- battery current is given in this known on-board electrical system.
  • the control unit varies the electrical power delivered to certain consumers.
  • the generator of a vehicle on-board electrical system is connected to the battery and the consumers via an electrical line of not insignificant length, in which, depending on the current consumption of the battery and the consumer, a voltage drop occurs, which may be several tenths of a volt. If the power consumed by the consumers is so strong that the voltage at the terminals of the battery terie falls below its rest voltage, the battery is discharged. Substituting, in order to exclude excessive discharge of the battery, the target voltage of the generator high, so flows a strong charging current when the power consumption of the generators is low, and the battery is kept on averaged over a high state of charge, in which the energy efficiency of the store is relatively low. The generator must therefore apply an unnecessarily high power to keep the battery in its state of charge. When the state of charge of the battery is constantly high, the efficiency of energy recovery by operation of the generator in the event of a power failure is also low.
  • the present invention allows a more accurate control of the state of charge of the battery.
  • By the more accurate control it is possible to keep the battery on average at a lower state of charge, in which the efficiency of the charging is better, without running the risk that the battery reaches a critically low state of charge, in which they do not supply the consumers can ensure more.
  • the generator control unit is set up in an on-board electrical system of the type specified to detect the state of charge and the charging current of the battery and to vary the nominal output voltage of the generator until the charging current assumes a charging state-dependent predetermined current.
  • the generator control unit preferably comprises a first control circuit which responds to a terminal voltage of the battery in order to vary the setpoint output voltage of the generator until the terminal voltage corresponds to a desired value, and a second control loop which varies this setpoint value of the terminal voltage Charge state dependent set preset charging current.
  • a first control circuit which responds to a terminal voltage of the battery in order to vary the setpoint output voltage of the generator until the terminal voltage corresponds to a desired value
  • a second control loop which varies this setpoint value of the terminal voltage Charge state dependent set preset charging current.
  • the strength of the battery charging current is preferably predetermined as a function of a deviation between an actual and a desired state of charge of the battery.
  • the nominal state of charge of the battery is preferably predetermined as a function of temperature. At a high battery temperature, a relatively low state of charge is sufficient to provide, for example, the currents required to start the vehicle, while at low temperature, safe starting can only be ensured with a significantly higher state of charge.
  • the energetic efficiency of charging that is, the ratio of electric energy which can be retrieved from the battery to the amount of energy used to charge the battery, is lower the higher the state of charge of the battery is. Therefore, lowering the target high-temperature state of charge also increases the efficiency of the system.
  • the charging current can also be negative, as a battery discharging current, be specified.
  • a value limiter can be connected between an output for the nominal generator output voltage of the control unit and a control input of the generator.
  • the generator control unit may conveniently be implemented by a microprocessor system and an operating program executed by it.
  • a microprocessor system in addition to the control of the generator still other tasks, it is expedient that the microprocessor system is set up to detect the utilization of the generator and suspend the execution of the operation for generator control when the generator is fully utilized.
  • the computing power not required for the generator control in this time other tasks of the microprocessor system is available.
  • FIG. 1 is a block diagram of the on-board electrical system of a motor vehicle
  • Fig. 2 is a block diagram of the generator control apparatus of the on-board electrical system of Fig. 1;
  • 1 designates a generator
  • 2 a generator regulator, which regulates an output voltage supplied by the generator 1 at its output terminals to a desired value, which is controlled by a 4 is a vehicle battery
  • 5 is a battery sensor
  • 6 is a generator control unit for supplying a control signal which the generator controller 2 sets the setpoint of the output voltage
  • 7, 8 consumers and 9 an electrical line which is an output terminal of the generator. 1 with the battery 4 and the consumers 7, 8 connects.
  • the generator 1 and the generator controller 2 are combined in a unit of known type.
  • the control signal specifying the target output voltage of the generator 1 on the line 3 is the only control signal which the generator controller 2 processes.
  • the control signal may e.g. a PWM signal with a representative of the desired output voltage of the generator duty cycle act.
  • the line 3 may also be a bus line on which the control signal for the generator controller 2 is transmitted in digital form, optionally alternately in time with control signals for other functional groups of a motor vehicle.
  • the generator controller 2 is connected within an assembly formed by him and the generator 1 with output terminals of the generator 1 to detect the voltage applied thereto, to compare with the specified voltage from the control signal and optionally the duty cycle of excitation currents with which he the generator. 1 is applied to vary until agreement between the desired output voltage and the tapped at the terminals of the generator 1 actual output voltage is achieved.
  • the current intensity which the generator 1 must supply in order to maintain the setpoint output voltage at its terminals is variable depending on the number and consumption values of the consumers 7, 8 which are active at the same time. Accordingly, the voltage drop on the line 9 between the generator 2 and the battery 4 is variable.
  • the generator control unit 6 is provided to counteract voltage fluctuations caused by the consumers 7, 8 at the terminals of the battery 4 and to keep the battery 4 at a desired state of charge.
  • An exemplary structure of the control unit 6, with which this goal is achieved, is shown schematically in FIG.
  • the control unit 6 receives as input values from the battery sensor 5 measured values of the terminal voltage Ui st of the battery 4, the current flowing through the battery 4 current I, the temperature T and the state of charge SOC of the battery 4.
  • a characteristic is stored which specifies a desired state of charge of the battery 4 as a function of its temperature.
  • Fig. 3 shows an example of the course of this characteristic.
  • the nominal state of charge SOC_soll is not higher than 80% at any temperature, since the closer the battery comes to its maximum charging capacity, the lower the energy efficiency of the charging process. In a temperature range of about -30 to +20 0 C, the nominal state of charge gradually decreases from 80 to about 65%. At temperatures above 20 0 C, the desired state of charge is substantially constant.
  • the temperature dependence of the desired state of charge takes into account the temperature dependence of the internal battery resistance; In order to safely start the vehicle with the help of the battery 4, in a cold climate due to poor mobility and possibly also reduced number of mobile charge carriers in the battery 4, a higher state of charge is required than when warm.
  • the memory 10 is polled on the basis of the temperature measurement value T originating from the battery sensor 5 in order to obtain a value of the setpoint charge state SOC_soll corresponding to the current battery temperature, which is then displayed in a differential amplifier 11 with the signals reported by the battery sensor 5 Actual state of charge SOC is compared.
  • the input for the temperature reading T and the memory 10 can also be omitted, and the differential amplifier is instead connected to a fixed value signal representing a constant desired state of charge, the selected between 50 and 95% of the charging capacity of the battery 4 can be.
  • a representative of the difference between the actual and desired state of charge SOC or SOC_soll output signal of the differential amplifier 11 is used to query a second memory 12.
  • An example of the course of this characteristic is shown in FIG. 4. If actual and nominal state of charge are the same, the charging current is 0; if the actual state of charge remains behind the desired state, then the charging current increases rapidly with increasing deviation. If the nominal state of charge of the battery is lower than the actual state, a (negative) current flow discharging the battery is permitted.
  • the discharging current with positive deviation is usually weaker than the charging current in the case of a strong negative deviation.
  • the fact that the charging current is always different from zero when the actual and target state of charge does not coincide exactly ensures that the battery is charged during a large part of the generator operating time, but only with a weak current, so that losses due to voltage drop occur the line 9 remain low.
  • a second differential amplifier 13 receives the target value so l n of the charging current from the memory 12 at its non-inverting and true and charging current l
  • the differential amplifier 13 thus provides a representative of the difference between the nominal and actual charging current of the battery signal to an integral proportional controller consisting of an amplifier 14, an integrator stage 15 and an adder 16 for adding the output signals of the amplifier 14 and the integrator stage 15th
  • the output of the adder 16 then assumes a constant value when the temperature measured by the sensor 5 charging current l ⁇ st and the desired charging current l as n equal to, the level which the output signal of the adder 16 then assumes, not by the by the components 10 to 16 is defined by a control circuit to be described hereinafter, which uses the output signal of the adder 16 as an input signal.
  • a differential amplifier 17 st to the non-inverting input connected to the output of the adder 16 and the inverting input with the temperature measured by sensor 5 battery terminal voltage Ui is connected, the output signal of the adder 16 receives the function of a target voltage U as n for the battery 4.
  • the output of the differential amplifier 17 is connected to an integral proportional controller consisting of an amplifier 18, an integrator stage 19 and an adder 20 for adding the output signals of the amplifier 18 and the integrator stage 19.
  • the output signal of the adder 20 thus depends together with a deviation of the battery terminal voltage U ⁇ st from its nominal value and is designated in the figure with U d i ff .
  • Another adder 21 adds the signals U so n and Udi ff and gives the sum U SO ⁇ + U dlff via a level limiter 22 as a target output voltage signal for the generator 1 to the line 3.
  • U dlff exactly then converges to a fixed value when the battery voltage U
  • the level limiter 22 suppresses excessive fluctuations in the output signal Usoi ⁇ + Udi ff of the adder 21, which could possibly occur during a Nach ⁇ regulating process and limits the possible values of the generator set voltage to an interval of, for example, 10.0 to 15.5 V, in which a proper functioning of the consumer 7, 8 is ensured.
  • the generator control unit 6 ensures, on the one hand, a continuously sufficient voltage supply to the loads 7, 8 and, on the other hand, a desired, not unnecessarily high, state of charge of the battery 4.
  • a switch 23 can still be provided, which responds to fuel cut of the vehicle engine and, in the case of fuel cut, instead of the output signal of the adder 21 or the level limiter 22, a constant signal with the line 3 combines.
  • This constant signal corresponds to a high or the maximum output voltage which the generator 1 is able to supply.
  • Shut-off is often used when driving downhill or rolling out in front of a traffic light, in situations where the kinetic energy of the vehicle is greater than required.
  • the switch 23 the generator power is set high in such a case, this kinetic energy can be recovered in part via the generator 1 and stored in the battery 4, which reduces the amount of fuel required for the operation of the generator 1.
  • the generator control unit specifies only the output voltage U SO ⁇ + U dlff of the generator 1, it is the object of the generator controller 2, adjust the power of the generator or the strength of the fed to the generator 1 excitation current so that this requirement is met.
  • the generator controller 2 to the generator control unit 6 - for example, via the line 3 - a signal back, which is representative of the degree of utilization of the generator, eg for the duty cycle of an energized in windings of the generator exciter current.
  • the microprocessor system may receive a signal of the Generator controller 2, which indicates high or maximum utilization of the generator 1, use by suspending the execution of the second control loop until the signal of the generator controller 2 again indicates a generator power below a predetermined limit.
  • the computing time required for the calculation of U d i ff can be saved and used for other purposes.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)

Abstract

Ein Bordelektriksystem für ein Kraftfahrzeug umfasst einen elektrischen Generator (1), eine Batterie (4), ein Generatorsteuergerät (6) und wenigstens einen durch den Generator (1) und die Batterie (4) gespeisten Verbraucher (7, 8). Das Generatorsteuergerät (6) ist eingerichtet, dem Generator (1) eine Soll-Ausgangsspannung (Usoll+Ud?ff) vorzugeben. Das Generatorsteuergerät (6) ist eingerichtet, den Ladezustand (SOC) und den Ladestrom (list) der Batterie (4) zu erfassen und die Soll-Ausgangsspannung (Usoll+Udiff) des Generators (6) zu variieren, bis der Ladestrom (list) eine Ia- dezustandsabhängig vorgegebene Stromstärke (lsoll) annimmt.

Description

Beschreibung
Titel
Bordelektriksystem für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bordelektriksystem für ein Kraftfahr- zeug.
Stand der Technik
DE 100 52 315 Al offenbart ein Bordelektriksystem mit einem elektrischen Generator, einer durch den Generator aufladbaren Batterie, einem Genera- torsteuergerät zur Steuerung der Leistungsabgabe des Generators und wenigstens einem durch den Generator und die Batterie gespeisten Verbraucher. Das Generatorsteuergerät ist in der Lage, dem Generator eine Soll-Ausgangsspannung vorzugeben, die dieser an seinen Anschlussklemmen bereitstellt.
Darüber hinaus ist in diesem bekannten Bordelektriksystem ein SoII- Batteriestrom vorgegeben. Um diesen Soll- Batteriestrom einzustellen, variiert das Steuergerät die an bestimmte Verbraucher abgegebene elektrische Leistung.
Üblicherweise ist der Generator eines Kfz- Bordelektriksystems mit der Batterie und den Verbrauchern über eine elektrische Leitung von nicht zu ver- nachlässigender Länge verbunden, in der abhängig von der Stromaufnahme der Batterie und der Verbraucher ein Spannungsabfall auftritt, der mehrere Zehntel Volt betragen kann. Wenn der von den Verbrauchern aufgenommene Strom so stark ist, dass die Spannung an den Klemmen der Bat- terie unter ihre Ruhespannung abfällt, so wird die Batterie entladen. Setzt man, um eine übermäßige Entladung der Batterie auszuschließen, die Sollspannung des Generators hoch an, so fließt ein starker Ladestrom, wenn die Leistungsaufnahme der Generatoren gering ist, und die Batterie wird im zeitlichen Mittel auf einem hohen Ladezustand gehalten, bei dem der energetische Wirkungsgrad des Ladens relativ gering ist. Der Generator muss daher eine unnötig hohe Leistung aufbringen, um die Batterie auf ihrem Ladezustand zu halten. Wenn der Ladezustand der Batterie ständig hoch ist, ist auch die Effizienz der Energierückgewinnung durch Betrieb des Ge- nerators bei Schubunterbrechung niedrig.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine genauere Steuerung des Ladezustands der Batterie. Durch die genauere Steuerung ist es möglich, die Batterie im Mittel auf einem niedrigeren Ladezustand zu halten, bei dem der Wirkungsgrad des Ladens besser ist, ohne Gefahr zu laufen, dass die Batterie einen kritisch niedrigen Ladezustand erreicht, in dem sie die Versorgung der Verbraucher nicht mehr gewährleisten kann.
Erreicht wird dies, indem bei einem Bordelektriksystem der eingangs angegebenen Art das Generatorsteuergerät eingerichtet ist, den Ladezustand und den Ladestrom der Batterie zu erfassen und die Soll- Ausgangsspannung des Generators zu variieren, bis der Ladestrom eine ladezustandsabhängig vorgegebene Stromstärke annimmt.
Vorzugsweise umfasst das Generatorsteuergerät zu diesem Zweck einen ersten Regelkreis, der auf eine Klemmenspannung der Batterie anspricht, um die Soll-Ausgangsspannung des Generators zu variieren, bis die Klemmenspannung einem Sollwert entspricht, und einen zweiten Regelkreis, der diesen Sollwert der Klemmenspannung variiert, um die ladezustandsabhängig vorgegebene Ladestromstärke einzustellen. Indem so trotz steuerbarer Ladestromstärke die an der Batterie abgreifbare Klemmenspannung kon- stant gehalten wird, ist eine ausreichende Versorgung der Verbraucher zu jeder Zeit gesichert.
Die Stärke des Batterieladestroms ist vorzugsweise in Abhängigkeit von einer Abweichung zwischen einem Ist- und einem Soll- Ladezustand der Batterie vorgegeben. Indem der Ladestrom als eine stetige Funktion der Abweichung vorgegeben ist, kann das Laden im Mittel bei niedrigen Stromstärken und dementsprechend geringen Spannungsverlusten auf der Leitung stattfinden, was wiederum den Wirkungsgrad des Bordelektriksystems erhöht.
Der Soll-Ladezustand der Batterie ist vorzugsweise temperaturabhängig vorgegeben. Bei einer hohen Batterietemperatur genügt ein relativ niedriger Ladezustand, um beispielsweise die zum Starten des Fahrzeugs erforderlichen Ströme bereitzustellen, während bei niedriger Temperatur ein sicheres Starten nur bei deutlich höherem Ladezustand gewährleistet sein kann. Der energetische Wirkungsgrad des Ladens, das heißt das Verhältnis von aus der Batterie abrufbarer elektrischer Energie zu der zum Laden der Batterie aufgewandten Energiemenge, ist umso niedriger, je höher der Ladezustand der Batterie ist. Daher erhöht auch die Herabsetzung des Soll- Ladezustandes bei hoher Temperatur den Wirkungsgrad des Systems.
Wenn, beispielsweise aufgrund einer Temperaturveränderung, der Ist- Ladezustand der Batterie höher als der Soll- Ladezustand ist, kann der Ladestrom auch negativ, als ein die Batterie entladender Strom, vorgegeben sein.
Um das Auftreten unzulässiger Spannungswerte im Bordnetz zu verhindern, kann zwischen einem Ausgang für die Soll-Generatorausgangsspannung des Steuergeräts und einem Steuereingang des Generators ein Wertebegrenzer geschaltet sein. - A -
Das Generatorsteuergerät kann zweckmäßig durch ein Mikroprozessorsystem und ein von diesem ausgeführtes Betriebsprogramm implementiert sein. Insbesondere wenn ein solches Mikroprozessorsystem neben der Steuerung des Generators noch andere Aufgaben versieht, ist es zweck- mäßig, dass das Mikroprozessorsystem eingerichtet ist, die Auslastung des Generators zu erfassen und die Ausführung des Betriebsvorgangs zur Generatorsteuerung auszusetzen, wenn der Generator voll ausgelastet ist. So steht die für die Generatorsteuerung nicht benötigte Rechenleistung in dieser Zeit anderen Aufgaben des Mikroprozessorsystems zur Verfügung.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren.
Figuren
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm des Bordelektriksystems eine Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 ein Blockdiagramm des Generatorsteuergeräts des Bordelektriksystems aus Fig. 1;
Fig. 3 ein Beispiel einer ersten in dem Steuergerät verwendeten Kennkurve; und
Fig. 4 ein Beispiel einer zweiten in dem Steuergerät verwendeten Kennkurve.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In dem Diagramm der Fig. 1 bezeichnet 1 einen Generator, 2 einen Gene- ratorregler, der eine von dem Generator 1 an seinen Ausgangsklemmen gelieferte Ausgangsspannung auf einen Sollwert regelt, der durch ein auf einer Leitung 3 empfangenes Steuersignal festgelegt ist, 4 eine Fahrzeugbatterie, 5 einen Batteriesensor, 6 ein Generatorsteuergerät zum Liefern eines Steuersignals, welches dem Generatorregler 2 den Sollwert der Ausgangsspannung vorgibt, 7, 8 Verbraucher und 9 eine elektrische Leitung, die eine Ausgangsklemme des Generators 1 mit der Batterie 4 und den Verbrauchern 7, 8 verbindet.
Der Generator 1 und der Generatorregler 2 sind in einer Baueinheit von an sich bekanntem Typ zusammengefasst. Das die Soll-Ausgangsspannung des Generators 1 spezifizierende Steuersignal auf der Leitung 3 ist das einzige Steuersignal, welches der Generatorregler 2 verarbeitet. Das Steuersignal kann z.B. ein PWM-Signal mit einem für die Soll- Ausgangsspannung des Generators repräsentativem Tastverhältnis handeln. Alternativ kann die Leitung 3 auch eine Busleitung sein, auf der das Steuersignal für den Generatorregler 2 in digitaler Form, gegebenenfalls zeitlich abwechselnd mit Steuersignalen für andere Funktionsgruppen eines Kraftfahrzeugs, übertragen wird.
Der Generatorregler 2 ist innerhalb einer von ihm und dem Generator 1 gebildeten Baugruppe mit Ausgangsklemmen des Generators 1 verbunden, um die daran anliegende Spannung zu erfassen, mit der vom Steuersignal spezifizierten Sollspannung zu vergleichen und gegebenenfalls das Tastverhältnis von Erregerströmen, mit denen er den Generator 1 beaufschlagt, zu variieren, bis Übereinstimmung zwischen der Soll-Ausgangsspannung und der an den Anschlussklemmen des Generators 1 abgegriffen Ist- Ausgangsspannung erzielt ist.
Die Stromstärke, die der Generator 1 liefern muss, um die Soll- Ausgangsspannung an seinen Klemmen aufrecht zu erhalten, ist in Abhängigkeit von Anzahl und Verbrauchswerten der jeweils gleichzeitig aktiven Verbraucher 7, 8 variabel. Dementsprechend variabel ist der Spannungsabfall auf der Leitung 9 zwischen dem Generator 2 und der Batterie 4. Das Generatorsteuergerät 6 ist vorgesehen, um durch die Verbraucher 7, 8 verursachten Spannungsschwankungen an den Klemmen der Batterie 4 entgegenzuwirken und die Batterie 4 auf einem gewünschten Ladezustand zu halten. Ein exemplarischer Aufbau des Steuergeräts 6, mit dem dieses Ziel erreicht wird, ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. Das Steuergerät 6 empfängt als Eingangsgrößen vom Batteriesensor 5 Messwerte der Klemmenspannung Uist der Batterie 4, der durch die Batterie 4 fließenden Stromstärke lιst, der Temperatur T sowie des Ladezustands SOC der Batterie 4. In einem Speicher 10 des Steuergeräts 6 ist eine Kennlinie abgespeichert, die einen gewünschten Ladezustand der Batterie 4 in Abhängigkeit von ihrer Temperatur spezifiziert.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für den Verlauf dieser Kennlinie. Der Soll- Ladezustand SOC_soll ist bei keiner Temperatur höher als 80%, da die Energieeffizienz des Ladevorgangs umso geringer wird, je näher die Batte- rie ihrer maximalen Ladekapazität kommt. In einem Temperaturbereich von ca. -30 bis +200C nimmt der Soll-Ladezustand allmählich von 80 auf ca. 65% ab. Bei Temperaturen oberhalb 200C ist der Soll- Ladezustand im Wesentlichen konstant. Die Temperaturabhängigkeit des Soll- Ladezustands trägt der Temperaturabhängigkeit des Batterie- Innenwiderstands Rechnung; um das Fahrzeug mit Hilfe der Batterie 4 sicher starten zu können, ist bei kaltem Klima aufgrund der schlechten Beweglichkeit und evtl. auch verringerten Anzahl an beweglichen Ladungsträgern in der Batterie 4 ein höherer Ladezustand erforderlich als bei warmem.
Wieder mit Bezug auf Fig. 2 wird der Speicher 10 anhand des vom Batterie- sensor 5 herrührenden Temperaturmesswerts T abgefragt, um einen der aktuellen Batterietemperatur entsprechenden Wert des Soll- Ladezustands SOC_soll zu erhalten, welcher dann in einem Differenzverstärker 11 mit den vom Batteriesensor 5 gemeldeten Ist- Ladezustand SOC verglichen wird. In einer vereinfachten Ausgestaltung der Erfindung kann der Eingang für den Temperaturmesswerts T und der Speicher 10 auch entfallen, und der Differenzverstärker ist stattdessen mit einem Festwertsignal beschaltet, das einen konstanten Soll- Ladezustand repräsentiert, der zwischen 50 und 95% der Ladekapazität der Batterie 4 gewählt sein kann.
Ein für die Differenz von Ist- und Soll- Ladezustand SOC bzw. SOC_soll repräsentatives Ausgangssignal des Differenzverstärkers 11 dient zur Abfrage eines zweiten Speichers 12. Dieser speichert eine Kennlinie, die einen Soll- Ladestrom lson der Batterie 4 in Abhängigkeit von der Abweichung delta-SOC = SOC-SOC_soll zwischen Soll- und Ist- Ladezustand spezifiziert. Ein Beispiel für den Verlauf dieser Kennlinie ist in Fig. 4 gezeigt. Wenn Ist- und Soll- Ladezustand gleich sind, ist der Ladestrom 0; bleibt der Ist- Ladezustand hinter dem Soll-Zustand zurück, dann nimmt der Ladestrom mit zunehmender Abweichung schnell zu. Wenn der Soll- Ladezustand der Batterie niedriger ist als der Ist-Zustand, wird ein die Batterie entladender (negativer) Stromfluss zugelassen. Der Entladestrom bei positiver Abweichung ist betragsmäßig meist schwächer als der Ladestrom bei glich starker negativer Abweichung. Indem der Ladestrom immer von Null verschieden ist, wenn Ist- und Soll- Ladezustand nicht exakt übereinstimmen, ist gewähr- leistet, dass die Batterie während eines Großteils der Generatorbetriebszeit geladen wird, dafür aber nur mit einem schwachen Strom, so dass Verluste durch Spannungsabfall auf der Leitung 9 gering bleiben.
Ein zweiter Differenzverstärker 13 empfängt den Sollwert lson des Ladestroms vom Speicher 12 an seinem nicht invertierenden und den tatsächli- chen Ladestrom l|St vom Batteriesensor 5 an seinem invertierenden Eingang. Der Differenzverstärker 13 liefert somit ein für die Differenz zwischen Soll- und Ist- Ladestromstärke der Batterie repräsentatives Signal an einen Integral- Proportionalregler, bestehend aus einem Verstärker 14, einer Integratorstufe 15 und einen Addierer 16 zum Addieren der Ausgangssignale des Verstärkers 14 und der Integratorstufe 15. Der Ausgang des Addierers 16 nimmt dann einen konstanten Wert an, wenn der vom Sensor 5 gemessene Ladestrom lιst und der Soll- Ladestrom lson gleich werden, wobei der Pegel, den das Ausgangssignal des Addierers 16 dann annimmt, nicht durch den von den Komponenten 10 bis 16 gebildeten Regelkreis festge- legt ist, sondern durch einen im Folgenden noch zu beschreibenden zweiten Regelkreis, der das Ausgangssignal des Addierers 16 als Eingangssignal verwendet.
Indem in dem zweiten Regelkreis ein Differenzverstärker 17 am nicht invertierenden Eingang mit dem Ausgangssignal des Addierers 16 und am inver- tierenden Eingang mit der vom Sensor 5 gemessenen Batterie- Klemmenspannung Uist beschaltet wird, bekommt das Ausgangssignal des Addierers 16 die Funktion einer Sollspannung Uson für die Batterie 4. Wie in dem ersten Regelkreis ist der Ausgang des Differenzverstärkers 17 mit einem Integral- Proportionalregler, bestehend aus einem Verstärker 18, einer Integratorstufe 19 und einem Addierer 20 zum Addieren der Ausgangssignale des Verstärkers 18 und der Integratorstufe 19 verbunden. Das Ausgangssignal des Addierers 20 hängt somit zusammen mit einer Abweichung der Batterie- Klemmenspannung Uιst von ihrem Sollwert und ist in der Figur mit Udiff bezeichnet. Ein weiterer Addierer 21 addiert die Signale Uson und Udiff und gibt die Summe USOιι+Udlff über einen Pegelbegrenzer 22 als Soll- Ausgangsspannungssignal für den Generator 1 auf die Leitung 3. Dies hat zur Folge, dass Udlff genau dann auf einen festen Wert konvergiert, wenn die vom Sensor 5 gemessene Batteriespannung U|St mit Uson übereinstimmt, das heißt wenn Udlff die Spannungsdifferenz darstellt, um die die Ausgangs- Spannung des Generators 1 gegenüber Uson erhöht sein muss, um die Batteriespannung Uιst gleich Uson zu machen.
Der Pegelbegrenzer 22 unterdrückt übermäßige Schwankungen im Ausgangssignal Usoiι+ Udiff des Addierers 21, die eventuell während eines Nach- regelvorgangs auftreten könnten und begrenzt die möglichen Werte der Generator-Sollspannung auf ein Intervall von zum Beispiel 10,0 bis 15,5 V, in dem ein ordnungsgemäßes Funktionieren der Verbraucher 7, 8 sichergestellt ist.
So stellt das Generatorsteuergerät 6 einerseits eine kontinuierlich ausreichende Spannungsversorgung der Verbraucher 7, 8 und andererseits einen gewünschten, nicht unnötig hohen Ladezustand der Batterie 4 sicher.
Zwischen dem Ausgang des Addierers 21 und der Steuerleitung 3 kann einer bevorzugten Weiterbildung zufolge noch ein Schalter 23 vorgesehen sein, der auf Schubabschaltung des Fahrzeugmotors anspricht und im Falle der Schubabschaltung anstelle des Ausgangssignals des Addierers 21 bzw. des Pegelbegrenzers 22 ein Konstantsignal mit der Leitung 3 verbindet. Dieses Konstantsignal entspricht einer hohen oder der maximalen Ausgangsspannung, die der Generator 1 zu liefern imstande ist. Schubunterbrechung wird häufig beim Bergabfahren oder beim Ausrollen vor einer Ampel eingesetzt, also in Situationen wo die kinetische Energie des Fahr- zeugs größer ist als erforderlich. Indem mit Hilfe des Schalters 23 die Generatorleistung in einem solchen Fall hoch gesetzt wird, kann diese kinetische Energie zu einem Teil über den Generator 1 zurück gewonnen und in der Batterie 4 gespeichert werden, was die für den Betrieb des Generators 1 benötigte Kraftstoffmenge verringert.
Da das Generatorsteuergerät nur die Ausgangsspannung USOιι+Udlff des Generators 1 vorgibt, ist es die Aufgabe des Generatorreglers 2, die Leistung des Generators bzw. die Stärke des in den Generator 1 eingespeisten Erregerstroms so anzupassen, dass diese Vorgabe erfüllt wird. Einer weiterentwickelten Ausgestaltung zufolge gibt der Generatorregler 2 an das Generatorsteuergerät 6 - z.B. über die Leitung 3 - ein Signal zurück, das für den Auslastungsgrad des Generators, z.B. für das Tastverhältnis eines in Wicklungen des Generators eingespeisten Erregerstroms - repräsentativ ist. Wenn das Generatorsteuergerät als Mikroprozessorsystem aufgebaut ist und die oben beschriebenen Regelkreise jeweils in Form von Software implementiert sind, dann kann das Mikroprozessorsystem ein Signal des Generatorreglers 2, das hohe oder maximale Auslastung des Generators 1 anzeigt, nutzen, indem es die Ausführung des zweiten Regelkreises so lange aussetzt, bis das Signal des Generatorreglers 2 wieder eine Generatorleistung unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts anzeigt. So kann in einer Zeit, in der der Generator ohnehin nicht in der Lage wäre, die kompensierte Ausgangsspannung Uson+Udiff bereit zu stellen, die für die Berechung von Udiff benötigte Rechenzeit eingespart und für andere Zwecke genutzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Bordelektriksystem für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Generator (1), einer Batterie (4), einem Generatorsteuergerät (6) und wenigstens einem durch den Generator (1) und die Batterie (4) ge- speisten Verbraucher (7, 8), wobei der das Generatorsteuergerät (6) eingerichtet ist, dem Generator (1) eine Soll-Ausgangsspannung (U- SoIi+ Udiff) vorzugeben, dadurch gekennzeichnet, dass das Generatorsteuergerät (6) eingerichtet ist, den Ladezustand (SOC) und den Ladestrom (lιst) der Batterie (4) zu erfassen und die SoII- Ausgangsspannung (Uson+Udιff) des Generators (6) zu variieren, bis der Ladestrom (lιst) eine ladezustandsabhängig vorgegebene Stromstärke (Isoii) annimmt.
2. Bordelektriksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Regelkreis (17-20) des Generatorsteuergeräts (6) auf eine
Klemmenspannung (U|St) der Batterie (4) anspricht, um die Soll- Ausgangsspannung (Usoii +Udlff) des Generators (6) zu variieren, bis die Klemmenspannung (U|St) einem Sollwert (Uson) entspricht, und ein zweiter Regelkreis (13-16) des Generatorsteuergeräts (6) den Sollwert (Uson) der Klemmenspannung variiert, um die ladezustandsabhängig vorgegebene Ladestromstärke (lson) einzustellen.
3. Bordelektriksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Batterie- Ladestroms (lson) in Abhängigkeit von einer Abweichung (delta-SOC) zwischen Ist- und Soll-
Ladezustand (SOC, SOC_soll) der Batterie (4) vorgegeben ist.
4. Bordelektriksystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke des Batterie- Ladestroms (lson) als eine stetige Funktion der Abweichung (delta-SOC) zwischen Ist- und Soll- Ladezustand der Batterie vorgegeben ist.
5. Bordelektriksystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich- net, dass der Soll-Ladezustand (SOC_soll) der Batterie temperatur- abhängig vorgegeben ist.
6. Bordelektriksystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass der Ist- Ladezustand (SOC) der Batterie (4) höher als der Soll- Ladezustand (SOC_soll) ist, der
Batterie- Ladestrom (lson) negativ vorgegeben ist.
7. Bordelektriksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einen Ausgang für die SoII- Generatorausgangsspannung (Uson) und einen Steuereingang des
Generators (1) ein Wertebegrenzer (22) geschaltet ist.
8. Bordelektriksystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Generatorsteuergerät (6) durch ein Mikroprozessorsystem und ein von diesem ausgeführtes Betriebsprogramm implementiert ist und dass das Mikroprozessorsystem eingerichtet ist, die Auslastung des Generators (1) zu erfassen und die Ausführung des Betriebsprogramms auszusetzen, wenn der Generator (1) voll ausgelastet ist.
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