Der Drehstromgenerator hat während des
Betriebes des Kraftfahrzeugs die Aufgabe
die elektrischen Verbraucher mit Energie zu versorgen und
die Starterbatterie zu laden
Leistungsbedarf Pkw
Der
elektrische Leistungsbedarf eines Pkw liegt heute zwischen 400 und
1600 W, teilweise schon bei 2000 W. Dies liegt an den steigenden
Anforderungen an die Sicherheits- und Komfortfunktionen. Außerdem
muss auch bereits an künftige, komplexe Systeme, wie beispielsweise
elektromotorische Ventilbetätigung, E-Lenkung oder E- Bremsen
gedacht werden. Um den gerecht zu werden, sind besonders effiziente
Generatoren und Regler mit der Möglichkeit zum Batterie- und
Verbrauchermanagement erforderlich. Gleichzeitig dürfen diese
Generatoren aber nicht größer, schwerer oder lauter werden.
alle Bilder BOSCH - Generator der Baureihe Li-E von
BOSCH und seine Hauptbaugruppen; 1 = Antriebslagerschild, 2 = Läufer mit
Erregerwicklung, 3 = Ständer mit 3 Ständerwicklungen, 4 = hinteres
Lagerschild mit Diodenplatte, 5 = Multifunktionsregler
Die modernen
Compact-Generatoren für die elektrische Versorgung von Pkws sind mit äußerst
variablen Multifunktionsreglern ausgestattet. Diese ermöglichen eine
Vielzahl von nutzbringenden Funktionen beim Betrieb des Generators.
Eine davon ist das so genannte
Batterie-Sensing, bei dem die Ladespannung zwischen Generator und
Autobatterie optimiert wird. Diese ist ebenso wichtig für einen
einwandfreien Startvorgang, wie die ebenfalls durch den Regler gelenkte
Ruhestromabschaltung für die Reduzierung des Batterieverbrauches auf
Minimalwert beim Ausschalten des Fahrzeugs eine entscheidende Rolle spielt.
Die heutigen Fahrzeugbatterien erzielen insgesamt durch
die Multifunktionsregler eine wesentlich bessere Leistungsbilanz.
Merkmale neuer
Generatoren
Drehstromgeneratoren der EL-Baureihe zeichnen sich durch
hohe Stromabgabe
bis 210 A bei 6000 1/min (115 A bei 1800 1/min)
mehr Leistung (bis
zu 25%; Baureihe Li
-
X: 3,8 kW)
größeren Wirkungsgrad
(bis zu 77%) mit Hochleistungsdiode
bei gleicher bzw.
geringerer Größe,
weniger
Kraftstoffverbrauch (0,1 bis 0,5 l/100 km, 2% weniger CO2) und
geringerem
Laufgeräusch 94dB
aus.Das E bei Li-E steht für Effizienz. Entscheidend ist,
dass der Generator bereits bei einer Motordrehzahl von 2000 1/min bis zu 180 A
abgeben kann.
Die neuen Generatoren
besitzen keine herkömmlichen Leistungsdioden, sondern Leistungszenerdioden.
Diese schützen in Verbindung mit dem Multifunktionsspannungsregler
das Bordnetz vor energiereichen Überspannungen.
Übrigens, um 0,1 l
Kraftstoff auf 100 km weniger zu verbrauchen müsste man ein Mittelklasseauto um
50 kg leichter bauen.
Die neuen Generatoren-Baureihe
LI-X von Bosch sind seit 2004 im Einsatz.
Sie weisen eine besonders hohe
Dichte der Kupferdrähte in der Ständerwicklung auf.
Dadurch steigt wesentlich die
elektrische Leistung, gleichzeitig wurde der Generator nochmals kompakter.
Bild eines Bosch Compact-Generators im
Schnitt
Multifunktionsregler
In der
Serienausrüstung von Pkw und Nkw hat der
Monolithregler (1
Chip-Regler) heute den
Hybridregler
weitgehend ersetzt. Diese Monolithregler werden mit einer
Vielzahl von neuen Funktionen eingesetzt. Diese Multifunktionsregler (MFR)
werden heute in allen neuen Compact-Generatoren von Bosch
angebaut.
Multifunktionsregler
1. Steckergehäuse für
Kabelbaumstecker
2. Kühlkörper
3. Bohrungen für
Reglerbefestigung am Generator; dient auch als Regler Masseverbindung
4. Integrierter
Kohlebürstenhalter
5. Anschluss an Generator B+,
zum Abgriff von Reglerspannung und für Erregerstrom
6. Kohlebürsten
7. Reglerbaustein
8. Anschluss für
Generatorphase V; zur Erkennung "Generator dreht"
Gegenüber herkömmlichen
Generatorreglern bieten Multifunktionsregler zusätzliche Funktionen an:
(Bild Multifunktionsregler)
Beschreibung der
wichtigsten Funktionen des Multifunktionsreglers
Batterie-Sensing
Bei Batterie-Sensing erfolgt die
Spannungsregelung über die Anschlussklemme "S", die vorzugsweise direkt an
Batterie "+" angeschlossen wird. Zwischen Generator B+ und Batterie "+"
existiert grundsätzlich eine Spannungsdifferenz. Durch die Spannungserfassung
direkt an der Batterie wird die Ladespannung der Batterie optimiert.
Gesteuerte Vorerregung
Der Vorerregerstrom wird vom
Regler gesteuert und sichert so eine optimale Erregung des Generators. Nach
Einschalten des Fahrschalters taktet die Reglerendstufe. Das Tastverhältnis
wird so gewählt, dass die jeweils minimal mögliche Angehdrehzahl des
Generators sichergestellt ist. Bei Pkw erhält der Regler die Information
"Fahrschalter Ein" über den Anschluss "L", bei Nkw über den Anschluss "15".
In beiden Fällen bleibt das Anzeigeelement bis zum Ende der Vorerregung
aktiv.
Ruhestromabschaltung
Im Betriebszustand "Fahrschalter
AUS" wird die Stromaufnahme des Reglers auf seinen Minimalwert reduziert.
Filterung störender Eingangssignale
Alle elektrischen Verbindungen
des Reglers werden über das Leistungs-IC geführt. Es filtert Störungen aus
und bereitet Signale auf, wenn dies erforderlich ist.
Erkennung "Generator dreht"
Durch Auswertung der
Phasenspannung wird ab einem bestimmten Spannungspegel erkannt, dass sich
der Generator dreht. Bei Abfall des Steckers und somit fehlender
Vorerregung, wird durch Notanlauf die Erregung des Generators
sichergestellt.
Notregelung
Bei Unterbrechung der
Batterie-Sense-Leitung erfolgt die Regelung automatisch über B+ des Generators.
Übertemperaturschutz
Zum Schutz des Reglers vor
thermischer Zerstörung wird die Temperatur auf dem IC gemessen. Bei
Überschreitung einer Obergrenze wird die Regelspannung abgesenkt.
Load-response Funktionen
Es werden zwei
Load-response-Funktionen unterschieden. Beide steuern die Lastzuschaltung
der elektrischen Verbraucher. Beim Startvorgang und während des
Fahrbetriebes. Diese Funktionen kommen nur bei Multifunktionsreglern für den
Pkw-Bereich zur Anwendung.
Load-response-Diagramm:
Load-response Start (LRS)
Diese Funktion verhindert,
dass der Generator während und unmittelbar nach dem Start Strom abgibt.
Somit wird der Startvorgang nicht durch das bremsende Moment des
Generators erschwert oder verlängert.
Load-response Fahrt (LRF)
Diese Funktion bewirkt, dass
positive elektrische Laständerungen, mit einem damit verbundenen steilen
Drehmomentanstieg des Generators, nicht direkt an den Antriebsmotor
weitergeleitet werden. Die Leistungsabgabe des Generators wird daher über
eine Rampenfunktion kontinuierlich gesteigert. Man spricht hier auch von
einer "weichen Lastzuschaltung".
Beschreibung von 3 wichtigen Anschlussklemmen:
Anschluss L
(blaues Kabel)
Der Anschluss "L" steuert je nach Betriebszustand des
Generators und des Bordnetzes die Anzeige
-
Elemente bei gefundenen Fehlern über die
Lampenendstufe
oder die
Zuschaltung von Verbrauchern (load response)
über die Relaisendstufe
während des fehlerfreien Generatorbetriebes.
Je nach Betriebsart fließen über den Anschluss "L" Ströme
in den Regler hinein oder heraus.
Fehlererkennung
Während des gesamten Generatorbetriebs werden vom Regler
ständig Signale ausgewertet und mögliche Fehler erkannt. Bei einem erkannten
Fehler wird die Lampen
-
und die Relaisendstufe durch einen entsprechenden Steuerblock angesteuert.
Erkannt werden folgende Fehler
Generatorfehler:
Keilriemenbruch
Unterbrechung im Erregerkreis
Kurzschluss oder Masseschluss der Erregerwicklung
Reglerfehler:
Endstufe unterbrochen oder kurzgeschlossen,
Freilaufkreis unterbrochen
Bordnetzfehler:
Überspannung im Bordnetz, Unterbrechung der
Senseleitung, Unterbrechung der Ladeleitung "B+" Generator / "B+" Batterie
Lampen-und Relaisendstufe
Die Ansteuerung erfolgt durch einen entsprechenden
Steuerblock. Die beiden Endstufen sind gegenseitig verriegelt und gegen
Überlastung und Kurzschluss geschützt.
Die Lampenendstufe ist aktiv, wenn der Generator
vorerregt ist oder ein Fehlererkannt wird.
Die Ansteuerung der Verbraucher erfolgt über die
Relaisendstufe. Diese ist aktiv,wenn im Betrieb die Lampenendstufe inaktiv ist.
Zustand
Pegel Klemme L
Ladekontrolle
Zündung (Kl. 15) aus
low
aus
Zündung an, Motor steht
low
ein
Zündung an, Motor läuft
high
aus
Erregungsunterbrechung
low
ein
Überspannung
low
ein
Keilriemenbruch
low
ein
Low =
0, 5 V – 1,5 VHigh = 8,0 V – 14 V
Anschluss DFM
(rot/schwarzes Kabel)
Der Anschluss
"DFM" (DF
-
Monitor) gibt ein DFM
-
Signal aus, das den Auslastungsgrad des Generators wiedergibt.
Diese Funktion ermöglicht eine deutliche Verbesserung der Ladebilanz für ein
Batteriemanagement. Dabei wird der aktuelle Auslastungszustand des Generators
erfasst und geeignete Maßnahmen eingeleitet, wie beispielsweise:
Anhebung der Leerlaufdrehzahl
Leistungsreduzierung durch Abschalten weniger
wichtiger Verbraucher
Das DFM
-
Signal spiegelt das Tastverhältnis des Erregerstromes.
Die Impulsweite ist abhängig vom Arbeitspunkt des Generators (Belastung,
Drehzahl und Temperatur). Der Anschluss "DFM" liefert ein Abbild des
Signalverlaufs von "DF". Der Anschluss ist gegen Überlastung und Kurzschluss
geschützt.
DFM-Signal
bei geringer und großer Belastung
Überprüfung durch ein Oszilloskop bei
angeschlossenem Empfangsgerät. Zu Beginn der Startphase (Zündung ein,
Drehzahl = 0) setzt die getaktete Vorerregung ein, das Tastverhältnis
beträgt in dieser Phase ca. 10 – 30%.
Signale
Generatoren der Efficency Line (EL) von Bosch werden mit MFR Reglern
oder mit Reglern mit Kommunikationsschnittstelle ausgeliefert. Dies
wird an den Signalen deutlich: die Regler liefern entweder ein
pulsweitenmoduliertes DFM-Signal oder aber eine Botschaft via LIN
Bus.
Generator DFM Signal eines VW Golf V - kfztech.de
Generator mit LIN-Bus Botschaft bei einem Audi A4 - kfztech.de
Generatoren mit LIN Kommunikation ermöglicht die Regelung nach
Sollwerten für ein Drehmomentmanagement
Generator Anschlussmöglichkeiten (Bosch)
Anschluss S
(Sense)
Über den Anschluss "S" wird die Spannung direkt an "B+"
der Batterie als Istwert gemessen. Mögliche Spannungsdifferenzen zwischen
Generator "B+" und Batterie "+" werden somit vermieden und die Ladespannung der
Starterbatterie optimiert.
Abhängig vom Reglertyp erfolgt
bei einer Unterbrechung der Sense-Leitung eine Fehleranzeige. Bei
Unterbrechung der Batterie-Sense-Leitung erfolgt die
Regelung automatisch über B+ des Generators.
Schaltplan des Generators - ohne Erregerdioden. Die
Leistungsdioden sind als Zenerdioden ausgeführt.
