DE19944621A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen von Strom in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Erzeugen von Strom in einem Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst einen Drehstromgenerator (10, 12) mit einer Erregerwicklung (10) und eine Vorrichtung zum Koppeln (14) einer Spannung an die Erregerwicklung (10), wobei der Koppelvorrichtung (14) ein erstes Betriebsparametersignal (T¶KW¶; n¶Er¶) zugeführt wird, das mit einem ersten Betriebsparameter (T¶KW¶; n¶Er¶) des Drehstromgenerators (10, 12) korreliert ist, wobei mindestens ein Parameter der an die Erregerwicklung gekoppelten Spannung (U¶Er¶) abhängt von dem ersten Betriebsparametersignal (T¶KW¶; n¶Er¶).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Strom in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren zum Erzeugen von Strom in einem Kraftfahrzeug.

Eine gattungsgemäße Stromerzeugungsvorrichtung ist beispielsweise bekannt aus der US 4,045,718 und der EP 0 232 828. In beiden Druckschriften ist die Erregerwicklung eines Drehstromgenerators über eine Vorrichtung zum Koppeln einer Spannung mit einer Fahrzeugbatterie verbunden. Im Maximalfall kann jeweils die Spannung der Fahrzeugbatterie an die Erregerwicklung ange­ legt werden. Bei Anlegen der maximalen Spannung an die Erregerwicklung kann der Generator einen maximalen Strom bereitstellen.

In der Praxis kommt es nun bisweilen zu der Situation, dass beispielsweise kurz nach dem Start mehrere leistungsintensive Verbraucher zu betreiben wären, beispielsweise im Sommer die Klimaanlage, im Winter Heizungen von Front- und Heckscheibe. Diese Situation verschärft sich, wenn diese leistungsintensiven Verbraucher mit weiteren anderen Verbrauchern gleichzeitig betrieben werden sollen, beispielsweise Licht, Radio etc. Zur Lösung dieses Problems verfährt man bislang häufig so, dass unterteilt wird in Komfortverbraucher und sicherheitsrelevante Verbraucher. Der Generator versorgt zunächst mit hoher Priorität die sicherheitsrelevanten Verbraucher und erst anschließend die weniger hoch priorisierten Komfortverbraucher. Beispielhaft wird hierzu auf die EP 0 601 300 81 verwiesen.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass für alle Verbraucher und insbesondere für diejenigen mit nachrangiger Priorität - zumindest zu bestimmten Zeitpunkten - vom Generator mehr elektrische Leistung lieferbar ist als im Stand der Technik.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre von Patentanspruch 1 gelöst.

Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erzeugen von Strom in einem Kraftfahrzeug bereitzustellen, mit dem erreicht wird, dass vom Generator mehr Strom am Ausgang bereitgestellt werden kann als im Stand der Technik.

Diese Aufgabe wird durch die Lehre von Patentanspruch 21 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird zunächst ein Betriebsparameter des Generators bestimmt, der Aufschluss darüber gibt, ob der Generator bereits in einem kritischen Bereich, d. h. beispielsweise nahe seiner Maximaldrehzahl oder seiner Maximaltemperatur betrieben wird und in Abhängigkeit dieses Parameters die der Erregerwicklung des Generators zugeführte Spannung dimensioniert wird. Wenn nun beispielsweise die Temperatur des Generators bestimmt wird, so ist diese unmittelbar nach dem Starten des Fahrzeugs noch niedrig. Wie bereits erwähnt kann es insbesondere kurz nach dem Starten des Fahrzeugs von Interesse sein, einige Verbraucher, diese wiederum bevorzugt bei maximaler Leistung, zu betreiben. Wenn sich beispielsweise im Sommer der Fahrzeuginnenraum aufgeheizt hat, ist es insbesondere nach dem Starten des Fahrzeugs von Interesse, die Temperatur durch Betrieb der Klimaanlage zu senken. Solange sich der Generator hinsichtlich seiner Betriebsparameter noch im unkritischen Bereich befindet, kann nunmehr der Erregerwicklung des Generators eine höhere Spannung zugeführt werden, wodurch der Generator am Ausgang mehr Strom bereitzustellen in der Lage ist. Besonders deutlich ins Gewicht fällt dieser Vorteil bei einem wassergekühlten Drehstromgenerator, wenn der erwähnt erste Betriebsparameter die Temperatur des Kühlwassers des Drehstromgenerators ist.

Alternativ oder zusätzlich zur Variation der Amplitude der Spannung kann, insbesondere, wie noch beschrieben wird, bei konstantem Anlegen einer höheren Spannung, das Tastverhältnis der an die Erregerwicklung angelegten Spannung in Abhängigkeit zumindest des ersten Betriebsparameters des Dreh­ stromgenerators geändert werden.

Der Koppelvorrichtung können weiterhin zugeführt werden ein Be­ triebsparametersignal, das mit dem Strombedarf des vom Dreh­ stromgenerators gespeisten Stromnetz korreliert ist, ein Betriebs­ parametersignal, das mit einer Drehzahl n_G des Drehstromgenerators, insbesondere der Drehzahl n_Er seiner Erregerwicklung korreliert ist bzw. ein Be­ triebsparametersignal, das mit der Drehzahl n_M des Motors des Fahrzeugs korreliert ist. Die letzten zwei Betriebsparametersignale ermöglichen eine Kon­ trolle, ob die Drehzahl n_G des Generators bereits nahe ihrer hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit maximal zulässigen Drehzahl ist.

Besonders vorteilhaft ist es, Vorkehrungen zu treffen, die ermöglichen, der Erregerwicklung ein größeres Spektrum an Spannungen zuzuführen, insbesondere höhere Spannungen als dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Hierfür kommen verschiedene Realisierungsvarianten in Betracht: Zunächst kann die Koppelvorrichtung einen DC/DC-Wandler umfassen, dem zumindest das erste Betriebsparametersignal zugeführt wird und dessen Ausgangssignal an die Erregerwicklung gekoppelt ist. Der DC/DC-Wandler kann hierbei als Hochsetzsteller realisiert sein, beispielsweise, wenn das Fahrzeug nur eine Batterie als elektrische Energiequelle umfasst. Bei Fahrzeugen, die mindestens zwei elektrische Energiequellen, insbesondere zwei Batterien aufweisen, kann der DC/DC Wandler auch eingangsseitig mit der elektrischen Energiequelle verbunden sein, die eine höhere Spannung bereitstellt als die andere elektrische Energiequelle. Der DC/DC-Wandler kann dann als Tiefsetzsteller realisiert werden.

Alternativ kann die Koppelvorrichtung auch eine Schaltvorrichtung umfassen, der zumindest das erste Betriebsparametersignal zugeführt wird und die ein Anlegen von Spannungen unterschiedlicher Amplitude an die Erregerwicklung ermöglicht, wobei die Spannungen von unterschiedlichen elektrischen Energiequellen, insbesondere Fahrzeugbatterien bereitgestellt werden können.

Als weitere Alternative kann die Koppelvorrichtung einen Eingang aufweisen, über den eine Spannung an die Erregerwicklung koppelbar ist, wobei zwischen diesem Eingang und Masse neben der Erregerwicklung zumindest ein Schalter angeordnet ist, und die Koppelvorrichtung eine Steuervorrichtung aufweist, der zumindest das erste Betriebsparametersignal zugeführt wird und die in Abhängigkeit dieses Betriebsparametersignals das Tastverhältnis der an die Erregerwicklung gekoppelten Spannung steuert. Das am Eingang der Koppelvorrichtung anliegende Signal ist vorteilhafterweise größer als die an einer Ständerwicklung des Generators anliegende Spannung und kann von einer anderen elektrischen Energiequelle, insbesondere einem Hochsetzsteller, bereitgestellt werden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Im Folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einer sogenannten "Add- On-Lösung";

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung, bei der die Erregerwicklung fortwährend über einen DC/DC-Wandler mit Spannung versorgt wird;

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung bei einem Kraftfahrzeug mit zwei Batterien unterschiedlicher Spannung und einer Umschaltvorrichtung;

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der Erfindung, bei der die Spannung der zweiten Batterie über einen DC/DC-Wandler an die Erregerwicklung gekoppelt ist;

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, bei der mindestens ein Betriebsparameter des Drehstromgenerators einer Steuervorrichtung zugeführt wird, die die Schaltfrequenz eines zwischen Spannungsversorgung und Erregerwicklung angeordneten Schalters variiert;

Fig. 6 die Abhängigkeit des vom Generator gelieferten Stroms I_G von der Drehzahl n_Er der Erregerwicklung bei einer Umgebungstemperatur von T_Umg = 23°C, einer Kühlwassertemperatur T_KW = 40°C sowie einer an die Erregerwicklung angelegten Spannung U_Er = 13,5 V;

Fig. 7 den zeitlichen Verlauf des Generatorstroms I_G bei einer Drehzahl n_Er der Erregerwicklung = 1800 U/min, einer Spannung U_Er an der Erregerwicklung von 25 V, einer Umgebungstemperatur T_Umg = 23°C sowie einer Kühlwassertemperatur T_KW = 60°C; und

Fig. 8 den zeitlichen Verlauf des Generatorstroms I_G bei einer Drehzahl n_Er der Erregerwicklung von 6000 U/min, einer Spannung U_Er an der Erregerwicklung von 18 V, einer Umgebungstemperatur T_Umg von 23°C sowie einer Kühlwassertemperatur T_KW von 60°C.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Erzeugen von Strom in einem Kraftfahrzeug mit einem schematisch dargestellten wassergekühlten Drehstromgenerator, der eine Erregerwicklung 10 sowie ein Netzwerk 12 aufweist, das die Ständerwicklungen sowie einen Gleichrichter für jede Ständerwicklung umfaßt. Das Netzwerk 12 sowie eine Koppelvorrichtung 14 werden von einer Fahrzeugbatterie 16 gespeist. Am Ausgang 18 stellt die Koppelvorrichtung 14 eine Spannung U_Er an die Erregerwicklung 10 bereit. Der Koppelvorrichtung 14 werden weiterhin zugeführt ein Signal, das mit der Temperatur T_KW des Kühl­ wassers des Drehstromgenerators 10, 12 korreliert ist, und ein Signal, das mit der Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 korreliert ist. Die Koppelvorrichtung 14 umfasst einen DC/DC Wandler 20, der eingangsseitig an die Fahrzeugbatterie 16 gekoppelt ist. Der DC/DC-Wandler 20 ist als Hochsetzsteller ausgeführt und stellt an seinem Ausgang eine Spannung bereit, deren Amplitude größer ist, als die von der Fahrzeugbatterie 16 bereitgestellte Spannung. Daneben umfasst die Koppelvorrichtung 14 einen schematisch dargestellten elektronischen Schalter 22, der eingangsseitig mit der Ausgangsspannung des Hochsetzstellers 20 sowie über eine Entkopplungsdiode 24 mit der Fahrzeugbatterie 16 gekoppelt ist. Die Entkopplungsdiode 24 stellt sicher, dass die am Ausgang des Hochsetzstellers 20 bereitgestellten Ladungsträger nicht zur Fahrzeugbatterie 16 abfließen, sondern der Erregerwicklung 10 bereitge­ stellt werden. Der Schalter 22 wird zur Einstellung des Tastverhältnisses der an die Erregerwicklung bereitgestellten Spannung Q_uer von einer Steuervorrichtung 26 angesteuert, die ebenfalls von der Fahrzeugbatterie 16 gespeist wird. Wesentlich an der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Zuführung eines mit einer Temperatur des Drehstromgenerators 10, 12 korre­ lierten Signals an die Koppelvorrichtung 14. Die Zuführung eines mit der Dreh­ zahl n_Er der Erregerwicklung 10 korrelierten Signals dient lediglich dazu, sicherzustellen, dass die Maximaldrehzahl nicht überschritten wird. Anstelle des Signals könnte auch ein Signal zugeführt werden, das mit der Motordreh­ zahl korreliert ist, da gewöhnlich die Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 mit der Drehzahl n_M des Motors in einem festen Verhältnis steht.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 bietet insbesondere den Vorteil, dass sie eine sogenannte "Add-On-Lösung" darstellt, d. h. durch Hinzufügen der Bauteile 24 und 20 einschließlich ihrer entsprechenden Verbindungen sowie Erzeugen bzw. Abgreifen der ohnehin in einer Motorsteuerung vorhandenen, dem Hochsetzsteller 20 zugeführten Signale kann eine bestehende nach dem Stand der Technik bekannte Stromerzeugungsvorrichtung um die erfindungsgemäße Lösung erweitert werden. Ein Ausfall des Hochsetzstellers 20 verhindert die Funktionsweise nicht. Aufgrund der an der Entkopplungsdiode 24 abfallenden Diodenspannung kann jedoch nicht die volle Batteriespannung 16 an die Erregerwicklung 10 bereitgestellt werden.

Zur Funktion der Vorrichtung gemäß Fig. 1: Wird im Kraftfahrzeug ein Strombedarf festgestellt, der durch Anlegen der von der Fahrzeugbatterie 16 bereitgestellten Spannung über den Schalter 22 an die Erregerwicklung 10 selbst bei durch die Steuerungsvorrichtung 26 optimiertem Tastverhältnis nicht mehr erbracht werden kann, so wird, sofern die Kühlwassertemperatur T_KW des Generators 12 und die Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 dies erlauben, eine höhere Spannung als die der Fahrzeugbatterie 16 (abzüglich der Diodenspannung der Entkopplungsdiode 24) dem Schalter 22 zugeführt. Die Bereitstellung eines Generatorstroms I_G, der über dem Maximalstrom liegt, der bei Speisung aus der Fahrzeugbatterie 16 möglich wäre, kann auf verschiedenste Weise durch Variation der Ausgangsspannung des Hochsetzstellers 20 und des von der Steuervorrichtung 26 erzeugten Tastverhältnisses der Spannung U_Er erfolgen. Steigt infolge der erhöhten Stromabgabe die Kühlwassertemperatur T_KW des Generators 10, 12 an oder geht der Strombedarf zurück, so kann dem durch eine andere Ausgangsspan­ nung des Hochsetzstellers 20 und/oder ein anderes Tastverhältnis der Spannung U_Er Rechnung getragen werden.

In den folgenden Figuren betreffen gleiche Bezugsziffern wie in Fig. 1 gleiche Bauteile und werden daher nicht nochmals beschrieben. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Schalter 22 nur mit dem DC/DC- Wandler 20 verbunden. Eine Kopplung des Schalters 22 mit der Fahrzeugbatterie 16 liegt nicht vor. Damit lässt sich die Ausführungsform gemäß Fig. 2 zwar preisgünstiger realisieren als die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform, jedoch führt ein Ausfall des DC/DC-Wandlers 20 zum Ausfall des Gesamtsystems.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform umfasst das Fahrzeug eine zweite Fahrzeugbatterie 16' mit höherer Ausgangsspannung als die erste Fahrzeugbatterie 16. Zum Laden der Fahrzeugbatterie 16' ist ein zweiter Generator 12' vorgesehen. Die Koppelvorrichtung 14 umfasst eine Umschaltvorrichtung 28, der Signale zugeführt werden, die mit der Kühlwassertemperatur T_KW des Generators 12 sowie der Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 korreliert sind. Wenn nun die Kühlwassertemperatur T_KW des Generators 10, 12 sowie die Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 dies erlauben, kann durch einen Schaltvorgang der Umschaltvorrichtung 28 bewirkt werden, dass die Erregerwicklung 10 des Generator 10, 12 zur Bereitstellung eines höheren Stroms aus der Fahrzeugbatterie 16' gespeist wird. Alternativ zur dargestellten Variante, bei der die Batterie 16 eine geringere Ausgangs­ spannung bereitstellt als die Batterie 16', ist es selbstverständlich möglich zwei Batterien identischer Ausgangsspannung zu verwenden und derart zu verschalten, dass die Umschaltvorrichtung zwischen der Ausgangsschaltung einer Batterie und der Ausgangspannung einer Serienschaltung aus beiden Batterien hin- und herschaltet. Weiterhin ist es möglich, die Fahrzeugbatterie 16' durch einen Kondensator zu ersetzen, an dessen Ausgang eine höhere Spannung bereitgestellt wird, als die Ausgangsspannung der Fahrzeugbatterie 16.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform stellt die Fahrzeugbatterie 16' ebenfalls eine größere Ausgangsspannung bereit als die Fahrzeugbatterie 16. Zwischen dem Schalter 22 und der Fahrzeugbatterie 16' ist in der Koppelvorrichtung 14 ein Tiefsetzsteller 30 angeordnet, dem Signale zugeführt werden, die einerseits mit der Kühlwassertemperatur T_KW des Generators, andererseits mit der Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 korreliert sind. Eine Verbindung des Schalters 22 mit der Fahrzeugbatterie 16 liegt nicht vor. Je nach Strombedarf wird, sofern die Kühlwassertemperatur T_KW des Generators 10, 12 und die Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 dies erlauben, die von der Batterie 16' bereitgestellte Ausgangsspannung im Zusammenspiel mit der Steuerschaltung 26 des Schalters 22 in geeigneter Weise modifiziert. Anstelle des Tiefsetzstellers 30 kommt auch ein Spannungsteiler in Betracht, entweder mit festen Teilungsverhältnis, wobei die entscheidende Modifikation dann durch die Steuerschaltung 26 bewirkt wird, oder mit variablem Teilungsverhältnis, wobei dann die Steuerschaltung 26 das Tastverhältnis der an der Erreger­ wicklung 10 anliegenden Spannung U_Er modifizieren kann, jedoch nicht muss. Aufgrund seiner geringeren Verlustleistung wird jedoch der Tiefsetzsteller 30 bevorzugt.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform liegt am Schalter 22 grundsätzlich eine konstante Spannung U_E an, die von einem Hochsetzsteller, einer Fahrzeugbatterie, einem Kondensator und dergleichen bereitgestellt werden kann und deren Wert über der von der Fahrzeugbatterie 16 bereitgestellten Ausgangsspannung liegt. Der Steuervorrichtung 26 werden Signale zugeführt, die mit der Kühlwassertemperatur T_KW des Generator und der Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 korreliert sind. Durch entsprechende Ansteuerung des Schalters 22 wird eine Variation des Tastverhältnisses der Spannung U_Er bewirkt, die sich in einer Variation des vom Generator 10, 12 bereitstellbaren Stroms niederschlägt.

In Fig. 6 ist der Verlauf des vom Generator 10, 12 bereitgestellten Stroms I_G in Abhängigkeit von der Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10, und zwar für eine Umgebungstemperatur T_Umg = 23°C, einer Temperatur T_KW des Kühlwassers des Generators 10, 12 von 40°C sowie einer Spannung an der Erregerwicklung von 13,5 V dargestellt. 13,5 V ist typischerweise die Spannung, die von einem vollbelasteten Generator bereitgestellt werden kann. Bei einer Drehzahl n_Er von 1800 U/min ergibt sich ein Strom I_G von 120 A, während bei einer Drehzahl von n_Er = 6000 U/min ein Strom I_G von 195 A bereitgestellt wird.

Fig. 7 zeigt die Abhängigkeit des Generatorstroms I_G von der Zeit t ebenfalls für eine Umgebungstemperatur T_Umg von 23°C bei einer Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 von 1800 U/min. Gegenüber der Darstellung in Fig. 6 beträgt die an der Erregerwicklung 10 anliegende Spannung U_Er nunmehr 25 V, wobei die Bordnetzspannung nach wie vor 13,5 V beträgt, die Kühlwassertemperatur T_KW 60°C. Dem Diagramm kann entnommen werden, dass im Vergleich zu Fig. 6, bei der bei 1800 U/min lediglich ein Strom I_G von 120 A bereitgestellt werden konnte, nunmehr ein maximaler Generatorstrom I_G von mehr als 200 A von Generator 10, 12 geliefert werden kann. Dies entspricht einem Zuwachs von mehr als 70 Prozent.

Fig. 8 korrespondiert mit Fig. 7, wobei die Umgebungstemperatur T_Umg ebenfalls 23°C, die Kühlwassertemperatur T_KW ebenfalls 60°C beträgt. Im Gegensatz zu den Werten von Fig. 7 beträgt die Spannung U_Er an der Erregerwicklung 10 nunmehr 18 V, wobei die Bordnetzspannung nach wie vor 13,5 V beträgt, die Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 6000 U/min. Im Vergleich mit Fig. 6, bei der der Maximalstrom I_G bei einer Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 von 60010 U/min ca. 195 A betrug, kann mit den Einstellungen gemäß Fig. 8 vom Generator 10, 12 nunmehr ein maximaler Strom I_G von ca. 310 A bereitgestellt werden. Der Zuwachs beträgt nahezu 60 Prozent.

Obwohl die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele grundsätzlich so ausgeführt sind, dass Möglichkeiten vorgesehen sind, der Erregerwicklung 10 eine Spannung bereitzustellen, die über der von der gewöhnlich vorhandenen Fahrzeugbatterie 16 lieferbaren Ausgangsspannung liegt, lässt sich die Erfindung auch sinnvoll einsetzen, wenn nur die von der Fahrzeugbatterie 16 gelieferte Spannung bereitsteht. Durch Berücksichtigung von Betriebs­ parametern des Drehstromgenerators, beispielsweise einer Temperatur des Drehstromgenerators, insbesondere einer Temperatur T_KW des Kühlwassers eines wassergekühlten Drehstromgenerators, und/oder der Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 des Generators kann sichergestellt werden, dass keine Überlastung des Generators 10, 12 auftritt. Dies resultiert in einer langen Lebensdauer des Generators 10, 12, wobei dennoch der im jeweiligen Betriebszustand ohne Beeinträchtigung maximal mögliche Strom I_G vom Generator 10, 12 verfügbar gemacht wird.

Mischvarianten der einzelnen dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen sind von dem Erfindungsgedanken umfasst. Weiterhin ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass anstelle eines Signals, das mit der Drehzahl n_Er der Erregerwicklung fest korreliert ist, ein Signal verarbeitet werden kann, das mit der Drehzahl n_M des Motors korreliert ist. Gewöhnlich liegt das letztgenannte Signal in herkömmlichen Motorsteuerungen bereits vor, so dass kein zusätzlicher Aufwand betrieben werden muss, um die Drehzahl n_Er der Erregerwicklung zu bestimmen.

Es kann vorgesehen werden, dass die entsprechenden Änderungen der Parameter der an der Erregerwicklung 10 anliegenden Spannung U_Er nur dann vorgenommen werden, wenn festgestellt wird, dass der Generator 10, 12 sich im Bereich seiner Maximalauslastung bewegt. Dieser Zustand kann durch Auswertung des Dynamofeldsignals, das gewöhnlich in einer Motorsteuerung abgreifbar ist, festgestellt werden.

Obwohl in allen dargestellten Ausführungsformen der Schalter 22 an der High- Side angeordnet ist, kann er auch an der Low-Side der Erregerwicklung 10 angeordnet werden, ohne dass dies von Einfluss wäre auf die vorliegende Erfindung.

Je nach Ausführung des Drehstromgenerators 10, 12 kann die Drehzahl des Generators bei rotierender Erregerwicklung 10, wie in den Ausführungsbeispielen dargestellt, die Drehzahl n_Er der Erregerwicklung 10 sein oder bei feststehender Erregerwicklung 10 beispielsweise die Drehzahl des Weicheisenkerns.

Claims (21)

1. Vorrichtung zum Erzeugen von Strom in einem Kraftfahrzeug umfassend einen Drehstromgenerator (10, 12) mit einer Erregerwick­ lung (10) und eine Vorrichtung zum Koppeln (14) einer Spannung an die Erregerwicklung (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelvorrichtung (14) ein erstes Betriebsparametersignal (T_KW; n_G; n_Er) zugeführt wird, das mit einem ersten Betriebsparameter (T_KW; n_G; n_Er) des Drehstromgenerators (10, 12) korreliert ist, wobei mindestens ein Parameter der an die Erregerwicklung gekoppelten Spannung (U_Er) ab­ hängt von dem ersten Betriebsparametersignal (T_KW; n_G; n_Er).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebsparameter des Drehstromgenerators eine Temperatur (T_KW) des Drehstromgenerators (10, 12) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehstromgenerator ein wassergekühlter Drehstromgenerator ist und die Temperatur des Drehstromgenerators (10, 12) die Temperatur (T_KW) seines Kühlwassers ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelvorrichtung (14) ein zweites Betriebsparametersignal (n_G; n_Er; T_KW) zugeführt wird, das mit einem zweiten Betriebsparameter (n_G; n_Er; T_KW) des Drehstromgenerators (10, 12) korreliert ist, wobei der zweite Betriebsparameter eine Drehzahl (n_G) des Drehstromgenerators, insbesondere die Drehzahl (n_Er) seiner Erregerwicklung (10, 12) ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Spannungsparameter die Amplitude und/oder das Tastverhältnis ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelvorrichtung (14) weiterhin ein Betriebsparametersignal zugeführt wird, das mit der Drehzahl (n_M) des Motors korreliert ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelvorrichtung (14) weiterhin ein Betriebsparametersignal zugeführt wird, das mit dem Strombedarf des vom Drehstromgenerator gespeisten Stromnetzes korreliert ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelvorrichtung (14) einen DC/DC-Wandler (20; 30) umfasst, dem zumindest das erste Betriebsparametersignal (T_KW; n_Er) zugeführt wird, und dessen Ausgangssignal an die Erreger­ wicklung (10) gekoppelt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler ein Hochsetzsteller (20) ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Ausgangssignal des Hochsetzstellers (20) auch ein mit dem Eingangssignal des Hochsetzstellers (20) korreliertes Signal an die Erregerwicklung (10) gekoppelt ist, wobei die Koppelvorrichtung (14) eine Entkoppeldiode (24) zur Entkopplung der beiden der Erregerwicklung (10) zugeführten Signale umfasst.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Wandler ein Tiefsetzsteller (30) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens zwei elektrische Energiequellen (16, 16') aufweist und am Eingang des Tiefsetzstellers (30) eine Spannung anliegt, die größer ist als die kleinste Spannung aller elektrischen Energiequellen (16, 16').

13. Vorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelvorrichtung (14) eine Schaltvorrichtung (28) umfasst, der zumindest das erste Betriebsparametersignal (T_KW; n_Er) zugeführt wird, und die ein Koppeln von Spannungen unterschiedlicher Amplitude an die Erregerwicklung (10) ermöglicht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungen unterschiedlicher Amplitude von mindestens einer ersten und einer zweiten elektrischen Energiequelle (16, 16') bereitgestellt werden.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite elektrischen Energiequelle (16, 16') gleiche oder unter­ schiedliche Spannung aufweisen.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerwicklung (10) einerseits fortwährend ein erstes Signal zugeführt wird, das mit einer Spannung niedriger Amplitude korreliert ist, und andererseits in Abhängigkeit des mindestens einen der Schaltvorrichtung (28) zugeführten Betriebsparameters ein zweites Signal höherer Amplitude, wobei die Koppelvorrichtung (14) eine Entkoppeldiode (24) zur Entkopplung der beiden der Erregerwicklung (10) zugeführten Signale umfasst.

17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelvorrichtung (14) einen Schalter (22) umfasst, der von einer Steuerungsvorrichtung (26) angesteuert wird, wobei der Schalter (22) und die Steuervorrichtung (26) zusammenwir­ ken, um das Tastverhältnis der an die Erregerwicklung (10) gekoppelten Spannung zu variieren.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelvorrichtung (14) einen Eingang aufweist, über den eine Spannung (U_E) an die Erregerwicklung (10) koppelbar ist, wobei zwischen diesem Eingang und Masse neben der Erregerwicklung (10) zumindest ein Schalter (22) angeordnet ist, und die Koppelvorrichtung eine Steuerungsvorrichtung (26) aufweist, der zumindest das erste Betriebsparametersignal (T_KW) zugeführt wird, und mit der in Abhängigkeit dieses Betriebsparametersignals das Tast­ verhältnis der an die Erregerwicklung (10) koppelbaren Spannung (U_Er) steuerbar ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die am Eingang der Koppelvorrichtung (14) anliegende Spannung größer ist als die an einer Ständerwicklung des Generators anliegende Spannung.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die am Eingang der Koppelvorrichtung (14) anliegende Spannung von einer weiteren elektrischen Energiequelle (16, 16'), insbesondere einem Hochsetzsteller (20) bereitgestellt wird.

21. Verfahren zum Erzeugen von Strom in einem Kraftfahrzeug folgende Schritte umfassend:

• - Bestimmen eines ersten Betriebsparameters (T_KW; n_Er) eines Drehstromgenerators (10, 12);
• - Koppeln einer Spannung an die Erregerwicklung (10) des Drehstromgenerators (10, 12), wobei mindestens ein Parameter der Spannung abhängt von dem ersten Betriebsparameter (T_KW; n_Er),
• - Bereitstellen von Strom am Ausgang des Drehstromgenerators (10, 12).