用于運(yùn)行機(jī)動車的車載電網(wǎng)的供電單元的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于運(yùn)行機(jī)動車的車載電網(wǎng)(Bordnetz)的供電單元的方法，以及用于執(zhí)行所述方法的運(yùn)算單元。
【背景技術(shù)】
[0002]用于機(jī)動車車載電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)設(shè)備可以具有:帶有轉(zhuǎn)子繞組(勵磁繞組)和定子繞組的他勵電機(jī)(一般地為交流發(fā)電機(jī))，后接于定子繞組的整流器(一般地為變流器)和發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器(所謂的場調(diào)節(jié)器)，所述發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器借助于通過轉(zhuǎn)子繞組的電流(勵磁電流)來調(diào)節(jié)由電機(jī)所產(chǎn)生的電壓。這樣的發(fā)電機(jī)設(shè)備使用在機(jī)動車車載電網(wǎng)的不同情況下。
[0003]如例如在DE 10 2009 046 955 Al中解釋的那樣，為了進(jìn)行整流，使用主動的橋式變流器是有利的，因?yàn)槠渑c被動的或不受控的二極管變流器相比具有更低的損失功率。
[0004]通過調(diào)節(jié)勵磁電流，可以調(diào)節(jié)輸出電壓，以保證車載電網(wǎng)的運(yùn)行。電壓調(diào)節(jié)的任務(wù)是在強(qiáng)變化的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和不同負(fù)載的情況下，將車載電網(wǎng)電壓保持在恒定的水平上。在此，調(diào)節(jié)速度通過轉(zhuǎn)子繞組的時間常數(shù)來限制，所述時間常數(shù)在量級上處于數(shù)百毫秒。在例如因關(guān)閉較大的消耗器而突然導(dǎo)致車載電網(wǎng)內(nèi)的負(fù)載降低(Load Dump)時，首先發(fā)生發(fā)電機(jī)電壓的明顯升高，因?yàn)橥ㄟ^勵磁電流對電壓的調(diào)節(jié)僅以相應(yīng)的時間延遲才可以實(shí)現(xiàn)。在轉(zhuǎn)速較高和去除較大的負(fù)載時，在此情況下會不允許地出現(xiàn)高的電壓值。此電壓峰值可能損壞電子部件并且可能導(dǎo)致控制器的故障。
[0005]在二極管變流器中電壓保護(hù)通常通過變流器二極管自身進(jìn)行，因?yàn)樵谀抢飺p失的能量可以被轉(zhuǎn)換為熱，而與所述二極管變流器相比，對于通常的主動的開關(guān)元件、例如MOSFET，附加的保護(hù)策略是需要的。
[0006]在載荷去除時，例如上面的或下面的變流器支路的一些或全部開關(guān)元件可能完全地或暫時地被短路，如也例如在所提及的DE 10 2009 046 955 Al中所論述的那樣。在此可以節(jié)拍發(fā)送相應(yīng)的控制信號，使得不低于最小的電壓水平且不超過最大的電壓水平。但在半波長內(nèi)多次節(jié)拍發(fā)送控制信號具有缺點(diǎn)，因?yàn)闉榇死鐚τ诿總€相都要求評估電路，并且為了保持車載電網(wǎng)電壓設(shè)置了相應(yīng)的中間回路電容。
[0007]在通常的12V的電池中，電壓鉗制效果通過將多余的能量轉(zhuǎn)換為化學(xué)能而產(chǎn)生(所謂的排氣)，而在基于鋰(例如鋰離子)的現(xiàn)代電池中(對于12V或48V的車載電網(wǎng)或也對于帶有超過60V、例如幾百伏(例如300V至400V)的電壓的高壓車載電網(wǎng))，過高的電壓水平是成問題的且應(yīng)該避免。這些電池因此在過電壓(Oberspannung)時通過相應(yīng)的電路自動同車載電網(wǎng)分離，且可以不用作過壓保護(hù)。同樣，在此過低的電壓水平也是成問題的，因此在欠電壓(Unterspannung)時也會發(fā)生同車載電網(wǎng)自動分離。
[0008]因此希望的是在帶有主動的變流器電路且同時帶有可分離的電池的車載電網(wǎng)中，提供盡可能簡單的過電壓保護(hù)或欠電壓保護(hù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明提出了具有權(quán)利要求1所述特征的、用于運(yùn)行機(jī)動車的車載電網(wǎng)的供電單元的方法。有利的設(shè)計(jì)方案是從屬權(quán)利要求以及如下說明的對象。
[0010]本發(fā)明提供了如下簡單的可行方案，即通過將車載電網(wǎng)的即將發(fā)生的配置變化通知給供電單元，且然后相應(yīng)地減小或增大勵磁磁場或有效的勵磁電流的大小，由此減小或完全抑制車載電網(wǎng)的過電壓或欠電壓。因此，在發(fā)生配置變化前，優(yōu)選地已初始化勵磁磁場的大小的減小或增大。配置變化特別地是能量消耗的減小或增大，和/或是能量存儲裝置特別是電池同車載電網(wǎng)分離或接到車載電網(wǎng)上。
[0011]車載電網(wǎng)的配置變化，如能量消耗的減小或增大，例如因接通或關(guān)掉消耗器或因逐漸增大或減小功率接收(例如加熱)或因能量存儲裝置的分離或接入而導(dǎo)致的能量消耗的減小或增大，通常由相應(yīng)的控制單元(例如用于車載電網(wǎng)管理的控制單元或用于電池充電管理的控制單元)控制，從而本發(fā)明可以以簡單的方式通過這些控制單元與發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器的通信實(shí)現(xiàn)。控制單元現(xiàn)在將即將發(fā)生的配置變化優(yōu)選地以提前時間通知給發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器，然后所述發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)器與此相應(yīng)地調(diào)整勵磁磁場，即在由于配置變化而期望過電壓的情況下減小勵磁磁場，且在由于配置變化而期望欠電壓的情況下增大勵磁磁場。提前時間優(yōu)選地在300 ms和500 ms之間。在規(guī)定提前時間時，優(yōu)選地考慮轉(zhuǎn)子繞組的時間常數(shù)和數(shù)據(jù)傳輸時間和/或數(shù)據(jù)處理時間。由此可以有利地降低電壓波動，特別是過電壓和欠電壓。
[0012]本發(fā)明適合于所有類型的機(jī)動車車載電網(wǎng)，因此特別適用于通常的12V或48V車載電網(wǎng)，但也適用于帶有高于60V的允許接觸電壓的電壓的高壓車載電網(wǎng)。即使在以下車載電網(wǎng)中本發(fā)明也顯示出特別的優(yōu)點(diǎn)，在所述車載電網(wǎng)中電機(jī)還可以電動機(jī)模式地運(yùn)行。于是在此例如通過本發(fā)明可以在配置變化前及時由電動機(jī)模式運(yùn)行轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)模式運(yùn)行。
[0013]可以規(guī)定勵磁磁場的減小和/或增大的大小，其中對于不同的情況有利地規(guī)定多個值。例如，可以總體上事先與車載電網(wǎng)有關(guān)地確定功率輸出的期望的變化，例如500 W作為具有300 W至800 W的功率接收的高功率消耗器的中間值，或作為電池分離或電池接入的額定功率的50%。進(jìn)一步優(yōu)選地，根據(jù)期望的消耗變化規(guī)定勵磁磁場的減小和/或增大的大小。為此，例如上面提到的控制單元除了告知即將發(fā)生的配置變化的類型外還告知隨之而來的能量消耗的變化或車載電網(wǎng)電壓的變化。
[0014]控制能量存儲裝置的分離和接入的控制單元為此優(yōu)選地具有測量裝置，所述測量裝置被構(gòu)造用于確定能量存儲裝置的當(dāng)前的功率接收或功率輸出和/或能量存儲裝置的充電狀態(tài)。當(dāng)前的功率接收或功率輸出表征了在能量存儲裝置分離時的能量流的變化，因?yàn)閺哪芰看鎯ρb置到消耗器(也可以包括處于電動機(jī)模式運(yùn)行中的電機(jī))的消失的能量流或從電機(jī)到能量存儲裝置的消失的能量流現(xiàn)在必須通過電機(jī)補(bǔ)償。與車載電網(wǎng)內(nèi)的當(dāng)前電壓相比，充電狀態(tài)表征了在接入能量存儲裝置時的能量流的變化，因?yàn)樵趲в械陀诨蚋哂谲囕d電網(wǎng)電壓的電壓輸出的充電狀態(tài)中，從車載電網(wǎng)到能量存儲裝置的能量流或相反的能量流必須由電機(jī)補(bǔ)償。
[0015]控制能量消耗的減小和增大的控制單元為此優(yōu)選地具有存儲裝置，在所述存儲裝置內(nèi)存儲了關(guān)于被控制的能量消耗器的、優(yōu)選地在接入過程和持續(xù)運(yùn)行之間分離的、通常的功率接收的信息。合適地，在此僅考慮帶有超過100 W的額定功率的高功率消耗器。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一有利的實(shí)施方式，提出了在如下情況下的措施，即如果發(fā)電機(jī)設(shè)備不能完全避免由于配置變化導(dǎo)致的過電壓或欠電壓，例如因?yàn)殡姍C(jī)暫時(例如由于低轉(zhuǎn)速)不能為車載電網(wǎng)提供足夠的電流。此措施包括例如減小或增大消耗器的瞬時電流消耗，特別是通過對控制能量消耗的減小和增大的控制單元進(jìn)行相應(yīng)的控制。
[0017]優(yōu)選地使用電壓走勢模型，所述電壓走勢模型區(qū)分車載電網(wǎng)內(nèi)的功率消耗器和電流消耗器，且考慮到消耗器的電感。由此，可以較準(zhǔn)確地確定所需的勵磁電流變化和必要時規(guī)定的提前時間。進(jìn)一步優(yōu)選地，電壓走勢模型還考慮了電機(jī)的電感，以便最優(yōu)地抑制電壓波動。于是，例如可以如此規(guī)定勵磁電流，使得電機(jī)和消耗器的各電感的效應(yīng)在一定程度上被消除且電壓近乎保持恒定。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)算單元，例如機(jī)動車的控制器，特別是場調(diào)節(jié)器和/或所述控制單元的場調(diào)節(jié)器，特別地在程序技術(shù)上被設(shè)置用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0019]以軟件的形式實(shí)施所述方法也是有利的，因?yàn)檫@種情況特別地導(dǎo)致成本低，特別是當(dāng)執(zhí)行的控制器還用于其他任務(wù)且因此所述控制器總是存在時。用于提供計(jì)算機(jī)程序的合適的數(shù)據(jù)載體特別是軟盤、硬盤、閃存、EEPROM、