機動車車載電氣系統的製作方法

2023-05-13 08:33:21 3

專利名稱：機動車車載電氣系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種機動車車載電氣系統。
背景技術：
DE 100 52 315 Al公開一種車載電氣系統，其帶有發電機、通過此發電機可充電 的電池、用於控制此發電機功率輸出的發電機控制設備和至少一個由發電機和電池饋電的 載荷。所述發電機控制設備能夠給發電機預先給定額定輸出電壓，為發電機在其連接端子 提供所述額定輸出電壓。此外，在所述熟知的車載電氣系統裡預先給定額定電池電流。為了調整此額定電 池電流，所述控制設備改變在某個載荷上輸出的電功率。通常，機動車車載電氣系統的發電機經由長度不可忽略的電線與電池和所述載 荷連接，根據電池和載荷的耗用電流而在所述電線上出現壓降，其可以為十分之幾伏。當 由載荷所耗用的電流如此強以至於電池端子上的電壓降到低於其開路電壓時，電池放電。 為避免電池過度放電，將發電機的額定電壓設置得高，那麼當發電機的功率消耗微小的時 候，流過的充電電流強，並且電池在時間平均上保持在高的充電狀態上，在這種充電狀態 下充電的能效相對小。因此，發電機必須應用不必要的高的功率，以便保持電池在其充 電狀態上。當電池的充電狀態持續高時，通過發電機運行的能量回收的效率在推進中斷 (Schubunterbrechung)時也很低。

發明內容
本發明實現了更精確地控制電池的充電狀態。通過更精確的控制，電池能夠平均 保持在較低的充電狀態，其中在該充電狀態下充電的效率更好，而沒有電池達到低臨界充 電狀態的風險，其中在該低臨界充電狀態下電池不再能確保載荷的供電。這通過以下方式實現在一開始說明的那種車載電氣系統中設置發電機控制設 備，以便檢測電池的充電狀態和充電電流以及改變發電機的額定輸出電壓，直到充電電流 取取決於充電狀態地預先給定的電流強度。為此目的，優選地，發電機控制設備包含第一調節迴路，其對電池的端子電壓進行 響應，以便改變發電機的額定輸出電壓直至所述端子電壓相應於額定值；和第二調節迴路， 其改變端子電壓的這個額定值，以便調整取決於充電狀態地預先給定的充電電流強度。通 過這樣儘管可控制的充電電流強度但是在電池上可提取的端子電壓保持恆定，時刻確保載 荷充足的供電。優選地，根據在電池的實際充電狀態和額定充電狀態之間的偏差來預先給定電池 充電電流的強度。通過將充電電流(Ladestrom)預先給定為所述偏差的連續函數，可以在 電線上平均地在低電流強度並且相應地低電壓損耗的情況下進行充電，這又提高了車載電 氣系統的效率。優選地，取決於溫度地預先給定電池的額定充電狀態。在高電池溫度情況下例如為了提供用於啟動車輛所必需的電流，相對較低的充電狀態就夠了，而在低溫情況下僅僅 在明顯更高的充電狀態下才可以確保可靠的啟動。電池充電狀態越高，充電的能量效率、也 就是說從電池中可調用的電能與用於充電該電池所消耗的能量量之間的比例就越低。因 此，在高溫情況下額定充電狀態的降低提高了系統的效率。當例如由於溫度變化電池的實際充電狀態比額定充電狀態高的時候，也可以預先 給定充電電流為負的，像對電池進行放電的電流一樣。為阻止在車載電網中出現不可靠的電壓值，可以在控制設備的額定發電機輸出電 壓用的輸出端與發電機的控制輸入端之間連接值限制器。發電機控制設備可以合乎目的地通過微處理器系統和由該微處理器系統執行的 運行程序實現。尤其當這種微處理器系統除了執行對發電機控制之外還執行其它任務的時 候，合乎目的的是微處理器系統被設置用於檢測發電機的負荷並且當發電機滿負荷的時 候停止對發電機控制的運行過程的執行。因此，在該時間中為發電機控制所不需要的計算 效率可供微處理器系統的其它任務使用。本發明其它特徵和優點可以參考附圖從接下來對實施例的說明中得出。


其中，
圖1示出機動車車載電氣系統框圖； 圖2示出圖1中的車載電氣系統的發電機控制設備的框圖； 圖3示出第一種在控制設備中應用的特徵曲線的例子；以及 圖4示出第二種在控制設備中應用的特徵曲線的例子。
具體實施例方式在圖1的簡圖中，1表示發電機，2表示發電機調節器，其將從發電機1向其輸出端 子提供的輸出電壓調節到額定值，其中該額定值由在線路3上接收到的控制信號確定，4表 示機動車電池，5表示電池傳感器，6表示用於提供控制信號的發電機控制設備，其為發電 機調節器2預先給定了輸出電壓的額定值，7，8表示載荷，9表示電線，所述電線將發電機1 的輸出端子與電池4和載荷7，8連接。發電機1和發電機調節器2被組合為本身熟知的類型的結構單元。線路3上的、 規定發電機1額定輸出電壓的控制信號是唯一的控制信號，其對發電機調節器2進行處理。 控制信號例如可以是帶有對於發電機額定輸出電壓有代表性的佔空比的PWM信號。作為備 選，線路3還可以是總線線路，在此總線線路上發電機調節器2的控制信號以數字形式、必 要時與機動車其它功能組的控制信號時間上交替地被傳輸。發電機調節器2在由其與發電機1構成的組件內與發電機1的輸出端子相連接， 以便檢測其上所施加的電壓，將此電壓與由控制信號規定的額定電壓進行比較，並且必要 時改變勵磁電流的佔空比(其中發電機調節器用所述勵磁電流來加載發電機1)，直至獲得 額定輸出電壓與在發電機1的連接端子上所提取的實際輸出電壓之間的一致性。為了保持在發電機1端子上的額定輸出電壓發電機1所必須提供的電流強度根據 相應的同時激活的載荷7，8的數量和油耗值(Verbrauchswerten)而變化。因此，在發電機2和電池4之間的線路9上的壓降是可變的。發電機控制設備6被設置，用以對由載荷7,8引起的在電池4端子上的電壓波動 起反作用並且使電池4保持在一個期望的充電狀態。在圖2中示意地示出控制設備6的示 例性結構，利用該控制設備達到所述目標。控制設備6接收電池4的端子電壓Rst、流經電 池4的電流強度Iist、電池4的溫度T以及充電狀態SOC的測量值作為電池傳感器5的輸入 變量。在控制設備6的存儲器10中存儲特性曲線，特性曲線根據電池4的溫度規定了電池 4的期望充電狀態。圖3示出所述特性曲線的分布的例子。額定充電狀態S0C_soll在沒有溫度下高 於80%，因為電池越接近於其最大充電容量，那麼充電過程的能效就越低。在大約-30°C到 +20°C的溫度範圍內，額定充電狀態從80%逐步降到約65%。在溫度高於20°C時，額定充電 狀態基本上是恆定的。額定充電狀態的溫度依賴性考慮電池內阻的溫度依賴性；為了能夠 藉助於電池4可靠地啟動車輛，在涼的氣候情況下由於在電池4中運動的載流子數量可能 降低以及差的移動性，需要比在暖和的情況下高的充電狀態。再參考圖2，藉助來源於電池傳感器5的溫度測量值T查詢存儲器10，以便獲得與 當前電池溫度相應的額定充電狀態值S0C_soll，然後將其在差分放大器11中與由電池傳 感器5通知的實際充電狀態SOC比較。在簡化的本發明擴展方案中，也可以取消溫度測量值T的輸入與存儲器10，並且 差分放大器反而與代表恆定的額定充電狀態的固定值信號連接，所述額定充電狀態可以在 電池4充電容量的50%和95%之間選擇。差分放大器11的對於實際充電狀態SOC和額定充電狀態S0C_soll之差的有代表 性的輸出信號用於查詢第二存儲器12。此存儲器存儲特性曲線，其根據在額定充電狀態和 實際充電狀態之間的偏差delta-S0C=S0C-S0C_SOll來規定電池4的額定充電電流Is。n。在 圖4中示出此特性曲線分布的例子。當實際充電狀態和額定充電狀態相同時，充電電流為 0 ；假如實際充電狀態落後於額定狀態，那麼充電電流隨著偏差的增加而快速增加。當電池 的額定充電狀態比實際狀態低時，允許使電池放電(負)的電流。放電電流在正偏差下在數 量上通常比在同樣強的負偏差情況下弱。通過充電電流總是不同於零，當實際充電狀態和 額定充電狀態不精確一致時，然而確保了電池在大部分發電機運行時間期間僅僅以弱電流 充電，使得線路9上壓降產生的損耗保持很小。第二差分放大器13在其非倒置的輸入端接收存儲器12的充電電流的額定值Is。n 並且在其倒置的輸入端接收電池傳感器5的實際充電電流Iist。因此，差分放大器13提供 了 一個在比例積分調節器上的對於在電池的額定充電電流強度和實際充電電流強度之差 的有代表性的信號，比例積分調節器由放大器14、積分器級15和用於將放大器14的與積分 器級15的輸出信號相加的加法器16。當由傳感器5測得的充電電流Iist和額定充電電流 Isoll相同時，則加法器16的輸出取恆定值，其中加法器16的輸出信號所取的電平不是通過 部件10到16所構成的調節迴路確定，而是通過接下來還待描述的第二調節迴路確定，此第 二調節迴路將加法器16的輸出信號用作輸入信號。通過在第二調節迴路中將差分放大器17在非倒置的輸入端與加法器16的輸出信 號連接以及在倒置的輸入端與由傳感器5測得的電池端子電壓Uist連接，加法器16的輸出 信號得到額定電壓Us。n對於電池4的函數。正如在第一調節迴路中差分放大器17的輸出端與一個比例積分調節器連接，此比例積分調節器由放大器18、積分器級19和用於將放大 器18的輸出信號與積分器級19的輸出信號相加的加法器20組成。因此，加法器20的輸 出信號與電池端子電壓Rst的偏差一起取決於其額定值並且在圖中用Udiff表示。另一加法 器21將信號Usoll與Udiff相加，並且將和Us。u+Udiff經由電平限制器22作為發電機1在線路 3上的額定輸出電壓信號給出。這樣的結果是，當由傳感器5測得的電池電壓Uist與Usoll 一 致時，也就是說當Udiff是為了使電池電壓Uist與Usoll相同發電機1的輸出電壓相對於Usoll 必須要增加的電壓差時，Udiff剛好趨近於一個固定值。電平限制器22抑制了加法器21的輸出信號Us。#Udiff中的過度波動(所述波動在 再調過程期間可能出現)，並且將發電機額定電壓的可能值限制到例如10. 0到15. 5V的間 隔內，在此間隔內確保了載荷7，8正常地起作用。這樣，發電機控制設備6 —方面確保了對載荷7，8持續充足的電壓供應並且另一 方面確保了電池4的期望的不必要高的充電狀態。根據優選的改進方案，在加法器21的輸出端和控制線路3之間還可以設置開關 23，其對車輛發動機的推進切斷(Schubabschaltimg)進行響應並且在推進切斷的情況下替 代加法器21或者電平限制器22的輸出信號而將恆定信號與線路3連接。該恆定信號相應 於發電機1能夠提供的高的或者最大的輸出電壓。推進中斷經常在交通信號燈前在下坡行 駛或者滑行的情況下、即在機動車的動能大於所需的情形下被使用。通過藉助於開關23將 發電機功率在這種情況下設置得高，所述動能一部分可以通過發電機1被回收並且存儲在 電池4內，這就降低了運行發電機1所需的燃油量。因為發電機控制設備僅僅預先給定發電機1的輸出電壓Us。n+Udiff，發電機調節器 2的任務是，如此適配發電機功率或者在發電機1中饋入的勵磁電流的強度，使得滿足所述 規定。根據一個進一步開發的擴展方案，發電機調節器2例如通過線路3給發電機控制設備 6回傳一個信號，所述信號對於發電機的負荷率、例如對於在發電機繞組中饋入的勵磁電流 的佔空比是有代表性的。當發電機控制設備被構造為微處理器系統並且上述調節迴路相應 地以軟體形式實現時，所述微處理器系統可以使用發電機調節器2的、表明發電機1高的或 者最大的負荷的信號，其方式是所述微處理器系統停止實施第二調節迴路直至發電機調節 器2的信號再次表明發電機功率低於預先給定的閾值。因而可以在發電機原本不能提供補 償的輸出電壓Us。一Udiff這一時間內，計算Udiff所需要的計算時間可以被節省並且用作其它 用途。
權利要求
1.一種機動車車載電氣系統，所述車載電氣系統具有發電機(1)、電池(4)、發電機控 制設備(6)和至少一個由發電機(1)和電池(4)饋電的載荷(7，8)，其中所述發電機控制設 備(6)被設置用於為發電機(1)預先給定額定輸出電壓(Us。u+Udiff)，其特徵在於，發電機控 制設備(6)被設置用於檢測電池(4)的充電狀態(SOC)和充電電流(Iist)以及改變發電機 (6)的額定輸出電壓(Us。n+Udiff)，直至該充電電流(Iist)取取決於充電狀態地預先給定的電 流強度(Is。n)。
2.按照權利要求1的車載電氣系統，其特徵在於，發電機控制設備(6)的第一調節回 路(17-20)對電池(4)的端子電壓(Uist)進行響應，以便改變發電機(6)的額定輸出電壓 (Us。n+Udiff)，直至所述端子電壓(Uist)相應於額定值(Us。n)，以及發電機控制設備(6)的第 二調節迴路(13-16)改變端子電壓的額定值(Us。u)，以便調整取決於充電狀態地預先給定 的充電電流強度(Is。n)。
3.按照權利要求1或者2的車載電氣系統，其特徵在於，根據電池(4)的實際充電狀 態和額定充電狀態(SOC，S0C_soll)之間的偏差(delta-SOC)預先給定電池充電的強度(!soil )。
4.按照權利要求3的車載電氣系統，其特徵在於，該電池充電電流(Is。u)的強度作為 該電池的實際充電狀態和額定充電狀態之間偏差(delta-SOC)的連續函數被預先給定。
5.按照權利要求3或者4的車載電氣系統，其特徵在於，所述電池的額定充電狀態 (S0C_soll)取決於溫度地被預先給定。
6.按照權利要求3到5之一的車載電氣系統，其特徵在於，對於電池(4)的實際充電狀 態(SOC)高於額定充電狀態(S0C_soll)的情況，預先給定電池充電電流(U1)為負。
7.按照前面所述的權利要求之一的車載電氣系統，其特徵在於，在額定發電機輸出電 壓(us。n)的輸出端和發電機(1)的控制輸入端之間連接有值限制器02)。
8.按照前面所述的權利要求之一的車載電氣系統，其特徵在於，該發電機控制設備 (6)通過微處理器系統和由該微處理器系統執行的運行程序實現，並且該微處理器系統被 設置用於檢測發電機(1)的負荷和當發電機(1)滿負荷時停止對運行程序的執行。
全文摘要
機動車車載電氣系統包含發電機(1)，電池(4)，發電機控制設備(6)和至少一個由發電機(1)和電池(4)饋電的載荷(7，8)。所述發電機控制設備(6)被設置用於為發電機(1)預先給定額定輸出電壓(Usoll+Udiff)。發電機控制設備(6)被設置用於檢測電池(4)的充電狀態(SOC)和充電電流(Iist)，以及改變發電機(6)的額定輸出電壓(Usoll+Udiff)，直至充電電流(Iist)取取決於充電狀態預先給定的電流強度(Isoll)。
文檔編號H02J7/16GK102119477SQ200980130691
公開日2011年7月6日 申請日期2009年6月16日 優先權日2008年8月6日
發明者C.加爾特納, M.貝克, R.萊邁爾 申請人:羅伯特.博世有限公司