DE10100889B4 - Method and device for realizing a start / stop operation in vehicles - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Sicherstellung der Energieversorgung in einem Fahrzeug mit Start-/Stopp-Betrieb, bei welchem sich Motorlaufzeiten und Motorstillstandszeiten abwechseln, wobei die Energieversorgung während der Motorstillstandszeiten unter Verwendung zweier Teilversorgungsnetze erfolgt, die jeweils einen Energiespeicher enthalten, die für einen Start oder Warmstart benötigte Energie vom ersten der beiden Teilversorgungsnetze geliefert wird, die für die Bordnetzverbraucher benötigte Energie vom zweiten Teilversorgungsnetz geliefert wird, während der Motorstillstandszeiten das Spannungsniveau des im ersten Teilversorgungsnetz enthaltenen Energiespeichers überwacht wird und im zweiten Teilversorgungsnetz enthaltene Bordnetzverbraucher so lange aus dem ersten Teilversorgungsnetz uneingeschränkt mitversorgt werden, bis das Spannungsniveau des im ersten Teilversorgungsnetz enthaltenen Energiespeichers einen vorgegebenen ersten Schwellenwert unterschreitet, und wobei dann, wenn das Spannungsniveau des im ersten Teilversorgungsnetz enthaltenen Energiespeichers den vorgegebenen ersten Schwellenwert unterschreitet, der zur Mitversorgung des zweiten Teilversorgungsnetzes übertragene Ladestrom begrenzt wird, wobei dann, wenn das Spannungsniveau des im ersten Teilversorgungsnetz enthaltenen Energiespeichers einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, welcher kleiner ist als der erste Schwellenwert, eine Abschaltung von nicht zwingend benötigten Bordnetzverbrauchern erfolgt.A method for ensuring the power supply in a vehicle with start / stop operation, in which alternate engine run times and engine downtime, the power supply during engine downtime using two sub-supply networks, each containing an energy storage, the energy required for a start or warm start supplied by the first of the two partial supply networks, the energy required for the electrical system consumers is supplied by the second partial supply network, during the motor downtime, the voltage level of the energy store contained in the first partial supply network is monitored and included in the second partial supply network board consumers so long from the first partial supply network are fully co-supplied until the voltage level of the energy store contained in the first partial supply network falls below a predetermined first threshold value, and wherein, when the voltage ngsniveau of the energy store contained in the first partial supply network falls below the predetermined first threshold, which is limited to the supply of the second partial supply network charging current is limited, wherein when the voltage level of the energy store contained in the first partial supply network falls below a second predetermined threshold, which is smaller than the first threshold, a shutdown of not necessarily required electrical system consumers takes place.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Realisierung eines Start-/Stopp-Betriebes bei Fahrzeugen.The invention relates to a method and an apparatus for realizing a start / stop operation in vehicles.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Aus der
Die Entgegenhaltung
Die Entgegenhaltung
Die Entgegenhaltung
Die Entgegenhaltung
Die Entgegenhaltung
Ausgehend vom Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, im Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs eine stabilere Energieversorgung ohne Beeinträchtigung der Start-Stopp-Funktion zu gewährleisten. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der Hauptansprüche.Starting from the prior art, the task arises to ensure a more stable power supply in the start-stop operation of the vehicle without affecting the start-stop function. This object is solved by the features of the main claims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass im Start-/Stopp-Betrieb des Fahrzeugs eine stabilere Energieversorgung ohne Beeinträchtigung der Start-/Stopp-Funktion gewährleistet ist. Dies wird dadurch erreicht, dass die Energieversorgung während der Motorstillstandszeiten unter Verwendung zweier Teilversorgungsnetze erfolgt, die jeweils einen Energiespeicher enthalten. Der Ladezustand des Energiespeichers des Teilversorgungsnetzes, welches zur Versorgung des Starters bzw. Startergenerators dient, kann dabei so gesteuert werden, dass die für einen Start des Fahrzeugs notwendige Energie stets vorhanden ist. Während der Motorlaufzeit nach einem Warmstart kann dann ein im Energiespeicher entstandenes Ladedefizit schnell ausgeglichen werden.The method according to the invention with the features of
Zu diesem Zweck befindet sich in vorteilhafter Weise in dem Teilversorgungsnetz, welches zur Versorgung des Starters bzw. Startergenerators dient, auch ein zur Ladung des Energiespeichers dieses Teilversorgungsnetzes vorgesehener Generator. Dies kann ein eigenständiger Generator sein oder der Startergenerator für den Start selbst. Derartige Startergeneratoren können auf Basis einer Klauenpol-Maschine mit Riemenantrieb oder auf Basis einer Asynchronmaschine oder Synchronmaschine realisiert werden. Im Falle, dass der Startergenerator den Start nicht leisten kann, ist ein zusatzlicher Starter in einem der beiden Teilversorgungsnetze vorzusehen. Bei der Festlegung der Ladestrategie bzw. der Ladekennlinie für den Energiespeicher des Teilversorgungsnetzes, welches zur Versorgung des Starters bzw. Startergenerators dient, braucht in vorteilhafter Weise keine Rücksicht auf eventuelle Einschränkungen und Spezifikationen anderer Einzelverbraucher genommen werden, da in diesem Teilversorgungsnetz entweder keinerlei andere Einzelverbraucher oder nur gegen Spannungsschwankungen unempfindliche weitere Verbraucher vorgesehen sind. Insbesondere kann die Ladestrategie derart sein, dass mittels einer hohen Ladespannung der Energiespeicher in kurzer Zeit aufgeladen wird. Dadurch wird erreicht, dass auch bei niedrigen Außentemperaturen und häufigen Start-/Stopp-Vorgängen die zu einem Anlassen des Motors benötigte Energie zur Verfügung steht.For this purpose is located in an advantageous manner in the partial supply network, which serves to supply the starter or starter generator, also provided for charging the energy storage of this partial supply network generator. This can be an independent generator or the starter generator for the start itself. Such starter generators can be realized on the basis of a claw-pole machine with belt drive or on the basis of an asynchronous machine or synchronous machine. In the event that the starter generator can not afford the start, an additional starter must be provided in one of the two partial supply networks. In determining the charging strategy or the charging characteristic for the energy storage of the sub-supply network, which serves to power the starter or starter need to be taken in an advantageous manner no consideration for any restrictions and specifications of other individual consumers, as in this sub-supply either no other individual consumers or only against voltage fluctuations insensitive additional consumers are provided. In particular, the charging strategy can be such that the energy store is charged in a short time by means of a high charging voltage. This ensures that even at low outside temperatures and frequent start / stop operations, the energy required to start the engine is available.
Ein Laden des Energiespeichers des zweiten Teilversorgungsnetzes, welches vorzugsweise die Bordnetzbatterie des Fahrzeugs enthält, erfolgt während der Motorlaufzeiten über einen Gleichspannungswandler ebenfalls aus dem Generator bzw. Startergenerator, durch welchen auch die Starterbatterie geladen wird. Während der Motorstillstandszeiten kann die Bordnetzbatterie so lange von der Starterbatterie mitversorgt werden, bis der Ladezustand der Starterbatterie einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Mittels der Bordnetzbatterie werden während der Motorstillstandszeiten auf ein Minimum reduzierte Verbraucher im Bordnetz energieversorgt, beispielsweise Beleuchtung. Erst wenn das zur Versorgung des Starters notwendige Spannungsniveau gerade noch von der Starterbatterie bereitgestellt werden kann, wird die Mitversorgung der Bordnetzbatterie unterbrochen. Zur Verlangsamung des Entladungsvorganges beider Batterien können schrittweise einzelne bordnetzseitige Verbraucher in Abhängigkeit vom Spannungsniveau der Starterbatterie abgeschaltet werden.A charging of the energy storage of the second partial supply network, which preferably contains the electrical system battery of the vehicle is carried out during the engine run times via a DC-DC converter also from the generator or starter generator, through which the starter battery is charged. During engine downtimes, the on-board power supply battery can be co-supplied by the starter battery until the state of charge of the starter battery falls below a predetermined threshold value. By means of the onboard power supply battery during the engine downtime to a minimum reduced consumers in the electrical system are supplied with energy, such as lighting. Only when the voltage level necessary for the supply of the starter can just be provided by the starter battery, the supply of the vehicle power supply battery is interrupted. To slow down the discharge process of both batteries gradually individual on-board consumers can be switched off depending on the voltage level of the starter battery.
Zur weiteren Optimierung der Lade- bzw. Nachladestrategie der Energiespeicher in den Teilversorgungsnetzen wird vorzugsweise ein Steuergerät verwendet, welchem Energiespeicher-Zustandssignale, Verbraucherzustandssignale und Temperatursensorsignale zugeführt werden. Dieses Steuergerät kann zentral angeordnet sein, in den Gleichspannungswandler integriert oder diesem beigestellt sein oder auch im Bereich des Generators oder einer der Batterien angeordnet sein.To further optimize the charging or recharging strategy of the energy storage in the sub-supply networks, a control device is preferably used, which energy storage state signals, consumer status signals and temperature sensor signals are supplied. This Control unit may be centrally located, integrated in the DC-DC converter or be provided this or be arranged in the region of the generator or one of the batteries.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die
Beschreibungdescription
Die
Ein Startergenerator SG, beispielsweise ein 42 V-Startergenerator, und eine Batterie B1, beispielsweise eine 36 V-Batterie, bilden ein erstes Teilversorgungsnetz
A starter generator SG, for example a 42 V starter generator, and a battery B1, for example a 36 V battery, form a first
Eine Bordnetzbatterie B2, beispielsweise eine 12 V-Batterie, ist Bestandteil eines zweiten Teilversorgungsnetzes
Bei einer ersten Ausführungsform des in
Während der Motorlaufzeiten werden die Batterien B1 und B2 nachgeladen. Diese Nachladung erfolgt unter Verwendung der vom Startergenerator SG während der Motorlaufzeiten erzeugten Energie.During the engine run times, the batteries B1 and B2 are recharged. This recharging takes place using the energy generated by the starter generator SG during the engine running times.
Da im Teilversorgungsnetz, in welchem sich die Batterie B1 befindet, keine weiteren Verbraucher vorgesehen sind, kann die Nachladung dieser Batterie B1 durch eine im Hinblick auf den speziellen Typ der verwendeten Batterie optimierte Ladestrategie bzw. Ladekennlinie schnell erfolgen. Dabei braucht keinerlei Rücksicht auf eventuelle Einschränkungen und Spezifikationen von anderen Verbrauchern genommen werden. Durch diese auf den jeweiligen Batterietyp optimierte Nachladung der Batterie B1 wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass im Start-/Stopp-Betrieb bei niedrigen Außentemperaturen die Dauer der zwischen zwei Motorstillstandszeiten erforderlichen Motorlaufzeiten kürzer sein kann als bei bekannten Lösungen. Bei derartigen bekannten Lösungen, bei denen die Ladestrategie mit Rücksicht auf andere Verbraucher festgelegt werden muss, kann nur eine relativ geringe Ladestromaufnahme erfolgen, was zu einem vergleichsweisen langen Ladevorgang führt.Since no further consumers are provided in the partial supply network in which the battery B1 is located, the recharging of this battery B1 can take place rapidly by means of a charging strategy or charging characteristic optimized with regard to the specific type of battery used. It does not take any consideration of any restrictions and specifications from other consumers. By this to the respective battery type optimized recharge of the battery B1 is achieved in an advantageous manner that in start / stop operation at low outdoor temperatures, the duration of the motor run times required between two engine downtime can be shorter than in known solutions. In such known solutions, in which the charging strategy must be determined with regard to other consumers, only a relatively small charge current consumption can take place, resulting in a comparatively long charging process.
Die Nachladung der im Teilversorgungsnetz
Bei einer zweiten Ausführungsform des in
Unterschreitet das Spannungsniveau der Batterie B1 den vorgegebenen ersten Schwellenwert, dann wird die Ladestromübertragung von der Batterie B1 über den Gleichspannungswandler
Sinkt das Spannungsniveau der Batterie B1 weiter ab und unterschreitet es einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert, dann wird der Leistungsverbrauch reduziert. Dies kann dadurch geschehen, dass im Sinne einer Prioritätsliste Verbraucher niedriger Priorität vollstandig abgeschaltet werden oder dass einige oder alle Verbraucher bezüglich ihres Leistungsverbrauchs reduziert werden. Dadurch wird der Entladevorgang beider Batterien verlangsamt.If the voltage level of the battery B1 decreases further and falls below a second predetermined threshold, then the power consumption is reduced. This can be done by completely disabling low priority consumers in the sense of a priority list, or by reducing some or all consumers' power consumption. This slows down the discharge of both batteries.
Sinkt das Spannungsniveau der Batterie B1 nach weiter ab und unterschreitet es einen dritten vorgegebenen Schwellenwert, dann wird die Mitversorgung der Batterie B2 über den Gleichspannungswandler
Sinkt das Spannungsniveau der Batterie soweit ab, dass die Durchführung eines Warmstarts nicht mehr sichergestellt ist, wird die Start-/Stopp-Funktion unterdrückt.If the voltage level of the battery drops so far that the execution of a warm start is no longer ensured, the start / stop function is suppressed.
Auch diese zweite Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass stets darauf geachtet wird, den Ladezustand der Batterie B1 so hoch zu halten, dass im Start-/Stopp-Betrieb nach einer Motorstillstandsphase die zu einem Warmstart für den Startergenerator benötigte Energie bereitgestellt werden kann. Solange der Ladezustand der Batterie B1 deutlich über dieser Grenze liegt, kann bei dieser Ausführungsform über den Gleichspannungswandler
Auch bei dieser Ausführungsform werden im Start-/Stopp-Betrieb während der Motorlaufzeiten die Batterien B1 und B2 nachgeladen. Diese Nachladung erfolgt unter Verwendung der vom Startergenerator SG während der Motorlaufzeiten erzeugten Energie so, wie es bereits oben im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.Also in this embodiment, the batteries B1 and B2 are recharged in the start / stop operation during the engine running times. This recharging takes place using the energy generated by the starter generator SG during the engine run times, as already described above in connection with the first embodiment.
Die
Ein Generator G, beispielsweise ein 42 V-Generator, eine Batterie B1, beispielsweise eine 36 V-Batterie, und der Anlasser AN des Fahrzeugs gehören einem ersten Teilversorgungsnetz
A generator G, for example a 42 V generator, a battery B1, for example a 36 V battery, and the starter AN of the vehicle belong to a first
Eine Bordnetzbatterie B2, beispielsweise eine 12 V-Batterie, ist Bestandteil eines zweiten Teilversorgungsnetzes
Bei einer ersten Ausführungsform des in der
Die Batterie B1 hat lediglich die Aufgabe, die zum nächsten Warmstart des Fahrzeugs benötigte Energie für den Anlasser AN zur Verfügung zu stellen. Andere Verbraucher werden während der Motorstillstandszeiten nicht aus der Batterie B1 versorgt. Die Batterie B2 hat während der Motorstillstandszeiten die Aufgabe, die auf ein Minimum reduzierten Verbraucher V, beispielsweise ein Autoradio, Licht, Steuergerate oder ein Autotelefon, mit Energie zu versorgen.The battery B1 only has the task of providing the energy required for the next warm start of the vehicle for the starter AN. Other consumers are not powered from the battery B1 during engine downtime. The battery B2 has during the engine downtime, the task of providing the reduced to a minimum consumer V, such as a car radio, lights, control devices or a car phone with energy.
Während der Motorlaufzeiten werden die Batterien B1 und B2 nachgeladen. Diese Nachladung erfolgt unter Verwendung der vom Generator G während der Motorlaufzeiten erzeugten Energie.During the engine run times, the batteries B1 and B2 are recharged. This recharging takes place using the energy generated by the generator G during the engine running times.
Da im Teilversorgungsnetz, in welchem sich die Batterie B1 befindet, keine weiteren Verbraucher vorgesehen sind, kann die Nachladung dieser Batterie B1 durch eine im Hinblick auf den speziellen Typ der verwendeten Batterie optimierte Ladestrategie bzw. Ladekennlinie schnell erfolgen. Dabei braucht keinerlei Rücksicht auf eventuelle Einschränkungen und Spezifikationen von anderen Verbrauchern gewonnen werden. Durch diese auf den jeweiligen Batterietyp optimierte Nachladung der Batterie B1 wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass im Start-/Stopp-Betrieb bei niedrigen Außentemperaturen die Dauer der zwischen zwei Motorstillstandszeiten erforderlichen Motorlaufzeiten kürzer sein kann als bei bekannten Lösungen. Bei derartigen bekannten Lösungen, bei denen die Ladestrategie mit Rücksicht auf andere Verbraucher festgelegt werden muss, kann nur eine relativ geringe Ladestromaufnahme erfolgen.Since no further consumers are provided in the partial supply network in which the battery B1 is located, the recharging of this battery B1 can take place rapidly by means of a charging strategy or charging characteristic optimized with regard to the specific type of battery used. No consideration for any restrictions and specifications needs to be obtained from other consumers. By this to the respective battery type optimized recharge of the battery B1 is achieved in an advantageous manner that in start / stop operation at low outdoor temperatures, the duration of the motor run times required between two engine downtime can be shorter than in known solutions. In such known solutions, in which the charging strategy must be determined with regard to other consumers, only a relatively small charge current consumption can take place.
Die Nachladung der im Teilversorgungsnetz
Bei einer zweiten Ausführungsform des in
Unterschreitet das Spannungsniveau der Batterie B1 den vorgegebenen ersten Schwellenwert, dann wird die Ladestromübertragung von der Batterie B1 über den Gleichspannungswandler
Sinkt das Spannungsniveau der Batterie B1 weiter ab und unterschreitet es einen zweiten vorgegebenen Schwellenwert, dann wird der Leistungsverbrauch einiger oder aller Bordnetzverbraucher reduziert. Dies kann dadurch geschehen, dass im Sinne einer Prioritätsliste Verbraucher niedriger Priorität vollständig abgeschaltet werden oder dass einige oder alle Verbraucher bezüglich ihres Leistungsverbrauchs reduziert werden. Dadurch wird der Entladevorgang beider Batterien verlangsamt.If the voltage level of the battery B1 decreases further and falls below a second predetermined threshold value, then the power consumption of some or all of the vehicle electrical system consumers is reduced. This can be done by completely disabling low priority consumers in the sense of a priority list, or by reducing some or all consumers' power consumption. This slows down the discharge of both batteries.
Sinkt das Spannungsniveau der Batterie B1 noch weiter ab und unterschreitet es einen dritten vorgegebenen Schwellenwert, dann wird die Mitversorgung der Batterie B2 über den Gleichspannungswandler
Sinkt das Spannungsniveau der Batterie B1 soweit ab, dass die Durchführung eines Starts nicht mehr sichergestellt ist, wird die Start-/Stopp-Funktion unterdrückt.If the voltage level of the battery B1 drops so far that the execution of a start is no longer ensured, the start / stop function is suppressed.
Auch diese zweite Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass stets darauf geachtet wird, den Ladezustand der Batterie B1 so hoch zu halten, dass im Start-/Stopp-Betrieb nach einer Motorstillstandsphase die zu einem Start für den Anlasser benötigte Energie bereitgestellt werden kann. Solange der Ladezustand der Batterie B1 deutlich über dieser Grenze liegt, kann bei dieser Ausführungsform über den Gleichspannungswandler
Auch bei dieser Ausführungsform werden im Start-/Stopp-Betrieb während der Motorlaufzeiten die Batterien B1 und B2 nachgeladen. Diese Nachladung erfolgt unter Verwendung der vom Generator G während der Motorlaufzeiten erzeugten Energie so, wie es bereits oben im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.Also in this embodiment, the batteries B1 and B2 are recharged in the start / stop operation during the engine running times. This recharging takes place using the energy generated by the generator G during the engine run times, as already described above in connection with the first embodiment.
Die
Zu diesen Zusatzinformationen gehören Informationen über den Lade- und Alterungszustand und die Temperatur der Batterien B1 und B2. Weitere Zusatzinformationen sind Verbraucherzustandssignale und Informationen über den Zustand des Generators G. Weiterhin verwendet das Steuergerät ST zu Optimierung der Nachladevargänge auch Signale, die ihm über den Fahrzeugbus CAN, beispielsweise vom Motorsteuergerät, zugeführt werden, und Signale, die von weiteren Sensoren abgeleitet werden. Derartige weitere Sensoren sind beispielsweise Temperatursensoren zur Erfassung der Außentemperatur und Sensoren zur Erfassung der Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrzeugs.This additional information includes information about the state of charge and aging and the temperature of the batteries B1 and B2. Further additional information is consumer status signals and information about the state of the generator G. Furthermore, the controller ST also used to optimize the Nachladevargänge signals that are supplied to him via the vehicle bus CAN, for example, from the engine control unit, and signals that are derived from other sensors. Such additional sensors are, for example, temperature sensors for detecting the outside temperature and sensors for detecting the speed of movement of the vehicle.
Bei Bordnetzen mit elektrischem Energiemanagement, die zukünftig als 14 V/42 V-Bordnetze ausgelegt sind, und bei denen es sich möglicherweise auch um reine 42 V-Bordnetze handelt, steuert das Steuergerät ST unter Verwendung der vorstehend genannten Zusatzinformationen und von Informationen über die Typen der Batterien B1 und B2 den Generator G und den Gleichspannungswandler
So kann eine dynamische Anpassung des Energieflusses zwischen den beiden Teilversorgungsnetzen in Abhängigkeit von der Art und Anzahl der momentan eingeschalteten Verbraucher erfolgen. Sind beispielsweise momentan keine spannungsempfindlichen Verbraucher eingeschaltet und läuft der Motor, dann kann die Ladespannung angehoben werden, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen, ohne Rücksicht auf Verbraucher nehmen zu mussen, damit der Speicher B2 schneller nachgeladen werden kann.Thus, a dynamic adjustment of the energy flow between the two sub-supply networks depending on the type and number of consumers currently switched on. If, for example, currently no voltage-sensitive consumers are switched on and the motor is running, then the charging voltage can be increased, especially at low outside temperatures, without having to take consumers into account, so that the memory B2 can be recharged more quickly.
Weiterhin können im Teilversorgungsnetz
In Bezug auf die Positionierung des Steuergerätes wird darauf hingewiesen, dass das Steuergerät bei Systemen mit elektrischem Energiemanagement zentral angeordnet sein kann. Weiterhin kann das Steuergerät dem Gleichspannungswandler beigestellt oder in diesen integriert sein. Ferner kann das Steuergerät in der Nähe des Generators oder in der Nähe einer der Batterien angeordnet sein.With regard to the positioning of the control unit, it is pointed out that the control unit can be centrally arranged in systems with electrical energy management. Furthermore, the controller can be provided to the DC-DC converter or integrated in this. Further, the controller may be located near the generator or near one of the batteries.
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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