DE10047222A1

DE10047222A1 - Internal combustion engine with generator has warm-up device with power semiconductors operated with high power losses transferred by heat transfer devices to coolant circuit

Info

Publication number: DE10047222A1
Application number: DE2000147222
Authority: DE
Inventors: Reinhard Orthmann; Hans-Peter Schoener
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2000-09-23
Filing date: 2000-09-23
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2020-09-24
Also published as: DE10047222B4

Abstract

The engine (1) has a coupled generator (2) with associated power electronics (LE) with heat transfer devices (4) connected to a coolant circuit (5,8,11,13). The power electronics contain current valves consisting of power semiconducting components. The power semiconductors or generator windings are at least temporarily operated by a controller with high power losses that are transferred by the heat transfer devices to the coolant circuit. Independent claims are also included for the following: a method of operating an engine and generator as a warm-up device, a method of warming up an internal combustion engine in the cold start phase, use of the method for warming up an internal combustion engine in the cold start phase and for heating the vehicle passenger compartment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Erzeugnis mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs.The invention relates to a product with the features of the independent claim.

In ATZ (1997) Nr. 11; Bernd Dienhart, Hans Kampf, Anja Kies: "Vergleich von Zuheizsy stemen in Automobilen mit geringem Kraftstoffverbrauch" wird ein Überblick über verschie dene Zuheizsysteme in Automobilen gegeben. Miteinander verglichen werden die in Kraft fahrzeugen bekannten Zuheizsysteme, nämlich Brennstoff-Zuheizer, PTC-Heizung, Abgas- Wärmeübertrager. Zuheizsysteme werden im wesentlichen aus zwei Gründen in die Kraft fahrzeuge eingebaut. Zum einen bedingen die strengen EURO-Abgasnormen, daß der Ver brennungsmotor möglichst schnell seine Betriebstemperatur erreichen muß, um die höher wertigen Abgasnormen erfüllen zu können. Die höchste Schadstoffbelastung des Abgases tritt unmittelbar nach dem Start des noch kalten Verbrennungsmotors auf. Deshalb wird der Verbrennungsmotor während der Startphase unter Zuhilfenahme eines Zuheizer möglichst schnell auf Betriebstemperatur gebracht und so die emitierte Schadstoffmenge verringert. Ein zweiter Grund, Zuheizer einzusetzen, liegt im Komfort für die Insassen. Hier suchen die Au tomobilhersteller nach Lösungen, um trotz der geringen Wärmeabgabe von immer kraft stoffsparenderen Motoren eine schnelle Aufheizung des Fahrzeuginnenraums zu erreichen.In ATZ ( 1997 ) No. 11; Bernd Dienhart, Hans Kampf, Anja Kies: "Comparison of auxiliary heating systems in automobiles with low fuel consumption" an overview of various auxiliary heating systems in automobiles is given. The auxiliary heating systems known in motor vehicles, namely fuel auxiliary heaters, PTC heating and exhaust gas heat exchangers, are compared with one another. Heating systems are installed in the motor vehicles for two main reasons. On the one hand, the strict EURO emissions standards mean that the internal combustion engine must reach its operating temperature as quickly as possible in order to be able to meet the higher-quality emissions standards. The highest pollutant pollution in the exhaust gas occurs immediately after starting the still cold internal combustion engine. For this reason, the internal combustion engine is brought to operating temperature as quickly as possible with the help of an auxiliary heater, thus reducing the amount of pollutants emitted. A second reason for using auxiliary heaters is comfort for the occupants. This is where automobile manufacturers are looking for solutions to quickly heat up the vehicle interior despite the low heat emission from increasingly fuel-efficient engines.

Alle diese Zuheizsysteme bedeuten einen zusätzlichen konstruktiven Aufwand, auf den man gerne verzichten würde, natürlich ohne auf die erwähnten Vorteile hinsichtlich Schadstoffver ringerung und Komforterhöhung verzichten zu müssen.All of these auxiliary heating systems mean an additional constructive effort, which one points to would like to do without, of course, without the advantages mentioned regarding pollution wrestling and increased comfort.

Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher, mit einem neuen Leistungsmanagement der in ei nem Kraftfahrzeug-Antrieb ohnehin vorhandenen Komponenten den separaten Zuheizer zu ersetzen.The task according to the invention is therefore, with a new performance management of the in Components that are already present in the motor vehicle drive to the separate auxiliary heater replace.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale des unabhängigen An spruchs. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen enthalten. According to the invention, this object is achieved by the features of the independent An entitlement. Further advantageous embodiments are contained in the subclaims.

Die Lösung gelingt demnach, indem bei einer Verbrennungsmaschine mit angekoppeltem Generator nach deren Start die Leistungselektronik des Generators, nämlich die Leistungs halbleiter der Stromventile in der Drehstrombrücke des Generators, mit hoher Verlustleistung betrieben wird bzw. werden und diese Verlustleistung zur Beheizung eingesetzt wird. Mit anderen Worten werden nach dem Start der Verbrennungsmaschine die Leistungshalbleiter der Stromventile als elektrische Zuheizer betrieben.The solution is therefore successful in that with an internal combustion engine with a coupling Generator after its start the power electronics of the generator, namely the power semiconductors of the current valves in the three-phase bridge of the generator, with high power loss is or are operated and this power loss is used for heating. With in other words, the power semiconductors become after the start of the internal combustion engine the current valves operated as electrical auxiliary heaters.

Der mit der Erfindung hauptsächlich erzielbare Vorteil liegt in dem möglichen Verzicht eines separaten Zuheizers, ohne daß deswegen auf die Funktionalität eines Zuheizers verzichtet werden muß. Um in den Genuß dieses Vorteils zu gelangen, bedarf es lediglich Komponen ten, die in einem Antrieb eines Kraftfahzeuges mit Generator ohnehin vorhanden sind. Mit einer Veränderung der Ansteuerung der Stromventile des Generators wird ein komplettes Zuheizsystem geschaffen. Die Ansteuerung der Stromventile erfolgt beispielsweise mit dem Generatorregler, eventuell nach Ansteuerung des Generatorreglers durch ein übergeordnetes im Kraftfahrzeug angeordnetes Steuergerät. Die erfindungsgemäße Funktionalität wird durch eine Ergänzung der Steuerungssoftware für die Stromventile des Generators und durch die Nutzung der Verlustleistung zur Heizzwecken erzielt. Dies ist ein sehr geringer Aufwand, verglichen mit dem erzielten Vorteil, auf ein separates Zuheizersystem verzichten zu können.The main advantage that can be achieved with the invention lies in the possible waiver of one separate heater, without sacrificing the functionality of a heater must become. To enjoy this benefit, all you need is composing ten, which are present anyway in a drive of a motor vehicle with generator. With a change in the control of the current valves of the generator is a complete Heating system created. The current valves are activated, for example, with the Generator controller, possibly after controlling the generator controller by a higher-level Control device arranged in the motor vehicle. The functionality according to the invention is achieved by a supplement to the control software for the current valves of the generator and by the Use of the power loss for heating purposes. This is very little effort compared to the advantage achieved of being able to do without a separate auxiliary heater system.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen darge stellt und näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated below with reference to drawings provides and explained in more detail. Show it:

Fig. 1 einen Verbrennungsmotor und einen Generator mit zugehöriger Leistungselektronik, bei dem Leistungselektronik und Generator mit einem gemeinsamen Wärmeübertra ger an den Kühlmittelkreislauf im Kraftfahrzeug angeschlossen sind, Fig. 1 an internal combustion engine and a generator with associated power electronics, wherein the power electronics and with a common generator Heat Transf ger connected to the coolant circuit in the motor vehicle,

Fig. 2 einen Verbrennungsmotor und einen Generator mit zugehöriger Leistungselektronik, bei dem Leistungselektronik und Generator jeweils mit getrennten Wärmeübertragern an den Kühlmittelkreislauf im Kraftfahrzeug angeschlossen sind, Fig. 2 an internal combustion engine and a generator with associated power electronics, are connected together in the power electronics and generator with separate heat exchangers in the refrigerant circuit in the motor vehicle,

Fig. 3 einen Verbrennungsmotor und einen Generator mit zugehöriger Leistungselektronik, bei dem der Wärmeübertrager der Leistungselektronik an einen vom Kühlmittel kreislauf des Verbrennungsmotors getrennten Kühlmittelkreislauf angeschlossen ist, Fig. 3 is an internal combustion engine and a generator with associated power electronics, wherein the heat exchanger of the power electronics is connected to a circuit of the internal combustion engine is separate from the coolant cooling circuit,

Fig. 4 zur Erläuterung der Erfindung ein an sich bekanntes Ersatzschaubild eines Generators mit Drehstrombrücke und Stromventilen aus n-Kanal MOSFET Leistungshalbleitern, Fig. 4 for illustration of the invention a per se known equivalent circuit diagram of a generator having three-phase bridge, and flow control valves of n-channel MOSFET power semiconductors,

Fig. 5 ein an sich bekanntes Kennlinienfeld im ersten Quadranten eines MOSFET zur Er läuterung der erfindungsgemäßen Ansteuerung der MOSFET-Stromventile und der erzielbaren Verlustleistung, Fig. 5 a per se known characteristic of a MOSFET for it in the first quadrant explanation of the control of the MOSFET current valves of the invention and the achievable power dissipation,

Fig. 6 ein an sich bekanntes Schaltdiagramm eines MOSFET-Schalters zur Erläuterung einer alternativen erfindungsgemäßen Ansteuerung der MOSFET-Stromventile und der er zielbaren Verlustleistung, Fig. 6 is a per se known circuit diagram of a MOSFET switch for explaining an alternative control arrangement for the MOSFET current valves and the targetable he dissipation,

Fig. 7 ein an sich bekanntes Ersatzschaltbild eines Generators mit Drehstrombrücke und Stromventilen aus Thyristoren, Fig. 7 a per se known equivalent circuit of a generator having three-phase bridge, and flow control valves from thyristors

Fig. 8 ein an sich bekanntes Ersatzschaltbild eines Generators mit Drehstrombrücke und Stromventilen aus IGBT's (Isolated Gate Bipolar Transistor) Fig. 8 is a per se known equivalent circuit of a generator having three-phase bridge, and flow control valves of IGBT's (Insulated Gate Bipolar Transistor)

Fig. 1 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Verbrennungmotor 1 und ein Generator 2 sind miteinander über die angedeutete Kurbelwelle 3 des Verbrennungsmo tors entweder direkt gekoppelt, oder über ein nicht dargestelltes Getriebe an die Kurbelwelle gekoppelt, oder über eine ebenfalls nicht dargestellte Kupplung in trennbarer Weise mit der Kurbelwelle gekoppelt. Dem Generator ist eine Leistungselektronik LE zugeordnet. Die Lei stungselektronik umfaßt hauptsächlich die Drehstrombrücke des Generators und die Mittel zu deren Ansteuerung. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Generator dreiphasig mit drei Leistungssträngen R, S, T aufgebaut. Prinzipiell ist die Anzahl der Phasen und damit der Lei stungsstränge variierbar. Die Struktur der zugeordneten Drehstrombrücke kann vom Fach mann auf die Anzahl der Leistungsstränge abgestimmt werden. Zum Zwecke einer verein fachten Darstellung sei die Ansteuerung der Drehstrombrücke gedanklich in die Leistungse lektronik integriert. Die Leistungselektronik LE und der Generator 2 sind beide thermisch an einen Wärmeübertrager 4 gekoppelt. Fig. 1 shows an exemplary embodiment of the invention. An internal combustion engine 1 and a generator 2 are either directly coupled to one another via the indicated crankshaft 3 of the internal combustion engine, or are coupled to the crankshaft via a transmission (not shown), or are coupled to the crankshaft in a separable manner via a clutch (also not shown). Power electronics LE is assigned to the generator. The power electronics mainly comprises the three-phase bridge of the generator and the means for controlling it. In the exemplary embodiment shown, the generator is constructed in three phases with three power lines R, S, T. In principle, the number of phases and thus the power strings can be varied. The structure of the assigned three-phase bridge can be matched to the number of power lines by a specialist. For the purpose of a simplified representation, the control of the three-phase bridge is mentally integrated in the power electronics. The power electronics LE and the generator 2 are both thermally coupled to a heat exchanger 4 .

Der Wärmeübertrager 4 der Leistungselektronik ist über ein Dreiwegeventil 6, einen Durch flußbegrenzer. 7 und Kühlmittelleitungen 5 an den Kühlmittelkreislauf des Verbrennungs motors angeschlossen. Der Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors besteht in üblicher Weise aus einem Wärmeübertrager 8 im Motorblock, einer Kühlmittelpumpe 9, einem Drei wege-Thermostatventil 10 und einem Kühler 11, der von einem Gebläse 12 mit Kühlluft an geströmt werden kann. Das Thermostatventil regelt den Kühlmittelfluß durch den Kühler in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlmittels. Solange die Temperatur des Kühlmittels die vordefinierte Schalttemperatur des Thermostatventils nicht erreicht, wird der Kühler mit einem Kühlerbypass 13 überbrückt. Der exemplarisch dargestellte Kühlmittelkreislauf wird vervollständigt durch den Heizungswärmetauscher 14 zur Fahrgastraumbeheizung. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Heizungswärmetauscher 14 parallel zum Wärmeüber trager 4 der Leistungselektronik geschaltet. Andere Zuordnungen des Heizungswärmetau scher wie etwa parallel zum Kühler 11 sind auch möglich. Außerdem kann der Kühlmittel fluß durch den Heizungswärmetauscher 14 mit einer separaten Pumpe 15 unterstützt sein.The heat exchanger 4 of the power electronics is via a three-way valve 6 , a flow restrictor. 7 and coolant lines 5 connected to the coolant circuit of the internal combustion engine. The coolant circuit of the internal combustion engine consists in the usual manner of a heat exchanger 8 in the engine block, a coolant pump 9 , a three-way thermostatic valve 10 and a cooler 11 , which can be flowed by a fan 12 with cooling air. The thermostatic valve regulates the coolant flow through the cooler depending on the temperature of the coolant. As long as the temperature of the coolant does not reach the predefined switching temperature of the thermostatic valve, the cooler is bridged with a cooler bypass 13 . The coolant circuit shown as an example is completed by the heating heat exchanger 14 for heating the passenger compartment. In the exemplary embodiment shown, the heating heat exchanger 14 is connected in parallel to the heat exchanger 4 of the power electronics. Other assignments of the Heizwärmewärmetau shear such as parallel to the cooler 11 are also possible. In addition, the coolant flow can be supported by the heating heat exchanger 14 with a separate pump 15 .

Die Erfindung besteht nun darin, die Verlustwärme der Leistungselektronik über den Wär meübertrager 4 in den exemplarisch gezeigten Kühlmittelkreislauf eines hier nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeuges einzuspeisen. Darstellungen der Leistungselektronik und deren Ansteuerung werden weiter unten in den Fig. 4 bis 8 noch erläutert. Laborsimulationen zur Wärmeleistung der Leistungselektronik haben ergeben, daß sich mit der Leistungselektronik eines Generators im kalten Zustand eine Verlustleistung von bis zu 5,4 kW problemlos er zeugen läßt, ohne daß hierbei die Leistungselektronik Schaden nimmt.The invention now consists in feeding the heat loss of the power electronics via the heat exchanger 4 into the coolant circuit shown by way of example of a motor vehicle (not shown further here). Representations of the power electronics and their control are explained further below in FIGS. 4 to 8. Laboratory simulations for the heat output of the power electronics have shown that with the power electronics of a generator in the cold state, a power loss of up to 5.4 kW can be easily generated without the power electronics being damaged.

Hierzu weist der Generator und die Leistungselektronik folgende Kenndaten auf:
Nennspannung des Generators: 42 V
Nennstrom der Leistungselektronik: 400 A
Maximaler Kurzschlußstrom des Generators: 300 A
Wirkungsgrad des Generators: 80%
Startnenndrehzahl des Verbrennungsmotors: 300 Upm
Gleichrichterwert der EMK bei 330 Upm: 20 V
Stranginduktivität: 150 µH
Strangwiderstand: 5 mOhm
Generatorspeisefrequenz bei 300 Upm: 33 HzFor this purpose, the generator and the power electronics have the following characteristics:
Nominal voltage of the generator: 42 V
Power electronics rated current: 400 A.
Maximum short-circuit current of the generator: 300 A
Efficiency of the generator: 80%
Nominal starting speed of the internal combustion engine: 300 rpm
Rectifier value of the EMF at 330 rpm: 20 V
String inductance: 150 µH
String resistance: 5 mOhm
Generator supply frequency at 300 rpm: 33 Hz

Regelt man die Durchlaßspannung der MOSFETs in der Drehstrombrücke der Fig. 6 über die Gatespannung auf 24 V, so entsteht in den 6 Stromventilen 19 bei einer Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors von 900 Upm eine Verlustleistung von insgesamt 5,4 kW. Die Am plitude der Ströme in den Leistungsschaltern liegt bei 190 A. Sind also bei einem Nennstrom der Leistungselektronik von 400 A für jeden Leistungsschalter harmlos. Diese Verlustlei stung wird in Wärme umgesetzt und über den Wärmeübertrager 4 zu Heizwecken abgegeben.If the forward voltage of the MOSFETs in the three-phase bridge of FIG. 6 is regulated to 24 V via the gate voltage, a power loss of 5.4 kW is generated in the 6 current valves 19 at an idle speed of the internal combustion engine of 900 rpm. The amplitude of the currents in the circuit breakers is 190 A. So they are harmless for a circuit breaker with a rated current of 400 A for the power electronics. This loss of performance is converted into heat and emitted via the heat exchanger 4 for heating purposes.

Eine Wärmeleistung von 5,4 kW ist auch im Vergleich mit den in der Beschreibungseinlei tung erwähnten Zuheizsystemen ein beachtlicher Wert. Die Nennleistung eines Brennstoffzu heizers, der ebenfalls an den Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen wird, liegt beispielsweise bei 3 kW.A heat output of 5.4 kW is also compared to that in the description tion mentioned heating systems a remarkable value. The nominal power of a fuel heater, which is also connected to the coolant circuit of the internal combustion engine is, for example, 3 kW.

Die derart erzeugte Wärmeleistung in den Stromventilen 19 der Drehstrombrücke wird mit dem Wärmeübertrager 4 der Leistungselektronik in ein Kühlmittel abgegeben, das den Wär metransport an den gewünschten Einsatzort übernimmt.The heat output generated in this way in the current valves 19 of the three-phase bridge is emitted with the heat exchanger 4 of the power electronics into a coolant which takes over the heat transfer to the desired place of use.

Im in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Verbrennungsmotor 1 mit den Generator 2, der an ein von einer Batterie gespeistes Bordnetz angeschlossen ist, zunächst auf seine Startdrehzahl beschleunigt und gestartet. Hierbei werden die Stromventile der Drehstrom brücke mit möglichst geringer Verlustleistung betrieben, um möglichst viel der elektrischen Energie, die dem Bordnetz entnommen wird, in mechanische Energie zum Starten des Ver brennungsmotors umzusetzen. Nach dem Start des Verbrennungsmotors treibt dieser den Generator an. Die Leistungsschalter der Stromventile werden dann derart verändert angesteu ert, daß ein erheblicher Teil der Generatorleistung als Verlustleistung anfällt, die ihrerseits als Wärme in den Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors abgegeben wird. Die Versorgung des Bordnetzes mit elektrischer Energie durch den Generators wird weiter aufrecht erhalten. Die als Wärmeleistung anfallende Verlustleistung wird dazu benutzt, über den Motorwärme übertrager 8 den Verbrennungsmotor in der Kaltstartphase aufzuwärmen, so daß der Ver brennungsmotor möglichst schnell seine Betriebstemperatur erreicht. Das Thermostatventil ist in dieser Phase noch geschlossen, so daß nur der kleine Kühlmittelkreislauf über den Kühlerbypass 13 des Verbrennungsmotors aktiviert ist. Ist nach der Kaltstartphase eine Zu heizung in den Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors nicht mehr notwendig, werden die Stromventile wieder auf minimale Verlustleistung umgesteuert und der Generator ver sorgt das Bordnetz des Kraftfahrzeuges mit elektrischer Leistung bei hohem elektrischem Wirkungsgrad. Hierzu kann der Wärmeübertrager 4 der Leistungselektronik vom Kühlmittel kreislauf des Verbrennungsmotors mit dem Dreiwegeventil 6 abgekoppelt werden. Alternativ kann nun der Heizungswärmetauscher 14 für die Fahrgastraumbeheizung an den Wärmetau scher 4 angekoppelt werden, so daß bei Bedarf der Wärmetauscher 4 auch als Zuheizer für die Fahrgastraumheizung eingesetzt werden kann, falls die Motorwärmeleistung des Ver brennungsmotors hierzu noch nicht ausreicht. Um eine vollständige Versorgung des Motor wärmetauschers 8 mit Kühlmittel gewährleisten zu können, ist im Kühlmittelkreislauf noch eine Drossel als Durchlaßbegrenzer 7 eingebaut. Mit dem Durchlaßbegrenzer 7 wird die Verteilung des Pumpenvolumenstromes der Kühlmittelpumpe 9 auf den Motorwärmetauscher einerseits und auf den Wärmeübertrager 4 der Leistungselekronik und den Heizungswärme tauscher 14 andererseits eingestellt. Erreicht das Kühlmittel seine maximale Betriebstempe ratur, wird über das Thermostatventil 10 der Kühler 11 in den Kühlmittelkreislauf zuge schaltet. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the internal combustion engine 1 with the generator 2 , which is connected to an electrical system fed by a battery, is first accelerated to its starting speed and started. Here, the current valves of the three-phase bridge are operated with the lowest possible power loss in order to convert as much of the electrical energy that is taken from the vehicle electrical system into mechanical energy as to start the internal combustion engine. After the internal combustion engine starts, it drives the generator. The circuit breakers of the current valves are then changed in such a way that a significant part of the generator power is generated as power loss, which in turn is emitted as heat in the coolant circuit of the internal combustion engine. The supply of the electrical system by the generator is maintained. The heat loss resulting as heat output is used to warm up the internal combustion engine in the cold start phase via the engine heat exchanger 8 , so that the internal combustion engine reaches its operating temperature as quickly as possible. The thermostatic valve is still closed in this phase, so that only the small coolant circuit is activated via the cooler bypass 13 of the internal combustion engine. If, after the cold start phase, it is no longer necessary to heat the coolant circuit of the internal combustion engine, the current valves are switched back to minimal power loss and the generator provides the vehicle electrical system with electrical power with high electrical efficiency. For this purpose, the heat exchanger 4 of the power electronics can be decoupled from the coolant circuit of the internal combustion engine with the three-way valve 6 . Alternatively, the heating heat exchanger 14 for the passenger compartment heating can now be coupled to the heat exchanger 4 , so that the heat exchanger 4 can also be used as an auxiliary heater for the passenger compartment heating if the engine heat output of the internal combustion engine is not yet sufficient for this purpose. In order to ensure a complete supply of the engine heat exchanger 8 with coolant, a throttle is installed as a flow limiter 7 in the coolant circuit. With the passage limiter 7 , the distribution of the pump volume flow of the coolant pump 9 on the engine heat exchanger on the one hand and on the heat exchanger 4 of the power electronics and the heating heat exchanger 14 on the other hand is set. When the coolant reaches its maximum operating temperature, the cooler 11 is switched into the coolant circuit via the thermostatic valve 10 .

Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die sich von dem Ausführungs beispiel der Fig. 1 in der getrennten Anordnung der Leistungselektronik LE und der Maschi ne des Generators 2 unterscheidet. Eine getrennte Anordnung von Leistungselektronik LE und Generator 2 kann vorteilhaft sein, wenn der Generator permanent an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelt ist und die Leistungselektronik von den Erschütterungen und Vibrationen, denen der Generator dann ausgesetzt ist, geschützt werden soll. Oft wird es ge nügen, lediglich die Leistungselektronik über einen Wärmetauscher 4 an den Kühlmittel kreislauf anzuschließen, da in der Generator Maschine selbst keine nennenswerte Verlustlei stung anfällt. Ein Kühlkörper zur Luftkühlung des Generators ist für die Kühlung des Gene rators meist ausreichend. Alternativ kann bei getrennter Anordnung auch der Generator mit einem weiteren Wärmeübertrager 15 ausgestattet sein, der ebenfalls an den Kühlmittelkreis lauf angeschlossen sei kann. Im übrigen arbeitet das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 in glei cher Weise, wie bereits bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 beschrieben. Fig. 2 shows an alternative embodiment of the invention, which differs from the embodiment of FIG. 1 in the separate arrangement of the power electronics LE and the machine ne of the generator 2 . A separate arrangement of power electronics LE and generator 2 can be advantageous if the generator is permanently coupled to the crankshaft of the internal combustion engine and the power electronics are to be protected from the shocks and vibrations to which the generator is then exposed. Often it will suffice to connect the power electronics to the coolant circuit via a heat exchanger 4 , since there is no significant loss of power in the generator machine itself. A heat sink for air cooling the generator is usually sufficient for cooling the generator. Alternatively, with a separate arrangement, the generator can also be equipped with a further heat exchanger 15 , which can also be connected to the coolant circuit. Otherwise, the embodiment of FIG. 2 works in the same manner as already described in the embodiment of FIG. 1.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem im Unterschied zu den zuvor be schriebenen Ausführungsbeispielen der Wärmeübertrager 4 der Leistungselektronik und der Motorwärmetauscher 8 in getrennten Kühlmittelkreisläufen angeordnet sind. Dieses Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung hat den Vorteil, daß in bekannte und bewährte Kühlmittelkreis läufe für Verbrennungsmotoren überhaupt nicht eingegriffen werden muß. Dadurch eignet sich dieses Ausführungsbeispiel auch zum nachträglichen Einbau in Kraftfahrzeuge. Die Wärmeleistung wird wie bereits in Fig. 1 beschrieben in den Stromventilen der Leistungse lektronik LE erzeugt und über einen Wärmeübertrager 4 der Leistungselektronik an einen Kühlmittelkreislauf abgeführt. Mit einem zusätzlichen Zuheizwärmerübertrager 16 wird die Wärmeleistung der Leistungselektronik zur Aufheizung des Verbrennungsmotors auf diesen übertragen. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann auch der Wärmeübertrager 4 der Leistungselektronik direkt zur Wärmeübertragung auf den Verbrennungsmotor genutzt werden. Auch bei getrennter Ausführung der Kühlmittelkreisläufe kann die Leistungselektro nik als Zuheizer für den Heizungswärmetauscher 14 zur Fahrgastraumbeheizung genutzt werden. Hierzu ist der Kühlmittelkreislauf mit einem Dreiwegeventil 17 zwischen dem Zuheizwärmeübertrager 16 auf den Heizungswärmetauscher 14 umschaltbar. Der Generator ist beispielhaft mit einem Luftkühler 18 versehen. Fig. 3 shows an embodiment of the invention, in which, in contrast to the previously described embodiments, the heat exchanger 4 of the power electronics and the engine heat exchanger 8 are arranged in separate coolant circuits. This exemplary embodiment of the invention has the advantage that there is no need to intervene in known and proven coolant circuits for internal combustion engines. This embodiment is therefore also suitable for retrofitting in motor vehicles. The heat output is, as already described in FIG. 1, generated in the current valves of the power electronics LE and dissipated to a coolant circuit via a heat exchanger 4 of the power electronics. With an additional auxiliary heat exchanger 16 , the heat output of the power electronics for heating the internal combustion engine is transferred to the latter. In an embodiment not shown, the heat exchanger 4 of the power electronics can also be used directly for heat transfer to the internal combustion engine. Even when the coolant circuits are designed separately, the power electronics can be used as an auxiliary heater for the heating heat exchanger 14 for heating the passenger compartment. For this purpose, the coolant circuit can be switched with a three-way valve 17 between the auxiliary heat exchanger 16 and the heating heat exchanger 14 . The generator is provided with an air cooler 18 as an example.

In Fig. 4 ist ein an sich bekanntes Ersatzschaltbild eines Generators 2 mit zugehöriger Lei stungselektronik LE gezeigt. An dem Ersatzschaltbild soll im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 die Beschaltung der Leistungselektronik näher erläutert werden. Der Generator ist beispielhaft ein Drehstromgenerator mit den drei Strängen R, S, T, die jeweils eine Wech selspannung V_S, V_R, V_T liefern. Zusätzlich sind noch die Stranginduktivitäten L_R, L_S, L_T einge zeichnet. Die Wechselspannungen der drei Leistungszweige werden mit einer Drehstrom brücke aus 6 Stromventilen 19 in eine pulsierende Gleichspannung umgerichtet. Die Strom ventile bestehen aus Leistungshalbleiter, die von einer Steuerung angesteuert und in Abhän gigkeit der Phasenlage in den Leistungszweigen geschaltet werden. In dem gezeigten Ausfüh rungsbeispiel sind die Leistungshalbleiter dargestellt mit dem Schaltzeichen für einen n- Kanal MOSFET mit integrierter Inversdiode. Die Ansteuerung der MOSFET durch das Steu ergerät erfolgt über das jeweilige Gate der MOSFETs. Jeder der MOSFETs stellt im einge schalteten Zustand in Durchlaßrichtung eine Zenerdiode mit definierter Durchlaßspannung dar. Im ausgeschalteten Zustand ist der MOSFET in seiner Wirkung einer klassischen Diode gleich. Wird der MOSFET als Schalter betrieben, beträgt im Durchlaßfall die abfallende Drain-Source-Spannung typischer Weise bis zu 1 V.In Fig. 4 a known equivalent circuit diagram of a generator 2 with associated Lei electronics LE is shown. The circuitry of the power electronics is to be explained in more detail on the equivalent circuit diagram in connection with FIGS. 5 and 6. The generator is an example of a three-phase generator with the three strands R, S, T, each of which supplies an AC voltage V _S , V _R , V _T. In addition, the strand inductors L _R , L _S , L _{T are} shown. The AC voltages of the three power branches are converted with a three-phase bridge from 6 current valves 19 into a pulsating DC voltage. The current valves consist of power semiconductors that are controlled by a controller and switched in dependence on the phase position in the power branches. In the exemplary embodiment shown, the power semiconductors are shown with the circuit symbol for an n-channel MOSFET with an integrated inverse diode. The control of the MOSFET by the control unit takes place via the respective gate of the MOSFETs. Each of the MOSFETs represents a Zener diode with a defined forward voltage in the on state in the forward direction. In the off state, the effect of the MOSFET is the same as that of a classic diode. If the MOSFET is operated as a switch, the falling drain-source voltage is typically up to 1 V in the on state.

In Fig. 5 ist ein typisches Kennlinienfeld eines MOSFET im ersten Quadranten dargestellt. Aufgetragen sind der Drainstrom I_D über der Drain-Source Spannung U_DS. Die Kennlinien haben die Gatespannung U_G als Paramter. Mit steigender Gatespannung nimmt der maximale Sättigungsstrom des MOSFET zu. Wird der MOSFET lediglich als Schalter betrieben, so wird man einen Arbeitspunkt möglich weit links im Diagramm wählen. Hier befindet man sich im Bereich großer Flankensteilheit der Kennlinie, so daß große Ströme ein und ausge schaltet werden können, ohne daß am MOSFET-Schalter eine nennenswerte Spannung ab fällt. Der Schalter also möglichst verlustfrei arbeitet. In Fig. 5 shows a typical performance curve is shown of a MOSFET in the first quadrant. The drain current I _{D is} plotted against the drain-source voltage U _DS . The characteristic curves have the gate voltage U _G as parameters. The maximum saturation current of the MOSFET increases with increasing gate voltage. If the MOSFET is only operated as a switch, an operating point will be selected far to the left in the diagram. Here you are in the area of steep slope of the characteristic curve, so that large currents can be switched on and off without a significant voltage drop from the MOSFET switch. The switch works as lossless as possible.

Die Erfindung besteht nun darin, den MOSFET-Schalter als Bestandteil eines Stromventils 19 in einer Drehstrombrücke mit großer Verlustleistung zu betreiben. Hierzu muß man noch berücksichtigen, daß der Generator 2 an ein Bordnetz angeschlossen ist und das Steuergerät des Bordnetzes, z. B. der Generatorregler, den Spannungspegel am Generatorausgang auf ei nen möglichst konstanten Wert, beispielweise 42 V, regelt. Die Bordnetznennspannung wird von dem Generatorregler geregelt durch Veränderung der Schaltzeitpunkte der MOSFETs in Bezug auf die Phasenlage des eingeprägten Generatorstroms, der im Bordnetz benötigt wird. Dieser Generatorstrom I_G legt zusammen mit der Gatespannung U_G den Betriebspunkt des MOSFET fest. In Fig. 5 ist deshalb noch die Arbeitsgerade 20 einer Generatorwicklung ein gezeichnet, die aufgrund des geringen Wicklungswiderstandes sehr flach ist. Nach Zünden des MOSFET kann somit der Arbeitspunkt durch Absenken der Gatespannung U_G im Dia gramm der Fig. 5 immer weiter nach rechts verschoben werden, z. B. bis am MOSFET eine Spannung von 24 V abfällt. Die am Schalter abfallende Verlustleitung ergibt sich dann aus dem Produkt von Strom I_D und Spannung U_DS und ist im Diagramm mit einer schraffierten Fläche dargestellt. Die am MOSFET abfallende Verlustleistung läßt sich somit durch Varia tion der Gatespannung regeln und einstellen. Die Verlustleistung wird im MOSFET-Schalter in Wärme umgesetzt. Man hat also eine Möglichkeit gefunden, die Leistungshalbleiter der Stromventile 19 erfindungsgemäß als Zuheizer in einem System aus Verbrennungsmotor und angekoppeltem Generator zu betreiben. Vorzugsweise wird dieses System in Kraftfahrzeugen eingesetzt.The invention now consists in operating the MOSFET switch as part of a current valve 19 in a three-phase bridge with high power loss. For this you have to take into account that the generator 2 is connected to an electrical system and the control unit of the electrical system, for. B. the generator regulator, regulates the voltage level at the generator output to a constant value, for example 42 V. The on-board electrical system nominal voltage is regulated by the generator controller by changing the switching times of the MOSFETs in relation to the phase position of the impressed generator current that is required in the on-board electrical system. This generator current I _G defines the operating point of the MOSFET with gate voltage U _G. In Fig. 5, therefore, the working line 20 of a generator winding is drawn, which is very flat due to the low winding resistance. After ignition of the MOSFET, the operating point can thus be shifted further and further to the right by lowering the gate voltage U _G in the diagram of FIG. 5, for. B. until a voltage of 24 V drops at the MOSFET. The loss line falling at the switch then results from the product of current I _D and voltage U _DS and is shown in the diagram with a hatched area. The power loss falling at the MOSFET can thus be regulated and adjusted by variation of the gate voltage. The power loss is converted into heat in the MOSFET switch. A possibility has therefore been found to operate the power semiconductors of the current valves 19 according to the invention as auxiliary heaters in a system comprising an internal combustion engine and a coupled generator. This system is preferably used in motor vehicles.

Eine weitere Möglichkeit die Verlustleistung in den Leistungshalbleitern der Stromventile 19 zu regeln, wird in Fig. 6 verdeutlicht. Aufgezeigt ist in vereinfachter Darstellung ein kom pletter Schaltvorgang AUS-EIN-AUS eines MOSFET-Schalters. Aufgetragen sind jeweils der Drainstrom I_D und die Drain-Source Spannung U_DS über der Zeit. Die schraffierte Fläche im Diagramm entspricht der am Schalter pro Schaltvorgang Aus-Ein-Aus anfallenden Ver lustleistung.Another possibility of regulating the power loss in the power semiconductors of the current valves 19 is illustrated in FIG. 6. A simplified representation of a complete switching operation OFF-ON-OFF of a MOSFET switch is shown. The drain current I _D and the drain-source voltage U _DS are plotted over time. The shaded area in the diagram corresponds to the power loss at the switch for each switching operation off-on-off.

Der MOSFET wird geschaltet, indem die Gatespannung ein- und ausgeschaltet wird. Im aus geschalteten Zustand t_off werde eine Gatespannung angelegt, dann steigt der Drainstrom I_D aufgrund der Flankensteilheit im Kennliniefeld der Fig. 5 sehr schnell an. Die am MOSFET anliegende Sperrspannung U_DS verharrt jedoch noch auf Ihrem Maximalwert, da die Gate spannung des MOSFET zunächst noch auf dem sogenannten Miller-Plateau verharrt, bevor der MOSFET vollständig durchgeschaltet ist. Nach Durchschalten des MOSFET fällt die Spannung U_DS auf die Durchlaßspannung des MOSFET ab, die üblicherweise bei 1 V liegt. Für die Zeitspanne t_on fällt deshalb nur noch eine geringe Verlustleistung an. Beim Aus schaltvorgang erhöht sich die Verlustleistung wieder. Diesmal steigt zunächst die Drain- Source Spannung auf den Maximalwert in Sperrrichtung an, bevor der Drainstrom tatsächlich abklingt.The MOSFET is switched by turning the gate voltage on and off. In the switched- _off state t _off , a gate voltage is applied, then the drain current I _D rises very quickly due to the edge steepness in the characteristic field of FIG. 5. However, the reverse voltage U _DS applied to the MOSFET still remains at its maximum value, since the gate voltage of the MOSFET initially remains on the so-called Miller plateau before the MOSFET is completely switched on. After switching on the MOSFET, the voltage U _DS drops to the forward voltage of the MOSFET, which is usually 1 V. For the time period t _{on there} is therefore only a small power loss. When switching off, the power loss increases again. This time the drain-source voltage rises to the maximum value in the reverse direction before the drain current actually decays.

Zur Spannungsglättung werden die Stromventile 19 in Drehstrombrücken üblicher Weise getaktet, z. B. mit der sogenannten Pulsweitenmodulation (PWM). Hierbei fällt bei jedem Vorgang die zuvor erläuterte Verlustleistung an. Die Verlustleistung P_VS ist hiebei proportio nal dem Produkt aus Schaltfrequenz f und Summe der Verlustleistungen pro Schaltvorgang (W_VE + W_VA)
For voltage smoothing, the current valves 19 are clocked in a conventional manner in three-phase bridges, for. B. with the so-called pulse width modulation (PWM). The previously described power loss is incurred for each process. The power loss P _VS is proportional to the product of the switching frequency f and the sum of the power losses per switching operation (W _VE + W _VA )

P_VS ~ f.(W_VE + (W_VA)P _VS ~ f. (W _VE + (W _VA )

Zum Zwecke der Erfindung ergibt sich durch Variation der Schaltfrequenz f, mit der die Lei stungshalbleiter der Stromventile 19 geschaltet werden, eine weitere Möglichkeit die Verlust spannung an den Stromventilen und damit die Wärmeleistung der Stromventile zu regeln und somit eine weitere Möglichkeit, die Leistungshalbleiter der Leistungselektronik als Zu heizer zu betreiben.For the purpose of the invention, by varying the switching frequency f with which the power semiconductors of the current valves 19 are switched, a further possibility is to regulate the loss voltage at the current valves and thus the thermal output of the current valves and thus a further possibility is the power semiconductors of the power electronics to operate as a heater.

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit die Leistungselektronik eines Generators als Zuheizer in einem Kraftfahrzeug zu betreiben, gibt sich aus der Kombination der beiden zu vor beschriebenen Verfahren der Frequenzvariation beim Schalten der Stromventile (nach Fig. 6) und der Variation der Gatespannung an den Leistungshalbleiterschaltern im einge schalteten Zustand (nach Fig. 5). Another possibility according to the invention to operate the power electronics of a generator as a heater in a motor vehicle results from the combination of the two methods of frequency variation described above when switching the current valves (according to FIG. 6) and the variation of the gate voltage at the power semiconductor switches when switched on State (according to Fig. 5).

Eine weitere Möglichkeit den Generator und die zugehörige Leistungselektronik als Zuheizer in einem Kraftfahrzeug zu benutzen, ist die Möglichkeit mit der Drehstrombrücke einzelne Strangwicklungen, die jeweils zeitlich gerade nicht die Spannungsversorgung des Bordnetzes unterstützen, kurzzuschließen, indem beide Leistungsschalter in einem Brückenzweig durch geschaltet werden. Hierdurch fällt dann in der betreffenden Strangwicklung infolge des hohen Kurzschlußstromes eine zusätzliche Verlustleistung an, die ebenfalls im Sinne der Erfindung zur Zuheizung benutzt werden kann. Aufgrund der geringen Ohmschen Widerstände der Generatorwicklungen ist diese Art der Wärmeerzeugung aber nicht sehr ergiebig.Another option is the generator and the associated power electronics as auxiliary heaters To use in a motor vehicle is the possibility with the three-phase bridge single String windings, each of which does not supply the power to the vehicle electrical system assist in shorting out both circuit breakers in a bridge branch be switched. This then falls in the relevant winding due to the high Short-circuit current to an additional power loss, which is also within the meaning of the invention can be used for heating. Due to the low ohmic resistances of the This type of heat generation is not very economical for generator windings.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann auch bei stillstehendem Generator 2, z. B. bei Stillstand des Verbrennungsmotors 1 oder wenn der Generator mit dem Verbren nungsmotor nicht kraftschlüssig verbunden ist, die Leistungselektronik LE des Generators zu Heizzwecken eingesetzt werden, z. B. als Standheizung oder zur Dieselkraftstoffvorwärmung in einem Kraftfahrzeug. Bei stillstehendem Generator müssen keine in den Strangwicklungen des Generators anfallenden Wechselspannungen durch die Drehstrombrücke des Generators gleichgerichtet werden. Daher kann die Drehstrombrücke bei stillstehendem Generator in anderer Weise beschaltet werden als bei drehendem Generator.In a further embodiment of the invention, the generator 2 , e.g. B. when the engine 1 is at a standstill or when the generator is not positively connected to the combustion engine, the power electronics LE of the generator can be used for heating purposes, for. B. as auxiliary heating or for diesel fuel preheating in a motor vehicle. When the generator is at a standstill, no alternating voltages occurring in the phase windings of the generator need to be rectified by the three-phase bridge of the generator. The three-phase bridge can therefore be connected in a different way when the generator is at a standstill than when the generator is rotating.

Der Heizbetreib der Leistungselektronik bei stehendem Generator erfolgt, indem jeweils bei de Leistungsschalter der Stromventile 19 in einem Brückenzweige oder auch in allen Brüc kenzweigen gleichzeitig eingeschaltet werden. Die Spannungsversorgung der Drehstrom brücke wird aus dem Bordnetz, respektive der Bordnetzbatterie entnommen. Einer der Lei stungsschalter pro Brückenzweig wird dann als Leistungshalbleiterheizelement betrieben, indem zum Beispiel nach dem Einschalten die Gatespannung abgesenkt wird, wie im Zu sammenhang mit Fig. 5 beschrieben, und der im Brückenzweig jeweils zweite Leistungs halbleiterschalter die Stromregelung durch Takten des Brückenstromes übernimmt. Aufgrund der in der Regel beschränkten Kapazität von Bordnetzbatterien sollte diese Art des Heizbe triebes jedoch nicht über längere Zeitangewandt werden. The heating operation of the power electronics when the generator is stationary is carried out by simultaneously switching on the circuit breakers of the current valves 19 in a bridge branch or in all bridge branches. The voltage supply of the three-phase bridge is taken from the vehicle electrical system or the vehicle electrical system battery. One of the circuit breakers per bridge branch is then operated as a power semiconductor heating element, for example by lowering the gate voltage after switching on, as described in conjunction with FIG. 5, and the second power semiconductor switch in the bridge branch takes over the current control by clocking the bridge current. However, due to the generally limited capacity of on-board electrical system batteries, this type of heating operation should not be used over a longer period of time.

Fig. 7 und Fig. 8 zeigen nochmals jeweils an sich bekannte alternative Ausführungen einer Drehstrombrücke, die im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Erfindung ebenfalls eingesetzt werden können. In Fig. 7 sind die Stromventile 19 der Drehstrombrücke aus Thyri storen gebildet, während in Fig. 8 die Stromventile aus IGBT (Isolated Gate Bipolar Transi stor) gebildet sind. Die erfindungsgemäße Funktionalität bleibt bei der Verwendung einer der Drehstrombrücken aus Fig. 7 oder Fig. 8 im Wesentlichen die gleiche wie im Zusammenhang mit den MOSFETs beschrieben. Fig. 7 and Fig. 8 once again show respectively a known alternative embodiments of a three-phase bridge, which can also be used in connection with the invention described herein. In Fig. 7, the current valves 19 of the three-phase bridge are made of Thyri interference, while in Fig. 8 the current valves are made of IGBT (Isolated Gate Bipolar Transi stor). When using one of the three-phase bridges from FIG. 7 or FIG. 8, the functionality according to the invention remains essentially the same as described in connection with the MOSFETs.

Vorzugsweise ist der Generator in Kombination mit der Verbrennungsmaschine ein Starter generator, d. h. ein Generator dessen Leistung im Vergleich zur Leistung der Verbrennungs maschine eine für den Antrieb der Kraftfahrzeuges untergeordnete Bedeutung hat. Der Gene rator ist also hauptsächlich zum Start des Verbrennungsmotors und zur Versorgung des Bordnetzes und im Sinne der Erfindung als Zuheizer ausgelegt. In dieser Auslegungvariante wird der Generator zu Antriebszwecken allenfalls kurzzeitig als Beschleunigungsbooster eingesetzt.The generator is preferably a starter in combination with the internal combustion engine generator, d. H. a generator whose performance compared to the performance of combustion machine has a subordinate meaning for the drive of the motor vehicle. The genes rator is therefore mainly for starting the internal combustion engine and for supplying the Electrical system and designed as auxiliary heater in the sense of the invention. In this design variant the generator is used as an acceleration booster for drive purposes at most used.

Die Erfindung findet aber auch Anwendung in an sich bekannten Hybridantrieben aus einem Verbrennungsmotor und einem Generator als elektrischer Antriebsmaschine nennenswerter Leistung. Die erfindungsgemäße Funktionalität wird in diesen Hybridantrieben erzielt, indem die Verfahren zur Ansteuerung der Leistungselektronik des Generators auf die Leistungse lektronik der elektrischen Antriebsmaschine angewandt werden.However, the invention also finds application in hybrid drives known per se from one Internal combustion engine and a generator as an electric prime mover worth mentioning Power. The functionality according to the invention is achieved in these hybrid drives by the methods for controlling the power electronics of the generator on the powers Electronics of the electric drive machine can be applied.

Claims

1. Device with an internal combustion engine ( 1 ) high efficiency and a coupled generator ( 2 ) with associated power electronics (LE), in which:

a) at least the internal combustion engine ( 2 ) and the power electronics (LE) of the generator ( 2 ) are each connected to a coolant circuit ( 5 , 8 , 11 , 13 ) with a heat exchanger ( 4 ),
b) the power electronics (LE) of the generator ( 2 ) contains current valves ( 19 ) from power semiconductors,
c) the power semiconductors of the current valves ( 19 ) or the phase windings (R, S, T) of the generator can be operated at least temporarily with a high power loss by a control and this power loss via at least one heat exchanger ( 4 , 15 ) to the coolant circuit ( 5 , 8 , 11 , 13 ) is fed.

2. Device according to claim 1, characterized in that the heat exchanger ( 4 ) of the power electronics is connected to the coolant circuit ( 5 , 8 , 11 , 13 ) of the internal combustion engine ( 1 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the generator ( 2 ) and the power electronics (LE) are thermally coupled to a common heat exchanger ( 4 ).

4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the power electronics (LE) and the generator ( 2 ) are each thermally coupled to separate heat exchangers ( 4 , 15 ).

5. The device according to claim 1, characterized in that the heat exchanger ( 4 ) of the power electronics is connected to a coolant circuit ( 14 , 16 , 17 ) separate from the coolant circuit ( 5 , 8 , 11 , 13 ) of the internal combustion engine.

6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the heat exchanger ( 4 ) of the power electronics is connected to the coolant circuit ( 14 , 17 ) for heating the passenger compartment.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Lei stungs semiconductors of the current valves ( 19 ) are MOSFETs.

8. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the Lei stungs semiconductors of the current valves ( 19 ) are thyristors.

9. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the power semiconductors of the current valves ( 19 ) are IGBTs.

10. A method of operating a device according to claim 1 as an auxiliary heater, in which:

a) in one process step the generator ( 2 ) is operated with regulated thermal losses and the power of the generator is partly delivered as electrical power to an electrical system and partly as regulated thermal power of the power electronics (LE) or the phase windings ( R, S, T) of the generator ( 2 ) is given,
b) in a further process step the generator ( 2 ) is operated as a generator and the electrical power of the generator ( 2 ) is delivered to the electrical system with minimal thermal losses of the power electronics (LE).

11. A method for heating an internal combustion engine in the cold start phase with a device according to claim 1, in which the generator, then called the starter generator, can also be operated by a motor and in which:

a) in a first process step, the starter generator ( 2 ) is operated by motor with optimal, electromechanical energy conversion and the internal combustion engine ( 1 ) is accelerated to the starting speed,
b) in a further process step, the starter generator ( 2 ) is operated as a generator with regulated thermal losses and the power of the generator is partly delivered as electrical power to an electrical system and partly as regulated thermal power of the power electronics (LE) or the phase windings (R, S, T) of the generator ( 2 ) is delivered,
c) in a further process step, the starter generator ( 2 ) is operated as a generator and the electrical power of the generator ( 2 ) is delivered to the vehicle electrical system with minimal thermal losses of the power electronics (LE).

12. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the regulation of the thermal power of the power electronics (LE) is carried out by varying the gate voltage of the power semiconductors in the current valves ( 19 ).

13. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the regulation of the thermal power of the power electronics (LE) by varying the switching frequency of the power semiconductors in the current valves ( 19 ).

14. The method according to claim 10 or 11, characterized in that the regulation of the thermal power of the power electronics (LE) takes place both by varying the gate voltage and by varying the switching frequency of the power semiconductors in the current valves ( 19 ).

15. Use of the method according to claim 11 for heating the internal combustion engine in the cold start phase.

16. Use of the method according to claim 10 for heating the passenger compartment Motor vehicle.

17. A method of operating a device according to claim 1 as an auxiliary heater, in which:

a) when the generator ( 2 ) is at rest, the power semiconductors of the current valves ( 19 ) are supplied with voltage by an on-board electrical system battery,
b) and the power semiconductors of the current valves ( 19 ) are operated as heating elements.