专利名称：用于电机的控制装置和用于控制装置的运行方法
用于电机的控制装置和用于控制装置的运行方法
现有技术本发明涉及一种用于机动车中的内燃机的电机、尤其是起动器发电机或起动器的电子控制装置，包括控制机构和具有脉冲逆变器的电路装置。本发明还涉及一种用于电子控制装置的运行方法，尤其是前面所述的用于机动车中的内燃机的电机、尤其是起动器发电机或起动器的电子控制装置，其包括控制机构和具有脉冲逆变器的电路装置。在起动机动车中的内燃机时，起动器电机需要高的功率和尤其是高的电流，该电流可以达1000安培或更高。这种电流在常规的车载电网拓扑结构中由电池供给。在此情况下，高的尖峰电流引起起动器马达的高的脉冲形式的起动力矩，因此也引起高的机械负荷和对车载电网中的电压的干扰。已知将起动器发电机用于内燃机，并且除其他情况下以外也用于在起动一停止系统中的热起动，其中，这种起动器发电机设计用于14V车载电网。起动器发电机不仅用作起动器马达而且用作机动车中的发电机。在一定的情况下，对于冷起动要设置附加的常规起动机。在起动器发电机的以发电机模式通过内燃机驱动的运行情况下，车载电网由起动器发电机供给电能并且尤其是也对电池充电。为了运行机动车中的起动器发电机，需要电子装置，例如具有功开关、大多数是半导体元器件的脉冲逆变器，其中，脉冲逆变器，尤其是功率开关，通过控制机构进行控制。DE10330703A1描述一种发电机，它除了包括一个电机以外还包括调节器和脉冲逆变器，并且在它的输出端上附加地连接有DC/DC转换器，以便产生用于运行车载电网上的负载的希望的额定电压，例如14V。此外在车载电网上还连接有用于控制脉冲逆变器的控制
ο本发明的任务是改进开头所述类型的电子控制装置和运行方法，以减少材料、部件和安装费用。本发明的公开
按照本发明，该任务通过权利要求1和6的内容解决。从属权利要求限定本发明的优选的改进方案。本发明发一个构思是，控制装置在一个结构单元中包括脉冲逆变器、所属的控制机构和DC/DC转换器。因此可以在有利的电路拓扑结构中将不同的功能组组合成结构单元。此外，该任务通过一种用于一种最好前述的控制装置的运行方法解决，在该方法中，不仅脉冲逆变器而且DC/DC转换器都由控制机构控制，从而只需要一个惟一的控制机构来控制至少两个功能组，即脉冲逆变器和DC/DC转换器。不仅通过该控制装置而且通过该运行方法可以减少材料、部件和/或安装费用以及控制装置的重量。尤其是可以通过该结构单元将脉冲逆变器，所属的控制机构和DC/DC转换器构造成一个模块1，尤其是在一个公共的外壳中。由此降低材料和制造费用并且控制装置本身可以简单地安装。优选地，脉冲逆变器和DC/DC转换器通过一个公共的电路装置实现，例如在一个实施方式中，通过相互连接的、具有电子元器件电路板，或最好通过一种电路板，其分别至少部分地包括所述脉冲逆变器和DC/DC转换器，来实现。因此降低材料和制造费用和控制
装置的重量。电子控制装置尤其是被用于运行起动器、发电机和/或，以特别优选的方式，用于运行机动车中的内燃机的起动器发电机。特别是在机动车中，具有紧凑的结构形式的控制装置是有利的，其在一个结构单元中包括不同的功能组，以便通过降低材料和部件费用来节省重量或者也在安装中或在机动车的维护工作中降低安装费用。此外形成结构空间的减小。以下说明DC/DC转换器的各种转换方式和方向，它们分别单独地或以任意的组合优选作为实施方式，其中，在后面指出另外的优点，尤其是结合蓄能器。通过DC/DC转换器可以将机动车的车载电网直流电压转换成另一个直流电压。因此，脉冲逆变器在高于一个车载电网电压的电压下运行，例如为了提高效率或也同时经DC/ DC转换器向车载电网供给电功率，并且是在一个相对于脉冲逆变器减小的车载电网电压下，例如在大约14V下。借助于DC/DC转换器可以将车载电网的一个直流电压转换成另一个直流电压，以便由车载电网电压产生一个与车载电网电压不同的电压，该电压也可以用于向控制装置的另外的部件，尤其是电路装置，供给电能或也向机动车供给电能，即被用在控制装置外部。 因此一个附加的功能被集成到该电子控制装置中并且在此情况下减少了材料、部件或安装的费用。此外可以借助于DC/DC转换器将一个直流电压转换成车载电网的一个直流电压。 因此可以由一个直流电压源对车载电网进行供给，该直流电压源提供与车载电网电压不同的电压，由此将另一个功能集成到电子控制装置的结构单元中。最好借助于DC/DC转换器将一个直流电压降压。因此，为了较高的效率例如可以使起动器发电机以相对于车载电网电压提高的电压运行并且由起动器发电机获取的直流电压被降低到一个合适的车载电网电压。此外优选的是，借助于DC/DC转换器将一个直流电压升压。在此情况下，不仅一个低于车载电网电压的电压被升高到车载电网电压，例如为了向车载电网供给电能，而且将车载电网电压升高到另一个，更高的直流电压，例如为了运行高电压负载，提高效率或降低线路损失。按照一个优选的实施方式，电路装置包括至少一个电子装置，尤其是控制机构，它不仅与脉冲逆变器而且与DC/DC转换器一起工作。因此，可以实现该装置的多种利用，从而降低材料、部件和/或安装费用并且因此也降低重量。此外优选的是，功率开关，尤其是晶体管，例如MOSFET不仅是脉冲逆变器的组成部分而且也是DC/DC转换器的组成部分。通过减少需要的功率开关的数量可以降低控制装置的制造成本或也可以减少安装费用，因为在功率开关中布线采取特别的排热措施。电路装置最好包括开关装置，尤其是电子开关，例如M0SFET，用于电子蓄能器。因此，该蓄能器在需要时可以与控制装置连接或分开，例如为了从蓄能器(功率存储器)提取能量或对蓄能器加载能量。此外可以防止由于蓄能器通过开关装置的泄漏电流使车载电网上的电池耗尽，尤其是在机动车停止期间。此外，可以分离有故障的蓄能器。因此，控制装置承担一个附加的功能，即控制来自或通向蓄能器的能量流动。蓄能器最好包括双层电容器。双层电容器适用于短时期地接收或放出能量，从而其也可以在机动车的起动一停止系统中有利地使用，例如其中在起动内燃机时向车载电网或电机，尤其是起动器发电机或起动器，供给电能。通过利用控制装置进行相应的控制，蓄能器和/或车载电网电池可以用于提高内燃机的功率，一种所谓的主动提高，其中，由电机向机动车输入附加的运动能，其辅助内燃机的驱动，例如其中与内燃机耦联的起动器发电机或起动器被作为马达用来自蓄能器或电池的电能驱动。此外，借助于控制装置也可以实现一种所谓的被动的提高，其中在内燃机运行期间，由内燃机驱动的电机，尤其是起动器发电机，作为发电机被去激活，即没有电能从该发电机中取出。因此，由内燃机产生的运动能中的用于驱动机动车部分被提高。最好在这个阶段期间具有电负载的车载电网由蓄能器和/或常规电池供给。按照一个优选的实施方式，控制装置的电路装置在结构单元中也包括蓄能器，尤其是至少一个双层电容器。因此，蓄能器的功能紧凑地和/或节省重量地集成在控制装置中并且尤其也降低安装费用。最好在回收期间将能量储存到蓄能器和/或电池中。因此，例如可以在制动机动车期间将运动能借助于电机，尤其是起动器发电机，转变成电能并且储存在蓄能器，最好双层电容器中。储存的能量可以然后供给到用于电负载的车载电网中或者也可以输送给电机，尤其是起动器或起动器发电机，例如在起动一停止系统中用于起动内燃机或也可以用于在机动车加速过程期间对内燃机的功率支持。优选的是，在回收期间升高脉冲逆变器上的输出电压，以便尽可能有效地对蓄能器，尤其是双层电容器，充电。此外，优选的是，在此情况下此外车载电网经DC/DC转换器被供给能量，尤其是其中在脉冲逆变器上的被升高的输出电压被降低到一个较低的车载电网电压，例如14V或28V。因此，在对蓄能器充电期间通过相对于车载电网升高电压可以提高效率，并且此外可以将电负载在车载电网电压水平上通电。此外优选的是，将蓄能器的直流电压升高到车载电网的直流电压，以便将蓄能器放电到低于车载电网电压，尤其是为了在回收期间在蓄能器中储存更多的能量。按照一个特别优选的实施方式，电机，蓄能器和/或也包括脉冲逆变器在一个相对于车载电网电压提高的电压下运行，并且最好在大约两倍、三倍或四倍的车载电网电压下，其中借助于DC/DC转换器将尤其是由于电池馈送的车载电网的直流电压转换成，即升高到一个提高的电压。因此，电机和/或蓄能器的效率被提高，并且通过用提高的电压运行起动器发电机或起动器，例如可以使起动过程更容易。为了电压转换，控制装置可以包括多个并联的DC/DC转换器，它们分别也可以称为一个相，以便在一个要转换的总电流下降低单个DC/DC转换器的电流负荷。因此，可以使用具有较小的功率开关和较小的电感的DC/DC转换器，因为增大的电流负荷要求对元器件的超比例的尺寸设计，因为在电流改变时电流负荷以平方升高或降低。因此可以降低控制装置的制造成本和重量。在另一个优选实施方式中，电路装置包括用于桥接DC/DC转换器的跨接开关装置。跨接开关装置可以是半导体开关或继电器并且最好是闭合的，当脉冲逆变器处于车载电网电压水平上时，从而通过该桥接减少在DC/DC转换器上的电损失，因为在此情况下不需要通过DC/DC转换器进行电压转换。优选的是，尤其是借助于脉冲逆变器，限制电机的，其尤其是在作为内燃机的起动器马达运行时，的运行电流，尤其是交流电流，并且例如是在内燃机的冷起动或也在热起动时，尤其是在起动一停止系统中。在此情况下，电机用作在起动过程中的用于起动内燃机的马达。通过电流的限制，降低了车载电网中的电压干扰的危险并且减少在对车载电网负载供电时的干扰。此外优选的是，如果为了内燃机的冷起动除了起动器发电机以外还附加地需要一个起动机，尤其是常规起动机，那么该起动机经脉冲逆变器，尤其是以直流电流，被定时地控制，以便限制该附加的起动机的起动电流。在此情况下要保证，在转动马达时，尤其是利用该附加的起动机时，起动器发电机不向脉冲逆变器中馈入任何电能，并且是通过例如将起动器发电机的激励电流设置成零的办法。通过利用控制装置不仅起动器发电机而且该附加的起动机都尤其是被定时地控制，因此降低了部件费用。在此情况下，在起动一停止系统情况下的热起动最好经脉冲逆变器通过起动器发电机实施，即没有附加的起动机。在一个优选实施方式中，借助于电机驱动机动车的另一个与内燃机不同的机械部件。尤其是在起动一停止系统中，可以因此机械地驱动机动车的至少一个机组，例如压缩机或空调设备，如果内燃机被停止的话。显然前面所述的和以下将要说明的特征不仅可以以各给出的组合来应用，而且也可以以其它的组合应用。附图简述
以下对照附图详细说明本发明。附图中所示
图1是机动车的电网的一个示意电路图， 图2是具有DC/DC转换器的控制装置的示意电路图， 图3是具有DC/DC转换器的另一个控制装置的示意电路图， 图4是具有另一个DC/DC转换器的另一个控制装置的示意电路图， 图5是具有DC/DC转换器的另一个控制装置的示意电路图， 图6是具有DC/DC转换器的另一个控制装置的示意电路图和图7是具有DC/D转换器的另一个控制装置的示意电路图。本发明的实施方式
图1示出了机动车中的电网的一个示意电路图，机动车包括按照本发明的电子控制装置1和作为电机的起动器发电机2以及具有大约14V的车载电网电压的车载电网8。在车载电网8上连接有车载电网负载9，电池7和可选择地连接的常规起动机10。电子控制装置1包括控制机构3和在电路装置4中的脉冲逆变器5和DC/DC转换器6，它们作为一个结构单元布置在一个公共的外壳里面。控制机构3不仅控制脉冲逆变器 5而且控制DC/DC转换器6，其中，脉冲逆变器5和DC/DC转换器6基本上由布置在电路板上的电子元器件实现。控制装置1因此在功能上作为自给自足的(独立的)模块使用。机动车具有一个包括未示出的内燃机的起动一停止系统，其中，在热起动时，利用被驱动的起动器发电机2使内燃机起动，其中起动器发电机2作为电动机通过脉冲逆变器用交流电驱动(控制)。直流电驱动的起动机10，如果存在的话，被用于内燃机的冷起动。备选地，机动车也可以设计成不带有该可选用的起动机10，那么在此情况下在冷起动时内燃机用起动器发电机2起动。图2至图7各示出了一个按照本发明的控制装置1的示意图，该控制装置与起动器发电机2，电池7，蓄能器15和车载电网8电连接，车载电网8包括车载电网负载9和必要时可以经开关51切换的常规起动机10。图2至图4的起动机10分别经脉冲逆变器5定时地(周期性地)控制，而图5至图7的起动机10直接地经开关51通过电池7接通电流。在此情况下，在以下说明的控制装置1中，各至少一个脉冲逆变器5，DC/DC转换器 6，跨接开关装置(旁路开关装置)13和用于蓄能器15的开关装置14组合在一个结构单元中作为电路装置4。在全部实施例中，蓄能器15分别设计成双层电容器，并且此外电池7经车载电网8 与车载电网负载9连接，其中，按照图3至图7的实施例分别具有用于电池7和车载电网8 的控制装置1的单独的接头，用于实现相对于车载电网在导线横截面上扩大的在电池7和控制装置1之间的电缆，其用于直到1000A的高起动电流。此外，所示的控制装置1中的每个都各具有一个控制机构3该控制机构包括微型计算机11和存储器12，在该存储器中装载有用于在微型计算机11中实施的计算机程序产品，以便至少控制(为了更好的可读性没有示出)脉冲逆变器5，DC/DC转换器6，开关装置14 和跨接开关装置13。用于蓄能器15的开关装置14分别设计成半导体开关，并且具有M0SFET，经该开关控制蓄能器15，尤其是也通过在一个线性区域中运行MOSFET以调节的方式对蓄能器进行充电或放电。在此情况下，开关装置14在功能上不仅与脉冲逆变器5而且与DC/DC转换器6—起工作，为了由蓄能器15向这两者共同地或者也仅向这两者中的各一个供给能量， 或者为了将能量从这两者传导到蓄能器15中。此外，通过蓄能器15的泄漏电流可以防止在内燃机停止期间电池7耗尽或者也将有故障的蓄能器15电隔离开。控制装置1此外可以在内燃机停止期间，尤其是在起动_停止运转期间，驱动起动器发电机2，其它的机械部件，例如空调设备，其中由蓄能器15和/或也由电池7向起动器发电机2供电。图2以示意电路图显示了按照本发明的电子控制装置1的一个实施例。脉冲逆变器5被设计用于运行起动器发电机2和作为电流限制用于周期性地控制起动机10。在一个结构单元中，电路装置4除了脉冲逆变器5还包括前面所述的开关装置14， DC/DC转换器6和跨接开关装置13。在此情况下，DC/DC转换器6将车载电网8与脉冲逆变器5和用于蓄能器15的开关装置14相连接，其中，DC/DC转换器6可以利用作为跨接开关装置13的继电器被跨接，以便在DC/DC转换器6两侧电压相等情况下，亦即当车载电网电压和脉冲逆变器5上电压相等时，通过跨接转换器将经DC/DC转换器6的损失最小化。DC/DC转换器6设计成用于具有电子开关61，即具有二极管的MOSFET的降压斩波电路功能，从而利用该转换器将脉冲逆变器5和/或蓄能器15的一个直流电压降低成车载电网8的直流电压，如果车载电网8由蓄能器15或由起动器发电机2经脉冲逆变器5供电的话。起动器发电机2此时可以在相对应车载电网提高的电压水平下被运行，以便例如提高效率。此外可以通过DC/DC转换器6借助于另一个电子开关62车载电网8的直流电压降低到脉冲逆变器5上的直流电压，并且因此也降低到蓄能器15上的直流电压，以便用电池7将蓄能器15充电到车载电网电压水平。通过该第二降压斩波电路功能，蓄能器15可以使内燃机的起动更容易或者也可以减小车载电网8的电压干扰。图2的DC/DC转换器6 因此以双向的方式由两个降压斩波电路功能构造成。此外，通过将电能从蓄能器15经起动器发电机2作为附加的运动能量供给机动车或通过起动器发电机2在内燃机运行期间作为发电机被去激活并且车载电网8由蓄能器15 供电，控制装置1实现主动的和被动的提高。图3以示意电路图显示了控制装置1的另一个实施例，该控制装置尤其是在DC/DC 转换器6和跨接开关装置13上不同于在图2中显示的控制装置。在这个以及在全部以下的实施例中，跨接开关装置13分别设计成一个或在图6和图7中的两个各具有一个MOSFET的半导体开关。DC/DC转换器6在该实施例中设计成只有一个电子开关61，因此尤其是单向的，并且是为了将脉冲逆变器5和/或蓄能器15的直流电压降低到车载电网电压。图4以示意电路图显示了起动装置1的另一个实施例，它通过DC/DC转换器6的一个电子开关63而不同于图3显示的装置，该转换器由此被设计用于双向运行，并且具有一个降压斩波电路功能，以便通过开关61，如前所述那样，将脉冲逆变器5和/或蓄能器15 的电压降低到车载电网电压，并且附加地具有一个升压斩波电路功能，以便通过开关63将车载电网8的直流电压升高到脉冲逆变器5的直流电压，因此也升高到蓄能器15的直流电压，并且将蓄能器提升到一个更高的电压水平作为车载电网的电压水平。因此在内燃机的起动过程期间，起动器发电机2可以以更高的电压运行并且使下一次起动过程更容易。图5作为示意电路图显示了控制装置1的另一个实施例，它在涉及对起动机10的控制的电路装置4上不同于图4显示的控制装置。在该实施例中，起动机10尽管由控制装置1控制，但是直接地通过电池7通电流。因此，在内燃机起动时，脉冲逆变器5和尤其还有起动器发电机2保持断开状态，以便例如减少控制装置1的电流消耗并且减少车载电网 8的电压干扰。图6中示意示出的电路图与图5中示出的电路图的区别在于跨接开关装置13和 DC/DC转换器6。在该实施例中，DC/DC转换器6设计成具有开关61，62，63，S卩具有两个用于双向运行的降压斩波电路功能和一个升压斩波电路功能，并且是为了将脉冲逆变器5的， 因此也是蓄能器15的直流电压降低到车载电网8的直流电压，为了将车载电网8的直流电压升高到脉冲逆变器5的，因此也是蓄能器15的直流电压，和为了将车载电网8的直流电压降低到脉冲逆变器5的，因此也是蓄能器15的直流电压。由于在DC/DC转换器6两侧就此分别可以施加或产生不仅更高的而且更低的电压，因此跨接开关装置13包括两个半导体开关，并且是各具有极性被反向的二极管，以便防止在功率开关打开情况下经二极管的非有意的电流流动。图7中示意示出的实施例与图6中示出的实施例的区别在于DC/DC转换器6，其具有用于一个附加的升压斩波电路功能的另一个开关64，从而图7的DC/DC转换器包括用于各一个双向的运行的两个降压和升压斩波电路功能。该DC/DC转换器6因此被附加地设计用于将脉冲逆变器5的，因此也是蓄能器15的电升高到车载电网8的直流电压。因此， 蓄能器15被放电到低于车载电网电压，以便然后在回收阶段期间，尤其是在机动车制动期间，在该制动期间由起动器发电机2将运动能转换成电能，在蓄能器15中储存更多的能量。
此外，蓄能器15，即双层电容器，被集成到控制装置1的结构单元的电路装置4中， 从而降低机动车中的安装费用。全部的附图仅仅示出了示意的未按比例的视图。此外对于本发明重要的内容尤其参阅图示。
权利要求
1.电子控制装置(1)，其用于机动车中的内燃机的电机(2)，尤其是起动器发电机或起动器，包括控制机构(3)和具有脉冲逆变器(5)的电路装置(4)，其特征在于，所述控制装置 (1)包括在一个结构单元中的脉冲逆变器(5)、所属的控制机构(3)和DC/DC转换器(6)。
2.按照权利要求1所述的电子控制装置(1)，其特征在于，电路装置(4)包括至少一个电子装置，尤其是控制机构(3)，它不仅与脉冲逆变器(5)而且与DC/DC转换器(6) —起工作。
3.按照权利要求1或2所述的电子控制装置(1)，其特征在于，电路装置(4)包括用于一个蓄能器(15)的开关装置(14)。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的电子控制装置(1)，其特征在于，电路装置(4) 包括电蓄能器(15)。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的电子控制装置(1)，其特征在于，电路装置(4) 包括用于跨接DC/DC转换器(6)的跨接开关装置(13)。
6.用于尤其是按照权利要求1至5中任一项所述的电子控制装置(1)的运行方法，所述电子控制装置用于机动车中的内燃机的电机(2)，尤其是起动器发电机或起动器，包括控制机构(3)和具有脉冲逆变器(5)的电路装置(4)，其特征在于，不仅脉冲逆变器(5)而且一个DC/DC转换器(6)由所述控制机构(3)控制。
7.按照权利要求6所述的运行方法，其特征在于，利用所述DC/DC转换器(6)将车载电网(8)的直流电压转换成另一个电压。
8.按照权利要求6或7所述的运行方法，其特征在于，利用所述DC/DC转换器(6)使一个直流电压降低。
9.按照权利要求6和9中任一项所述的运行方法，其特征在于，利用所述DC/DC转换器 (6)使一个直流电压升高。
10.按照权利要求6至7中任一项所述的运行方法，其特征在于，利用所述DC/DC转换器(6)将一个直流电压转换成车载电网(8)的直流电压。
11.按照权利要求6至10中任一项所述的运行方法，其特征在于，在回收时将能量储存在一个蓄能器(15)中。
12.按照权利要求6至11中任一项所述的运行方法，其特征在于，利用所述脉冲逆变器 (5)限制电机(2)的运行电流，尤其是在作为内燃机的起动器电机运行时。
全文摘要
本发明涉及一种电子控制装置(1)，其用于机动车中的内燃机的电机(2)，尤其是起动器发电机或起动器，包括控制机构(3)和具有脉冲逆变器(5)的电路装置(4)。为了减少材料、部件和装配费用和重量，所述控制装置(1)包括在一个结构单元中的脉冲逆变器(5)，所属的控制机构(3)和DC/DC转换器(6)。
文档编号F02N11/08GK102472227SQ201080033336
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月14日 优先权日2009年7月22日
发明者普拉格 C., 雷特曼 G., 施魏加特 H., 阿贝勒 M., 默克勒 M., 米勒 W. 申请人:罗伯特·博世有限公司