DE102008061956A1 - Method for regulating three-phase generator voltage in motor vehicle, involves providing reference voltage such that voltage value of open-circuit voltage corresponds to preset reference-load condition of energy storage - Google Patents

Method for regulating three-phase generator voltage in motor vehicle, involves providing reference voltage such that voltage value of open-circuit voltage corresponds to preset reference-load condition of energy storage Download PDF

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Abstract

The method involves regulating a voltage (Ug) of a generator (20) to a voltage reference value during a driving condition is detected as a recuperation operation and to another voltage reference value when a driving condition is detected as a normal operation. The latter reference voltage is detected as a voltage value of an open-circuit voltage corresponding to a charge state level of an energy storage (30) i.e. battery. The latter reference voltage is provided such that the voltage value of the open-circuit voltage corresponds to a preset reference-load condition of the storage. An independent claim is also included for an arrangement for regulating a generator voltage in a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Generatorspannung in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1 und eine korrespondierende Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for controlling a generator voltage in a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1 and a corresponding arrangement for carrying out the method.

Bei heute üblichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird ein Generator, der vorzugsweise als Drehstromgenerator ausgeführt ist, vom Verbrennungsmotor angetrieben und erzeugt elektrische Energie für ein Bordnetz. Zur Pufferung der vom Generator erzeugten elektrischen Energie, ist im Bordnetz ein als Batterie ausgeführter Energiespeicher vorhanden, der nach einer teilweisen Entladung vom Generator wieder aufgeladen wird. Bei einer bekannten Regelung der Generatorspannung wird die Bordnetzspannung laufend mit einer fest vorgegebenen Sollspannung verglichen, wobei die Generatorspannung so geregelt wird, dass die Bordnetzspannung den vorgegebenen Sollwert erreicht. Bei 12-Volt-Bordnetzen liegt eine Nominalspannung im Bereich zwischen 14 und 14,5 Volt, wobei die Nominalspannung der vorgegebenen Sollspannung entspricht. Um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern, sind Verfahren bekannt, die verhindern, dass eine Überladung der Batterie erfolgt.at today usual vehicles with internal combustion engine is a Generator, which is preferably designed as an alternator is powered by the internal combustion engine and generates electrical energy for a wiring system. For buffering the generator generated by the generator electrical energy is in the electrical system as a battery running Energy storage available after a partial discharge from the generator is recharged. In a known regulation of the generator voltage the vehicle electrical system voltage is running with a fixed predetermined voltage compared, wherein the generator voltage is controlled so that the Vehicle electrical system voltage reaches the specified setpoint. For 12-volt electrical systems is a nominal voltage in the range between 14 and 14.5 volts, wherein the nominal voltage corresponds to the predetermined target voltage. To extend the life of the battery, procedures are known to prevent overcharging the battery he follows.

In der Offenlegungsschrift DE 43 07 907 A1 wird ein Verfahren zur Regelung eines Generators in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Das beschriebene Verfahren erhöht die Generatorspannung bei einem Fahrzustand „Abbremsen", damit der Generator zum Aufladen der Batterie durch die Rekuperation von Bremsenergie mehr Leistung aufnehmen kann, und reduziert die Generatorspannung bei einem Fahrzustand „Beschleunigen", um den Fahrzeugmotor zu entlasten. Für andere Fahrzustände wird die Generatorspannung auf die Nominalspannung im Bereich zwischen 14 und 14,5 Volt eingestellt.In the published patent application DE 43 07 907 A1 a method for controlling a generator in a motor vehicle is described. The described method increases the generator voltage in a drive state "deceleration", so that the generator for charging the battery by recuperation of braking energy can absorb more power, and reduces the generator voltage in a driving state "accelerate" to relieve the vehicle engine. For other driving conditions, the generator voltage is set to the nominal voltage in the range between 14 and 14.5 volts.

In den Offenlegungsschriften DE 100 46 631 A1 und DE 10 2006 001 201 werden jeweils Verfahren zur Regelung der Generatorspannung beschrieben, die jedoch jeweils die Kenntnis des SOC (State of Charge) der eingebauten Batterie voraussetzen und die SOC-Veränderungen über eine Stromintegration fortschreiben. Dieser SOC ist bei Blei-Säure-Akkumulatoren nur schwierig zu bestimmen und bei kalten, heißen und gealterten Batterien treten bei Stromintegration durch unterschiedliche Ladeverluste starke Abweichungen auf. Daher benötigen diese Systeme Regenerationszyklen und werden üblicherweise bei älteren Batterien deaktiviert, da bei diesen die Batteriekapazität abnimmt und über die Stromintegration keine SOC-Bestimmung mehr möglich ist.In the publications DE 100 46 631 A1 and DE 10 2006 001 201 In each case, methods for controlling the generator voltage are described, however, each of which requires knowledge of the SOC (state of charge) of the built-in battery and update the SOC changes via a current integration. This SOC is difficult to determine for lead-acid batteries, and in cold, hot, and aged batteries there are large variations in current integration due to different charging losses. Therefore, these systems require regeneration cycles and are usually deactivated in older batteries, as these reduce the battery capacity and on the power integration no SOC determination is possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Regelung einer Generatorspannung in einem Kraftfahrzeug anzugeben, welche auch mit gealterten Batterien verwendet werden können und eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs ermöglichen.task The invention is a method and an arrangement for regulation indicate a generator voltage in a motor vehicle, which can also be used with aged batteries and allow a reduction in fuel consumption.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Regelung einer Generatorspannung in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einer Anordnung zur Regelung einer Generatorspannung in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.The The invention solves this problem by providing a Method for controlling a generator voltage in a motor vehicle with the features of claim 1 and an arrangement for Control of a generator voltage in a motor vehicle with the Features of claim 6.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous Embodiments and developments of the invention are specified in the dependent claims.

Eine Generatorspannung wird in Abhängigkeit von einem erkannten Fahrzustand auf einen vorgegebenen Spannungssollwert geregelt, wobei die Generatorspannung bei einem als Rekuperationsbetrieb erkannten ersten Fahrzustand auf einen ersten Spannungssollwert geregelt wird, der einem maximal einstellbaren Spannungswert entspricht, und wobei die Generatorspannung bei einem als Normalbetrieb erkannten zweiten Fahrzustand auf einen zweiten Spannungssollwert geregelt wird, der erfindungsgemäß als ein Spannungswert einer Ruhespannung vorgegeben wird, die mit einem Ladezustandspegel des mindestens einen Energiespeichers korrespondiert. Hierbei wird der zweite Spannungssollwert so vorgegeben, dass der entsprechende Spannungswert der Ruhespannung mit einem vorgegebenen Soll-Ladezustand des mindestens einen Energiespeichers korrespondiert. Durch die niedrige Batteriespannung im Fahrbetrieb können über 10% elektrischer Leistung dauerhaft eingespart werden, so dass in vorteilhafter Weise auch der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs reduziert wird. Zusätzlich wird durch Rekuperation ein weiterer Verbrauchsvorteil erzielt. Zudem sind keine Regenerationszyklen notwendig. Das Verfahren kann auch bei gealterten Batterien angewendet werden, da keine Kenntnis über die aktuell vorhandene Batteriekapazität notwendig ist.A Generator voltage is determined depending on a Driving state regulated to a predetermined voltage setpoint, wherein the generator voltage at a recognized as Rekuperationsbetrieb first driving state is regulated to a first voltage setpoint, which corresponds to a maximum adjustable voltage value, and wherein the Generator voltage at a recognized as normal operation second Driving state is controlled to a second voltage setpoint, the According to the invention predetermined as a voltage value of a rest voltage is, with a state of charge level of at least one energy storage corresponds. Here, the second voltage setpoint is specified, that the corresponding voltage value of the rest voltage with a predetermined desired state of charge of the at least one energy storage corresponds. Due to the low battery voltage while driving can last over 10% of electrical power can be saved so that advantageously also the fuel consumption of the Vehicle is reduced. In addition, by recuperation achieved a further consumption advantage. In addition, there are no regeneration cycles necessary. The procedure can also be applied to aged batteries are not aware of the current battery capacity necessary is.

In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Soll-Ladezustand des mindestens einen Energiespeichers mit einem Ladezustandspegel von ca. 80% vorgegeben, so dass der Energiespeicher ausreichend Rekuperationsenergie aufnehmen kann und ausreichende Energiereserven zur Versorgung der Verbraucher des Bordnetzes während einer Standzeit des Fahrzeugs aufweist. Als erster Spannungssollwert wird der maximal einstellbare Spannungswert mit einem Wert von ca. 15 Volt vorgegeben. Als zweiter Spannungssollwert wird die Ruhespannung mit einem Wert von ca. 12.6 Volt vorgegeben, der mit dem Soll-Ladezustandspegel des Energiespeichers von ca. 80% korrespondiert. Durch die Regelung der Generatorspannung auf den im Vergleich zur Nominalspannung von 14 bis 14,5 Volt niedrigen Ruhespannungswert von 12,6 Volt des Soll-Ladezustandes von 80%, wird im Normalbetrieb bei minimaler Batteriebelastung die Verlustleistung der Steuergeräte im Bordnetz deutlich reduziert. Bei einer konstanten Generatorspannung von 12.6 V wird eine zu 80% geladene Batterie weder weiter geladen noch entladen. Aufgrund der Polarisationsspannung erreicht eine Batterie, an die eine Spannung von 12.6 V angelegt ist, nicht den Ladezustand von 80%, wenn sie einen niedrigeren Ladezustand aufweist. Ebenfalls wird sie nicht auf den Ladezustand von 80% entladen, wenn sie einen höheren Ladezustand aufweist. Die Ladung bei niedrigem Ladezustand geschieht jedoch durch die Rekuperationsphasen. Die Entladung der Batterie geschieht durch die Standphasen. Damit stellt sich auch ohne Kenntnis und Nachführung des SOC ein mittlerer Ladezustand an der Batterie ein.In an embodiment of the method according to the invention, the desired state of charge of at least one energy storage is set with a charge level of about 80%, so that the energy storage can absorb enough Rekuperationsenergie and has sufficient energy reserves to supply the consumers of the electrical system during a service life of the vehicle. The first voltage setpoint is the maximum adjustable voltage value with a value of approx. 15 volts. As a second voltage setpoint, the quiescent voltage is set at a value of about 12.6 volts, which corresponds to the desired state of charge level of the energy store of about 80%. By regulating the generator voltage on the in Compared to the nominal voltage of 14 to 14.5 volts low rest voltage value of 12.6 volts of the nominal state of charge of 80%, the power loss of the control units in the electrical system is significantly reduced during normal operation with minimal battery load. At a constant generator voltage of 12.6 V, an 80% charged battery will neither charge nor discharge. Due to the polarization voltage, a battery to which a voltage of 12.6 V is applied does not reach the state of charge of 80% when it has a lower state of charge. Also, it will not discharge to the 80% state of charge if it has a higher state of charge. The charge at low state of charge, however, happens through the Rekuperationsphasen. The discharge of the battery happens through the stance phases. Thus, even without knowledge and tracking of the SOC a medium state of charge on the battery.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Generatorspannung bei einem Wechsel zwischen den beiden Fahrzuständen mit einer Rampenfunktion vom zweiten Spannungssollwert auf den ersten Spannungssollwert erhöht bzw. vom ersten Spannungssollwert auf den zweiten Spannungssollwert reduziert. Des Weiteren gibt der mindestens eine Energiespeichers die während dem ersten Fahrzustand aufgenommene Energie im anschließenden zweiten Fahrzustand wieder ab, um den Generator zu entlasten.In further embodiment of the method according to the invention is the generator voltage when switching between the two Driving conditions with a ramp function from the second voltage setpoint increased to the first voltage setpoint or from the first Voltage setpoint reduced to the second voltage setpoint. Of Further gives the at least one energy storage during the first driving condition recorded energy in the subsequent second driving state again to relieve the generator.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Regelung einer Generatorspannung in einem Kraftfahrzeug, das einen vom Fahrzeugmotor angetriebenen Generator und mindestens einen Energiespeicher umfasst, wobei der Generator ein Bordnetz mit Verbrauchern und den mindestens einen Energiespeicher mit Energie versorgt, umfasst eine Auswerte- und Steuereinheit, welche die Generatorspannung in Abhängigkeit von einem erkannten Fahrzustand auf einen vorgegebenen Spannungssollwert regelt. Die Auswerte- und Steuereinheit regelt die Generatorspannung bei einem als Rekuperationsbetrieb erkannten ersten Fahrzustand auf einen ersten Spannungssollwert, der einem maximal einstellbaren Spannungswert entspricht. Bei einem als Normalbetrieb erkannten zweiten Fahrzustand regelt die Auswerte- und Steuereinheit die Generatorspannung erfindungsgemäß auf einen zweiten Spannungssollwert, der als ein Spannungswert einer Ruhespannung vorgegeben wird, die mit einem Ladezustandspegel des mindestens einen Energiespeichers korrespondiert. Die Auswerte- und Steuereinheit gibt den zweiten Spannungssollwert so vor, dass der entsprechende Spannungswert der Ruhespannung mit einem vorgegebenen Soll-Ladezustand des mindestens einen Energiespeichers korrespondiert.The inventive arrangement for controlling a Generator voltage in a motor vehicle, the one from the vehicle engine driven generator and at least one energy storage comprises, the generator being an electrical system with consumers and the at least supplies an energy storage with energy, includes an evaluation and Control unit, which determines the generator voltage in dependence from a recognized driving condition to a predetermined voltage command value regulates. The evaluation and control unit regulates the generator voltage at a recognized as Rekuperationsbetrieb first driving condition to a first voltage setpoint, the maximum adjustable voltage value equivalent. In a recognized as normal operation second driving condition The evaluation and control unit regulates the generator voltage according to the invention a second voltage setpoint indicative of a voltage value of a Resting voltage is given, with a state of charge of the corresponds to at least one energy storage. The evaluation and control unit sets the second voltage setpoint such that the corresponding voltage value of the rest voltage with a predetermined Target state of charge of the at least one energy storage corresponds.

In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Soll-Ladezustand des mindestens einen Energiespeichers mit einem Ladezustandspegel von ca. 80% vorgegeben, so dass der Energiespeicher ausreichend Rekuperationsenergie aufnehmen kann und ausreichende Energiereserven zur Versorgung der Verbraucher des Bordnetzes während einer Standzeit des Fahrzeugs aufweist. Zudem gibt die Auswerte- und Steuereinheit als ersten Spannungssollwert den maximal einstellbaren Spannungswert mit einem Wert von ca. 15 Volt vor, wobei die Auswerte- und Steuereinheit 50 als zweiten Spannungssollwert die Ruhespannung mit einem Wert von ca. 12.6 Volt vorgibt, der mit dem Soll-Ladezustandspegel des Energiespeichers von ca. 80% korrespondiert.In an embodiment of the arrangement according to the invention, the desired state of charge of the at least one energy store is specified with a charge state level of approximately 80%, so that the energy store can absorb sufficient recuperation energy and has sufficient energy reserves for supplying the consumers of the vehicle electrical system during a service life of the vehicle. In addition, the evaluation and control unit as the first voltage setpoint, the maximum adjustable voltage value with a value of about 15 volts, wherein the evaluation and control unit 50 as a second voltage setpoint, the quiescent voltage with a value of about 12.6 volts, which corresponds to the desired state of charge level of the energy storage of about 80%.

In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung verändert die Auswerte- und Steuereinheit bei einem Wechsel zwischen den beiden Fahrzuständen die Generatorspannung jeweils mit einer Rampenfunktion, wobei die Generatorspannung vom zweiten Spannungssollwert auf den ersten Spannungssollwert erhöht wird bzw. vom ersten Spannungssollwert auf den zweiten Spannungssollwert reduziert wird. Des Weiteren gibt der mindestens eine Energiespeichers die während dem ersten Fahrzustand aufgenommene Energie im anschließenden zweiten Fahrzustand wieder ab, um den Generator zu entlasten.In further embodiment of the arrangement according to the invention changes the evaluation and control unit when changing between the two driving conditions, the generator voltage each with a ramp function, the generator voltage from second voltage setpoint increased to the first voltage setpoint or from the first voltage setpoint to the second voltage setpoint is reduced. Furthermore, the at least one energy storage device the energy absorbed during the first driving condition in the subsequent second driving condition again to the Relieve generator.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.advantageous Embodiments of the invention are in the drawings and are described below.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Regelung einer Generatorspannung in einem Kraftfahrzeug, 1 1 is a block diagram of an embodiment of an arrangement according to the invention for controlling a generator voltage in a motor vehicle,

2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regelung einer Generatorspannung in einem Kraftfahrzeug 2 a flowchart of an embodiment of a method according to the invention for controlling a generator voltage in a motor vehicle

3 ein Kennliniendiagramm eines Lastwiderstands eines Energiespeichers in Abhängigkeit vom Ladezustand, three a characteristic diagram of a load resistance of an energy store as a function of the state of charge,

4 ein Kennliniendiagramm einer Ruhespannung eines Energiespeichers in Abhängigkeit vom Ladezustand, und 4 a characteristic diagram of a rest voltage of an energy storage device as a function of the state of charge, and

5 ein Kennliniendiagramm zur Darstellung einer Spannung und eines Stroms des Energiespeichers während verschiedener Fahrzustände. 5 a characteristic diagram illustrating a voltage and a current of the energy storage device during various driving conditions.

Wie aus der 1 ersichtlich ist, umfasst ein elektrisches Bordnetz 1 eines Kraftfahrzeugs eine als Startermotor ausgeführte elektrische Maschine 10 zum Starten eines Verbrennungsmotors, eine als Generator ausgeführte Energiequelle 20, die Bewegungsenergie aus dem Verbrennungsmotor und/oder einem Bremsvorgang in elektrische Energie umwandelt und in das Bordnetz 1 einspeist, einen als Batterie ausgeführten Energiespeicher 30 und mehrere Verbraucher, von denen beispielhaft ein Verbraucher 40 dargestellt ist. Während der Startphase des Fahrzeugs wird der elektrische Startermotor 10 vom als Batterie ausgeführten Energiespeicher 30 mit Energie versorgt. Während eines normalen Fahrzeugbetriebs versorgt die als Generator ausgeführte Energiequelle 20 den Verbraucher 40 des Bordnetzes 1 mit Energie. Zudem lädt die als Generator ausgeführte Energiequelle 20 bei einer niedrigen Auslastung den als Batterie ausgeführten Energiespeicher 30 auf. Eine Auswerte- und Steuereinheit 50 regelt eine Generatorspannung UG in Abhängigkeit von einem erkannten Fahrzustand auf einen vorgegebenen Spannungssollwert, wobei die Auswerte- und Steuereinheit 50 die Generatorspannung UG bei einem als Rekuperationsbetrieb erkannten ersten Fahrzustand auf einen ersten Spannungssollwert regelt, der einem maximal einstellbaren Spannungswert Umax = 15 Volt entspricht. Bei einem als Normalbetrieb erkannten zweiten Fahrzustand regelt die Auswerte- und Steuereinheit 50 die Generatorspannung UG auf einen zweiten Spannungssollwert, der als ein Spannungswert einer Ruhespannung URuhe vorgegeben wird, die mit einem Ladezustandspegel des mindestens einen Energiespeichers 30 korrespondiert. Die Auswerte- und Steuereinheit 50 gibt den zweiten Spannungssollwert so vor, dass der entsprechende Spannungswert der Ruhespannung URuhe mit einem vorgegebenen Soll-Ladezustand des Energiespeichers 30 korrespondiert.Like from the 1 can be seen, includes an electrical system 1 a motor vehicle as a Starter motor engineered electric machine 10 for starting an internal combustion engine, an energy source designed as a generator 20 , which converts kinetic energy from the internal combustion engine and / or a braking process into electrical energy and into the electrical system 1 feeds, designed as a battery energy storage 30 and several consumers, one of which is a consumer 40 is shown. During the starting phase of the vehicle becomes the electric starter motor 10 of the battery energy storage 30 energized. During normal vehicle operation, the power source configured as a generator supplies power 20 the consumer 40 of the electrical system 1 with energy. In addition, the generator runs as an energy source 20 at a low load the energy storage designed as a battery 30 on. An evaluation and control unit 50 regulates a generator voltage U G in response to a detected driving state to a predetermined voltage setpoint, wherein the evaluation and control unit 50 controls the generator voltage U G at a first driving state recognized as Rekuperationsbetrieb to a first voltage setpoint corresponding to a maximum adjustable voltage value U max = 15 volts. In a recognized as normal operation second driving state controls the evaluation and control unit 50 the generator voltage U G to a second voltage setpoint, which is specified as a voltage value of a rest voltage U rest , with a state of charge level of the at least one energy storage 30 corresponds. The evaluation and control unit 50 indicates the second voltage setpoint so that the corresponding voltage value of the rest voltage U rest with a predetermined desired state of charge of the energy storage 30 corresponds.

Wie aus 3 ersichtlich ist, ist ein Ladewiderstand RL einer warmen Batterie (25°C) zwischen einem Ladezustandspegel von 20% bis 90% nahezu konstant. Da der Lastzustand möglichst hoch gewählt werden sollte, um eine ausreichende Standzeit zu ermöglichen, bietet sich ein Soll-Ladezustand von 80% als optimaler Arbeitspunkt an, da der Ladewiderstand in diesem Bereich gerade noch einen niedrigen Widerstandswert aufweist. Da sich aufgrund der Rekuperation nur geringe Änderungen des Ladezustands ergeben, so ergibt beispielsweise eine Bremsphase von 10 Sekunden mit einem Ladestrom von 100 Ampere nur eine Änderung von 0,27 Ah, was einer Zunahme des Ladezustands um 0,3% entspricht, wird der Soll-Ladezustand des Energiespeichers 30 mit einem Ladezustandspegel von ca. 80% vorgegeben, so dass der Energiespeicher 30 ausreichend Rekuperationsenergie aufnehmen kann und ausreichende Energiereserven zur Versorgung der Verbraucher 40 des Bordnetzes 1 während einer Standzeit des Fahrzeugs aufweist. Als zweiten Spannungssollwert gibt die Auswerte- und Steuereinheit 50 die Ruhespannung URuhe mit einem Wert von ca. 12.6 Volt vor, der mit dem Soll-Ladezustandspegel des Energiespeichers 30 von ca. 80% korrespondiert, wie aus 4 ersichtlich ist. Bei einer konstanten Batteriespannung UBat von 12.6 V wird eine zu 80% geladene Batterie weder weiter geladen noch entladen. Durch die Verwendung von 12.6 V statt 14.3 V ergibt sich gemäß der Formel P = U·I eine elektrische Leistungseinsparung von ca. 12%.How out three As can be seen, a charging resistance R L of a warm battery (25 ° C) between a state of charge level of 20% to 90% is almost constant. Since the load condition should be as high as possible in order to allow a sufficient service life, a target charge state of 80% offers itself as an optimal operating point, since the charge resistance in this range has just a low resistance value. Since due to the recuperation only small changes in the state of charge result, for example, results in a braking phase of 10 seconds with a charging current of 100 amps only a change of 0.27 Ah, which corresponds to an increase in the state of charge by 0.3%, the target -Charging state of the energy storage 30 specified with a charge level of about 80%, so that the energy storage 30 can absorb sufficient recuperation energy and sufficient energy reserves to supply the consumer 40 of the electrical system 1 during a lifetime of the vehicle. The second voltage setpoint is provided by the evaluation and control unit 50 The quiescent voltage U rest with a value of about 12.6 volts before that with the desired state of charge level of the energy storage 30 of about 80% corresponds to how out 4 is apparent. At a constant battery voltage U Bat of 12.6 V, an 80% charged battery is neither charged nor discharged. By using 12.6 V instead of 14.3 V, according to the formula P = U * I, an electrical power saving of approximately 12% results.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 2 und 5 das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Generatorspannung UG in einem Kraftfahrzeug beschreiben, das den vom Fahrzeugmotor angetriebenen Generator 20 und den als Batterie ausgeführten Energiespeicher 30 umfasst. Der Generator 20 versorgt das Bordnetz 1 mit dem Verbraucher 40 und den Energiespeicher 30 mit Energie, wobei die Generatorspannung UG in Abhängigkeit von einem erkannten Fahrzustand auf einen vorgegebenen Spannungssollwert geregelt wird. Wie aus 2 ersichtlich ist, wird in einem Schritt S20 geprüft, ob ein Rekuperationsbetrieb vorliegt. Wird im Schritt S20 kein Rekuperationsbetrieb als Fahrzustand erkannt, dann stellt die Auswerte- und Steuereinheit 50 im Schritt S80 den Spannungssollwert der Generatorspannung UG auf die Ruhespannungswert URuhe = 12,6 Volt ein. Anschließend kehrt das Verfahren zum Schritt S20 zurück. Wird im Schritt S20 ein Rekuperationsbetrieb als Fahrzustand erkannt, dann stellt die Auswerte- und Steuereinheit 50 im Schritt S40 den Spannungssollwert der Generatorspannung UG auf den maximal einstellbaren Spannungswert Umax = 15 Volt ein. Wie aus 5 ersichtlich ist, wird die Generatorspannung UG und somit die Batteriespannung UBat am Start der Rekuperation von der Ruhespannung URuhe = 12,6 Volt mit einer Rampenfunktion auf den maximal einstellbaren Spannungswert Umax = 15 Volt erhöht. Im Schritt S60 wird geprüft, ob der Rekuperationsbetrieb beendet ist. Ist der Rekuperationsbetrieb noch nicht beendet, dann springt das Verfahren zurück zum Schritt S40 und belässt den Spannungssollwert auf dem eingestellten maximalen Spannungswert Umax = 15 Volt. Wird im Schritt S60 festgestellt, dass der Rekuperationsbetrieb beendet ist, dann stellt die Auswerte- und Steuereinheit 50 im Schritt S80 den Spannungssollwert der Generatorspannung UG auf die Ruhespannungswert URuhe = 12,6 Volt ein. Wie aus 5 ersichtlich ist, wird die Generatorspannung UG und somit die Batteriespannung UBat am Ende der Rekuperation von dem maximalen Spannungswert Umax = 15 Volt mit einer Rampenfunktion auf die Ruhespannung URuhe = 12,6 Volt reduziert.The following is with reference to 2 and 5 describe the inventive method for controlling the generator voltage U G in a motor vehicle, which is driven by the vehicle engine generator 20 and the battery energy storage 30 includes. The generator 20 supplies the electrical system 1 with the consumer 40 and the energy storage 30 with energy, wherein the generator voltage U G is regulated in response to a detected driving state to a predetermined voltage setpoint. How out 2 is apparent, it is checked in a step S20 whether a Rekuperationsbetrieb exists. If, in step S20, no recuperation operation is detected as a driving condition, then the evaluation and control unit provides 50 in step S80, the voltage setpoint of the generator voltage U G on the rest voltage value U rest = 12.6 volts. Subsequently, the process returns to step S20. If a recuperation operation is detected as a driving condition in step S20, then the evaluation and control unit provides 50 in step S40, the voltage setpoint of the generator voltage U G to the maximum adjustable voltage value U max = 15 volts. How out 5 it can be seen, the generator voltage U G and thus the battery voltage U Bat at the start of the recuperation of the rest voltage U rest = 12.6 volts is increased with a ramp function to the maximum adjustable voltage U max = 15 volts. In step S60, it is checked if the recuperation operation is finished. If the recuperation operation has not yet ended, the method returns to step S40 and leaves the voltage setpoint at the set maximum voltage value U max = 15 volts. If it is determined in step S60 that the recuperation operation has ended, then the evaluation and control unit provides 50 in step S80, the voltage setpoint of the generator voltage U G on the rest voltage value U rest = 12.6 volts. How out 5 it can be seen, the generator voltage U G and thus the battery voltage U Bat at the end of the recuperation of the maximum voltage value U max = 15 volts with a ramp function to the rest voltage U rest = 12.6 volts reduced.

Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, wird die Batterie 30 während der Rekuperationsphase durch die Spannungsanhebung auf 15 Volt mit einem Batteriestrom IBat von bis zu 100 Ampere geladen und nimmt Energie auf. Durch die Spannungsreduzierung auf 12.6 Volt gibt die Batterie 30 nach der Rekuperationsphase diese Energie wieder ab, und der Generator 20 wird entlastet. Aufgrund der Polarisationsspannung erreicht die Batterie 30, die mit 12.6 V betrieben wird, nicht den Ladezustand von 80%, wenn sie einen niedrigeren Ladezustand aufweist. Ebenfalls wird sie nicht auf den Ladezustand von 80% entladen, wenn sie einen höheren Ladezustand aufweist. Die Ladung bei niedrigem Ladezustand geschieht jedoch durch die Rekuperationsphasen und die Entladung erfolgt durch die Standphasen. Damit stellt sich auch ohne Kenntnis und Nachführung des Ladezustands ein mittlerer Ladezustand an der Batterie 30 ein.How out 5 it can be seen further, the battery is 30 during the recuperation phase is charged by the voltage boost to 15 volts with a battery current I Bat of up to 100 amps and absorbs energy. By the voltage reduction at 12.6 volts are the battery 30 after the recuperation phase this energy decreases again, and the generator 20 is relieved. Due to the polarization voltage reaches the battery 30 which is operated at 12.6 V, not the charge state of 80%, if it has a lower charge state. Also, it will not discharge to the 80% state of charge if it has a higher state of charge. The charge at a low state of charge, however, occurs through the Rekuperationsphasen and the discharge takes place through the stance phases. Thus, even without knowing and tracking the state of charge, a medium state of charge on the battery 30 one.

Das erfindungsgemäße Verfahren regelt die Generatorspannung so, dass der Kraftstoffverbrauch reduziert wird. Dazu wird im Normalbetrieb die Generatorspannung auf den Ruhespannungswert des Soll-Ladezustandes der Batterie geregelt, wodurch bei minimaler Batteriebelastung die Verlustleistung der Steuergeräte minimiert wird. Durch die niedrige Batteriespannung können im Fahrbetrieb über 10% elektrische Leistung dauerhaft eingespart werden.The The method according to the invention regulates the generator voltage so that the fuel consumption is reduced. This is in normal operation the generator voltage to the rest voltage value of the desired state of charge the battery is regulated, which at minimum battery load the Power loss of the control units is minimized. By The low battery voltage can be exceeded while driving 10% electric power saved permanently.

11
FahrzeugbordnetzVehicle electrical system
1010
Startermotorstarter motor
2020
Generatorgenerator
3030
Energiespeicherenergy storage
4040
Verbraucherconsumer
5050
Auswerte- und Steuereinheitevaluation and control unit
UG U G
Generatorspannunggenerator voltage
UB U B
BordnetzspannungBoard supply voltage
UBat U Bat
Batteriespannungbattery voltage
IBat I Bat
Batteriestrombattery power
URuhe U rest
Ruhespannungopen circuit voltage
Umax U max
Ladespannungcharging voltage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Verfahren zur Regelung einer Generatorspannung in einem Kraftfahrzeug, das einen vom Fahrzeugmotor angetriebenen Generator (20) und mindestens einen Energiespeicher (30) umfasst, wobei der Generator (20) ein Bordnetz (1) mit Verbrauchern (40) und den mindestens einen Energiespeicher (30) mit Energie versorgt, wobei die Generatorspannung (UG) in Abhängigkeit von einem erkannten Fahrzustand auf einen vorgegebenen Spannungssollwert geregelt wird, wobei die Generatorspannung (UG) bei einem als Rekuperationsbetrieb erkannten ersten Fahrzustand auf einen ersten Spannungssollwert geregelt wird, der einem maximal einstellbaren Spannungswert (Umax) entspricht, und wobei die Generatorspannung (UG) bei einem als Normalbetrieb erkannten zweiten Fahrzustand auf einen zweiten Spannungssollwert geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Spannungssollwert als ein Spannungswert einer Ruhespannung (URuhe), die mit einem Ladezustandspegel des mindestens einen Energiespeichers (30) korrespondiert, vorgegeben wird, wobei der zweite Spannungssollwert so vorgegeben wird, dass der entsprechende Spannungswert der Ruhespannung (URuhe) mit einem vorgegebenen Soll-Ladezustand des mindestens einen Energiespeichers (30) korrespondiert.Method for controlling a generator voltage in a motor vehicle, comprising a generator driven by the vehicle engine ( 20 ) and at least one energy store ( 30 ), wherein the generator ( 20 ) an electrical system ( 1 ) with consumers ( 40 ) and the at least one energy store ( 30 ), wherein the generator voltage (U G ) is regulated in response to a detected driving state to a predetermined voltage setpoint, wherein the generator voltage (U G ) is controlled at a first driving state recognized as Rekuperationsbetrieb to a first voltage setpoint, the maximum adjustable Voltage value (U max ) corresponds, and wherein the generator voltage (U G ) is controlled at a detected second normal driving state to a second voltage setpoint, characterized in that the second voltage setpoint as a voltage value of a rest voltage (U rest ), with a state of charge level of the at least one energy store ( 30 ), is specified, wherein the second voltage setpoint is predetermined so that the corresponding voltage value of the rest voltage (U rest ) with a predetermined desired state of charge of the at least one energy storage ( 30 ) corresponds. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Ladezustand des mindestens einen Energiespeichers (30) mit einem Ladezustandspegel von ca. 80% vorgegeben wird, so dass der Energiespeicher (30) ausreichend Rekuperationsenergie aufnehmen kann und ausreichende Energiereserven zur Versorgung der Verbraucher (40) des Bordnetzes (1) während einer Standzeit des Fahrzeugs aufweist.Method according to Claim 1, characterized in that the desired state of charge of the at least one energy store ( 30 ) is given with a charge level of about 80%, so that the energy storage ( 30 ) can absorb sufficient recuperation energy and sufficient energy reserves to supply the consumers ( 40 ) of the vehicle electrical system ( 1 ) during a lifetime of the vehicle. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Spannungssollwert der maximal einstellbare Spannungswert (Umax) mit einem Wert von ca. 15 Volt vorgegeben wird, wobei als zweiter Spannungssollwert die Ruhespannung (URuhe) mit einem Wert von ca. 12.6 Volt vorgegeben wird, der mit dem Soll-Ladezustandspegel des Energiespeichers (30) von ca. 80% korrespondiert.A method according to claim 1 or 2, characterized in that as the first voltage setpoint, the maximum adjustable voltage value (U max ) is set with a value of about 15 volts, wherein as a second voltage setpoint, the rest voltage (U rest ) with a value of about 12.6 Volts is given, which corresponds to the desired state of charge level of the energy store ( 30 ) of about 80% corresponds. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorspannung (UG) bei einem Wechsel zwischen den beiden Fahrzuständen mit einer Rampenfunktion vom zweiten Spannungssollwert (URuhe) auf den ersten Spannungssollwert (Umax) erhöht wird (URuhe) vom ersten Spannungssollwert (Umax) auf den zweiten Spannungssollwert (URuhe) reduziert wird.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the alternator voltage (U G ) is increased at a change between the two driving states with a ramp function from the second voltage setpoint (U rest ) to the first voltage setpoint (U max ) (U rest ) is reduced from the first voltage setpoint (U max ) to the second voltage setpoint (U rest ). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Energiespeichers (30) die während dem ersten Fahrzustand aufgenommene Energie im anschließenden zweiten Fahrzustand wieder abgibt, um den Generator (20) zu entlasten.Method according to claim 4, characterized in that the at least one energy store ( 30 ) the energy absorbed during the first driving state in the subsequent second driving state again to the generator ( 20 ) to relieve. Anordnung zur Regelung einer Generatorspannung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das einen vom Fahrzeugmotor angetriebenen Generator (20) und mindestens einen Energiespeicher (30) umfasst, wobei der Generator (20) ein Bordnetz (1) mit Verbrauchern (40) und den mindestens einen Energiespeicher (30) mit Energie versorgt, wobei eine Auswerte- und Steuereinheit (50) die Generatorspannung (UG) in Abhängigkeit von einem erkannten Fahrzustand auf einen vorgegebenen Spannungssollwert regelt, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (50) die Generatorspannung (UG) bei einem als Rekuperationsbetrieb erkannten ersten Fahrzustand auf einen ersten Spannungssollwert regelt, der einem maximal einstellbaren Spannungswert (Umax) entspricht, und wobei die Auswerte- und Steuereinheit (50) die Generatorspannung (UG) bei einem als Normalbetrieb erkannten zweiten Fahrzustand auf einen zweiten Spannungssollwert regelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (50) den zweiten Spannungssollwert als einen Spannungswert einer Ruhespannung (URuhe) vorgibt, die mit einem Ladezustandspegel des mindestens einen Energiespeichers (30) korrespondiert, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (50) den zweiten Spannungssollwert so vorgibt, dass der entsprechende Spannungswert der Ruhespannung (URuhe) mit einem vorgegebenen Soll-Ladezustand des mindestens einen Energiespeichers (30) korrespondiert.Arrangement for controlling a generator voltage in a motor vehicle, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 5, which is a generator driven by the vehicle engine ( 20 ) and at least one energy store ( 30 ), wherein the generator ( 20 ) an electrical system ( 1 ) with consumers ( 40 ) and the at least one energy store ( 30 ), wherein an evaluation and control unit ( 50 ) controls the generator voltage (U G ) as a function of a detected driving state to a predetermined voltage setpoint, wherein the evaluation and control unit ( 50 ) controls the generator voltage (U G ) at a first driving state recognized as recuperation operation to a first voltage setpoint corresponding to a maximum adjustable voltage value (U max ), and wherein the evaluation and control unit ( 50 ) regulates the generator voltage (U G ) in a recognized as normal operation second driving state to a second voltage setpoint, characterized in that the evaluation and control unit ( 50 ) predetermines the second voltage setpoint value as a voltage value of a rest voltage (U rest ) which corresponds to a charge state level of the at least one energy store ( 30 ), wherein the evaluation and control unit ( 50 ) sets the second voltage setpoint so that the corresponding voltage value of the rest voltage (U rest ) with a predetermined desired state of charge of the at least one energy store ( 30 ) corresponds. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Ladezustand des mindestens einen Energiespeichers (30) mit einem Ladezustandspegel von ca. 80% vorgegeben ist, so dass der Energiespeicher (30) ausreichend Rekuperationsenergie aufnehmen kann und ausreichende Energiereserven zur Versorgung der Verbraucher (40) des Bordnetzes (1) während einer Standzeit des Fahrzeugs aufweist.Arrangement according to claim 6, characterized in that the desired state of charge of the at least one energy store ( 30 ) is specified with a charge level of about 80%, so that the energy storage ( 30 ) can absorb sufficient recuperation energy and sufficient energy reserves to supply the consumers ( 40 ) of the vehicle electrical system ( 1 ) during a lifetime of the vehicle. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (50) als ersten Spannungssollwert den maximal einstellbaren Spannungswert (Umax) mit einem Wert von ca. 15 Volt vorgibt, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (50) als zweiten Spannungssollwert die Ruhespannung (URuhe) mit einem Wert von ca. 12.6 Volt vorgibt, der mit dem Soll-Ladezustandspegel des Energiespeichers (30) von ca. 80% korrespondiert.Arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the evaluation and control unit ( 50 ) as the first voltage setpoint, the maximum adjustable voltage value (U max ) with a value of about 15 volts, wherein the evaluation and control unit ( 50 ) as a second voltage setpoint, the rest voltage (U rest ) with a value of about 12.6 volts sets, with the desired state of charge level of the energy storage ( 30 ) of about 80% corresponds. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (50) die Generatorspannung (UG) bei einem Wechsel zwischen den beiden Fahrzuständen jeweils mit einer Rampenfunktion vom zweiten Spannungssollwert (URuhe) auf den ersten Spannungssollwert (Umax) erhöht bzw. vom ersten Spannungssollwert (Umax) auf den zweiten Spannungssollwert (URuhe) reduziert.Arrangement according to one of claims 6 to 8, characterized in that the evaluation and control unit ( 50 ) the generator voltage (U G ) at a change between the two driving states each increased with a ramp function from the second voltage setpoint (U rest ) to the first voltage setpoint (U max ) or reduced from the first voltage setpoint (U max ) to the second voltage setpoint (U rest ). Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Energiespeicher (30) die während dem ersten Fahrzustand aufgenommene Energie im anschließenden zweiten Fahrzustand wieder abgibt, um den Generator (20) zu entlasten.Arrangement according to claim 9, characterized in that the at least one energy store ( 30 ) the energy absorbed during the first driving state in the subsequent second driving state again to the generator ( 20 ) to relieve.
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