DE19752241C2 - Generator zur Speisung von Verbrauchern in Bordnetzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Generator zur Speisung von Verbrauchern in Bordnetzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ausgehend von einer herkömmlichen Klauenpolmaschine als Kfz-Generator, die bereits eine zweidrähtige Statorwicklung aufweist, läßt sich mit geringfügigen Änderungen eine verbes­ serte Variante hinsichtlich einer sicheren Stromversorgung aufbauen. Hierbei wird von fol­ genden Eigenschaften Gebrauch gemacht:

• - Die in Klauenpolmaschinen eingesetzten Rotoren sind äußerst robust und nur in sehr seltenen Fällen Ursache eines Generatorausfalls.
• - Die Statorwicklung kann aufgrund ihrer Isolation sowie ihrer Festigkeit durch Ver­ gießen ebenfalls als sehr zuverlässig betrachtet werden.
• - In Standard-Fahrzeuggeneratoren ist die Statorwicklung zweidrähtig ausgeführt. Zur Gleichrichtung sind in Hochleistungsgeneratoren generell bereits 12 Dioden einge­ baut.
• - Häufigste Ausfallursache bei Generatoren ist ein Reglerdefekt.

Deshalb hat man in DE 44 34 705 A1 ein Verfahren zur Überwachung von mindestens zwei redundanten Reglerkanälen einer Erregereinrichtung eines elektrischen Generators vorge­ schlagen. Zur Überwachung der redundanten Reglerkanäle wird für jeden Reglerkanal ein die Zuverlässigkeit seiner Arbeitsweise charakterisierender Status bestimmt, wobei in Ab­ hängigkeit vom Status der Reglerkanäle einer der Reglerkanäle ausgewählt wird. Um zu gewährleisten, daß der am zuverlässigsten arbeitende Reglerkanal ausgewählt wird, erfolgt die Statusbestimmung für die Reglerkanäle und die Auswahl eines der Reglerkanäle mittels Fuzzy Logic. Überwachung und Auswahl der Reglerkanäle erfolgen in einem getrennten Rechnerbaustein, einem sogenannten Voter. Die redundanten Reglerkanäle erhöhen zwar das Ausfallrisiko eines der Kanäle, dies jedoch nur solange der Voter selbst eine größere Be­ triebssicherheit hat als das redundante System der Reglerkanäle. Ein Ausfall des Voters führt zu einem Totalversagen des Systems. Auch führt ein Ausfall des Generators selbst z. B. durch einen Kurzschluß oder einen Leitungsbruch in der Statorwicklung zum Totalausfall des Systems. Der Generator selbst ist nämlich nicht redundant ausgelegt.

In sicherheitsrelevanten Bereichen im Kraftfahrzeug, wie z. B. beim Brems- und Lenksystem hat es Bestrebungen gegeben, fehlertolerante Systeme einzuführen, die gegenüber Redun­ danzsytemen mit Voter eine höhere Betriebssicherheit erzielen. In der DE 195 26 250 A1 hat man deshalb ein Brems- und Lenksystem vorgeschlagen, das eine fehlertolerante Rechen­ einheit aus mindestens zwei unabhängigen Rechenwerken aufweist, wobei jedes der Re­ chenwerke die Fail-silent Eigenschaft aufweist, d. h. die Rechenwerke überwachen sich je­ weils selbst und arbeiten jedes für sich autonom. Beim Erkennen eines Fehlers innerhalb des Rechenwerkes schaltet sich das betreffende Rechenwerk selbst in einen Zustand, in dem es keine Informationen mehr versendet. Die Sicherheit des Sytems wird dadurch erhöht, daß das zweite autonome Rechenwerk ungehindert weiter arbeitet.

Einen gattungsbildenden Generator entsprechend dem Oberbegriff der hier beanspruchten Erfindung ist aus der EP 0 426 345 A2 bekannt. Ein Generator mit einer zweidrähtigen Sta­ torwicklung dient zur Versorgung zweier Bordnetze in einem Kraftfahrzeug. Die beiden Bordnetze unterscheiden sich in ihrer Bordnetzspannung. Die eine Statorwicklung des Gene­ rators dient hierbei zur Versorgung eines herkömmlichen 12 V Bordnetzes, während die zweite Statorwicklung ein getrenntes zweites Bordnetz versorgt, dessen Bordnetzspannung höher liegt, nämlich vorzugsweise bei etwa 48 V. Weder Generator noch die Regler für die Bordnetze sind redundant oder gar fehlertolerant ausgelegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Speisung von Verbrauchern in Bordnetzen für sicherheitskritische Anwendungen im Kfz einen Generator anzugeben, der eine hohe Zuverlässigkeit aufweist sowie eine getrennte Speisung zweier Teilnetze gestattet, und bei Ausfall eines Reglers oder eines Teilnetzes die Versorgung der sicherheitskritischen An­ wendungen weiterhin sichergestellt ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Anspruch 1.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Der Generator besteht aus den Statorwicklungen W1 und W2, die jeweils eine eigene Diodenbrücke B1 und B2 als Vorwellengleichrichter besitzen und die beiden Bordnetzspan­ nung U_BN1 und U_BN2 erzeugen. Die Dioden sind auch durch gesteuerte Halbleiter ersetzbar, so daß eine Kurzschluß-Abschaltung des jeweiligen Stranges erfolgen kann oder eine unsym­ metrische Leistungsaufteilung ermöglicht wird. Eine Erregerwicklung W und die Schleifrin­ ge S1, S2 sind aus den eingangs beschriebenen Gründen nur einfach ausgeführt. Getrennte Spannungsregler 1 und 2 sind nach dem sogen. fail-silent-Konzept ausgeführt und werden redundant aus beiden Teilnetzen versorgt. Über ein jeweils eigenes Bürstenpaar, das auf den Schleifringen S1, S2 aufsitzt, wird die Erregerwicklung W des Generators angesteuert.

Der erfindungsgemäße Generator zur Speisung von Verbrauchern in Bordnetzen mit einer Klauenpolmaschine mit zweidrähtiger Statorwicklung für Drehstrom mit nachgeschalteter Vollwellengleichrichtung und zwei Schleifringen zur Zuführung der Erregungsspannung auf die Rotorwicklung besteht darin, daß mindestens zwei galvanisch getrennte Statorwicklun­ gen (W1, W2) vorgesehen sind, daß für sie mindestens zwei Vollwellengleichrichter (B1, B2) für die aus Drehstrom erzeugten Bordnetzspannungen (U_BN1 U_BN2) vorhanden sind, daß die Erregungsspannung der Rotorwicklung (W) von mindestens zwei parallelgeschalteten Reglern (R1, R2) über die Schleifringe (S1 und S2) zugeführt wird, die Spannungsregler (1 und 2) nach dem 'fail-silent'-Konzept ausgeführt und redundant aus beiden Teilnetzen ver­ sorgt sind, und daß die Erregerwicklung des Generators über ein jeweils eigenes Bürsten­ paar, das auf den Schleifringen aufsitzt, angesteuert ist. Dadurch bleibt bei Ausfall eines Reglers oder einer Bordnetzspannung die Leistungsversorgung des anderen Bordnetzes voll erhalten.

Die Gleichrichter der Vollwellengleichrichter (B1, B2) sind gesteuerte Halbleiter, die derart gesteuert sind, daß bei Kurzschluß eine Abschaltung des jeweiligen Stranges erfolgt oder eine unsymmetrische Leistungsaufteilung erreicht ist.

Anwendungsbeispiel

Besonders bevorzugt ist der Einsatz eines erfindungsgemäßen Generators bei Fahrzeugen mit sogen. steer-by-wire oder sogen. brake-by-wire Systemen, welche besonders sichere Bordnetze benötigen, die vorzugsweise zweikreisig aufgebaut sind. Zur getrennten, rückwir­ kungsfreien Versorgung beider Netze lassen sich derartige Generatoren einsetzen.

Claims (1)

1. Generator zur Speisung von Verbrauchern in einem Bordnetz mit einer Klauenpol­ maschine mit zweidrähtiger Statorwicklung für Drehstrom für zwei galvanisch ge­ trennte Statorwicklungen (W1, W2), zwei Schleifringen (S1, S2) zur Zuführung einer Erregungsspannung zur Rotorwicklung (W), mit einem Regler für die Erregungs­ spannung und mit jeweils einem an die jeweilige Statorwicklung (W1, W2) ange­ schlossenen Vollwellengleichrichter (B1, B2) zur Erzeugung von zwei Bordnetzspan­ nungen (U_BN1, U_BN2) in jeweils einem Teilnetz, dadurch gekennzeichnet,
daß ein weiterer Regler vorgesehen ist und die beiden Regler (R1, R2) parallel ge­ schaltet sind, wobei die Erregungsspannung von den Reglern (R1, R2) über ein je­ weils eigenes Bürstenpaar über die Schleifringe (S1, S2) zugeführt wird, und die Regler (R1, R2) nach dem 'fail-silent'-Konzept ausgeführt und redundant aus beiden Teilnetzen versorgt sind,
und daß Gleichrichter der Vollwellengleichrichter (B1, B2) gesteuerte Halbleiter sind, die derart gesteuert sind, daß bei Kurzschluß eine Abschaltung des jeweiligen Stranges erfolgt.