DE19817057A1 - Anordnung zur Stromversorgung eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes - Google Patents
Anordnung zur Stromversorgung eines Kraftfahrzeug-BordnetzesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Stromversorgung des Bordnetzes (3) eines Kraftfahrzeugs mittels einer Lichtmaschine (1) und eines Solargenerators (2). Um Kraftstoff zur Stromerzeugung über die Lichtmaschine (1) effektiv einzusparen, ist erfindungsgemäß eine Einrichtung (5) zur Erfassung der Energiebilanz des Solargenerators (2) relativ zur Lichtmaschine (1) vorgesehen, die eine Einrichtung (10) zum Reduzieren der Lichtmaschinenleistung entsprechend der Solarstromzufuhr bei positiver Energiebilanz zugunsten der Lichtmaschine (1) und eine Einrichtung (11) zum Trennen der Lichtmaschine (1) vom Fahrzeug-Motor (13) bei positiver Energiebilanz zugunsten des Solargenerators (2) steuert.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Stromversorgung des Bordnetzes eines
Kraftfahrzeugs mittels einer Lichtmaschine und eines Solargenerators.
Herkömmlicherweise werden die an das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs angeschlossenen
Verbraucher bzw. Aggregate über eine Lichtmaschine und einer dieser nachgeschalteten
Batterie mittels des Motors des Kraftfahrzeugs mit Strom versorgt. Bekannt sind ferner
zahlreiche Vorschläge, diese Art der Stromversorgung zumindest teilweise zu ergänzen
durch Strom, der von einem Solargenerator bereitgestellt wird, der beispielsweise in
Gestalt von Solarzellen realisiert ist, die bevorzugt auf dem Dach des Kraftfahrzeugs
angeordnet sind. Eine dementsprechende, dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechende
Anordnung zur Stromversorgung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs ist beispielsweise
aus der DE 36 04 226 C2 bekannt. Ein Energieflußsensor erfaßt dabei den Energiefluß zu
bzw. von der Fahrzeugbatterie und führt diesen einer Steuereinrichtung zu, die den
Energiefluß über einen vorgegebenen Zeitraum, beispielsweise einen Tag, aufsummiert. Je
nachdem, ob die dort erfaßte Summe positiv oder negativ ist, schließt bzw. öffnet die
Steuereinrichtung einen Schalter zwischen der Fahrzeugbatterie und dem Bordnetz, um
eine übermäßige Entladung der Fahrzeugbatterie zu verhindern.
Ein weiterer Vorschlag zur Nutzung eines Solargenerators zur Stromversorgung des
Bordnetzes ist aus der DE 39 24 755 A1 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung ist der
Solargenerator über ein Laderegelungsmodul mit der Fahrzeugbatterie verbunden. Das
Laderegelungsmodul steuert den Ladestrom in Abhängigkeit von der Batterietemperatur.
Die Fahrzeugbatterie ist über ein Schaltmodul mit verschiedenen Aggregaten bzw.
Verbrauchern, nämlich einem Schiebedachmotor und zwei Lüftermotoren verbunden. Das
Schaltmodul wird von einem Steuermodul, welches die Temperatur im Fahrzeuginnenraum
und die Feuchtigkeit oberhalb des Schiebedachs erfaßt, gesteuert, um den Verbraucher in
Abhängigkeit von diesen Parametern von der Fahrzeugbatterie zu trennen bzw. sie mit
dieser zu verbinden. Die Fahrzeugbatterie wirkt hierbei als Puffer zwischen dem
Solargenerator und den Verbrauchern.
Die vorstehend angesprochenen Vorschläge zur teilweisen Energieversorgung des
Bordnetzes mittels eines Solargenerators berücksichtigen sämtlich nicht die Tatsache, daß
die Energieumwandlung aus fossilen Energieträgern, wie Benzin und Diesel in elektrischen
Strom über die Lichtmaschine bei Kraftfahrzeugen mit einem sehr schiechten
Gesamtwirkungsgrad verbunden ist. Unter Berücksichtigung verschiedener
Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs ist mit einem Kraftstoffverbrauch von 0,5 Liter
pro 100 km je erzeugte 100 Wh elektrische Energie zu rechnen. Dies ist insbesondere
kritisch im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugen, die im übrigen hinsichtlich ihres
Kraftstoffverbrauchs optimiert sind, wie beispielsweise das von der einschlägigen Industrie
angestrebte Drei-Liter-Auto.
Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Anordnung zur Stromversorgung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die den
Beitrag zur Stromversorgung durch den Solargenerator optimal nutzt und den
Kraftstoffverbrauch für die Stromversorgung über die Lichtmaschine minimiert.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Während bei den bisherigen in Rede stehenden Anordnungen der Solargenerator in erster
Linie zur Aufladung der Kraftfahrzeugbatterie und gegebenenfalls zum alleinigen Betrieb
ausgesuchter Aggregate bzw. Verbraucher des Kraftfahrzeugs eingesetzt wurde, geht die
Erfindung einen vollständig anderen Weg, nämlich denjenigen, den Beitrag der
Lichtmaschine zur Stromversorgung des Bordnetzes abhängig von der Leistungs- bzw.
Energiebilanz zwischen der Lichtmaschine und dem Solargenerator teilweise bzw.
vollständig zu ersetzen, was den Vorteil erbringt, daß weniger Kraftstoff zur
Stromerzeugung verbraucht wird als bislang. Typischerweise kann durch den
erfindungsgemäßen Einsatz des Solargenerators zur Stromversorgung des Bordnetzes
während der Fahrt ein Leistungsbedarf von 100 W, der typischerweise durch die
Lichtmaschine geliefert wird, ausgeglichen werden, wenn der Solargenerator dazu
ausgelegt ist, maximal 150 W zu erzeugen. Damit entspricht die Kraftstoffeinsparung dem
eingangs genannten Kraftstoffverbrauch der Lichtmaschine zur Stromerzeugung von etwa
0,5 Liter pro 100 km.
Je nach Leistungs- bzw. Energiebilanz zwischen der Lichtmaschinenleistung und der
Solarstromzufuhr steuert erfindungsgemäß eine Energiebilanz-Erfassungseinrichtung eine
Einrichtung zum Reduzieren der Lichtmaschinenleistung entsprechend der
Solarstromzufuhr bei positiver Leistungs- oder Energiebilanz zugunsten der Lichtmaschine
und zum andern eine Einrichtung zum Trennen der Lichtmaschine vom Fahrzeug-Motor
bei positiver Leistungs- oder Energiebilanz zugunsten des Solarstromgenerators.
Diese Einrichtungen zum Reduzieren der Lichtmaschinenleistung bzw. Abschalten
derselben können grundsätzlich in unterschiedlicher Weise realisiert sein.
Vorteilhafterweise steuert die Einrichtung zum Reduzieren der Lichtmaschinenleistung die
Bestromung der Erregerwicklung der Lichtmaschine. Die Einrichtung zum Trennen der
Lichtmaschine vom Fahrzeug-Motor umfaßt vorteilhafterweise eine Kupplung, die eine
mechanische Trennung der Lichtmaschine vom Fahrzeug-Motor erlaubt. Bevorzugt ist eine
integrierte Magnetkupplung, die das Magnetfeld der Erregerwicklung zur Steuerung der
Kupplung nutzt. Der mechanische Teil dieser Kupplung kann beispielsweise aus einer
Konus-Reib-Kupplung bestehen, von welcher der eine Konusteil fest mit der Antriebsachse
der Lichtmaschine verbunden ist, während der andere beweglich auf dieser Achse gleitet
und die Erregerwicklung sowie entsprechende Schleifringe trägt, wobei diese Kupplung bei
Bestromung der Erregerwicklung einrückt.
Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß ein wesentlicher Teil
der Verluste der Lichtmaschine auf Abwärme zurückzuführen sind, die bei hoher Drehzahl
des Motors und der Lichtmaschine durch Luftkühlung abgeführt wird. Die Erfindung
schlägt deshalb gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung die Nutzung dieser von der
Lichtmaschine erzeugten Abwärme vor, um das Fahrgastzellen-Heizsystem des Fahrzeugs
zu unterstützen. Beispielsweise kann zu diesem Zweck eine Wasserkühlung für die
Lichtmaschine vorgesehen sein, die zweckmäßigerweise mit dem übrigen
Motorkühlkreislauf verbunden ist, um die Abwärme der Lichtmaschine zur
Fahrzeugheizung zu nutzen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Die
einzige Figur zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung
zur Stromversorgung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs.
Die in der Figur gezeigte Anordnung umfaßt eine Lichtmaschine 1, die in herkömmlicher
Weise im Motorraum angeordnet ist und vom Motor 13 eines Kraftfahrzeugs angetrieben
wird, um das Bordnetz 3 des Kraftfahrzeugs mit Strom zu versorgen. Die zwischen
Lichtmaschine 1 und Bordnetz 3 üblicherweise angeordnete Batterie ist nicht dargestellt.
Nicht dargestellt sind außerdem die an das Bordnetz 3 angeschlossenen Verbraucher bzw.
Aggregate des Kraftfahrzeugs. Außerdem umfaßt die erfindungsgemäße Anordnung einen
Solargenerator 2, der in an sich bekannter Weise vorzugsweise auf dem Dach des
Kraftfahrzeugs angeordnet und dort z. B. zumindest teilweise in ein Schiebedach integriert
ist. Der Solargenerator 2 liefert Solarstrom über eine Verbindungsleitung 4 in das Bordnetz
3.
Ferner ist eine Energiebilanz-Erfassungseinrichtung 5 vorgesehen, die über Leitungen 6
und 7 mit der Lichtmaschine 1 und dem Solargenerator 2 verbunden ist, um deren
Stromerzeugung zu erfassen. Die Energiebilanz-Erfassungseinrichtung 5 ist ausgangsseitig
über Leitungen 8 und 9 mit einer Einrichtung 10 zum Reduzieren der
Lichtmaschinenleistung und einer Einrichtung 11 zum Trennen der Lichtmaschine 1 vom
Fahrzeug-Motor 13 verbunden. Anstelle einer Energiebilanz-Erfassungseinrichtung 5, die
die erzeugte Energie der Lichtmaschine 1 und des Solargenerators 2 periodisch über ein
bestimmtes Zeitintervall vergleicht, kann auch eine Leistungsbilanz-Erfassungs
einrichtung vorgesehen sein, die die erzeugten Leistungen als Momentaufnahme vergleicht.
Ausgangsseitig ist die Einrichtung 10 zum Reduzieren der Lichtmaschinenleistung mit der
Lichtmaschine 1 verbunden.
Die Einrichtung 10 zum Reduzieren der Lichtmaschinenleistung steuert in einer nicht
dargestellten Weise bevorzugt die Bestromung der Erregerwicklung der Lichtmaschine 1.
Die Einrichtung 11 zum Trennen der Lichtmaschine 1 von dem Fahrzeug-Motor 13 basiert
bevorzugt auf einer Kupplung, die im Aufbau im einzelnen nicht dargestellt ist. Diese
Kupplung basiert vorzugsweise auf einer Magnetkupplung, welche das Feld der
Erregerwicklung der Lichtmaschine 1 einbezieht und ein Reibkupplungselement aufweist,
dessen einer Teil fest mit der Antriebsachse der Lichtmaschine 1 verbunden ist und dessen
anderer Teil auf ihr gleitend angeordnet ist und die Erregerwicklung trägt, wobei die
Kupplung zur Bestromung der Erregerwicklung einrückt.
Die Funktion der in der Figur gezeigten Anordnung ist wie folgt. Die Energiebilanz-
Erfassungseinrichtung 5 betätigt die Einrichtung 10 zum Reduzieren der
Lichtmaschinenleistung entsprechend der Solarstromzufuhr von dem Solargenerator 2 in
das Bordnetz 3, wenn eine positive Bilanz zugunsten der Lichtmaschine 1 vorliegt. Die
Einrichtung 5 betätigt andererseits die Einrichtung 11 zum Trennen der Lichtmaschine 1
vom Fahrzeug-Motor 13 in dem Fall, daß eine positive Leistungs- oder Energiebilanz
zugunsten des Solargenerators 2 vorliegt. Dadurch wird insgesamt erreicht, daß über den
Motor 13 des Kraftfahrzeugs mittels der Lichtmaschine 1 nur in dem Maße Energie erzeugt
werden muß, wie der Solargenerator 2 nicht in der Lage ist, das Bordnetz 3 mit Strom zu
versorgen. Dadurch wird bei entsprechender Sonneneinstrahlung eine deutliche
Kraftstoffreduzierung erreicht, die vor allem im Hinblick auf das von der einschlägigen
Industrie angestrebte Drei-Liter-Auto einen wesentlichen Vorteil erbringt.
1
Lichtmaschine
2
Solargenerator
3
Bordnetz
4
Versorgungsleitung
5
Energiebilanz-Erfassungs
einrichtung
6
Leitung
7
Leitung
8
Leitung
9
Leitung
10
Einrichtung zum Reduzieren
der Lichtmaschinenleistung
11
Einrichtung zum Trennen
der Lichtmaschinenleistung
vom Bordnetz
12
Versorgungsleitung
13
Fahrzeug-Motor
Claims (7)
1. Anordnung zur Stromversorgung des Bordnetzes (3) eines Kraftfahrzeugs mittels einer
durch einen Fahrzeug-Motor (13) angetriebenen Lichtmaschine (1) und mittels eines
Solargenerators (2), gekennzeichnet durch eine Einrichtung (5) zur Erfassung der
Leistungs- oder Energiebilanz des Solargenerators (2) relativ zur Lichtmaschine (1),
die eine Einrichtung (10) zum Reduzieren der Lichtmaschinenleistung entsprechend
der Solarstromzufuhr bei positiver Leistungs- oder Energiebilanz zugunsten der
Lichtmaschine (1) und eine Einrichtung (11) zum Trennen der Lichtmaschine (1) vom
Fahrzeug-Motor (13) bei positiver Leistungs- oder Energiebilanz zugunsten des
Solargenerators (2) steuert.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10) zum
Reduzieren der Lichtmaschinenleistung die Bestromung der Erregerwicklung der
Lichtmaschine (1) steuert.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung
(11) zum Trennen der Lichtmaschine (1) vom Fahrzeug-Motor (13) eine Kupplung
umfaßt.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung eine
Magnetkupplung umfaßt, welche das Feld der Erregerwicklung der Lichtmaschine (1)
einbezieht und ein Reibkupplungselement aufweist, dessen einer Teil fest mit der
Antriebsachse der Lichtmaschine (1) verbundenen ist und dessen anderer Teil auf ihr
gleitend angeordnet ist und die Erregerwicklung trägt, wobei die Kupplung bei
Bestromung der Erregerwicklung einrückt.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Einrichtung vorgesehen ist, die der Lichtmaschine (1) Abwärme entzieht und zum
Heizen des Fahrzeugs nutzt.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeentzugs
einrichtung eine Wasserkühlung für die Lichtmaschine (1) umfaßt.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkühlung an
den Motorkühlkreislauf angeschlossen ist.
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