DE19632891A1

DE19632891A1 - Einrichtung zur Steuerung oder Regelung der von einem fremderregten Generator abgegebenen Leistung

Info

Publication number: DE19632891A1
Application number: DE19632891A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dr Kirberg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-08-16
Filing date: 1996-08-16
Publication date: 1998-02-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung oder Regelung der von einem fremderregten Generator, insbesondere einem in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Drehstromgenerator abgegebenen Leistung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Stand der Technik

Bei heute in Kraftfahrzeugen eingesetzten fremderregten Drehstromgeneratoren wird die Ausgangsspannung des Generators mit Hilfe eines Spannungsreglers, der den Feldstrom beeinflußt, eingestellt. Die Höhe der Ausgangsspannung des Generators wird temperaturabhängig geringfügig variiert, wobei bei der Festlegung der Spannungshöhe die optimale Batterieladung im Vordergrund steht. Die Abgabeleistung des Generators wird durch die durch den Regler eingestellte Ausgangsspannung begrenzt, da eine Steuerung des Abgabestromes des Generators nicht erfolgt.

Eine Generatoranlage, die nach dem genannten Prinzip arbeitet, ist aus der DE-OS 37 29 722 bekannt. Bei dieser bekannten Generatoranlage wird eine Vielzahl von Größen des Fahrzeugbordnetzes gemessen und in Abhängigkeit von den gemessenen Größen wird zusätzlich zur Ausgangsspannung des Generators auf weitere Größen, beispielsweise die Übersetzung eines Zwischentriebes zwischen der Kurbelwelle des Fahrzeugs und dem Generator eingegriffen, damit die Ausgangsspannung des Generators die erforderliche Höhe erreichen kann. Eine Steuerung des Abgabestromes des Generators ist nicht vorgesehen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Steuerung oder Regelung der von einem fremderregten Generator abgegebenen Leistung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß die abgegebene Leistung gegenüber herkömmlichen Generatoren erhöht ist, wobei zusätzlich sichergestellt wird, daß die Höhe der vom Generator abgegebenen Spannung so begrenzt bleibt, daß die maximale durch die Batterie vorgegebene Spannung nicht überschritten wird.

Erzielt wird dieser Vorteil, indem mit Hilfe eines Steuergerätes der Feldstrom des Generators so beeinflußt wird, daß die abgegebene Leistung, wirkungsgradoptimiert, an den jeweiligen Betriebszustand des Generators angepaßt werden kann, wobei zusätzlich sichergestellt wird, daß die Ausgangsspannung des Generators zulässige Werte nicht überschreitet. Durch diese Feldstrombeeinflussung erfolgt letztendlich nicht nur eine Spannungsregelung, sondern auch eine Steuerung bzw. Regelung des vom Generator abgegebenen Stromes und damit der vom Generator gelieferten Leistung.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß die Abgabeleistung des Generators mit Hilfe eines Kennlinienfeldes für den abgegebenen Strom, wirkungsgradoptimiert, durch den jeweiligen Betriebszustand des Generators geregelt wird. Dieses Kennlinienfeld ist in vorteilhafter Weise im Steuergerät selbst abgelegt. Das Steuergerät kann als Rechnereinheit aufgebaut sein und beispielsweise als zusätzliches Steuergerät vorhanden sein, es ist auch möglich, daß das Steuergerät Bestandteil des Spannungsreglers ist oder daß das Steuergerät Bestandteil des Motorsteuergerätes ist oder das Motorsteuergerät selbst ist.

Da das Steuergerät sowohl eine Beeinflussung der Ausgangsspannung des Generators als auch eine Beeinflussung des Ausgangsstromes des Generators ermöglicht, lassen sich verschiedene Regelstrategien ausgestalten, wobei eine dieser Regelstrategien so ausgestaltet sein kann, daß die Energiewandlung mit möglichst hohem Wirkungsgrad durchgeführt wird. Dabei besteht auch die Möglichkeit, den Generator selbst abzuwandeln und beispielsweise einen Generator einzusetzen, der zwar ein höheres Gewicht aufweist, jedoch geringere Verluste in den elektrisch und magnetisch belasteten Teilen als ein herkömmlicher Generator aufweist. Durch wirkungsgradoptimierte Regelung eines solchen Generators lassen sich Nachteile des höheren Gewichtes kompensieren. Bei einem veränderten Reglersystem können als Eingangsgröße die Generatorspannung und der Strom-Istwert zugeführt werden und die Erregung oder der Ausgangsstrom mit einem Gleichrichtersystem so geregelt werden, daß nur der gewünschte Generatorstrom fließt.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Zeichnung ist in der einzigen Figur dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das lediglich die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Bestandteile des Generators bzw. des Bordnetzes zeigt, ist der Generator mit 10 bezeichnet. Der Generator 10 umfaßt die Ständerwicklungen 11, 12, 13, die in Sternschaltung - es wäre auch eine Dreiecksschaltung möglich - geschaltet sind und mit der nachfolgenden Gleichrichterbrücke 14 in üblicher Weise verschaltet sind. Die Gleichrichterbrücke 14 besteht aus 6 steuerbaren Ventilen, z. B. MOSFETs, Transistoren, Thyristoren, GTOs oder ähnlichen Bauelementen 15 bis 20, die vom Steuergerät 21 angesteuert werden. Üblicherweise werden alle steuerbaren Ventile vom Steuergerät 21 angesteuert, in der Figur sind lediglich Ansteuerleitungen für die Halbbrücke mit den steuerbaren Ventilen 18, 19 und 20 eingezeichnet.

Der Generator 10 umfaßt weiterhin eine Feldwicklung 22, durch die der Erreger- bzw. Feldstrom IF fließt, der vom Steuergerät 21 über einen Verstärker 23 zugeführt wird und für die Erregung des Generators und damit für seine Leistungsabgabe maßgeblich ist.

Vom Fahrzeugbordhetz sind lediglich die Batterie 24, ein Verbraucher 25 sowie zwei Schalter 26, 27 dargestellt. Die Versorgung des Bordnetzes erfolgt über Klemme B+ des Generators 10. An der Klemme B+ steht die Ausgangsspannung des Generators UG sowie der Strom IG zur Verfügung. Sowohl die Ausgangsspannung des Generators UG als auch der Strom IG wird mit geeigneten Mitteln gemessen und dem Steuergerät 21 über entsprechende, durch Pfeile dargestellte Verbindungen zugeführt. Weiterhin wird dem Steuergerät noch die Generatordrehzahl n zugeführt, der angestrebte Sollwirkungsgrad ηs wird dem Steuergerät 21 ebenfalls zugeführt. Welchen Wert ηs annimmt, hängt von der gewählten Regelstrategie ab.

Mit dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel kann die wirkungsgradoptimierte Steuerung bzw. Regelung der Generatorleistung durchgeführt werden. Dazu ist in einem elektronischen Speicher des Steuergerätes 21 ein Kennfeld abgelegt, das einen Zusammenhang zwischen Strom i, Wirkungsgrad η sowie Drehzahl n herstellt. Es gilt also i=f (η, n). Mit einem solchen Kennfeld kann das Steuergerät den Generator stromabhängig vom gewünschten Wirkungsgrad einstellen und die Randbedingungen der maximalen durch die Batterie 24 vorgegebenen Spannung mitberücksichtigen.

Die eigentliche Steuerung bzw. Regelung erfolgt durch Anpassung des Feldstromes IF und geeignete Ansteuerung der Thyristoren 15 bis 20, wodurch sowohl eine Regelung der Ausgangsspannung UG des Generators als auch eine Steuerung bzw. Regelung des Ausgangsstromes IG des Generators erzielt wird.

Bezüglich der zu verwendenden Steuer- bzw. Regelstrategie sollten die Zusammenhänge zwischen Wirkungsgrad und Last berücksichtigt werden, wobei Informationen bezüglich der Last dem Steuergerät zugeführt werden. Falls das Steuergerät Bestandteil des Motorsteuergerätes ist, stehen ihm diese Informationen ohnehin zur Verfügung, falls das Steuergerät ein zusätzliches Steuergerät ist, das nur zur Steuerung bzw. Regelung der Generatorleistung dient, müßten ihm entsprechende Lastinformationen vom Motorsteuergerät 28 zugeführt werden.

Bei Generatoren hängt der Wirkungsgrad der Maschine von verschiedenen Verlustanteilen ab, die belastungs-, temperatur- und drehzahlabhängig sind. Dabei sind die höchsten Wirkungsgrade, die der Generator erreichen kann, im Teillastbereich angesiedelt, der jedoch nicht immer vorherrscht.

Bei Fahrzeugen, bei deren Auslegung besonders darauf geachtet wird, daß sie einen niedrigen Kraftstoffverbrauch aufweisen, spielt der vom Motor angetriebene Generator beim Leistungsverbrauch eine große Rolle. Der Anteil des Generators am Leistungsverbrauch, der im wesentlichen durch die Energiewandlung bedingt ist, kann heruntergesetzt werden, wenn die Energiewandlung mit möglichst hohem Wirkungsgrad durchgeführt wird. Dazu kann es ggfs. günstiger sein, einen Generator einzusetzen, der ein größeres Gewicht hat als es notwendig ist für die abzugebende elektrische Leistung. Der Grund dafür ist, daß dann wegen der geringeren Verluste in den elektrisch und magnetisch belasteten Teilen ein höherer Wirkungsgrad zu erzielen ist. Der Mehrverbrauch des Fahrzeugs durch das höhere Gewicht des Generators ist dabei gering im Verhältnis zur eingesparten Verlustleistung des Generators.

Damit ein solcher abgewandelter Generator eingesetzt werden kann, muß das Reglersystem in der bereits beschriebenen Weise abgeändert werden.

Claims

1. Einrichtung zur Steuerung oder Regelung der von einem fremderregten Generator, insbesondere einem in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Drehstromgenerator abgegebenen Leistung, mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung, die den Feldstrom des Generators beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- oder Regeleinrichtung (21) den Feldstrom IF des Generators (10) so beeinflußt, daß die abgegebene Leistung wirkungsgradoptimiert an den jeweiligen Betriebszustand des Generators (10) angepaßt wird, wobei die maximale Ausgangsspannung UGmax des Generators (10) auf zulässige Werte begrenzt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- oder Regeleinrichtung (21) Bestandteil des Motorsteuergerätes (28) ist oder als zusätzliches Steuergerät ausgestaltet ist und Speichermittel umfaßt, in denen ein Kennfeld abgelegt ist, das einen Zusammenhang zwischen Strom, Wirkungsgrad und Generatordrehzahl umfaßt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (10) ein Drehstromgenerator ist, dessen Statorwicklungen (11), (12), (13) mit einer Gleichrichterbrücke (14) in Verbindung stehen, die aus steuerbaren Ventilen, insbesonders aus Feldeffekttransistoren oder Thyristoren (15) bis (20) aufgebaut ist und von der Steuer- oder Regeleinrichtung (21) angesteuert wird.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (21) den Feldstrom IF und den Ausgangsstrom des Generators IG durch Ansteuerung des Verstärkers (23) und der Thyristoren (15) bis (20) so beeinflußt, daß der Wirkungsgrad des Generators auf einen zuführbaren Wirkungsgrad ηS geregelt wird.

5. Einrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslegung des Generators und die von der Steuer- oder Regeleinrichtung durchgeführte Regelstrategie so aneinander angepaßt sind, daß die Energiewandlung im Generator mit möglichst hohem Wirkungsgrad durchgeführt wird.