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Die
Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einem
ersten und einem zweiten Generator. Die beiden Generatoren sind
derart ausgelegt, dass am Ausgang des ersten Generators eine erste
Spannung und am Ausgang des zweiten Generators eine zweite Spannung
bereitstellbar ist, wobei die zweite Spannung des zweiten Generators
mindestens so groß ist
wie die erste Spannung. Die Amplitude der zweiten Spannung ist über eine
Steuervorrichtung, welche über
eine Regelvorrichtung mit dem zweiten Generator elektrisch verbunden
ist, steuerbar.
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Eine
derartige Spannungsversorgungseinrichtung ist aus der deutschen
Offenlegungsschrift
DE
100 42 524 A1 bekannt. Das in dieser Offenlegungsschrift
beschriebene Bordnetz weist einen ersten und einen zweiten Generator
auf, wobei an den zweiten Generator eine Steuervorrichtung über eine Regeleinrichtung
elektrisch gekoppelt ist. An einen Ausgang dieses zweiten Generators
ist ein Kondensator und zumindest ein Verbraucher elektrisch angeschlossen.
Der Steuereinrichtung können
Signale des Kraftfahrzeugs, insbesondere über dessen Betriebszustand,
zugeführt
werden, so dass eine davon abhängige
elektrische Erregung oder elektrische Entregung des zweiten Generators
bewirkt werden kann. Die durch den zweiten Generator erzeugte Energie
wird zum Aufladen des Kondensators herangezogen. Abhängig von
den verschiedensten Anforderungen kann die im Kondensator gespeicherte
Energie an den oder die angeschlossenen Verbraucher oder aber auch
an den Teil des Bordnetzes, welcher durch den ersten Generator versorgt
wird, abgegeben werden. Über
die Steuervorrichtung wird auch dann eine elektrische Erregung des
zweiten Generators bewirkt, wenn eine Abbremsung des Fahrzeugs erfolgt,
um somit die Bremsenergie zu rekuperieren und die durch den Generator
abgegebene Energie in dem Kondensator zu speichern. Ein Nachteil
der bekannten Spannungsversorgungseinrichtung ist es, dass die Energieversorgung
der angeschlossenen Verbraucher relativ aufwändig über den Energiespeicher durchgeführt wird.
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Ein
weiteres bekanntes Bordnetz ist aus der deutschen Patentanmeldung
DE 103 50 523.7 bekannt.
Dieses Bordnetz für
ein Kraftfahrzeug weist ebenfalls zwei Generatoren auf, wobei der
zweite Generator zur Energieabgabe durch ein über eine Regeleinheit an den
zweiten Generator elektrisch gekoppelte Steuereinheit steuerbar
ist. An den Ausgang des zweiten Generators sind zumindest zwei Verbraucher
elektrisch koppelbar. Die elektrische Kopplung ist dabei derart
ausgeführt,
dass lediglich immer nur ein einzelner der mindestens zwei Verbraucher
an den Ausgang des zweiten Generators elektrisch gekoppelt ist.
Als Verbraucher sind diesbezüglich
beispielsweise eine Heizvorrichtung oder ein Kühlerlüftermotor genannt. Ein Nachteil
dieses Bordnetzes ist darin zu sehen, dass die elektrische Kopplung
der zumindest zwei Verbraucher an den Ausgang des zweiten Generators
aufwändig
und auch im Hinblick auf den Energieverbrauch im gesamten Fahrzeug
uneffizient ist.
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Daher
ist es Aufgabe der Erfindung, ein Bordnetz und ein Verfahren zum
Betreiben eines Bordnetzes für
ein Kraftfahrzeug zu schaffen, welches eine aufwandsarme und effiziente
Energieversorgung des Bordnetzes in dem Kraftfahrzeug ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Bordnetz, welches die Merkmale des Patentanspruchs
1 aufweist, und ein Verfahren, welches die Merkmale des Patentanspruchs
12 aufweist, gelöst.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
für ein Kraftfahrzeug
ist mit einem ersten und einem zweiten Generator ausgebildet. Der
Ausgang des ersten Generators ist zur Bereitstellung einer ersten
Spannung und der Ausgang des zweiten Generators ist zur Bereitstellung
einer zweiten Spannung ausgebildet. Die zweite Spannung ist diesbezüglich mindestens
so groß wie
die erste Spannung. Die Amplitude der zweiten Spannung ist über eine
Steuervorrichtung, welche über
eine Regelvorrichtung mit dem zweiten Generator elektrisch verbunden
ist, steuerbar. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist es, dass
der Ausgang des zweiten Generators zum Anschluss eines DC/DC-Wandlers,
einer Rekuperationsvorrichtung und lediglich eines einzigen Verbrauchers
ausgelegt ist. Zur Energieversorgung des einzigen Verbrauchers mit
dem Ausgangsspannungspotenzial des zweiten Generators ist der Verbraucher
mit dem Ausgang des zweiten Generators elektrisch koppelbar. Durch
das erfindungsgemäße Bordnetz
kann erreicht werden, dass die Energieversorgung durch den Generator optimiert
werden kann und in effizienter Weise erzeugt werden kann. Indem
lediglich ein einziger Verbraucher an den zweiten Generator elektrisch
koppelbar ist und dieser direkt durch den zweiten Generator energieversorgbar
ist, kann eine aufwandsärmere
und effizientere Energieversorgung ermöglicht werden.
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Bevorzugt
ist der Verbraucher über
einen Schalter direkt mit dem Ausgang des zweiten Generators elektrisch
koppelbar und im gekoppelten Zustand des Verbrauchers mit dem zweiten
Generator ist ein vom zweiten Generator zu erzeugender Spannungswert
durch die Steuervorrichtung abhängig vom
erforderlichen Betriebszustand des Verbrauchers und unabhängig vom
Betriebszustand des Kraftfahrzeugs vorgebbar. Dann, wenn der einzige Verbraucher
zur Energieversorgung mit dem zweiten Generator elektrisch gekoppelt
ist, die primäre
Aufgabe des zweiten Generators, den durch die Steuervorrichtung
vorgegebenen Spannungswert bereitzustellen, unabhängig davon,
wie in diesem Falle der Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ist.
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Eine
vorteilhafte Ausführung
kennzeichnet sich dadurch, dass die Rekuperationsvorrichtung und der
einzige Verbraucher gleichzeitig an den Ausgang des zweiten Generators
elektrisch gekoppelt sind.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass im elektrisch entkoppelten Zustand
des Verbrauchers vom zweiten Generator ein vom zweiten Generator
zu erzeugender Spannungswert durch die Steuervorrichtung abhängig vom
Betriebszustand des Kraftfahrzeugs vorgebbar ist. Bevorzugt erweist
es sich, wenn in einem Betriebszustand Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs
der durch die Steuervorrichtung vorgebbare Spannungswert im Wesentlichen
gleich dem maximal erzeugbaren Spannungswert des zweiten Generators
ist. Als Schubbetrieb wird derjenige Betriebszustand des Fahrzeugs
verstanden, welcher im gestarteten Zustand des Kraftfahrzeugs ein
Nicht-Betätigen
des Gaspedals beschreibt oder die Gaspedalstellung von einem mehr
in einen weniger gedrückten Zustand
geführt
wird. Dadurch kann erreicht werden, dass im Falle des entkoppelten
Zustands des Verbrauchers und einem gleichzeitigen Nicht-Betätigen des
Gaspedals oder Reduzierens der Gaspedalstellung bzw. einer Bremsung
der zweite Generator zur Erzeugung seiner maximalen Energie erregt
wird, welche in der Rekuperationsvorrichtung speicherbar ist. Indem
dem zweiten Generator in einer derartigen Schubbetriebsphase der
maximal erzeugbare Spannungswert vorgegeben wird, kann in relativ
kurzer Zeit eine relativ große
Energiemenge erzeugt werden, welche in der Rekuperationsvorrichtung
gespeichert werden kann.
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In
vorteilhafter Weise ist in einem Betriebszustand Beschleunigungsbetrieb
des Kraftfahrzeugs der durch die Steuervorrichtung vorgebbare Spannungswert
im Wesentlichen gleich dem minimal erzeugbaren Spannungswert des
zweiten Generators. Als Beschleunigungsbetrieb wird derjenige Betriebszustand
des Kraftfahrzeugs verstanden, bei dem die Gaspedalstellung von
einer weniger gedrückten
Position in eine stärker
gedrückte
Position gebracht wird. Die Positionsänderung des Gaspedals muss dabei
innerhalb einer entsprechenden Zeit um eine entsprechende Positionsdifferenz
verändert
werden, um den Betriebszustand Beschleunigungsbetrieb zu charakterisieren
bzw. auszulösen.
Diesbezüglich kann
beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einer Änderung der Gaspedalstellung
von einem ersten in einen zweiten Positionszustand dann als Maß für die Auslösung des
Beschleunigungsbetriebs herangezogen wird, wenn die Differenz des
Weges zwischen der ersten und der zweiten Gaspedalstellung größer als
10 % des Weges ist, den das Gaspedal maximal betätigbar ist. Indem in einem
derartigen Beschleunigungsbetrieb der vorgebbare Spannungswert im
Wesentlichen gleich dem minimal erzeugbaren Spannungswert des zweiten
Generators ist, kann erreicht werden, dass möglichst viel Energie zum Vortrieb
des Kraftfahrzeugs zur Verfügung
steht.
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Es
kann vorgesehen sein, dass in einem Betriebszustand Normalbetrieb
des Kraftfahrzeugs der zweite Generator deaktiviert ist. Als Normalbetrieb wird
derjenige Betriebszustand des Kraftfahrzeugs verstanden, bei dem
im Wesentlichen eine gleichmäßige Fahrt
durchgeführt
wird. Dies bedeutet, es wird weder ein Bremsen oder ein Schubbetrieb,
wie er oben definiert wurde, durchgeführt, noch wird ein Beschleunigungsbetrieb
gemäß der oben
angegebenen Erläuterung
durchgeführt.
Somit kann im Normalbetrieb zwar auch ein Verzögern oder leichtes Beschleunigen
des Kraftfahrzeugs durchgeführt
werden, welches jedoch in dem Rahmen erfolgt, welches nicht durch
die Betriebszustände
Schubbetrieb und Beschleunigungsbetrieb erfasst wird. Als weitere Möglichkeit
kann im Betriebszustand Normalbetrieb vorgesehen sein, dass der
zweite Generator aktiviert ist und der vom zweiten Generator zu
erzeugende Spannungswert ein Spannungswert aus dem ersten Drittel
des vom zweiten Generator erzeugbaren Spannungsintervalls ist. Insbesondere
kann dabei vorgesehen sein, dass der vorgebbare Spannungswert etwa
40 % über
dem maximal erzeugbaren Spannungswert des ersten Generators liegt,
falls in dem Teilbereich des Bordnetzes, welches durch den ersten
Generator mit Energie versorgbar ist, eine Energieunterversorgung
detektiert wird. Als dritte Alternative des Betriebs des zweiten
Generators im Falle eines Normalbetriebs des Kraftfahrzeugs kann
vorgesehen sein, dass der zweite Generator aktiviert ist und der
vom zweiten Generator zu erzeugende Spannungswert ein Spannungswert
aus dem ersten Drittel des vom zweiten Generator erzeugbaren Spannungsintervalls
ist, insbesondere etwa 40 % über
dem maximal erzeugbaren Spannungswert des ersten Generators liegt,
falls der Wirkungsgrad des zweiten Generators mit diesem Spannungswert
und einem aktivierten DC/DC-Wandler größer ist als der Wirkungsgrad
des ersten Generators. Im Hinblick auf die drei Möglichkeiten,
in denen der zweite Generator im Betriebszustand Normalbetrieb des
Kraftfahrzeugs eingesetzt werden kann, kann somit in effizienter
und effektiver Weise eine optimale Energieversorgung der Komponenten
des Bordnetzes erzielt werden. In vorteilhafter Weise kann vorgesehen
sein, dass im Falle des Normalbetriebs des Kraftfahrzeugs und in
denjenigen Möglichkeiten,
in denen dann der zweite Generator aktiviert ist, der vom Generator
zu erzeugende Spannungswert etwa 20V ist. Im Hinblick auf eine Spannungsversorgung
des ersten Generators mit 14V und einer Spannungsversorgung des
zweiten Generators mit einer variablen Spannung zwischen 14V und
42V, kann in diesem Fall eine verbesserte Spannungsversorgung der
Komponenten des Bordnetzes gewährleistet
werden.
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In
besonders vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, dass der einzige
Verbraucher eine Heizvorrichtung ist und die Rekuperationsvorrichtung
einen Energiespeicher, insbesondere eine Kondensator, insbesondere
einen Super-Cap,
aufweist.
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In
vorteilhafter Weise ist der Ausgang des zweiten Generators mit einem
Puls-Wechselrichter elektrisch
verbunden. Bevorzugt ist der Puls-Wechselrichter mit der Regelvorrichtung,
dem einzigen Verbraucher und der Rekuperationsvorrichtung elektrisch
verbunden. Durch den Puls-Wechselrichter am Ausgang des zweiten
Generators kann erreicht werden, dass der zweite Generator als Elektromotor
verwendet werden kann. In der Funktion als Elektromotor kann der
zweite Generator zur Beschleunigungsunterstützung des Kraftfahrzeugs oder
zum Motorstart dienen. Es kann somit auch ein aktives Boosten durchgeführt werden
und ein Start-Stop-System bereitgestellt werden.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
ist zum Betreiben eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs ausgelegt.
Das Kraftfahrzeug umfasst dabei einen ersten und einen zweiten Generator,
wobei am Ausgang des ersten Generators eine erste Spannung und am
Ausgang des zweiten Generators eine zweite Spannung bereitstellbar
ist, wobei die zweite Spannung mindestens so groß wie die erste Spannung ist und
die Amplitude der zweiten Spannung über eine Steuervorrichtung,
die an eine Regeleinheit des zweiten Generators elektrisch gekoppelt
ist, steuerbar ist. Der Ausgang des zweiten Generators ist zum Anschluss
eines DC/DC-Wandlers, einer Rekuperationsvorrichtung und eines einzigen
Verbrauchers ausgelegt, wobei der einzige Verbraucher zur Energieversorgung
durch den zweiten Generator über
einen Schalter direkt mit dem Ausgang des zweiten Generators elektrisch
gekoppelt wird und im gekoppelten Zustand des Verbrauchers mit dem
zweiten Generator ein vom zweiten Generator zu erzeugender Spannungswert
durch die Steuervorrichtung abhängig
vom erforderlichen Betriebszustand des Verbrauchers und unabhängig vom
Betriebszustand des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird. Die Energieversorgung
im Bordnetz kann dadurch in effektiver und effizienter Weise und
aufwandsarm durchgeführt
werden.
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Die
vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bordnetz erwähnten bevorzugten
Ausführungsformen
und ihre Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Im
Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Bordnetzes;
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2 ein
schematisches Blockschaltbild zur Erläuterung eines ersten Betriebszustands
des Bordnetzes;
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3 ein
schematisches Blockschaltbild zur Erläuterung eines zweiten Betriebszustands
des Bordnetzes;
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4 ein
schematisches Blockschaltbild eines dritten Betriebszustands des
Bordnetzes;
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5 eine
Darstellung der Fahrzeuginnenraumtemperatur in Abhängigkeit
von der Zeit;
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6 die
Abhängigkeit
des Drehmoments des Generatorantriebs des zweiten Generators in Abhängigkeit
der Motordrehzahl; und
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7 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Bordnetzes.
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In 1 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Bordnetzes
B gezeigt. Das Bordnetz B weist einen ersten Generator G1 auf, der
an seinem Ausgang G1A eine Spannung von 14V bereitstellt. Des Weiteren
umfasst das Bordnetz B einen zweiten Generator G2, welcher an seinem
Ausgang G2A eine Spannung zwischen 14V und 42V bereitstellen kann.
Dem ersten Generator G1 ist eine Regeleinheit R1 zugeordnet, welche
eine Erregerspule ES1 steuert. In entsprechender Weise ist dem zweiten
Generator G2 eine Regeleinheit R2 zugeordnet, welche eine Erregerspule
ES2 steuert. Die Regeleinheit R1 ist zum Überwachen der vom Generator
G1 erzeugten Spannung mit dem Ausgang G1A des ersten Generators
G1 elektrisch verbunden. Darüber
hinaus ist die Regeleinheit R1 mit einem Steuergerät SG elektrisch
verbunden. In entsprechender Weise ist die Regeleinheit R2 mit dem
Ausgang G2A des zweiten Generators G2 elektrisch verbunden, um die
Ausgangsspannung des zweiten Generators G2 zu messen. Des Weiteren
ist auch die Regeleinheit R2 mit dem Steuergerät SG elektrisch verbunden.
An dem 14V-Netz ist eine Fahrzeugbatterie FB mit einer Nennspannung
von 12V elektrisch verbunden. Des Weiteren ist mit dem 14V-Netz
ein Starter M über
einen Schalter S1 elektrisch verbunden. Ferner ist ein 14V-Verbraucher
V über
einen Schalter S2 mit dem 14V-Netz elektrisch kontaktiert.
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Mit
dem vom zweiten Generator G2 versorgten Teil des Bordnetzes sind über einen
Schalter S3 lediglich ein einziger Verbraucher, welcher im Ausführungsbeispiel
als Heizvorrichtung HV ausgebildet ist, elektrisch verbunden. Die
Heizvorrichtung HV ist wie aus der 1 zu erkennen
ist, zur Energieversorgung direkt mit dem Ausgang G2A des zweiten Generators
G2 elektrisch koppelbar. Des Weiteren ist mit dem Ausgang G2A des
zweiten Generators G2 eine Re kuperationsvorrichtung elektrisch verbunden, welche
einen Kondensator K aufweist. Der Kondensator K ist im Ausführungsbeispiel
als Super-Cap ausgebildet. Sowohl der einzige Verbraucher bzw. die
einzige Heizvorrichtung HV als auch der Kondensator K sind mit einem
im Steuergerät
SG angeordneten DC/DC-Wandler W elektrisch verbunden. In entsprechender
Weise ist auch das 14V-Netz mit dem DC/DC-Wandler W elektrisch verbunden. Über diesen
DC/DC-Wandler W ist es möglich,
die Spannung, die vom zweiten Generator G2 bereitgestellt wird,
sowie die im Kondensator K gespeicherte Energie dem 14V-Netz zuzuführen. Anzumerken
ist, dass derartige Super-Cap-Kondensatoren in der Lage sind, relativ
große
elektrische Energien in einer kurzen Zeit aufzunehmen.
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Dem
Steuergerät
SG können
verschiedene Steuersignale SS zugeführt werden. Derartige Steuersignale
können
beispielsweise Signale über
den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs sein. Mit den an das Steuergerät SG übertragenen
Signalen SS kann abhängig
davon eine elektrische Erregung oder Entregung des zweiten Generators
G2 durch das Steuergerät
SG gesteuert werden. Wie in dem Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt,
kann die Heizvorrichtung HV beispielsweise als ein PTC-Element ausgeführt sein.
Wie des Weiteren aus der 1 zu erkennen ist, weist der
Kondensator K eine stetige elektrische Verbindung zu dem Ausgang
G2A des zweiten Generators G2 auf.
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Im
Hinblick auf ein schnelles Heizen, beispielsweise des Fahrzeuginnenraums,
wird der Schalter S3 geschlossen und die Heizvorrichtung HV ist
zur Energieversorgung durch den zweiten Generator G2 direkt mit
dessen Ausgang G2A elektrisch gekoppelt. In diesem Zustand ist zusätzlich der
Kondensator K elektrisch mit dem Ausgang G2A des zweiten Generators
G2 elektrisch verbunden. Abhängig
von dem gewünschten
Heizzustand, welcher durch eine entsprechende Eingabe eines Fahrzeuginsassen
durchgeführt
werden kann, wird ein entsprechendes Signal an das Steuergerät SG übertragen.
Abhängig
von der gewünschten
Heizleistung wird von dem Steuergerät SG über die Regeleinheit R2 ein
Signal an den Generator G2 übertragen,
mit dem der durch den Generator G2 zu erzeugende Spannungswert vorgegeben
wird. Abhängig
von dem durch den zweiten Generator G2 erzeugten Spannungswert liefert
das elektrisch gekoppelte Heizelement HV die erwünschte Heizleistung. Wird eine
entsprechende Heizphase erwünscht,
wird die Zeitdauer des Heizens durch das Ein- bzw. Ausschalten der Heizung
durch einen Fahrzeuginsassen bestimmt. Während dieser Heizphase ist
es die primäre
Aufgabe des zweiten Generators G2 die entsprechende Spannung für die Heizvorrichtung
HV bereitzustellen, um die für
die erwünschte
Temperatur erforderliche Heizleistung erzeugen zu können. Während dieser Heizphase,
d. h. während
der Zeitdauer, in der die Heizvorrichtung HV über den geschlossenen Schalter
S3 mit dem Ausgang G2A des zweiten Generators G2 elektrisch gekoppelt
ist, ist der weitere Betriebszustand des Kraftfahrzeugs von untergeordneter
Bedeutung. Dies bedeutet, dass während
einer Heizphase unabhängig
vom sonstigen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, d. h. unabhängig davon, ob
sich das Kraftfahrzeug in einem Schubbetrieb oder einem Beschleunigungsbetrieb
oder einem Normalbetrieb befindet, die für die erwünschte Temperatur erforderliche
Heizleistung der Heizvorrichtung HV durch eine entsprechend bereitzustellende
Spannung des zweiten Generators G2 vorrangig durchgeführt wird.
Der zweite Generator G2 versucht dabei, die über das Steuergerät SG vorgegebene
zu erzeugende Spannung einzustellen. Insbesondere dann, wenn eine
sehr hohe Heizleistung und somit ein sehr hoher zu erzeugender Spannungswert
vom zweiten Generator G2 gefordert wird, kann dieser erforderliche
Spannungswert gegebenenfalls dann, wenn die Motordrehzahl relativ
niedrig ist, nicht immer gewährleistet
werden. Allerdings ist für
Heizverbraucher eine konstante Spannung nicht zwingend notwendig. Dennoch
gewährleistet
eine hohe Spannung auch eine hohe Heizleistung. Der zweite Generator
G2 liefert mit zunehmender Motordrehzahl und Spannung die bis zu
dreifache Leistung. Des Weiteren ist es möglich, dass, falls erforderlich,
das 14V-Netz über den
DC/DC-Wandler W mit Energie des Super-Caps bzw. des Kondensators
K versorgt wird, falls in diesem Kondensator K Energie gespeichert
ist.
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Wird
eine Heizphase beendet, beispielsweise durch Betätigen eines entsprechenden
Bedienelements durch einen Fahrzeuginsassen, wird der Schalter S3
geöffnet
und die Heizvorrichtung HV von dem Ausgang G2A des zweiten Generators
G2 elektrisch entkoppelt. In diesem entkoppelten Zustand der Heizvorrichtung
HV vom zweiten Generator G2 wird dem zweiten Generator G2 ein Steuersignal durch
das Steuergerät
SG zur Erzeugung eines entsprechenden Spannungswerts abhängig vom
Betriebszustand des Kraftfahrzeugs übertragen. Die den Betriebszustand
des Kraftfahrzeugs wiedergebenden Signale werden als Signale SS
an das Steuergerät
SG übertragen.
Diese Steuersignale SS können
beispielsweise ein Schubbetriebssignal oder ein Beschleunigungsbetriebssignal
oder ein Normalbetriebssignal sein. Anzumerken ist, dass diese genannten
Signale SS lediglich beispielhaft sind und weitere Signale dem Steuergerät SG zuführbar sind, insbesondere
um eine elektrische Erregung oder elektrische Entregung des zweiten
Generators abhängig
vom Betriebszustand des Kraftfahrzeugs erzeugen zu können.
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Wird
dem Steuergerät
SG beispielsweise ein Schubbetriebssignal und/oder ein Bremssignal
zugeführt,
wird über
das Steuergerät
SG eine elektrische Erregung des zweiten Generators G2 eingeleitet.
Insbesondere erfolgt diesbezüglich
eine Erregung des zweiten Generators G2 derart, dass er über das Steuergerät SG zur
Erzeugung des maximal erzeugbaren Spannungswerts des zweiten Generators
G2 erregt wird. Die durch den zweiten Generator G2 dabei erzeugte
Energie wird zum Aufladen des Kondensators K herangezogen. Des Weiteren
ist es möglich, den
zweiten Generator G2, welcher in Wirkverbindung mit einer Verbrennungskraftmaschine
des Kraftfahrzeugs steht, als Unterstützung der Bremsen heranzuziehen,
falls an dem Steuergerät
SG ein entsprechendes Bremssignal (zusätzlich) anliegt und eine entsprechende
Erregung des zweiten Generators G2 über das Steuergerät SG durchgeführt wird. In
einem derartigen Schubbetrieb und/oder einem zusätzlichen Bremsen kann dadurch
eine Rekuperation der Bremsenergie erreicht werden. Die bei dem Schub-
oder Bremsbetrieb des Kraftfahrzeugs durch den zweiten Generator
G2 erzeugte Energie wird in der Rekuperationsvorrichtung, welche
den Super-Cap-Kondensator K umfasst, gespeichert. Zusätzlich ist
es möglich,
dass während
des Schub- oder Bremsbetriebs ein Teil der vom zweiten Generator
G2 erzeugten Energie über
den DC/DC-Wandler W an das 14V-Netz abgegeben wird.
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Diese,
während
eines Schub- oder Bremsbetriebs im Kondensator K gespeicherte elektrische
Energie, kann während
eines Beschleunigungsbetriebs des Kraftfahrzeugs über den
DC/DC-Wandler W an das 14V-Netz abgegeben werden. Während eines derartigen
Beschleunigungsbetriebs des Kraftfahrzeugs soll möglichst
keine elektrische Erregung des zweiten Generators G2 erfolgen, um
möglichst
viel Energie zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung stellen
zu können.
Diesbezüglich
wird dem zweiten Generator G2 über
das Steuergerät
SG ein Steuersignal übertragen,
welches den Generator G2 dazu veranlasst, eine möglichst geringe Energieversorgung
bzw. eine möglichst
geringe Spannung am Ausgang G2A bereitzustellen. Während eines
derartigen Beschleunigungsbetriebs des Kraftfahrzeugs wird der Strom
für den
DC/DC-Wandler W
auf das Maximum erhöht
um die Verbrennungskraftmaschine zu entlasten. Die Reduzierung des
Generatorspannungswertes sowie die Erhöhung des Stroms für den DC/DC-Wandler
W auf das Maximum während
eines derartigen Beschleunigungsbetriebs des Kraftfahrzeugs wird
als „passives
Boostern" bezeichnet.
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Im
Hinblick auf den Rekuperationsvorgang während eines Schub- oder Bremsbetriebs
wirkt der zweite Generator G2 als Umwandler von mechanischer in
elektrische Energie und der Wirkungsgrad ist umso besser, je höher die
Ausgangsspannung am Ausgang G2A am zweiten Generator G2 eingestellt wird.
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Befindet
sich das Kraftfahrzeug in einem Normalbetrieb, sind mehrere Möglichkeiten
im Hinblick auf eine Ansteuerung des zweiten Generators G2 über die
Regeleinheit R2 und das Steuergerät SG möglich. Es kann diesbezüglich vorgesehen
sein, dass der zweite Generator G2 deaktiviert wird. Als zweite
Alternative ist es möglich,
dass der zweite Generator G2 im aktivierten Zustand ist und der
vom zweiten Generator zu erzeugende Spannungswert ein Spannungswert
ist, welcher aus dem ersten Drittel des vom zweiten Generator G2
erzeugbaren Spannungsintervalls ist. Insbesondere kann diesbezüglich vorgesehen
sein, dass der vom zweiten Generator G2 zu erzeugende Spannungswert
etwa 40 % über
dem maximal erzeugbaren Spannungswert des ersten Generators G2 liegt.
Die Durchführung der
zweiten Alternative während
des Normalbetriebs des Kraftfahrzeugs kann dann durchgeführt werden, falls
in dem 14V-Netz eine Energieunterversorgung vorliegt. Im Ausführungsbeispiel
ist es diesbezüglich vorteilhaft,
wenn der Ausgangsspannungswert des zweiten Generators G2 auf einen
Spannungswert von etwa 20 V eingestellt wird.
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Als
weitere, dritte Alternative kann während des Normalbetriebs des
Kraftfahrzeugs vorgesehen sein, dass der zweite Generator G2 aktiviert
ist und der vom zweiten Generator G2 zu erzeugende Spannungswert
ebenfalls ein Spannungswert aus dem ersten Drittel des vom zweiten
Generator G2 erzeugbaren Spannungsintervalls ist. Insbesondere kann auch
hier vorgesehen sein, dass der zu erzeugende Spannungswert etwa
40 % über
dem maximal erzeugbaren Spannungswert des ersten Generators G1 liegt.
Die dritte Alternative kann dann durchgeführt werden, falls der Wirkungsgrad
des zweiten Generators G2 mit diesem zu erzeugenden Spannungswert
und einem aktivierten DC/DC-Wandler W größer ist als der Wirkungsgrad
des ersten Generators G1. Auch für
die dritte Alternative ist im Ausführungsbeispiel die Einstellung
eines Ausgangsspannungswerts am Ausgang G2A des zweiten Generators
G2 von etwa 20V vorteilhaft.
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In
der Darstellung in 2 ist derjenige Zustand gezeigt,
bei dem eine Funktion Schnellheizung durchgeführt werden soll. Diese ist
dadurch gekennzeichnet, dass in dem schematischen Schaltbild gemäß 1 der
Schalter S3 geschlossen ist. Wie aus dem Ausführungsbeispiel in 2 zu
erkennen ist, wird über
den Generator G2 eine entsprechende Spannung zur Erzeugung der Heizleistung
an der Heizvorrichtung HV erzeugt. Des Weiteren wird ein entsprechender
Energieübertrag über den DC/DC-Wandler
W an das 14V-Netz im Ausführungsbeispiel
gemäß 2 durchgeführt. Der
Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ist im Hinblick auf die vom Generator
G2 für
die Heizvorrichtung HV zu erzeugende Spannung von untergeordneter
Bedeutung.
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Im
Ausführungsbeispiel
gemäß 3 ist
der Vorgang einer Rekuperation dargestellt. Wie bereits erwähnt, ist
in diesem Falle die Heizvorrichtung HV vom zweiten Generator G2
elektrisch entkoppelt. Die beim Schub- oder Bremsbetrieb erzeugte
Bremsenergie wird entsprechend rekuperiert und an den Kondensator
K zur Speicherung abgegeben. Wie aus der 3 weiter
zu erkennen ist, wird auch ein entsprechender Teil der rückgewonnenen
Energie über
den DC/DC-Wandler W an das 14V-Netz übertragen. Wie im Ausführungsbeispiel
gemäß 3 zu
erkennen ist, ist der erste Generator G1 nicht in Betrieb.
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Gemäß 4 ist
ein Betriebszustand Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs gezeigt. In
diesem Ausführungsbeispiel
ist eine erste Alternative dargestellt, bei der der zweite Generator
G2 deaktiviert ist und eine Energieabgabe über den Kondensator K über den
DC/DC-Wandler W an das 14V-Netz erfolgt. Wie aus der 4 zu
erkennen ist, ist auch der erste Generator G1 im gezeigten Ausführungsbeispiel deaktiviert.
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In
der Darstellung gemäß 5 ist
gezeigt, wie sich bei einer Funktion Schnellheizung die Fahrzeuginnenraumtemperatur,
insbesondere die Temperatur im Kopfbereich der Fahrzeuginsassen
in Abhängigkeit
der Zeit entwickelt. Wie zu erkennen ist, ist durch das erfindungsgemäße Bordnetz
eine wesentlich schnellere Aufheizung im Fahrzeuginnenraum, insbesondere
im Kopfbereich der Fahrzeuginsassen, möglich. Startet man bei einer
Fahrzeuginnenraumtemperatur von etwa – 18° C erfolgt ein Anstieg der Fahrzeuginnenraumtemperatur
während
der ersten fünf
Minuten auf einen Wert von etwa + 8° C. Wie aus der 5 zu
erkennen ist, ist in Bordnetzen ohne eine derartige Schnellheizfunktion
lediglich ein Aufheizen von – 18° C auf einen
Wert von etwa – 10° C während der
ersten fünf
Minuten möglich.
Auch im weiteren Verlauf der beiden gezeigten Kurven gemäß 5 ist
zu erkennen, dass durch das erfindungsgemäße Bordnetz mit der entsprechenden
Heizvorrichtung auch im weiteren zeitlichen Verlauf der Aufheizphase
ein besseres Aufheizen mit der Zuheizung über das Bordnetz möglich ist.
Insbesondere am Anfang ist jedoch eine deutlich verbesserte und
schnellere Aufheizung des Fahrzeuginnenraums durch das erfindungsgemäße Bordnetz
mit der entsprechenden Zuheizung gewährleistet.
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In 6 ist
eine Darstellung gezeigt, bei der das Drehmoment D des Antriebs
des ersten Generators G1 bei einer Belastung von etwa 40A in Abhängigkeit
der Motordrehzahl nM aufgezeigt ist. Wie
der 6 zu entnehmen ist, weist bei einer Motordrehzahl
nM von etwa 7500/min das Drehmoment des
ersten Generators G1 einen Wert von etwa 12Nm auf. Des Weiteren
ist aus der Darstellung gemäß 6 zu
erkennen, dass mit steigender Motordrehzahl das Drehmoment D des
Generators G1 abnimmt. So ist bei einer Motordrehzahl von etwa 1000
U/min das Drehmoment des Generators G1 etwa 9Nm und bei einer Motordrehzahl
von etwa 20000/min etwa SNm. Dieses Drehmoment steht insbesondere
im Beschleunigungsfall dem Fahrzeugantrieb zur Verfügung, da
der Generator G1 in diesem Fahrzustand entlastet wird und die Stromversorgung
des 14V Bordnetzes in diesem Fall über den Super-Cap K und den
DC/DC-Wandler W
gewährleistet
wird.
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In 7 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Bordnetzes B gemäß der Erfindung
gezeigt. Im Unterschied zur Ausführung
gemäß 1 weist
das Bordnetz einen Puls-Wechselrichter PWR auf, welcher mit dem
Ausgang G2A des zweiten Generators G2 elektrisch verbunden ist.
Wie in 7 zu erkennen ist, ist der Ausgang der Regelvorrichtung
R2 mit einem Eingang des Puls-Wechselrichters
PWR elektrisch verbunden. Des Weiteren ist im Ausführungsbeispiel
gemäß 7 die
Heizvorrichtung HV und der Kondensator K mit einem Ausgang des Puls-Wechselrichters
PWR elektrisch verbunden. Die Heizvorrichtung HV und der Kondensator
K sind somit über
den Puls-Wechselrichter PWR mit dem Ausgang G2A des zweiten Generators
G2 elektrisch verbunden bzw. mit diesem elektrisch gekoppelt. Durch
den Puls-Wechselrichter PWR kann erreicht werden, dass der zweite
Generator G2 als Elektromotor betrieben werden kann und dadurch
zur Beschleunigungsunterstützung
des Kraftfahrzeugs oder zum Starten des Verbrennungsmotors herangezogen werden
kann. Das aktive Boosten oder die Funktion als Start-Stop-System
des zweiten Generators G2 kann beispielsweise bei Ausgangsspannungen
des zweiten Generators G2 von etwa 16V bis etwa 32V bevorzugt erfolgen.
Die Rekuperation kann bevorzugt bei Ausgangsspannungen von größer etwa
32V erfolgen. Wird der zweite Generator G2 zusammen mit dem Puls-Wechselrichter
PWR als Elektromotor verwendet, können elektrische Leistungen
von etwa 3KW für
eine bestimmte Zeitdauer, beispielweise etwa 5s, bereitgestellt
werden. Für
das elektrische Boosten kann eine elektrische Leistung von etwa 4KW
für eine
bestimmte Zeitdauer, etwa 5s, erzeugt werden.
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Die
zu den 1 bis 6 ausgeführten Erläuterungen gelten auch für das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel.