WO2009010482A1 - Vorrichtung zur regelung eines kraftfahrzeuggenerators - Google Patents

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Xaver Laufenberg
Herbert Labitzke
Helmut Suelzle
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Robert Bosch GmbH
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/48—Arrangements for obtaining a constant output value at varying speed of the generator, e.g. on vehicle

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling a motor vehicle generator
  • the output voltage of a generator depends on several influencing factors, which include the speed, the electrical load in the vehicle electrical system, the state of charge of the starter battery and the temperature.
  • the generator controller regulates the output voltage of the generator within predefined limits. This regulation takes place via an adaptation of the exciter current flowing through the field winding of the generator. To adjust the excitation current, a change of the duty cycle of a PWM drive signal is performed.
  • a proposed for a motor vehicle electrical system power supply which has a battery, a generator and a controller.
  • the generator is used to charge the battery.
  • the controller is intended to control the generator voltage.
  • the regulator includes a controller, a controlled by the controller first switch for controlling the generator voltage in normal operation and a controllable by the controller second switch for controlling the generator voltage in case of malfunction of the first switch.
  • the first switch is arranged between a supply voltage connection terminal and a connection of the exciter winding of the generator.
  • the second switch is provided between the other terminal of the field winding and ground.
  • the controller has its own ground connection. Due to the redundant design of the controller, its reliability is increased.
  • a device for controlling a motor vehicle generator with the features specified in claim 1 has the advantage that in the case of any interruption of the supply of the regulator control of the generator regulator, in particular an ASIC of the generator regulator, and the exciter circuit is interrupted. This prevents the occurrence of overvoltages in the electrical system. Such overvoltages in the vehicle electrical system could lead to vehicle electrical system states with serious effects, for example a shutdown or overloading up to a failure of components that are required for the driving of the motor vehicle.
  • This advantage is essentially achieved in that the excitation winding is applied to the regulator controller in both poles and is preferably connected in both poles to the ASIC of the generator regulator.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a first device for controlling a motor vehicle generator.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a second device for controlling a motor vehicle generator.
  • the device shown in FIG. 1 has a generator controller 1, a generator unit 28 with a generator 2 and a rectifier arrangement 11, a battery 12, loads 13, an inductive load 14, the terminal 15 and a control unit 16.
  • the generator regulator 1 contains a regulator controller 7a implemented as an integrated circuit and customer-specific connections such as the connection LIN shown in FIG. 1 and connections B +, DF +, DF- and X to the generator 2.
  • the connection LIN is connected via a capacitor 18 Mass connected.
  • the task of the capacitor 18 is to filter the signals provided at the LIN terminal.
  • the integrated circuit 7a has a non-illustrated control unit, an ohmic resistor 20, a switching transistor 21, a diode 23 and a switching transistor 6a.
  • the integrated circuit 7a has connections 8, 9, 24, 25 and 26 as well as a detection input 10.
  • the terminal 8 of the integrated circuit 7a is connected via the terminal DF of the generator regulator 1 to the second terminal 5b of the exciter winding 5 of the generator 2.
  • the terminal 9 of the integrated circuit is connected via a ground connection 3 to ground 4.
  • the connection 25 of the integrated circuit is connected via the terminal DF + of the generator controller 1 with the first End 5a of the field winding 5 of the generator 2 connected.
  • the detection input 10 of the integrated circuit 7a is connected via the terminal X of the generator controller 1 with the phase voltage terminal W of the generator in connection PHg.
  • the connection 26 of the integrated circuit 7a is connected to the external control unit 16 via the connection LIN of the generator controller 1.
  • Switching transistor 6a connected such that the first terminal 5a of the field winding 5 is connected via the switching transistor 6a of the integrated circuit to the operating voltage connection B +.
  • the terminal 24 of the integrated circuit 7a is connected via the generator unit 28, to which the generator 2 and the rectifier arrangement 11 belong, to the vehicle electrical system BN of the motor vehicle.
  • the generator 2 has, in addition to the already mentioned excitation winding 5 not shown phase windings, which are connected to phase voltage terminals U, V, W of the generator 2.
  • the phase voltages generated at the phase voltage connections are rectified by the rectifier arrangement 11 and then forwarded to the on-board network BN.
  • the rectifier arrangement 11 has a ground connection IIa via which it is connected to ground 4.
  • the battery 12 To the electrical system BN, the battery 12, the consumer 13, the inductive load 14 and the terminal 15 are connected.
  • the controller controller 7a loses its intended reference potential. It turns via the regulator controller 7a a random voltage, whose height depends on the external circuit of the integrated circuit and parasitic connections. Typically, this random voltage is less than the actual voltage at the generator regulator terminals. For this reason, the control unit of the integrated circuit 7a tries to increase the voltages at the terminals of the integrated circuit. The control unit of the integrated circuit 7a can not recognize that an error has occurred.
  • the second connection is in the present invention 5b of the field winding 5 via the terminal DF and the terminals 8 and 9 of the integrated circuit 7a and the ground connection 3 of the integrated circuit 7a connected to ground 4.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a second device for controlling a motor vehicle generator.
  • This device also has a generator controller 1, a generator neratorech 28 with a generator 2 and a rectifier assembly 11, a battery 12, consumer 13, an inductive load 14, the terminal 15 and a control unit 16 on.
  • the generator controller 1 contains as controller control an integrated circuit 7b and customer-specific connections such as the terminal LIN shown in Figure 2 and terminals B +, DF +, DF- and X to the generator 2.
  • the terminal LIN is connected via a capacitor 18 to ground.
  • the task of the capacitor 18 is to filter the signals provided at the LIN terminal.
  • the integrated circuit 7b has a non-illustrated control unit, an ohmic resistor 20, a
  • Switching transistor 21 a diode 23 and a switching transistor 6b.
  • the integrated circuit 7b differs from the integrated circuit 7a shown in FIG. 1 in that the terminals 24 and 25 of the integrated circuit 7b are directly connected to each other within this integrated circuit via a line and the switching transistor 6b is connected between the terminal 8 and the Terminal 9 of the integrated circuit is provided within this integrated circuit 7b. Consequently, in this embodiment, the first terminal 5a of the field winding 5 is connected directly to the operating voltage terminal B + via the integrated circuit 7b, while the second terminal 5b of the field winding 5 is connected via the switching transistor 6b to the terminal 9 and via this and the ground connection 3 of the integrated circuit 7b is connected to ground 4.
  • the exciter circuit of the generator is also interrupted so that no undesired overvoltages occur in the vehicle electrical system.
  • both terminals of the field winding are connected to the controller control of the generator controller or its ASIC and are thus integrated into the supply path of the controller control.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung eines Kraftfahrzeuggenerators. Sie weist einen Generatorregler und einen Generator auf, wobei der Generatorregler eine Reglersteuerung aufweist, die einen Betriebsspannungsanschluss hat und über eine Masseverbindung mit Masse verbunden ist. Ferner enthält der Generator eine einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweisende Erregerwicklung. Der erste Anschluss der Erregerwicklung ist über die Reglersteuerung mit dem Betriebsspannungsanschluss verbunden. Der zweite Anschluss der Erregerwicklung ist über die Reglersteuerung mit Masse verbunden.

Description

Vorrichtung zur Regelung eines Kraftfahrzeuggenerators
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung eines Kraftfahrzeuggenerators
Stand der Technik
Es ist bereits bekannt, die Ausgangsspannung eines Generators mittels eines Generatorreglers zu regeln. Die Ausgangsspannung eines Generators ist abhängig von mehreren Einflussgrößen, zu denen die Drehzahl, die elektrische Belastung im Bordnetz, der Ladezustand der Starterbatterie und die Temperatur gehören. Um eine konstante Spannung im Bordnetz zu erzeugen, regelt der Generatorregler die Ausgangsspannung des Generators innerhalb vorgegebe- ner Grenzen. Diese Regelung erfolgt über eine Anpassung des durch die Erregerwicklung des Generators fließenden Erregerstromes. Zur Anpassung des Erregerstromes wird eine Änderung des Tastverhältnisses eines PWM- Ansteuersignals durchgeführt.
Bei Verwendung eines High-Side-Transistors als Schalttransistor des Generatorreglers wird der Erregerstrom von einem Gleichspannungsversorgungsanschluss B+ abgenommen und über den Transistor zur Erregerwicklung geführt. Der zweite Anschluss der Erregerwicklung ist mit Masse verbunden .
Aus der DE 101 50 380 Al ist eine für ein Kraftfahrzeug- Bordnetz vorgesehene Energieversorgung bekannt, die eine Batterie, einen Generator und einen Regler aufweist. An die Batterie sind mehrere Verbraucher angeschlossen. Der Generator dient zum Aufladen der Batterie. Der Regler ist zur Regelung der Generatorspannung vorgesehen. Der Regler umfasst einen Controller, einen vom Controller angesteuerten ersten Schalter zur Regelung der Generatorspannung im Normalbetrieb und einen vom Controller ansteuerbaren zweiten Schalter zur Regelung der Generatorspannung bei einer Fehlfunktion des ersten Schalters. Der erste Schalter ist zwischen einer Versorgungsspannungsanschlussklem- me und einem Anschluss der Erregerwicklung des Generators angeordnet. Der zweite Schalter ist zwischen dem anderen Anschluss der Erregerwicklung und Masse vorgesehen. Der Regler weist eine eigene Masseverbindung auf. Aufgrund des redundanten Aufbaus des Reglers ist seine Ausfallsicherheit erhöht.
Vorteile der Erfindung
Eine Vorrichtung zur Regelung eines Kraftfahrzeuggenerators mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen weist demgegenüber den Vorteil auf, dass im Falle einer beliebigen Unterbrechung der Versorgung der Reglersteuerung des Generatorreglers, insbesondere eines ASICs des Generatorreglers, auch der Erregerkreis unterbrochen ist. Dadurch wird ein Auftreten von Überspannungen im Bordnetz verhindert. Derartige Überspannungen im Bordnetz könnten zu Bordnetzzuständen mit schwerwiegenden Auswirkungen führen, beispielsweise einem Abschalten oder einer Überlastung bis zu einem Ausfall von Komponenten, die für den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs benötigt werden. Dieser Vorteil wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass die Erregerwicklung beidpolig an der Reglersteuerung anliegt und vorzugsweise beidpolig mit dem ASIC des Generatorreglers verbunden ist.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Zeichnung. Ze i chnung
Die Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Vorrichtung zur Regelung eines Kraftfahrzeuggenerators. Die Fi- gur 2 zeigt ein Blockdiagramm einer zweiten Vorrichtung zur Regelung eines Kraftfahrzeuggenerators.
Beschreibung
Die in der Figur 1 dargestellte Vorrichtung weist einen Generatorregler 1, eine Generatoreinheit 28 mit einem Generator 2 und einer Gleichrichteranordnung 11, eine Batterie 12, Verbraucher 13, einen induktiven Verbraucher 14, die Klemme 15 und ein Steuergerät 16 auf.
Der Generatorregler 1 enthält eine als integrierte Schaltung realisierte Reglersteuerung 7a sowie kundenspezifische Anschlüsse wie den in der Figur 1 gezeigten An- schluss LIN und Anschlüsse B+, DF+, DF- und X zum Genera- tor 2. Der Anschluss LIN ist über einen Kondensator 18 mit Masse verbunden. Die Aufgabe des Kondensators 18 besteht darin, die am Anschluss LIN bereitgestellten Signale zu filtern.
Die integrierte Schaltung 7a weist eine nicht gezeichnete Steuereinheit, einen Ohmschen Widerstand 20, einen Schalttransistor 21, eine Diode 23 und einen Schalttransistor 6a auf.
Des Weiteren weist die integrierte Schaltung 7a Anschlüsse 8, 9, 24, 25 und 26 sowie einen Detektionseingang 10 auf. Der Anschluss 8 der integrierten Schaltung 7a ist über die Klemme DF- des Generatorreglers 1 mit dem zweiten Anschluss 5b der Erregerwicklung 5 des Generators 2 verbunden. Der Anschluss 9 der integrierten Schaltung ist über eine Masseverbindung 3 mit Masse 4 verbunden. Der Anschluss 25 der integrierten Schaltung ist über die Klemme DF+ des Generatorreglers 1 mit dem ersten An- Schluss 5a der Erregerwicklung 5 des Generators 2 verbunden. Der Detektionseingang 10 der integrierten Schaltung 7a steht über den Anschluss X des Generatorreglers 1 mit dem Phasenspannungsanschluss W des Generators in Verbin- düng. Der Anschluss 26 der integrierten Schaltung 7a steht über den Anschluss LIN des Generatorreglers 1 mit dem externen Steuergerät 16 in Verbindung.
Zwischen die Anschlüsse 24 und 25 der integrierten Schal- tung 7a ist innerhalb der integrierten Schaltung der
Schalttransistor 6a derart geschaltet, dass der erste Anschluss 5a der Erregerwicklung 5 über den Schalttransistor 6a der integrierten Schaltung mit dem Betriebsspan- nungsanschluss B+ verbunden ist.
Der Anschluss 24 der integrierten Schaltung 7a ist über die Generatoreinheit 28, zu welcher der Generator 2 und die Gleichrichteranordnung 11 gehören, mit dem Bordnetz BN des Kraftfahrzeugs verbunden.
Der Generator 2 weist neben der bereits genannten Erregerwicklung 5 nicht gezeichnete Phasenwicklungen auf, die mit Phasenspannungsanschlüssen U, V, W des Generators 2 verbunden sind. Die an den Phasenspannungsanschlüssen er- zeugten Phasenspannungen werden durch die Gleichrichteranordnung 11 gleichgerichtet und dann an das Bordnetz BN weitergegeben. Ferner weist die Gleichrichteranordnung 11 eine Masseverbindung IIa auf, über welche sie mit Masse 4 in Verbindung steht.
An das Bordnetz BN sind die Batterie 12, die Verbraucher 13, der induktive Verbraucher 14 und die Klemme 15 angeschlossen .
Im Betrieb der gezeigten Vorrichtung kann der Fall auftreten, dass die Masseverbindung 3 der Reglersteuerung 7a unterbrochen wird. Dadurch verliert die Reglersteuerung 7a ihr bestimmungsgemäßes Bezugspotential. Es stellt sich über die Reglersteuerung 7a eine zufällige Spannung ein, deren Höhe von der Außenbeschaltung der integrierten Schaltung sowie von parasitären Verbindungen abhängig ist. Typischerweise ist diese zufällige Spannung kleiner als die tatsächliche Spannung an den Anschlüssen des Generatorreglers. Aus diesem Grund versucht die Steuereinheit der integrierten Schaltung 7a die Spannungen an den Anschlüssen der integrierten Schaltung zu erhöhen. Die Steuereinheit der integrierten Schaltung 7a kann nicht erkennen, dass ein Fehlerfall vorliegt.
Um zu verhindern, dass durch diese Umstände der Generatorregler 1 durch eine entsprechende Ansteuerung der Erregerwicklung die Ausgangsspannung des Generators 2 so- weit erhöht, dass im Bordnetz Überspannungen auftreten, die zu einer Zerstörung von Bordnetzkomponenten führen könnten, ist bei der vorliegenden Erfindung der zweite Anschluss 5b der Erregerwicklung 5 über die Klemme DF- und die Anschlüsse 8 und 9 der integrierten Schaltung 7a und die Masseverbindung 3 der integrierten Schaltung 7a mit Masse 4 verbunden.
Dies hat zur Folge, dass im Falle einer Unterbrechung dieser Masseverbindung 3 nicht nur die Reglersteuerung 7a von ihrem Bezugspotential abgetrennt ist, sondern auch der Erregerkreis des Generators und damit der Stromfluss durch die Erregerwicklung 5 unterbrochen ist.
Bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird nach alledem beim Auftreten einer Unterbrechung der Masseverbindung 3 der Reglersteuerung 7a der Generator 2 gezielt entregt. Dadurch können im Bordnetz keine Überspannungen auftreten, die zu einer Zerstörung von Bordnetzkomponenten führen könnten.
Die Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm einer zweiten Vorrichtung zur Regelung eines Kraftfahrzeuggenerators. Auch diese Vorrichtung weist einen Generatorregler 1, eine Ge- neratoreinheit 28 mit einem Generator 2 und einer Gleichrichteranordnung 11, eine Batterie 12, Verbraucher 13, einen induktiven Verbraucher 14, die Klemme 15 und ein Steuergerät 16 auf.
Der Generatorregler 1 enthält als Reglersteuerung eine integrierte Schaltung 7b sowie kundenspezifische Anschlüsse wie den in der Figur 2 gezeigten Anschluss LIN und Anschlüsse B+, DF+, DF- und X zum Generator 2. Der Anschluss LIN ist über einen Kondensator 18 mit Masse verbunden. Die Aufgabe des Kondensators 18 besteht darin, die am Anschluss LIN bereitgestellten Signale zu filtern.
Die integrierte Schaltung 7b weist eine nicht gezeichnete Steuereinheit, einen Ohmschen Widerstand 20, einen
Schalttransistor 21, eine Diode 23 und einen Schalttransistor 6b auf.
Die integrierte Schaltung 7b unterscheidet sich von der in der Figur 1 gezeigten integrierten Schaltung 7a dadurch, dass die Anschlüsse 24 und 25 der integrierten Schaltung 7b innerhalb dieser integrierten Schaltung über eine Leitung direkt miteinander verbunden sind und dass der Schalttransistor 6b zwischen dem Anschluss 8 und dem Anschluss 9 der integrierten Schaltung innerhalb dieser integrierten Schaltung 7b vorgesehen ist. Folglich ist bei diesem Ausführungsbeispiel der erste Anschluss 5a der Erregerwicklung 5 über die integrierte Schaltung 7b direkt mit dem Betriebsspannungsanschluss B+ verbunden, während der zweite Anschluss 5b der Erregerwicklung 5 über den Schalttransistor 6b mit dem Anschluss 9 und über diesen und die Masseverbindung 3 der integrierten Schaltung 7b mit Masse 4 verbunden ist.
Tritt bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen den Anschlüssen 24 und 25 der integrierten Schaltung 7b eine Unterbrechung auf, wie sie in der Figur 2 angedeutet ist, dann ist durch diese Unterbrechung auch der Erregerkreis des Generators 2 unterbrochen. Dies hat zur Folge, dass im Bordnetz keine unerwünschten Überspannungen auftreten.
Nach alledem wird bei der vorliegenden Erfindung in vor- teilhafter Weise erreicht, dass im Falle einer Unterbrechung der Versorgung der vorzugsweise als ASIC realisierten Reglersteuerung auch der Erregerkreis des Generators unterbrochen ist, so dass keine unerwünschten Überspannungen im Bordnetz auftreten. Dies wird im Wesentlichen dadurch erreicht, dass beide Anschlüsse der Erregerwicklung mit der Reglersteuerung des Generatorreglers bzw. dessen ASIC verbunden sind und damit in den Versorgungsweg der Reglersteuerung eingebunden sind.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Regelung eines Kraftfahrzeuggenerators, welche einen Generatorregler (1) und einen Generator (2) aufweist, wobei der Generatorregler (1) eine Reg- lersteuerung (7a, 7b) aufweist, die einen Betriebsspan- nungsanschluss (B+) hat und über eine Masseverbindung (3) mit Masse (4) verbunden ist, und wobei der Generator (2) eine einen ersten (5a) und einen zweiten (5b) Anschluss aufweisende Erregerwicklung (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (5a) der Erregerwicklung (5) über die Reglersteuerung (7a, 7b) mit dem Betriebsspannungsanschluss (B+) verbunden ist und der zweite Anschluss (5b) der Erregerwicklung (5) über die Reglersteuerung (7a, 7b) mit Masse verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Anschluss (5a) der Erregerwicklung (5) über einen Schalter (6a) der Reglersteuerung
(7a, 7b) mit dem Betriebsspannungsanschluss (B+) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Anschluss (5b) der Erregerwicklung (5) über einen Schalter (6b) der Reglersteuerung (7a, 7b) mit Masse verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglersteuerung (7a, 7b) eine integrierte Schaltung ist, ein An- Schluss (8) der integrierten Schaltung mit dem zweiten
Anschluss (5b) der Erregerwicklung (5) verbunden ist und ein weiterer Anschluss (9) der integrierten Schaltung über eine Masseverbindung (3) mit Masse (4) verbunden ist .
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadur ch ge kenn z e i chne t , dass der Schalter (6a, 6b) ein
Schalttransistor ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalttransistor (6a, 6b) Bestand- teil der integrierten Schaltung (7a, 7b) ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung ei¬ nen Detektionseingang (10) aufweist, welcher mit einem Phasenspannungsanschluss (W) des Generators (2) verbunden ist .
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Schaltung zur Auswer- tung eines am Detektionseingang (10) der integrierten
Schaltung vorliegenden Signals vorgesehen ist und bei De- tektion einer Erregungsunterbrechung ein Fehlersignal ausgibt .
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