DE19817057C2 - Anordnung zur Stromversorgung eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes - Google Patents
Anordnung zur Stromversorgung eines Kraftfahrzeug-BordnetzesInfo
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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 dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechende Anordnung zur
Stromversorgung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs ist aus der DE 30 07 003 C2
bekannt. Bei dieser wird die Leistung der Lichtmaschine in Abhängigkeit von
Solarstromzufuhr gedrosselt.
Eine weitere 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 Verbrauch 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 sämtliche nicht die Tatsache, daß
die Energieumwandlung aus fossilen Energieträgern, wie Benzin und Diesel in elektrischen
Strom über die Lichtmaschine bei Kraftfahrzeugen mit einem sehr schlechten
Gesamtwirkungsgrad verbunden ist. Unter Berücksichtigung verschiedener
Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs ist mit einem Kraftstoffverbrauch von 0,5 Liter
pro 100 km je erzeugter 100 W elektrischer Leistung 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 3 Liter-Auto.
Aus der DE 42 30 597 C1 ist eine Kupplung zwischen einer Lichtmaschine und einem
Kraftfahrzeugmotor bekannt. Diese dient dort zur Regelung der Stromzufuhr für eine
Katalysator-Beheizung.
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 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 einleitend genannten
Kraftstoffverbrauch der Lichtmaschine zur Stromerzeugung von etwa 0,5 Liter pro 100 km.
Je nach Energiebilanz zwischen der Lichtmaschinenleistung und der Solarstromzufuhr
steuert die Energiebilanz-Erfassungseinrichtung eine Einrichtung zum Reduzieren der
Lichtmaschinenleistung entsprechend der Solarstromzufuhr bei positiver Energiebilanz
zugunsten der Lichtmaschine und zum andern erfindungsgemäß zusätzlich eine
Einrichtung zum Trennen der Lichtmaschine vom Bordnetz bei positiver 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 Bordnetz umfaßt vorteilhafterweise eine Kupplung, die eine
mechanische Trennung der Lichtmaschine vom Bordnetz 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.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Die
einzige Figur der Zeichnung 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 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 4 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 4 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
Bordnetz 3 verbunden. Zu diesem Zweck ist die Einrichtung 11 in die Versorgungsleitung
12 der Lichtmaschine 1 zum Bordnetz 3 geschaltet. 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 Bordnetz 3 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 4 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 vorliegt. Die
Einrichtung 4 betätigt andererseits die Einrichtung 11 zum Trennen der Lichtmaschine 1
vom Bordnetz 3 in dem Fall, daß eine positive Energiebilanz zugunsten des
Solargenerators 2 vorliegt. Dadurch wird insgesamt erreicht, daß über den Motor des
Kraftfahrzeugs mittels der Lichtmaschine nur in dem Maße Energie erzeugt werden muß,
wie der Solargenerator 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 3
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 (4)
1. Anordnung zur Stromversorgung des Bordnetzes (3) eines Kraftfahrzeugs mittels einer
durch einen Fahrzeug-Motor (13) angetriebenen Lichtmaschine (1) und mittels eines
Solargenerators (2), mit einer Einrichtung (5) zur Erfassung der Leistungs- oder
Energiebilanz des Solargenerators (2) relativ zur Lichtmaschine (1) und einer von
dieser Erfassungseinrichtung gesteuerten Einrichtung (10) zum Reduzieren der
Lichtmaschinenleistung entsprechend der Solarstromzufuhr, so lange die im Bordnetz
verbrauchte Leistung oder Energie größer als die vom Solargenerator angelieferte
Leistung bzw. Energie ist, gekennzeichnet durch eine gleichfalls von der
Erfassungseinrichtung (5) gesteuerte Einrichtung (11) zum Trennen der Lichtmaschine
(1) vom Fahrzeug-Motor (13), wenn die im Bordnetz verbrauchte Leistung oder
Energie gleich oder kleiner als die vom Solargenerator (2) angelieferte Leistung bzw.
Energie ist.
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.
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