WO2008087103A1 - Method for operating a motor vehicle generator with variable voltage - Google Patents

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WO2008087103A1
WO2008087103A1 PCT/EP2008/050301 EP2008050301W WO2008087103A1 WO 2008087103 A1 WO2008087103 A1 WO 2008087103A1 EP 2008050301 W EP2008050301 W EP 2008050301W WO 2008087103 A1 WO2008087103 A1 WO 2008087103A1
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WO
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generator
vehicle
driving
energy storage
additional energy
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Application number
PCT/EP2008/050301
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German (de)
French (fr)
Inventor
Oliver Gerundt
Reinhard Meyer
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14Circuit 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
    • H02J7/1423Circuit 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 with multiple batteries
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a motor vehicle generator according to the preamble of patent claim 1.
  • Generators as used in today's motor vehicles, essentially comprise a polyphase electric machine with a rectifier for rectifying the AC voltage generated by the machine.
  • the generator output voltage is regulated by means of a generator regulator.
  • the manipulated variable of the control is i. d. R.
  • Known motor vehicle generators are usually driven by a belt (V-ribbed belt) from the internal combustion engine.
  • the generator generates a generator torque (drag torque) which, depending on the level of the electrical load, acts more or less braking on the internal combustion engine.
  • the operating state of the vehicle generator therefore influences the drive torque and the fuel consumption of the internal combustion engine.
  • An essential aspect of the invention is to operate a connected in the electrical system additional energy storage, especially a super-cap to operate in different driving conditions in different modes. Due to the driving state-dependent change between at least two operating modes, the energy balance and the reliability of the electrical system can be optimized as a whole.
  • the additional energy storage is charged as much as possible and maintained in the further driving operation (the engine is turned on) at a high charge or voltage level.
  • the charging of the additional energy storage is preferably carried out in overrun mode (so-called recuperation) when the vehicle z. B. rolls or the driver or a vehicle system brakes.
  • the additional memory is preferably not or only slightly discharged and maintains a high voltage.
  • the additional energy storage in the stop phases (the engine is switched off) is used to provide the electrical consumers with electrical power.
  • the additional energy storage then discharges increasingly. After restarting the vehicle, the additional energy storage is recharged.
  • the voltage dropping at the additional energy storage is therefore relatively high during the driving operation on average and fluctuates only slightly.
  • the vehicle battery is spared because there is no significant cyclic loading and unloading.
  • the additional energy store is operated in such a way that the electrical consumers are already supplied with electrical power during driving from the additional energy store. This reduces the charge or voltage on the energy storage.
  • the additional energy storage is then preferably recharged in the next overrun phase (recuperation).
  • the voltage at the additional energy storage is thus lower during driving on average and shows greater fluctuations than in the first mode.
  • the vehicle generator and the internal combustion engine are relieved, so that the fuel consumption can be reduced.
  • the additional energy storage is connected via a switching device with the generator and the electrical loads.
  • the switching device may include one or more switches, by means of which or the energy storage can be switched on or off.
  • the switching device may also comprise one or more diodes.
  • the first operating mode is preferably selected in a driving state that corresponds to a typical trip in an inner city area.
  • the first operating mode is preferably selected in a driving state that corresponds to a driving behavior during a typical trip in an extra-urban area.
  • the respective driving state can be sensed and determined by evaluating one or more characteristic data. Scope and limits of driving conditions “city trip” or “overland travel” can be desired, for. B. by specifying certain ranges of values for the characteristic data, are set.
  • position data of a navigation system For recognizing the individual driving conditions, position data of a navigation system and / or speed data of
  • Speed sensors eg. B. wheel speed sensors, and / or data that describe the driver's request, such. B. the accelerator pedal position or brake actuation, evaluated. From these data can be readily z. B. determine the driving conditions "city driving" or "overland travel”.
  • a third operating mode is preferably also provided.
  • the third mode is set when an acceleration request (of the driver or a vehicle system) is detected, which is a predetermined threshold, for. B. 80% of the maximum acceleration exceeds.
  • the generator is automatically regulated to a lower voltage.
  • the electrical system is then temporarily supplied from the energy storage with electrical power.
  • the motor vehicle generator is preferably a generator which can be regulated to a variable output voltage.
  • the bandwidth of the control is preferably at least between 12V and 24V, or between 12V and 42V.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of a multi-voltage vehicle electrical system
  • Fig. 2 is a schematic diagram of the entire system for controlling a motor vehicle generator.
  • Fig. 1 shows a block diagram of a multi-voltage vehicle electrical system 1, with a first subnet 2 and a second subnet 3, which are powered by a generator 4 with electrical power.
  • the first subnet 2 has a variable voltage range, which in the present embodiment is between 12 V and 42 V.
  • the second subnet 3 has a fixed mains voltage of about 14 V.
  • the two subnets 2, 3 are connected via voltage transformers 5, 6 with each other, which present the voltage present in the first subnet 2 in the
  • the converter 5 is realized as a DC / DC converter and the converter 6 as a so-called longitudinal regulator.
  • the converter 5 or 6 could be provided.
  • the first subnet 2 contains various electrical consumers 7a, 7b, which can be operated with variable voltage. These include, in particular, fans, air conditioning systems, seat heaters, auxiliary heating, etc.
  • electrical consumers 8a, 8b are connected, which are dependent on a mains voltage of 14 V. These include, for example, control units, lights or the ignition system.
  • the multi-voltage vehicle electrical system 1 is, as mentioned, supplied by a generator 4 with electrical power. The electrical power generated by the generator 4 is used, on the one hand, to operate the electrical consumers 7, 8, but is also stored in a capacitor 15 (super-cap) and a battery 13 (see FIG.
  • the super-cap 15 is connected in the first sub-network 2 and the battery 13 in the second sub-network 3. Between the generator 4 and the super-cap 15 and the rest of the electrical system, a diode 17 is connected.
  • the super-cap 15 is operated depending on the driving condition of the vehicle in different modes.
  • the super-cap 15 In the "city driving" state, the super-cap 15 (see Fig. 2) is charged as fully as possible during the drive (the engine is switched on) .
  • This charging is preferably carried out in coasting mode by recuperation 16 is closed during charging, the switch 16 is opened after charging, so that the super-cap 15 does not discharge in the following driving operation and the voltage dropped on the super-cap 15 remains at a high level when the vehicle has stopped and If the internal combustion engine is switched off (stop-Betheb), the switch 16 is closed, so that the electrical consumers 7, 8 are fed from the super-cap 15.
  • the super-cap 15 After restarting the vehicle, the super-cap 15 is recharged at least while driving only to relatively low charge and discharge of the battery 13, so that the battery 13 can be spared considerably.
  • the super cap 15 is also fully charged while driving.
  • the charging is preferably again in overrun by recuperation, the generator output voltage is raised as high as possible.
  • the switch 16 remains closed - unlike in the first mode - so that the electrical loads 7, 8 are supplied from the super-cap 15.
  • the super-cap 15 is recharged.
  • the generator 4 and thus also the internal combustion engine are relieved during driving, which in turn can be achieved fuel savings.
  • the generator 4 is connected to a control unit 14 which controls the generator 4 in response to the driving condition.
  • a control unit In the control unit, a corresponding software is stored.
  • the switch 16 can also be controlled by the control unit 14.
  • the current driving state is detected by means of a suitable sensor system, which preferably comprises a position-recognition system that uses navigation data. Based on the current geographical position and the navigation data can be determined at any time, whether the vehicle moves within a city area or outside a city.
  • the driving condition of the vehicle can also be based on driving dynamics variables such. As the vehicle speed or acceleration can be determined.
  • the operating state "city operation" of the generator 4 may also apply outside, when the vehicle z. B. in congested traffic or in a traffic jam moves. The same applies in the case of a city trip for the "overland operation" when the vehicle z. B. moves on an inner-city highway.
  • the conditions and limits for recognizing the individual driving states can be defined as desired.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of the overall system, the essential components of which form the generator controller 10 and the generator 4.
  • the generator controller 10 is here with a navigation system 11 (GPS), the engine control unit 9 and a battery management control unit 12 in connection.
  • GPS navigation system
  • the engine control unit 9 the engine control unit 9 and a battery management control unit 12 in connection.
  • the navigation system 11 sends information concerning the current driving state. It may be z. B. to act information indicating whether the vehicle is moving inside or outside a city area, driving on a traffic light or drives in slow-moving traffic, etc.
  • the engine control unit 9 provides information about the current driver's request, such. B. "accelerate” or “go from the gas”. Also from this information alone or in combination with the navigation system 11 delivered Information a decision on the bethebmodus to be selected of the generator 4 are made.
  • the generator controller 10 is also in communication with the battery management controller 12, which provides information about the state of charge of the battery 13. From this information (if necessary, further information can be added) determines the generator controller 10, the operating strategy of the generator. 4

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for operating a reserve energy accumulator (15), in particular a supercap, connected in an electrical on-board network (1) of a vehicle. The reliability of the on-board network (1) can be substantially improved when the reserve energy accumulator (15) is operated in a first operating mode in a first set of driving conditions, and in a second operating mode in a second set of driving conditions.

Description

Beschreibung description
Titeltitle
Verfahren zum Betreiben eines Kfz-Generators mit variabler SpannungMethod for operating a variable voltage motor vehicle generator
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kfz-Generators gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for operating a motor vehicle generator according to the preamble of patent claim 1.
Generatoren, wie sie in heutigen Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, umfassen im Wesentlichen eine mehrphasige elektrische Maschine mit einem Gleichrichter zum Gleichrichten der von der Maschine erzeugten Wechselspannung. Die Generatorausgangsspannung wird mittels eines Generatorreglers geregelt. Die Stellgröße der Regelung ist dabei i. d. R. der durch eine Erregerwicklung fließende Erregerstrom.Generators, as used in today's motor vehicles, essentially comprise a polyphase electric machine with a rectifier for rectifying the AC voltage generated by the machine. The generator output voltage is regulated by means of a generator regulator. The manipulated variable of the control is i. d. R. The current flowing through a field winding exciting current.
Bekannte Kfz-Generatoren werden üblicherweise mittels eines Riemens (Keilrippenriemen) vom Verbrennungsmotor angetrieben. Während des Betriebs erzeugt der Generator ein Generatormoment (Schleppmoment), das je nach Höhe der elektrischen Last mehr oder weniger bremsend auf den Verbrennungsmotor wirkt. Der Betriebszustand des Kfz-Generators beeinflusst daher das Antriebsmoment und den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors.Known motor vehicle generators are usually driven by a belt (V-ribbed belt) from the internal combustion engine. During operation, the generator generates a generator torque (drag torque) which, depending on the level of the electrical load, acts more or less braking on the internal combustion engine. The operating state of the vehicle generator therefore influences the drive torque and the fuel consumption of the internal combustion engine.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Bordnetzes zu schaffen, mittels dessen die Zuverlässigkeit der Energieversorgung und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.It is now the object of the present invention to provide a method for operating an on-board electrical system, by means of which the reliability of the power supply and at the same time the fuel consumption can be reduced. This object is achieved according to the invention by the features specified in claim 1. Further embodiments of the invention are the subject of dependent claims.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, einen im Bordnetz angeschlossenen Zusatz-Energiespeicher, insbesondere einen Super-Cap, in unterschiedlichen Fahrzuständen in verschiedenen Betriebsarten zu betreiben. Durch den fahrzustandsabhängigen Wechsel zwischen wenigstens zwei Betriebsarten kann die Energiebilanz und die Zuverlässigkeit des Bordnetzes insgesamt optimiert werden.An essential aspect of the invention is to operate a connected in the electrical system additional energy storage, especially a super-cap to operate in different driving conditions in different modes. Due to the driving state-dependent change between at least two operating modes, the energy balance and the reliability of the electrical system can be optimized as a whole.
In der ersten Betriebsart wird der Zusatz-Energiespeicher möglichst stark geladen und im weiteren Fahrbetrieb (der Verbrennungsmotor ist eingeschaltet) auf einem hohen Ladungs- bzw. Spannungsniveau gehalten. Das Aufladen des Zusatz- Energiespeichers erfolgt vorzugsweise im Schubbetrieb (sog. Rekuperation), wenn das Fahrzeug z. B. ausrollt oder der Fahrer bzw. ein Fahrzeugsystem bremst. Im Fahrbetrieb entlädt sich der Zusatzspeicher vorzugsweise nicht oder nur geringfügig und behält eine hohe Spannung bei. Bei Fahrzeugen, die für den Start-Stop-Betrieb ausgelegt sind, wird der Zusatz-Energiespeicher in den Stop- Phasen (der Verbrennungsmotor ist ausgeschaltet) genutzt, um die elektrischen Verbraucher mit elektrischer Leistung zu versorgen. Der Zusatz-Energiespeicher entlädt sich dann zunehmend. Nach dem Neustart des Fahrzeugs wird der Zusatz- Energiespeicher wieder aufgeladen. Die am Zusatz-Energiespeicher abfallende Spannung ist daher während des Fahrbetriebs im Mittel relativ hoch und schwankt nur gering. Außerdem wird die Fahrzeugbatterie geschont, da es zu keinen nennenswerten zyklischen Lade- und Entladevorgängen kommt.In the first mode, the additional energy storage is charged as much as possible and maintained in the further driving operation (the engine is turned on) at a high charge or voltage level. The charging of the additional energy storage is preferably carried out in overrun mode (so-called recuperation) when the vehicle z. B. rolls or the driver or a vehicle system brakes. When driving, the additional memory is preferably not or only slightly discharged and maintains a high voltage. For vehicles that are designed for start-stop operation, the additional energy storage in the stop phases (the engine is switched off) is used to provide the electrical consumers with electrical power. The additional energy storage then discharges increasingly. After restarting the vehicle, the additional energy storage is recharged. The voltage dropping at the additional energy storage is therefore relatively high during the driving operation on average and fluctuates only slightly. In addition, the vehicle battery is spared because there is no significant cyclic loading and unloading.
In der zweiten Betriebsart wird der Zusatz-Energiespeicher derart betrieben, dass die elektrischen Verbraucher bereits im Fahrbetrieb aus dem Zusatz- Energiespeicher mit elektrischer Leistung versorgt werden. Dadurch sinkt die Ladung bzw. Spannung am Energiespeicher. Der Zusatz-Energiespeicher wird dann vorzugsweise in der nächsten Schubphase neu aufgeladen (Rekuperation). Die Spannung am Zusatz-Energiespeicher ist somit während des Fahrbetriebs im Mittel niedriger und zeigt stärkere Schwankungen als in der ersten Betriebsart. Dadurch werden der Kfz-Generator und der Verbrennungsmotor entlastet, so dass der Kraftstoffverbrauch verringert werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Zusatz- Energiespeicher über eine Schalteinrichtung mit dem Generator und den elektrischen Verbrauchern verbunden. Die Schalteinrichtung kann einen oder mehrere Schalter umfassen, mittels dessen bzw. derer der Energiespeicher zu- bzw. weggeschaltet werden kann. Die Schalteinrichtung kann auch eine oder mehrere Dioden umfassen.In the second operating mode, the additional energy store is operated in such a way that the electrical consumers are already supplied with electrical power during driving from the additional energy store. This reduces the charge or voltage on the energy storage. The additional energy storage is then preferably recharged in the next overrun phase (recuperation). The voltage at the additional energy storage is thus lower during driving on average and shows greater fluctuations than in the first mode. As a result, the vehicle generator and the internal combustion engine are relieved, so that the fuel consumption can be reduced. According to a preferred embodiment of the invention, the additional energy storage is connected via a switching device with the generator and the electrical loads. The switching device may include one or more switches, by means of which or the energy storage can be switched on or off. The switching device may also comprise one or more diodes.
Die erste Betriebsart wird vorzugsweise in einem Fahrzustand gewählt, der einer typischen Fahrt in einem innerstädtischen Bereich entspricht. Die erste Betriebsart wird vorzugsweise in einem Fahrzustand gewählt, der einem Fahrverhalten bei einer typischen Fahrt in einem außerstädtischen Bereich entspricht.The first operating mode is preferably selected in a driving state that corresponds to a typical trip in an inner city area. The first operating mode is preferably selected in a driving state that corresponds to a driving behavior during a typical trip in an extra-urban area.
Der jeweilige Fahrzustand kann sensorisch erfasst und durch Auswertung einer oder mehrerer charakteristischer Daten bestimmt werden. Umfang und Grenzen der Fahrzustände "Stadtfahrt" bzw. "Überlandfahrt" können nach Wunsch, z. B. durch Vorgabe bestimmter Wertebereiche für die charakteristischen Daten, festgelegt werden.The respective driving state can be sensed and determined by evaluating one or more characteristic data. Scope and limits of driving conditions "city trip" or "overland travel" can be desired, for. B. by specifying certain ranges of values for the characteristic data, are set.
Zum Erkennen der einzelnen Fahrzustände werden vorzugsweise Positionsdaten eines Navigationssystem und/oder Geschwindigkeitsdaten vonFor recognizing the individual driving conditions, position data of a navigation system and / or speed data of
Geschwindigkeitssensoren, z. B. Rad-Drehzahlsensoren, und/oder Daten, die den Fahrerwunsch beschreiben, wie z. B. die Gaspedalstellung oder Bremsbetätigung, ausgewertet. Aus diesen Daten lassen sich ohne weiteres z. B. die Fahrzustände "Stadtfahrt" bzw. "Überlandfahrt" ermitteln.Speed sensors, eg. B. wheel speed sensors, and / or data that describe the driver's request, such. B. the accelerator pedal position or brake actuation, evaluated. From these data can be readily z. B. determine the driving conditions "city driving" or "overland travel".
Neben den vorstehend beschriebenen Betriebsarten ist vorzugsweise auch eine dritte Betriebsart vorgesehen. Die dritte Betriebsart wird eingestellt, wenn ein Beschleunigungswunsch (des Fahrers oder eines Fahrzeugsystems) erkannt wird, der eine vorgegebene Schwelle, z. B. 80% der Maximalbeschleunigung, überschreitet. In diesem Fall wird der Generator automatisch auf eine niedrigere Spannung geregelt. Dadurch sinkt das auf dem Verbrennungsmotor rückwirkende Schleppmoment, so dass das Fahrzeug schneller beschleunigen kann. Das Bordnetz wird dann vorübergehend aus dem Energiespeicher mit elektrischer Leistung versorgt. Der Kfz-Generator ist vorzugsweise ein Generator, der auf eine variable Ausgangsspannung regelbar ist. Die Bandbreite der Regelung liegt vorzugsweise wenigstens zwischen 12 V und 24 V, oder zwischen 12 V und 42 V.In addition to the operating modes described above, a third operating mode is preferably also provided. The third mode is set when an acceleration request (of the driver or a vehicle system) is detected, which is a predetermined threshold, for. B. 80% of the maximum acceleration exceeds. In this case, the generator is automatically regulated to a lower voltage. As a result, the drag torque acting on the internal combustion engine decreases, so that the vehicle can accelerate faster. The electrical system is then temporarily supplied from the energy storage with electrical power. The motor vehicle generator is preferably a generator which can be regulated to a variable output voltage. The bandwidth of the control is preferably at least between 12V and 24V, or between 12V and 42V.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Mehrspannungsbordnetzes;Fig. 1 is a schematic block diagram of a multi-voltage vehicle electrical system;
Fig. 2 eine Prinzipskizze des gesamten Systems zur Regelung eines Kfz- Generators.Fig. 2 is a schematic diagram of the entire system for controlling a motor vehicle generator.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Mehrspannungsbordnetzes 1 für Kraftfahrzeuge, mit einem ersten Teilnetz 2 und einem zweiten Teilnetz 3, die von einem Generator 4 mit elektrischer Leistung versorgt werden. Das erste Teilnetz 2 hat einen variablen Spannungsbereich, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen 12 V und 42 V liegt. Das zweite Teilnetz 3 hat eine feste Netzspannung von etwa 14 V.Fig. 1 shows a block diagram of a multi-voltage vehicle electrical system 1, with a first subnet 2 and a second subnet 3, which are powered by a generator 4 with electrical power. The first subnet 2 has a variable voltage range, which in the present embodiment is between 12 V and 42 V. The second subnet 3 has a fixed mains voltage of about 14 V.
Die beiden Teilnetze 2, 3 sind über Spannungswandler 5, 6 miteinander verbunden, die die im ersten Teilnetz 2 vorliegende Spannung in dieThe two subnets 2, 3 are connected via voltage transformers 5, 6 with each other, which present the voltage present in the first subnet 2 in the
Netzspannung des zweiten Teilnetzes 3 wandeln. Der Wandler 5 ist dabei als DC/DC-Wandler und der Wandler 6 als so genannter Längsregler realisiert. Wahlweise könnte auch nur ein einziger Wandler 5 bzw. 6 vorgesehen sein.Mains voltage of the second subnet 3 convert. The converter 5 is realized as a DC / DC converter and the converter 6 as a so-called longitudinal regulator. Optionally, only a single transducer 5 or 6 could be provided.
Das erste Teilnetz 2 enthält verschiedene elektrische Verbraucher 7a, 7b, die mit variabler Spannung betrieben werden können. Dazu zählen insbesondere Lüfter, Klimaanlagen, Sitzheizungen, Zuheizung, etc.. Im zweiten Teilnetz 3 sind solche elektrischen Verbraucher 8a, 8b angeschlossen, die auf eine Netzspannung von 14 V angewiesen sind. Dazu gehören beispielsweise Steuergeräte, Leuchten oder die Zündanlage. Das Mehrspannungsbordnetz 1 wird, wie erwähnt, von einem Generator 4 mit elektrischer Leistung versorgt. Die vom Generator 4 erzeugte elektrische Leistung wird einerseits zum Betrieb der elektrischen Verbraucher 7, 8 genutzt, wird aber auch in einem Kondensator 15 (Super-Cap) und einer Batterie 13 (s. Fig. 2) gespeichert. Der Super-Cap 15 ist im ersten Teilnetz 2 und die Batterie 13 im zweiten Teilnetz 3 angeschlossen. Zwischen Generator 4 und Super-Cap 15 bzw. dem übrigen Bordnetz ist eine Diode 17 angeschlossen.The first subnet 2 contains various electrical consumers 7a, 7b, which can be operated with variable voltage. These include, in particular, fans, air conditioning systems, seat heaters, auxiliary heating, etc. In the second subnet 3, such electrical consumers 8a, 8b are connected, which are dependent on a mains voltage of 14 V. These include, for example, control units, lights or the ignition system. The multi-voltage vehicle electrical system 1 is, as mentioned, supplied by a generator 4 with electrical power. The electrical power generated by the generator 4 is used, on the one hand, to operate the electrical consumers 7, 8, but is also stored in a capacitor 15 (super-cap) and a battery 13 (see FIG. The super-cap 15 is connected in the first sub-network 2 and the battery 13 in the second sub-network 3. Between the generator 4 and the super-cap 15 and the rest of the electrical system, a diode 17 is connected.
Um die Leistungsfähigkeit des Bordnetzes 1 zu erhöhen und gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch zu senken, wird der Super-Cap 15 abhängig vom Fahrzustand des Fahrzeugs in unterschiedlichen Betriebsarten betrieben. Dabei wird wenigstens zwischen zwei verschiedenen Fahrzuständen unterschieden, nämlich einer Stadtfahrt bzw. einem Fahrzustand, der einer typischen Fahrt im innerstädtischen Bereich entspricht, und einer Überlandfahrt bzw. einem Fahrzustand der einer typischen Fahrt in einem außerstädtischen Bereich entspricht.In order to increase the performance of the electrical system 1 and at the same time to reduce fuel consumption, the super-cap 15 is operated depending on the driving condition of the vehicle in different modes. In this case, a distinction is made between at least two different driving conditions, namely a city drive or a driving state that corresponds to a typical trip in the inner city area, and a cross-country drive or a driving state that corresponds to a typical trip in an extra-urban area.
Im Zustand „Stadtfahrt" wird der Super-Cap 15 (siehe Fig. 2) während der Fahrt (der Motor ist eingeschaltet) möglichst voll geladen. Das Aufladen erfolgt dabei vorzugsweise im Schubbetrieb durch Rekuperation. Ein im Versorgungspfad des Super-Caps 15 angeordneter Schalter 16 ist während des Aufladens geschlossen. Der Schalter 16 wird nach dem Laden geöffnet, so dass sich der Super-Cap 15 im folgenden Fahrbetrieb nicht entlädt und die am Super-Cap 15 abfallende Spannung auf einem hohen Niveau bleibt. Wenn das Fahrzeug angehalten hat und der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist (Stop-Betheb), wird der Schalter 16 geschlossen, so dass die elektrischen Verbraucher 7, 8 aus dem Super-Cap 15 gespeist werden. Nach dem Neustart des Fahrzeugs wird der Super-Cap 15 wieder aufgeladen. Dadurch kommt es zumindest im Fahrbetrieb nur zu relativ geringen Lade- und Entladevorgängen der Batterie 13, so dass die Batterie 13 erheblich geschont werden kann.In the "city driving" state, the super-cap 15 (see Fig. 2) is charged as fully as possible during the drive (the engine is switched on) .This charging is preferably carried out in coasting mode by recuperation 16 is closed during charging, the switch 16 is opened after charging, so that the super-cap 15 does not discharge in the following driving operation and the voltage dropped on the super-cap 15 remains at a high level when the vehicle has stopped and If the internal combustion engine is switched off (stop-Betheb), the switch 16 is closed, so that the electrical consumers 7, 8 are fed from the super-cap 15. After restarting the vehicle, the super-cap 15 is recharged at least while driving only to relatively low charge and discharge of the battery 13, so that the battery 13 can be spared considerably.
In der zweiten Betriebsart (Überlandbetrieb) wird der Super-Cap 15 während der Fahrt ebenfalls möglichst voll geladen. Das Aufladen erfolgt vorzugsweise wiederum im Schubbetrieb durch Rekuperation, wobei die Generatorausgangs- Spannung möglichst hochgefahren wird. Nach dem Aufladen bleibt der Schalter 16 - anders als in der ersten Betriebsart - geschlossen, so dass die elektrischen Verbraucher 7, 8 aus dem Super-Cap 15 versorgt werden. In der nächsten Schubphase, oder wenn die Spannung am Super-Cap 15 einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, wird der Super-Cap 15 wieder aufgeladen. Dadurch werden insbesondere der Generator 4 und somit auch der Verbrennungsmotor im Fahrbetrieb entlastet, wodurch wiederum eine Kraftstoffeinsparung erreicht werden kann.In the second operating mode (overland operation), the super cap 15 is also fully charged while driving. The charging is preferably again in overrun by recuperation, the generator output voltage is raised as high as possible. After charging the switch 16 remains closed - unlike in the first mode - so that the electrical loads 7, 8 are supplied from the super-cap 15. In the next Shear phase, or when the voltage at the super-cap 15 falls below a predetermined threshold, the super-cap 15 is recharged. As a result, in particular, the generator 4 and thus also the internal combustion engine are relieved during driving, which in turn can be achieved fuel savings.
Der Generator 4 ist mit einem Steuergerät 14 verbunden, das den Generator 4 in Abhängigkeit vom Fahrzustand entsprechend ansteuert. Im Steuergerät ist eine entsprechende Software hinterlegt. Der Schalter 16 kann ebenfalls vom Steuergerät 14 angesteuert werden .The generator 4 is connected to a control unit 14 which controls the generator 4 in response to the driving condition. In the control unit, a corresponding software is stored. The switch 16 can also be controlled by the control unit 14.
Der aktuelle Fahrzustand wird mittels einer geeigneten Sensorik erfasst, die vorzugsweise ein Positionserkennungssystem umfasst, das auf Navigationsdaten zurückgreift. Anhand der aktuellen geographischen Position und der Navigationsdaten kann jederzeit festgestellt werden, ob sich das Fahrzeug innerhalb eines Stadtgebiets oder außerhalb einer Stadt bewegt. Der Fahrzustand des Fahrzeugs kann aber auch anhand von fahrdynamischen Größen, wie z. B. der Fahrzeuggeschwindigkeit oder Beschleunigung, bestimmt werden. Der Betriebszustand "Stadtbetrieb" des Generators 4 kann auch außerorts gelten, wenn sich das Fahrzeug z. B. im zähfließenden Verkehr oder in einem Stau bewegt. Entsprechendes gilt auch im Falle einer Stadtfahrt für den "Überlandbetrieb", wenn sich das Fahrzeug z. B. auf einer innerstädtischen Schnellstraße bewegt. Die Bedingungen und Grenzen für das Erkennen der einzelnen Fahrzustände können nach Wunsch definiert werden.The current driving state is detected by means of a suitable sensor system, which preferably comprises a position-recognition system that uses navigation data. Based on the current geographical position and the navigation data can be determined at any time, whether the vehicle moves within a city area or outside a city. The driving condition of the vehicle can also be based on driving dynamics variables such. As the vehicle speed or acceleration can be determined. The operating state "city operation" of the generator 4 may also apply outside, when the vehicle z. B. in congested traffic or in a traffic jam moves. The same applies in the case of a city trip for the "overland operation" when the vehicle z. B. moves on an inner-city highway. The conditions and limits for recognizing the individual driving states can be defined as desired.
Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze des Gesamtsystems, dessen wesentliche Bestandteile der Generatorregler 10 und der Generator 4 bilden. Der Generatorregler 10 steht hier mit einem Navigationssystem 11 (GPS), dem Motor- Steuergerät 9 und einem Batteriemanagement-Steuergerät 12 in Verbindung.FIG. 2 shows a schematic diagram of the overall system, the essential components of which form the generator controller 10 and the generator 4. The generator controller 10 is here with a navigation system 11 (GPS), the engine control unit 9 and a battery management control unit 12 in connection.
Im Betrieb sendet das Navigationssystem 11 eine den aktuellen Fahrzustand betreffende Information. Dabei kann es sich z. B. um eine Information handeln, die angibt, ob sich das Fahrzeug innerhalb oder außerhalb eines Stadtbereichs bewegt, auf eine Ampel zufährt oder im zähfließenden Verkehr fährt, etc.. Das Motor-Steuergerät 9 liefert eine Information über den aktuellen Fahrerwunsch, wie z. B. „Beschleunigen" oder „vom Gas gehen". Auch aus dieser Information kann alleine oder in Kombination mit der vom Navigationssystem 11 gelieferten Information eine Entscheidung über den zu wählenden Bethebmodus des Generators 4 getroffen werden.In operation, the navigation system 11 sends information concerning the current driving state. It may be z. B. to act information indicating whether the vehicle is moving inside or outside a city area, driving on a traffic light or drives in slow-moving traffic, etc. The engine control unit 9 provides information about the current driver's request, such. B. "accelerate" or "go from the gas". Also from this information alone or in combination with the navigation system 11 delivered Information a decision on the bethebmodus to be selected of the generator 4 are made.
Der Generatorregler 10 steht ferner mit dem Batteriemanagement-Steuergerät 12 in Verbindung, das eine Information über den Ladezustand der Batterie 13 bereitstellt. Aus diesen Informationen (gegebenenfalls können auch weitere Informationen hinzugenommen werden) bestimmt der Generatorregler 10 die Betriebsstrategie des Generators 4. The generator controller 10 is also in communication with the battery management controller 12, which provides information about the state of charge of the battery 13. From this information (if necessary, further information can be added) determines the generator controller 10, the operating strategy of the generator. 4

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben eines in einem elektrischen Bordnetz (1 ) eines Fahrzeugs angeschlossenen Zusatz-Energiespeichers (15), insbesondere eines Super-Caps, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz-Energiespeicher (15) in einem ersten Fahrzustand in einer ersten Betriebsart, und in einem zweiten Fahrzustand in einer zweiten Betriebsart betrieben wird.1. A method for operating a connected in an electrical system (1) of a vehicle additional energy storage device (15), in particular a super-cap, characterized in that the additional energy storage (15) in a first driving state in a first mode, and is operated in a second driving state in a second mode.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz-Energiespeicher (15) in der ersten Betriebsart, im Fahrbetrieb des Fahrzeugs, auf einem hohen Spannungsniveau gehalten, und in der zweiten Betriebsart, im Fahrbetrieb des Fahrzeugs, zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern (7,8) genutzt wird, und daher eine im Mittel niedrigere Spannung aufweist.2. The method according to claim 1, characterized in that the additional energy storage (15) held in the first mode, while driving the vehicle, at a high voltage level, and in the second mode, while driving the vehicle, for the supply of electrical consumers (7,8) is used, and therefore has a mean lower voltage.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz-Energiespeicher (15) im Schubbetrieb des Fahrzeugs aufgeladen wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the additional energy storage (15) is charged in overrun operation of the vehicle.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Fahrzustand einer typischen Fahrt in einem innerstädtischen Bereich entspricht.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the first driving state corresponds to a typical trip in an inner city area.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fahrzustand einer typischen Fahrt in einem außerstädtischen Bereich entspricht.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the second driving state corresponds to a typical trip in a non-urban area.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Positionsdaten eines Navigationssystems ausgewertet werden, um den aktuellen Fahrzustand zu ermitteln.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that position data of a navigation system are evaluated to determine the current driving condition.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Geschwindigkeitsdaten ausgewertet werden, um den aktuellen Fahrzustand zu ermitteln.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that speed data are evaluated to determine the current driving condition.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vom Motorsteuergerät (9) gelieferte Daten ausgewertet werden, um den aktuellen Fahrzustand zu ermitteln.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the engine control unit (9) supplied data are evaluated to determine the current driving condition.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4), wenn eine Beschleunigungsanforderung festgestellt wird, die größer ist als ein vorgegebener Schwellenwert, auf eine niedrigere Spannung geregelt wird, um den Verbrennungsmotor zu entlasten.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the generator (4), when an acceleration request is detected, which is greater than a predetermined threshold, is controlled to a lower voltage to relieve the internal combustion engine.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (4) ein Generator ist, der auf eine variable Ausgangsspannung geregelt werden kann. 10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the generator (4) is a generator which can be regulated to a variable output voltage.
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