DE10204195A1

DE10204195A1 - Device for regulating generator by changing efficiency has arrangement for step changing efficiency of generator in response to switching on or off of load

Info

Publication number: DE10204195A1
Application number: DE2002104195
Authority: DE
Inventors: Klaus Scherrbacher
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-02-01
Filing date: 2002-02-01
Publication date: 2003-08-07
Also published as: JP2003264995A; FR2835663A1; FR2835663B1

Abstract

The generator regulating device has an arrangement (4) for step changing the efficiency of the generator (1) in response to the switching on or off of a load (3). The arrangement can vary the generator output power taking into account the load on the generator or the motor revolution rate and the arrangement is connected to a load management system. AN Independent claim is also included for a method of regulating a generator power output by changing its efficiency.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der von einem Generator abgegebenen Leistung, insbesondere für Kfz- Bordnetze, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein entsprechendes Verfahren nach der Gattung des Patentanspruches 5. The invention relates to a device for controlling the output given to a generator, in particular for motor vehicle On-board network, according to the preamble of claim 1 and a corresponding method according to the genus of Claim 5.

Kraftfahrzeug-Bordnetze werden üblicherweise von einer Batterie sowie von einem Generator (Lichtmaschine) versorgt. Ein typisches Kfz-Bordnetz ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Das Bordnetz umfaßt einen Generator 1, eine Batterie, mehrere Verbraucher, die hier als ein Verbraucher 3 dargestellt sind, sowie einen Generatorregler 5. Motor vehicle electrical systems are usually supplied by a battery and by a generator (alternator). A typical vehicle electrical system is shown schematically in FIG. 1. The vehicle electrical system comprises a generator 1 , a battery, several consumers, which are shown here as a consumer 3 , and a generator controller 5 .

Beim Zuschalten eines neuen Verbrauchers 3 erhöht der Regler 5 die vom Generator 1 abgegebene Leistung über ein sogenanntes DF-Signal (Regelsignal, mit dem die Erregung des Generators 1 bestimmt wird). Dadurch erhöht sich das auf den Fahrzeugmotor wirkende bremsende Moment. Gerade bei niedrigen Drehzahlen, insbesondere im Leerlauf, kann dies zu Drehzahleinbrüchen bis hin zum Abwürgen des Motors führen. When a new consumer 3 is switched on , the controller 5 increases the power output by the generator 1 via a so-called DF signal (control signal with which the excitation of the generator 1 is determined). This increases the braking torque acting on the vehicle engine. Especially at low engine speeds, especially when idling, this can lead to a drop in engine speed or even the engine stalling.

Um solchen Drehzahleinbrüchen des Motors entgegen zu wirken, ist es bekannt, die Ausgangsleistung des Generators mit einer sogenannten Load-Response-Funktion zu regeln. Dabei wird der Erregerstrom, und damit die Generatorausgangsleistung, vom Regler 5 zunächst sprungartig reduziert, wobei die Versorgung des neu zugeschalteten Verbrauchers zunächst von der Batterie 2 übernommen wird (Pufferwirkung der Batterie). Danach wird die Erregung rampenartig (d. h. mit längerer Zeitkonstante) erhöht, um die Ausgangsleistung des Generators 1 auf das erforderliche Niveau anzuheben. Somit wird verhindert, dass die Bremswirkung des Generators auf den Motor zu stark ansteigt. Andererseits können wegen der geringeren Leistungsabgabe des Generators, insbesondere bei nicht ausreichender Leistungsfähigkeit der Batterie, Spannungseinbrüche im elektrischen Bordnetz auftreten. In order to counteract such drops in engine speed, it is known to regulate the output power of the generator using a so-called load response function. The excitation current, and thus the generator output power, is initially abruptly reduced by the controller 5 , with the supply of the newly connected consumer initially being taken over by the battery 2 (buffer effect of the battery). The excitation is then increased in a ramp-like manner (ie with a longer time constant) in order to raise the output power of the generator 1 to the required level. This prevents the braking effect of the generator on the engine from increasing too much. On the other hand, voltage drops in the electrical system can occur due to the lower power output of the generator, especially when the battery is not sufficiently efficient.

Das Abschalten großer elektrischer Verbraucher führt in umgekehrter Weise zu einer Entlastung des Generators 1 und somit zu positiven Drehmomentsprüngen am Generator 1. Daraus ergibt sich wiederum ein Drehzahlanstieg des Motors und ein unruhiger Verbrennungsmotorlauf. Außerdem steigt die Generator-Ausgangsspannung an. Switching off large electrical consumers leads in the opposite way to a relief of the generator 1 and thus to positive torque jumps on the generator 1 . This in turn results in an increase in engine speed and an unstable combustion engine run. In addition, the generator output voltage increases.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Einfluß des Generators auf den Motor unter Gewährleistung einer stabilen Bordnetzspannung zu vermindern. It is therefore the object of the present invention Effect of the generator on the engine under warranty a stable electrical system voltage.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 bzw. 5 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. This object is achieved according to the invention by the Claim 1 and 5 specified features. Further Embodiments of the invention are the subject of Dependent claims.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, Mittel vorzusehen, mit denen der Wirkungsgrad des Generators in Reaktion auf das Zu- oder Abschalten von Verbrauchern sprungartig geändert werden kann. The main idea of the invention is means provide with which the efficiency of the generator in Reaction when consumers are switched on or off can be changed abruptly.

Durch Erhöhen des Wirkungsgrades beim Zuschalten eines weiteren elektrischen Verbrauchers kann der dadurch bedingte zusätzliche Leistungsbedarf ohne sofortige Drehmomentänderung abgedeckt werden. Umgekehrt wird der Wirkungsgrad beim Abschalten eines Verbrauchers gesenkt, wodurch eine geringere Ausgangsleistung des Generators ohne sprungartige Drehmomentänderung bereit gestellt werden kann. By increasing the efficiency when switching on a further electrical consumer can be the resultant additional power requirement without immediate torque change be covered. Conversely, the efficiency of Switching off a consumer lowered, resulting in a lower Output power of the generator without abrupt Torque change can be provided.

Als Mittel zur Änderung des Wirkungsgrades kann beispielsweise eine Steuerung, wie z. B. ein Pulswechselrichter, vorgesehen sein, die in der Lage ist, den Generatorwirkungsgrad vorzugsweise durch Verdrehen der Phasenlage zwischen Generatorstrom und -Spannung zu beeinflussen. Can be used as a means of changing efficiency for example a controller such. B. a Pulse inverter can be provided, which is able to Generator efficiency preferably by turning the Phase position between generator current and voltage too influence.

Die Regelung des Wirkungsgrades kann z. B. in Abhängigkeit von der aktuellen Generatorauslastung oder der Motordrehzahl erfolgen. The regulation of the efficiency can, for. B. depending on the current generator load or the engine speed respectively.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Wirkungsgrad bei niedriger Generatorauslastung auf einem niedrigen Niveau und bei hoher Generatorauslastung auf einem hohen Niveau gehalten. Schließlich ist das Zuschalten eines weiteren Verbrauchers bei niedriger Generatorauslastung wesentlich wahrscheinlicher als bei hoher Auslastung, Ist die Generatorauslastung beispielsweise gering, wird dadurch eine Wirkungsgradreserve vorgehalten, um positive Lastsprünge, d. h. das Zuschalten von Verbrauchern, ausregeln zu können. Bei hoher Generatorauslastung kann dagegen der eingestellte Wirkungsgrad höher gewählt werden, da dort eher negative Lastsprünge zu erwarten sind. According to a first embodiment of the invention, the Efficiency with low generator utilization on one low level and with high generator utilization on one kept high level. After all, adding one additional consumer with low generator utilization much more likely than with high utilization, is the Generator utilization, for example, is low Efficiency reserve held to positive load jumps, d. H. the switching on of consumers to be able to compensate. With high generator utilization, however, the set one can Efficiency can be chosen higher, since there are rather negative Load jumps are to be expected.

Daneben wird der Wirkungsgrad des Generators vorzugsweise bei niedriger Motordrehzahl auf einem niedrigen Niveau und bei hoher Motordrehzahl auf einem hohen Niveau gehalten, um bei niedrigen Motordrehzahlen eine genügend große Wirkungsgradreserve zu haben und bei hohen Motordrehzahlen, in denen der Motor ohnehin wesentlich stabiler läuft, nicht zu viel Verlustleistung zu erzeugen. In addition, the efficiency of the generator is preferably at low engine speed at a low level and at high engine speed kept at a high level at low engine speeds a sufficiently large one To have an efficiency reserve and at high engine speeds, in which the engine runs much more stable anyway, not generating too much power loss.

Diese Maßnahmen führen jedoch bei niedriger Generatorauslastung bzw. niedriger Drehzahl zu relativ hohen Verlustleistungen, da der Generator wegen des geringen Wirkungsgrades fast nur noch Blindleistung erzeugt. However, these measures result in lower Generator utilization or low speed too high Power losses since the generator because of the low Efficiency almost only generates reactive power.

Es ist daher von Vorteil, wenn die Regelung des Wirkungsgrades mit einem Verbrauchermanagement zusammenwirkt, welches das Einschalten eines Verbrauchers solange verzögert, bis das Generatordrehmoment auf einen vorgegebenen Wert angehoben wurde. Der Begriff "Verbrauchermanagement" bezeichnet in diesem Zusammenhang eine Steuerung, die das Zu- und Abschalten von Verbrauchern unter Berücksichtigung vorgegebener Bedingungen (Batteriezustand, Generatorleistung etc.) steuern, d. h. insbesondere zeitlich verzögern kann. Durch den Einsatz eines Verbrauchermanagements wird es möglich, den Generator-Wirkungsgrad bereits vor dem Eintritt eines zukünftigen Schaltvorgangs (Zu- oder Abschalten eines Verbrauchers) entsprechend anzupassen. It is therefore advantageous if the regulation of the Efficiency interacts with consumer management, which delays the switching on of a consumer as long as until the generator torque to a predetermined value was raised. The term "consumer management" in this context refers to a controller that controls the and switching off consumers taking into account given conditions (battery condition, generator power etc.) control, d. H. in particular can delay time. By using consumer management, it will possible, the generator efficiency before entering a future switching operation (switching on or off a Consumer) to adjust accordingly.

Die Regelung des Generator-Wirkungsgrades durch ein Verbrauchermanagement läuft im wesentlichen wie folgt ab: In einem ersten Schritt wird das Einschalten des Verbrauchers verzögert, in einem zweiten Schritt wird der Wirkungsgrad des Generators rampenartig (mit langer Zeitkonstante) gesenkt. Gleichzeitig wird die durch die Veränderung des Wirkungsgrades verursachte Abnahme der Generatorleistung durch andere Maßnahmen, wie z. B. durch stärkere Erregung des Generators, im wesentlichen kompensiert, und schließlich wird der Verbraucher unter sprungartiger Erhöhung (mit kurzer Zeitkonstante) des Wirkungsgrades zugeschaltet. The regulation of the generator efficiency through a Consumer management essentially works as follows: In The first step is to switch on the consumer delayed, in a second step the efficiency of the Generator lowered like a ramp (with a long time constant). At the same time, the change in Efficiency caused decrease in generator power through other measures such as B. by stronger excitement of Generator, essentially compensated, and eventually will the consumer with a sudden increase (with a short Time constant) of the efficiency.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Wirkungsgrad auch unter Berücksichtigung einer Batteriezustandserkennung geregelt werden. Die Einstellung des Generator-Wirkungsgrades kann somit auf den aktuellen Batteriezustand (Ladezustand oder Leistungsfähigkeit) abgestimmt werden. According to another embodiment of the invention, the Efficiency also considering one Battery status detection can be regulated. The setting the generator efficiency can thus be up to date Battery status (state of charge or performance) be coordinated.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention is described below with reference to the accompanying figures exemplified. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kfz-Bordnetzes; Figure 1 is a schematic representation of a vehicle electrical system.

Fig. 2 den Verlauf verschiedener Generatorgrößen beim Zuschalten eines Verbrauchers; Fig. 2 shows the course of different generator sizes when switching of a consumer;

Fig. 3 den Verlauf verschiedener Generatorgrößen beim Abschalten eines Verbrauchers; und Fig. 3 shows the profile of various sizes generator during turn-off of a consumer; and

Fig. 4 den Verlauf verschiedener Generatorgrößen beim Zuschalten eines Verbrauchers unter Mitwirkung eines Verbrauchermanagements. Fig. 4 shows the course of different generator sizes when switching on a consumer with the participation of a consumer management.

Fig. 1 zeigt ein Kfz-Bordnetz mit einem Generator 1, einer Batterie 2 und mehreren schaltbaren Verbrauchern, die schematisch als Last 3 dargestellt sind. Zur Regelung der Generator-Spannung bzw. -Leistung ist ein Regler 5 vorgesehen. Fig. 1 shows a motor vehicle electrical system with a generator 1 , a battery 2 and several switchable consumers, which are shown schematically as a load 3 . A regulator 5 is provided to regulate the generator voltage or power.

Beim Zuschalten eines elektrischen Verbrauchers ändert sich die elektrische Ausgangsleistung P2 des Generators um P. Zur Erzeugung dieser zusätzlichen Leistung P ist eine erhöhte Antriebsleistung P2' durch den Motor erforderlich. Es gilt:

P2 = P1.eta1

P2' = P2 + deltaP

P2' = P1.eta2
When an electrical consumer is switched on, the electrical output power P2 of the generator changes by P. To generate this additional power P, an increased drive power P2 'by the motor is required. The following applies:

P2 = P1.eta1

P2 '= P2 + deltaP

P2 '= P1.eta2

Dabei ist P2' die Generatorleistung nach dem Zuschalten eines Verbrauchers, eta1 ein niedriger Wirkungsgrad und eta2 ein höherer Wirkungsgrad. Wie bereits aus dem mathematischen Zusammenhang zu erkennen ist, kann durch die Erhöhung des Wirkungsgrades eta der zusätzliche elektrische Leistungsbedarf ohne Drehmomentänderung abgedeckt werden. P2 'is the generator power after switching on one Consumer, eta1 a low efficiency and eta2 a higher efficiency. As already from the mathematical Can be recognized by increasing the Efficiency eta the additional electrical Power requirements can be covered without changing the torque.

Fig. 1 zeigt ferner eine Einrichtung 4 zur Regelung des Generator-Wirkungsgrades eta, der ein df-Signal, die Motordrehzahl n oder äquivalente Größen, aus denen die zuvor genannten Größen ableitbar sind, zugeführt werden. Die Einrichtung 4 kann ferner mit einem Verbrauchermanagement VM in Verbindung stehen und den Generator in Abhängigkeit von einem Steuersignal des Verbrauchermanagements regeln. Die Einstellung des Generator-Wirkungsgrades erfolgt z. B. durch Verdrehen der Phasenlage zwischen Generatorstrom und -Spannung. Fig. 1 also shows a device 4 for controlling the generator efficiency eta, the n or DF signal, the engine speed, are supplied equivalent variables from which the previously mentioned quantities are derivable. The device 4 can also be connected to a consumer management VM and regulate the generator as a function of a control signal from the consumer management. The generator efficiency is set e.g. B. by rotating the phase position between generator current and voltage.

Fig. 2 zeigt den Verlauf verschiedener Generatorgrößen beim Zuschalten eines Verbrauchers (positiver Lastsprung). Im dargestellten Beispiel wird der Verbraucher zum Zeitpunkt t0 zugeschaltet. Gleichzeitig wird der Wirkungsgrad eta von einem niedrigen Niveau eta1 sprungartig auf ein hohes Niveau eta2 angehoben (Ast a). Dadurch steigt die Generatorausgangsleistung sprungartig um P von einer Leistung P2 auf eine neue Ausgangsleistung P2', ohne dabei ein zusätzliches bremsendes Moment auf den Motor auszuüben. Fig. 2 shows the course of different generator sizes when switching on a consumer (positive load step). In the example shown, the consumer is switched on at time t0. At the same time, the efficiency eta is suddenly increased from a low level eta1 to a high level eta2 (branch a). As a result, the generator output power increases abruptly by P from a power P2 to a new output power P2 ', without exerting an additional braking torque on the engine.

Zum Zeitpunkt t1 ist die neue Ausgangsleistung P2' erreicht, und der Wirkungsgrad eta2 kann nun rampenartig (siehe Ast b), d. h. mit einer längeren Zeitkonstante als im Ast a, auf einen niedrigeren Wert eta1 zurückgefahren werden. Dabei wird gleichzeitig das für die höhere Ausgangsleistung P2' erforderliche Drehmoment über eine Rampe eingestellt (durch stärkere Erregung). At time t1, the new output power P2 'is reached, and the efficiency eta2 can now be ramped (see branch b), d. H. with a longer time constant than in branch a, on one lower value eta1 can be reduced. Doing so at the same time that for the higher output power P2 ' required torque is set via a ramp (by increased arousal).

Wie zu erkennen ist, kann die Generator-Ausgangsspannung während dieses Vorgangs konstant gehalten werden. As can be seen, the generator output voltage be kept constant during this process.

Fig. 3 zeigt den Verlauf der wesentlichen Generatorgrößen bei einem negativen Lastsprung. Beim Abschalten eines elektrischen Verbrauchers ändert sich die elektrische Ausgangsleistung P2 des Generators 1 um P. Daraus resultiert ein geringeres auf den Motor wirkendes Moment. Wird nun der Wirkungsgrad eta2 beim Ausschalten des Verbrauchers (Zeitpunkt t0) sprungartig reduziert (Ast a), und später rampenartig (Ast b) wieder auf den ursprünglichen Wert eta2 zurückgeführt, kann der Gradient des Drehmomentverlaufs wie gewünscht gesteuert werden (siehe eingekreister Bereich). Außerdem kann die Ausgangsspannung Ua konstant gehalten werden. Fig. 3 shows the profile of the key generator sizes for a negative load variation. When an electrical consumer is switched off, the electrical output power P2 of the generator 1 changes by P. This results in a lower torque acting on the motor. If the efficiency eta2 is suddenly reduced (Ast a) when the consumer is switched off (time t0), and later returned to the original value eta2 like a ramp (Ast b), the gradient of the torque curve can be controlled as desired (see circled area). In addition, the output voltage Ua can be kept constant.

Beim Abschalten eines elektrischen Verbrauchers gelten folgende Beziehungen:

P2 = P1.eta2

P2' = P2 - deltaP

P2' = P1.eta1
The following relationships apply when switching off an electrical consumer:

P2 = P1.eta2

P2 '= P2 - deltaP

P2 '= P1.eta1

Die Regelung der Generatorausgangsleistung P bei einem positiven Lastsprung in der in Fig. 2 gezeigten Weise hat aber auch Nachteile. Um ausreichend Spielraum für die sprungartige Erhöhung des Wirkungsgrades (Ast a) zu haben, muß in kritischeren Betriebsarten, insbesondere im Leerlauf des Motors oder bei sehr niedriger Generatorauslastung, der Wirkungsgrad eta ausreichend niedrig gehalten werden (z. B. 50-60% des max. Wertes). Bei einem solch niedrigen Wirkungsgrad erzeugt der Generator jedoch relativ viel Verlustleistung, die zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt. Regulating the generator output power P in the event of a positive load step in the manner shown in FIG. 2 also has disadvantages. In order to have sufficient scope for the sudden increase in efficiency (branch a), the efficiency eta must be kept sufficiently low in more critical operating modes, especially when the engine is idling or with very low generator load (e.g. 50-60% of the max . Value). With such a low efficiency, however, the generator generates a relatively large amount of power loss, which leads to increased fuel consumption.

Gemäß einer anderen, in Fig. 4 dargestellten Ausgestaltung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, dass die Mittel 4 zur Änderung des Wirkungsgrades mit einem Verbrauchermanagement VM zusammenwirken, mit dem das Einschalten der Verbraucher 3 verzögert werden kann. Dies hat den Vorteil, dass das Drehmoment nach einer Einschalt-Anforderung zum Zeitpunkt te zunächst rampenartig auf ein höheres Niveau M2 eingestellt werden kann, wobei der Wirkungsgrad eta gleichzeitig rampenartig auf einen niedrigeren Wert eta1 gesenkt wird. Dadurch bleibt die Generatorausgangsleistung P nahezu unverändert auf dem Wert P1. Nach dieser kurzen Verzögerung wird der Verbraucher 3 schließlich zum Zeitpunkt t0 eingeschaltet und gleichzeitig der Wirkungsgrad eta sprungartig (Ast a) auf den Wert eta2 angehoben. Dadurch erhöht sich auch die Generatorausgangsleistung schlagartig um P, ohne den Drehmomentverlauf zu beeinflussen. According to another embodiment of the invention shown in FIG. 4, it is therefore proposed that the means 4 for changing the efficiency interact with a consumer management VM with which the switching on of the consumers 3 can be delayed. This has the advantage that the torque can initially be ramped to a higher level M2 after a switch-on request at time te, the efficiency eta being simultaneously ramped down to a lower value eta1. As a result, the generator output power P remains almost unchanged at the value P1. After this brief delay, consumer 3 is finally switched on at time t0 and, at the same time, the efficiency increases aba (branch a) to eta2. This also suddenly increases the generator output power by P without influencing the torque curve.

Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad auch im Leerlauf des Motors immer auf einem optimal hohen Niveau gehalten werden. Bezugszeichenliste 1 Generator
2 Batterie
3 Verbraucher
4 Mittel zur Änderung des Wirkungsgrades
5 Regler
ETA Wirkungsgrad
P Generatorausgangsleistung
M Drehmoment
t0, t1, t2 Zeitpunkte
In this way, the efficiency can always be kept at an optimally high level even when the engine is idling. Reference Signs List 1 generator
2 batteries
3 consumers
4 means to change efficiency
5 controllers
ETA efficiency
P generator output power
M torque
t0, t1, t2 times

Claims

1. Device for regulating the power output by a generator ( 1 ), in particular to an electrical vehicle electrical system, characterized in that means ( 4 ) are provided with which the efficiency (eta) of the generator ( 1 ) in response to the switching on or off of a consumer ( 3 ) can be changed abruptly.

2. Device according to claim 1, characterized in that the means ( 4 ) are designed such that they regulate the efficiency (eta) taking into account the generator load (DF signal) or the engine speed (s).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the means ( 4 ) are connected to a consumer management (VM).

4. The device according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the means ( 4 ) are connected to a battery status detection and are able to regulate the efficiency (eta) taking into account the current battery status.

5. A method for controlling the power delivered by a generator ( 1 ), in particular to an electrical vehicle electrical system, characterized in that the generator efficiency (eta) is changed abruptly when a consumer ( 3 ) is switched on or off.

6. The method according to claim 5, characterized in that the efficiency (eta) is suddenly increased when a consumer ( 3 ) is switched on.

7. The method according to claim 5, characterized in that the efficiency (eta) when switching off a consumer ( 3 ) is suddenly reduced.

8. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized characterized in that the efficiency (eta) at a low generator utilization (DF) on a low Level, and at high generator utilization at a high level Level is maintained.

9. The method according to any one of claims 5 to 8, characterized characterized that the efficiency (eta) at lower Speed (s) at a low level and at a high one Speed (s) is kept at a high level.

10. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized characterized that the change in efficiency (eta) is controlled by a consumer management system (VM).

11. The method according to claim 5, characterized in that
the switching on of a consumer ( 3 ) is delayed by a consumer management (VM),
the efficiency (eta) is ramped down during the delay time and at the same time the torque of the generator ( 1 ) is increased in order to counteract the change in output due to the reduction in efficiency (eta), and
the consumer ( 3 ) is finally switched on with a simultaneous, sudden increase in efficiency (eta).