DE10338160A1

DE10338160A1 - Spannungsversorgungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10338160A1
Application number: DE10338160A
Authority: DE
Inventors: Josef Winkler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-08-20
Filing date: 2003-08-20
Publication date: 2005-03-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Spannungsversorgungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die mindestens zwei Generatoren (11, 12) aufweist, wobei der eine Generator (11) zur Versorgung eines ersten Bordspannungsnetzes (3) und der zweite Generator (12) zur Versorgung eines zweiten Bordspannungsnetzes (2) mit elektrischer Energie dient, dadurch gekennzeichnet, dass beide Generatoren (11, 12) auf einer gemeinsamen Welle (101) angeordnet sind und die vom zweiten Generator (12) erzeugbare Generatorspannung höher ist als die vom ersten Generator (11) erzeugbare Generatorspannung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungsversorgungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
In Kraftfahrzeugen hat die Anzahl von Verbrauchern und insbesondere Hochleistungsverbrauchern zugenommen. Dies hat das Problem der Bereitstellung und des Transports hoher Ströme in dem herkömmlichen 14V-Bordspannungnetz aufgeworfen. Diese Probleme wurden durch die gezielte Auslegung von Bauteilen, wie Steckern und Schaltern adressiert. Weitere Entwicklungen hingegen, wie beispielsweise die elektromechanische Bremse, sind mit einem 14V-System allerdings nur schwierig, wenn überhaupt zu realisieren. Zum anderen können einige Verbraucher, die in der Regel von dem 14V-Bordspannungsnetz versorgt werden, nicht mit einem 42V-System betrieben werden, beispielsweise Glühlampen.
Aus diesem Grund ist es erstrebenswert, ein Zweispannungsbordnetz zu schaffen, das zum einen den Anforderungen der existierenden Technik entspricht und zum anderen den Anforderungen der modernen Technik entsprechen kann. Ein Problem, das sich bei diesen Zweispannungsbordnetzen stellt, besteht darin, dass die benötigte elektrische Energie auf einfache und zuverlässige Weise erzeugt werden muss. Zudem muss das Gewicht der Vorrichtung gering gehalten werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist somit die Schaffung einer Spannungsversorgungseinrichtung, die diesen Anforderungen gerecht wird, die einfach herzustellen und zu betreiben ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass diese Aufgabe durch eine Spannungsversorgungseinrichtung gelöst werden kann, bei der eine möglichst große Anzahl von Bauteilen, die für die Erzeugung eines ersten Span nungsniveaus notwendig sind, auch für die Erzeugung eines zweiten Spannungsniveaus genutzt werden können.

Die Aufgabe wird daher erfindungsgemäß gelöst durch eine Spannungsversorgungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die mindestens zwei Generatoren aufweist, wobei der erste Generator zur Versorgung eines ersten Bordspannungsnetzes und der zweite Generator zur Versorgung eines zweiten Bordspannungsnetzes mit elektrischer Energie dient. Hierbei sind beide Generatoren auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und die vom zweiten Generator erzeugbare Generatorspannung ist höher als die vom ersten Generator erzeugbare Generatorspannung.

Durch diese Einrichtung können somit zwei unterschiedliche Spannungsniveaus erzeugt werden, wobei der Antrieb der beiden Generatoren über eine einzige Welle erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass die Konstruktion der Einrichtung einfach ist. Zudem können außer der Welle weitere Bauteile für beide Generatoren gemeinsam verwendet werden. So kann beispielsweise eine Wasserkühlung und das Generatorgehäuse für beide Generatoren gleichzeitig dienen. Hierdurch wird zum einen das Gewicht der Spannungsversorgungseinrichtung verringert und zum anderen die Baugröße der Spannungsversorgungseinrichtung minimiert.

Vorzugsweise ist die gemeinsame Welle der beiden Generatoren der Kurbelwelle des Kraftfahrzeuges zugeordnet. Die Generatorwelle kann hierbei eine separate Welle darstellen, die beispielsweise über einen Riemenantrieb von der Kurbelwelle angetrieben wird. Alternativ können die Generatoren aber auch zwischen der Kurbelwelle und dem Getriebe integriert sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Spannungsversorgungseinrichtung mindestens zwei Regler. Der erste Regler ist hierbei dem ersten Generator und der zweite Regler dem zweiten Generator zugeordnet. Die Regler sind hierbei so ausgelegt, dass diese unterschiedliche Sollwerte für die Ausgangsspannung der beiden Generatoren erzeugen können. Durch das separate Regeln der Generatoren kann erzielt werden, dass die Generatorspannung und dadurch die an das Bordnetz abgebbare Spannung auf die von dem jeweiligen Bordnetz geforderte Spannung eingeregelt werden kann.

Vorzugsweise sind die Generatoren so ausgelegt, dass die Anzahl der Windungen der Wicklung des ersten Generators sich von der Anzahl der Windungen der Wicklung des zweiten Generators unterscheidet. Hierdurch wird die Generatornennspannung der beiden Generatoren bereits auf unterschiedliche Werte festgelegt. Zusätzlich kann auch bei dieser Ausgestaltung die weitere Einstellung der von den Generatoren abzugebenden Spannung mittels separater Regler vorgenommen werden.

In einer Ausführungsform kann die Anzahl der aktiven Windungen mindestens eines der Generatoren verändert werden. Hierdurch kann erneut das mit dem Generator zu erzielende Spannungsniveau variiert werden.

In einer Ausführungsform beträgt die Generatorspannung des ersten Generators 14V und die Generatorspannung des zweiten Generators 42V. Hierbei kann vorzugsweise die Spannung des zweiten Generators auf Werte zwischen 14 und 42V geregelt werden.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren, die nicht beschränkende Ausführungsformen wiedergeben, genauer erläutert. Es zeigen:
1: ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungseinrichtung; und
2: eine schematische Schnittansicht durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungseinrichtung.
In 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungseinrichtung 1 schematisch in einem Blockschaltbild dargestellt. Die Spannungsversorgungseinrichtung 1 umfasst zwei Generatoren 11 und 12, sowie zwei Regler 13 und 14. Der erste Regler 13 ist dem ersten Generator 11 zugeordnet und kann somit über die Einstellung des Erregerstroms der Erregerwicklung des ersten Generators 11 die Generatorleistung auf einen gewünschten Wert einregeln. Die von dem Generator über die Ständerwicklung abgegebene Spannung wird über eine Gleichrichterplatte (nicht dargestellt) geleitet, wodurch eine Spannung erzeugt wird, die einem ersten Bordspannungsnetz 3 zugeführt werden kann.
In der dargestellten Ausführungsform sind in dem ersten Bordnetz ein Verbraucher, z.B. eine Lampe, und ein Motor, z.B. der Startermotor, angeordnet.
Die von dem zweiten Generator 12 erzeugte Spannung wird entsprechend über einen zweiten Regler 14 auf vorgegebene Sollwerte eingeregelt. Diese Spannung wird über eine Gleichrichterplatte (nicht dargestellt) in Gleichstrom gewandelt, so dass diese einem zweiten Bordspannungsnetz 2 zugeführt werden kann. In der dargestellten Ausführungsform beträgt die von dem Generator 12 erzeugte Spannung bis zu 42V. Somit können in dem zweiten Bordspannungsnetz 3 Verbraucher, wie PTC-Heizelemente, versorgt werden. Diese können beispielsweise der Schnellheizung oder der Scheibenenteisung dienen. Es ist auch möglich, einen Kondensator, wie beispielsweise einen SuperCap, zur Rekuperation von Bremsenergie oder kinetischer Energie des Fahrzeugs in das zweite Bordspannungsnetz zu integrieren. Schließlich kann durch den zweiten Generator auch eine elektronische Lenkung, die bei 22 bis 42V betrieben wird, gespeist werden.
Die Bordspannung in dem ersten Bordspannungsnetz 3 kann beispielsweise auf 14V festgelegt sein. In diesem Netz 3 können daher Verbraucher gespeist werden, die bei diesen niedrigen Spannungen betrieben werden können. In dem zweiten Bordspannungsnetz kann die Spannung zwischen 14V und 42V geregelt werden. Hierdurch wird es möglich, in diesem Netz 3 Verbraucher zu betreiben, die eine Spannung von beispielsweise 20 bis 42V oder 22 bis 42V benötigen.
Unter Bezugnahme auf die 2 wird im Folgenden der Aufbau einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungseinrichtung genauer erläutert.
In dem Generatorgehäuse 10 ist eine Welle 101 gelagert, die an einem Ende eine Riemenscheibe aufweist. Über diese Riemenscheibe 102 kann die Welle 101 mit einer angetriebenen Welle (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise der Kurbelwelle (nicht dargestellt), über einen Riemen verbunden werden. Auf der Generatorwelle 101 sind zwei Generatoren 11 und 12 vorgesehen. Jeder der Generatoren 11 und 12 umfasst eine Erregerwicklung 111, 121 und eine Läuferwicklung 112 und 122. Die Erregerwicklungen 111, 121 der beiden Generatoren 11, 12 sind starr miteinan der verbunden. Über Schleifkontakte stehen die Erregerwicklungen 121, 111 der beiden Generatoren 11, 12 jeweils mit einem Regler 13, 14 in Verbindung. Die Läuferwicklungen 112, 122 sind jeweils mit einer Gleichrichterplatte 15, 16 verbunden, über die der Drehstrom der Generatoren mittels Diodenschaltung in einen Gleichstrom einer bestimmten Spannung umgewandelt wird. Wird die Anzahl der Windungen der Wicklung des einen Generators beispielsweise dreimal höher gewählt als die Anzahl der Windungen der Wicklung des anderen Generators, so kann bei Reduktion der Leitungsquerschnitte eine Spannung von 42V an das eine Bordnetz geliefert werden.
Eine Wasserkühlung (nicht dargestellt), die um die Läufer der Generatoren vorgesehen sein kann, kann bei diesem Aufbau der Spannungserzeugungseinrichtung für beide Generatoren gleichzeitig dienen.
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Generator ist für eine erfindungsgemäße Spannungsversorgungseinrichtung lediglich eine Baulängen-Vergrößerung um 85 mm auf beispielsweise 250 mm notwendig. Dies ist im Vergleich zu dem Vorsehen zweier getrennter Generatoren eine erhebliche Platzeinsparung und zudem kann das Gewicht erheblich verringert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. So ist es beispielsweise möglich, zwei identische Generatoren mit der gleichen Anzahl an Windungen auf einer gemeinsamen Welle anzuordnen. In diesem Fall wird der Unterschied in den von den Generatoren ausgegebenen Spannungen durch die Regler und deren Einstellung erzielt. Auch die Regler können beide einen identischen Aufbau aufweisen und sich lediglich durch die eingestellten Sollwerte unterscheiden.

Claims

Spannungsversorgungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die mindestens zwei Generatoren (11, 12) aufweist, wobei der eine Generator (11) zur Versorgung eines ersten Bordspannungsnetzes (3) und der zweite Generator (12) zur Versorgung eines zweiten Bordspannungsnetzes (2) mit elektrischer Energie dient, dadurch gekennzeichnet, dass beide Generatoren (11, 12) auf einer gemeinsamen Welle (101) angeordnet sind und die vom zweiten Generator (12) erzeugbare Generatorspannung höher ist als die vom ersten Generator (11) erzeugbare Generatorspannung.
Spannungsversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Welle (101) der Kurbelwelle des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist.
Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens zwei Regler (13, 14) umfasst und der erste Regler (13) dem ersten Generator (11) und der zweite Regler (14) dem zweiten Generator (12) zugeordnet ist.
Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Windungen der Wicklung des ersten Generators (12) sich von der Anzahl der Windungen der Wicklung des zweiten Generators (11) unterscheidet.
Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der aktiven Windungen mindestens eines der Generatoren (11, 12) verändert werden kann.
Spannungsversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorspannung des ersten Generators (11) 14V beträgt und die Generatorspannung des zweiten Generators (12) 42V beträgt.