DE19851436A1 - Verfahren und Vorrichtung zur energieoptimierten Stromerzeugung in Kraftfahrzeugen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (1) zur energieoptimierten Stromerzeugung in Kraftfahrzeugen, umfassend einen ersten Generator (2) und einen zweiten Generator (4), wobei der erste Generator (2) fest mit einer Antriebswelle (3) eines Motors verbunden ist, und zwischen dem ersten und zweiten Generator (2, 4) eine Kupplung (5) angeordnet ist, die durch eine den Lastabstand (7) auswertende Bewertungs- und Steuereinheit (6) steuerbar ist und über die die Generatoren (2, 4) mechanisch und elektrisch verbindbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur energieoptimierten Stromerzeugung in Kraftfahrzeugen.

Insbesondere aus ökologischen Gründen werden vielfältige Anstrengungen zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs in Kraftfahrzeugen unternommen. Beispiele hierfür sind Verbesserungen in der Aerodynamik und die Verwendung neuer leichterer Werkstoffe. Gleichzeitig nehmen jedoch die elektrischen Verbraucher in Kraftfahrzeugen stetig zu. Beispiele hierfür sind insbesondere elektrisch steuerbare Komfortfunktionen wie beispielsweise Sitzheizungen, Klimaanlagen, elektrisch verstellbare Fensterheber und Navigationsgeräte. Des weiteren nimmt die sicherheitsrelevante Sensorik und Regelung wie beispielsweise ABS, ADR und Airbags zu. Die elektrische Energie für all diese Komponenten muß durch den Generator erzeugt werden, der hierzu vom Motor angetrieben wird. Der Generator wird dabei unter Einhaltung von Sicherheitsmargen derart ausgelegt, daß dieser gegebenenfalls noch alle elektrischen Komponenten mit elektrischer Energie versorgen kann. Aufgrund dieser Tatsache ist es leicht ersichtlich, daß sich die Menge an bereitgestellter elektrischer Energie auf den Kraftstoffverbrauch niederschlägt. Im gleichen Maße wie andere kraftstoffverbrauchende Komponenten optimiert werden, nimmt der Einfluß der elektrischen Energieerzeugung zum Gesamtkraftstoffverbrauch zu.

Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optimierten Stromerzeugung zu schaffen, mittels derer im Mittel der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden kann.

Die Lösung des Problems ergibt sich durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Durch die Aufteilung eines großen Generators in zwei separate Generatoren, wobei der eine permanent mit dem Motor verbunden ist, wohingegen der andere nur bei Bedarf zugeschaltet und ansonsten mechanisch von der Antriebswelle des Motors entkoppelt ist, wird der Wirkungsgrad im Mittel spürbar verbessert, so daß der Kraftstoffverbrauch ebenfalls reduziert wird. Die Erhöhung des Wirkungsgrades liegt insbesondere darin, daß falls der zweite Generator nicht zugeschaltet wird, aufgrund der kleineren Auslegung des ersten Generators die statischen und dynamischen Verluste geringer sind, beispielsweise weil geringere Massen zu beschleunigen oder zu verzögern sind. Des weiteren kann auch die Kühlung für den ersten Generator geringer als für einen einzigen großen Generator ausgelegt werden, so daß in den Phasen ohne den zweiten Generator erheblich Energie eingespart werden kann.

Die Kupplung zwischen den Generatoren ist vorzugsweise als Magnetkupplung ausgebildet, da mittels dieser eine schnelle und zuverlässige elektrisch steuerbare mechanische und elektrische Verbindung herstellbar bzw. auftrennbar ist.

Die Dimensierung des ersten Generators erfolgt derart, daß dieser eine notwendige Grundlast abdecken kann. Diese Grundlast beinhaltet dabei alle für den Betrieb des Kraftfahrzeuges notwendigen und alle sicherheitsrelevanten Komponenten. Da der Einspareffekt um so größer ist, desto weniger der zweite Generator zugeschaltet wird, wird die Grundlast vorzugsweise um den Energiebedarf für häufig frequentierte Komfortkomponenten wie beispielsweise Radio und Navigationsgeräte erweitert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur energieoptimierten Stromerzeugung in Kraftfahrzeugen.

Die Vorrichtung 1 zur energieoptimierten Stromerzeugung in Kraftfahrzeugen umfaßt einen ersten Generator 2, der fest mit einer Antriebswelle 3 eines nicht dargestellten Motors verbunden ist, einen zweiten Generator 4, eine Kupplung 5 und eine Bewertungs- und Steuereinheit 6. Die zwischen dem ersten Generator 2 und dem zweiten Generator 4 angeordnete Kupplung 5 verbindet oder trennt die Antriebswelle 3 mechanisch mit dem zweiten Generator 4 und verbindet oder trennt die beiden Generatoren 2, 4 elektrisch. Gesteuert wird die Kupplung 5 durch die Bewertungs- und Steuereinheit 6, der hierzu als Eingangsgröße 7 eine elektrische Lastinformation des Kraftfahrzeuges zugeführt wird. Der erste Generator 2 wird dabei derart ausgelegt, daß dieser eine Grundfast aus für den Betrieb notwendigen Komponenten wie beispielsweise Kraftstoffversorgungspumpen, elektrische Zündunterstützung sowie sicherheitsrelevante Komponenten wie beispielsweise ABS abdeckt. Darüber hinaus sind auch stark frequentierte Komfortkomponenten berücksichtigt. Vereinfacht ausgedrückt ist der erste Generator 2 derart ausgelegt, daß dieser den maximal auftretenden Energiebedarf bei einer sommerlichen Tagesfahrt abdeckt. Alle anderen elektrischen Komponenten wie beispielsweise Beleuchtung und Heizung werden hingegen durch den zweiten Generator 4 abgedeckt. Die Summe der elektrischen Leistungen vom ersten und zweiten Generator 2, 4 entspricht dabei im wesentlichen der Leistung eines herkömmlichen Generators.

Bei einer normalen Tagesfahrt benötigen die aktiven elektrischen Verbraucher ca. 7-10 Ampere, die vom ersten Generator 2 abgedeckt werden müssen. Solange keine zusätzlichen elektrischen Verbraucher zugeschaltet werden, bleibt die Kupplung 5 offen, d. h. der zweite Generator 4 ist mechanisch von der Antriebswelle 3 des Motors getrennt. Die vorzugsweise im Motorsteuergerät integrierte Bewertungs-Steuereinheit 6 erfaßt dann kontinuierlich den Lastzustand und schließt die Kupplung 5 schließlich, wenn der erste Generator 2 die benötigte Energie nicht mehr alleine decken kann, beispielsweise weil die Kraftfahrzeugbeleuchtung eingeschaltet wurde. Sinkt der Energiebedarf wieder, so öffnet die Bewertungs- und Steuereinheit 6 wieder die Kupplung 5. Dadurch läßt sich im Mittel erheblich Kraftstoff einsparen. So benötigt beispielsweise ein 120-Ampere-Generator zur Deckung einer Grundlast von ca. 10 A 0,18 Liter Kraftstoff, wohingegen ein separater Generator 2 von 10 A im Vollastbetrieb nur ca. 0,06 Liter Kraftstoff benötigt, so daß in den Phasen mit getrenntem zweiten Generator 4 ca. 0,12 Liter Kraftstoff pro 100 km eingespart werden können.

Claims (7)

1. Vorrichtung (1) zur energieoptimierten Stromerzeugung in Kraftfahrzeugen, umfassend einen ersten Generator (2) und einen zweiten Generator (4), wobei der erste Generator (2) fest mit einer Antriebswelle (3) eines Motors verbunden ist, und zwischen dem ersten und zweiten Generator (2, 4) eine Kupplung (5) angeordnet ist, die durch eine den Lastzustand (7) auswertende Bewertungs- und Steuereinheit (6) steuerbar ist und über die die Generatoren (2, 4) mechanisch und elektrisch verbindbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (5) als Magnetkupplung ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Generator (2) derart dimensioniert ist, daß dieser eine Grundlast abdeckt, die alle zum Betreiben des Kraftfahrzeuges notwendigen und alle sicherheitsrelevanten Komponenten enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundlast zusätzlich stark frequentierte Komfortkomponenten umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungs- und Steuereinheit (6) in ein Motorsteuergerät des Kraftfahrzeuges integriert ist.

6. Verfahren zur energieoptimierten Stromerzeugung in Kraftfahrzeugen mittels einer Vorrichtung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend folgende Verfahrensschritte:

• a) kontinuierliches Erfassen des Lastzustandes (7) des ersten Generators (2) durch die Bewertungs- und Steuereinheit (6) bei geöffneter Kupplung,
• b) Schließen der Kupplung (5) durch die Bewertungs- und Steuereinheit, falls der Lastzustand (7) des ersten Generators (2) einen Schwellenwert überschreitet und
• c) erneutes Öffnen der Kupplung (5), falls der Lastzustand (7) beider Generatoren (2, 4) unter einem Schwellenwert liegt, der vom ersten Generator (2) alleine, gedeckt werden kann.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellenwert für das Öffnen und Schließen der Kupplung (5) gleich ist.