STARTERSYSTEM FÜR EINEN VERBRENNUNGSMOTOR SOWIE VERFAHREN ZUM STARTEN EINES VERBRENNUNGSMOTORS

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Startersystem für einen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors.

[0002] Herkömmliche Starter sind üblicherweise als Reihenschluß-Gleichstrommotoren ausgeführt. Ein Reihenschlußmotor wird üblicherweise deshalb gewählt, da diese Motorart ein relativ hohes Anzugsmoment zum "Losbrechen" des Verbrennungsmotors aufbringt. Dies hat allerdings zur Folge; daß bei aufzubringenden hohen Drehmomenten beträchtliche Ströme fließen.

[0003] Bei einem Kaltstart setzt der Verbrennungsmotor dem Starter durch die sehr hohen Scherkräfte des Motoröls ein beträchtliches Moment entgegen, so daß der Startstrom zu niedrigen Temperaturen hin stark ansteigt, so beispielsweise bei leistungsfähigen Startern für großvolumige Verbrennungsmotoren auf Werte bis zu mehreren 100 A. Gleichzeitig steigt mit abnehmender Temperatur der Innenwiderstand der Starterbatterie an, was die entnehmbare Leistung bzw. den Entladestrom stark einschränkt. Aufgrund dieser beiden - sich in ihrer Wirkung verstärkenden - Effekte passiert es bei niedrigen Temperaturen nicht selten, daß die Starterbatterie bei einem gewünschten Kaltstart versagt, weil der vom Starter "geforderte" Entladestrom zu groß ist.

[0004] Im Stand der Technik sind eine Reihe von Vorschlägen bekannt, die ein sicheres Starten bei tiefen Temperaturen ermöglichen sollen. Viele dieser Vorschläge sehen einen zusätzlichen Kurzzeitspeicher in Form eines Kondensatorspeichers vor, welcher vor dem Startvorgang langsam aufgeladen wird. Bei einigen dieser Vorschläge wird die Batterie und der vorgeladene Kondensator beim Starten parallelgeschaltet, so daß beide Energiespeicher zum Startvorgang beitragen (JP 02175350 A (Isuzu) und JP 02175351 A (Isuzu)). Bei anderen Vorschlägen wird der Kondensatorspeicher für den Startvorgang von der Starterbatterie getrennt, das Starten erfolgt also vollständig mit der in ihm gespeicherten Energie (DE 41 35 025 A1 (Magneti Marelli) und US-PS 5 051 776 (Isuzu)). Bei weiteren Vorschlägen dieser Art wird die zum Starten benötigte Energie von dem Spannungsniveau der Starterbatterie (12V oder 24V) durch einen hochsetzenden Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler (sog. Hochsetzsteller) zunächst auf ein höheres Spannungsniveau gebracht und in dem Kondensatorspeicher gespeichert (SO 1265388 A1 (Mosc Automech) und EP 0 390 398 A1 (Isuzu)). Die höhere Spannung beim Starten bei gleichzeitig verringertem Entladestrom erlaubt, so die letztgenannten Vorschläge, ein sicheres Starten auch bei tiefen Temperaturen.

[0005] Aus der EP 0 403 051 A1 (Isuzu) ist es ferner bekannt, einen zum Speichern der Startenergie dienenden Kondensator nur bis zu einem bestimmten variablen Spannungspegel aufzuladen, der von der jeweils vorliegenden Temperatur des Motorkühlmittels abhängt.

[0006] Ferner gibt es eine Reihe von Vorschlägen, bei denen Temperaturen im Kraftfahrzeug erfaßt werden und die Steuerung elektrischer Vorgänge beeinflussen:

[0007] So ist es beispielsweise aus der EP 0 533 037 B1 (Magneti Marelli) bekannt, einen Kondensatorspeicher zur Speisung einer elektrischen Katalysatorheizung vorzusehen, wobei die Entnahme aus dem Speicher und damit der Grad der Beheizung temperaturabhängig gesteuert sind.

[0008] Auch wurde vorgeschlagen, die Temperatur der Fahrzeugbatterie zu messen und den Ladestrom mit Hilfe einer Änderung der Generatorerregung temperaturabhängig zu variieren; und zwar soll der Ladestrom zu tieferen Temperaturen hin erhöht werden. Dies soll offenbar dazu dienen, auch bei tiefen Temperaturen, wenn die Batterie "ladeunwilliger" ist, eine Erhöhung der Ladezeit zu vermeiden (DE 34 23 767 A1 (Bosch) und EP 0 621 990 B1 (Bosch)).

[0009] Um die Funktion anderer elektrischer Verbraucher - wie etwa der Zünd- und Einspritzanlage - trotz des starken Absinkens der elektrischen Versorgungsspannung beim Kaltstarten zu vermeiden, wurde ferner zur Konstanthaltung der Versorgungsspannung die Verwendung von Hochsetzstellern vorgeschlagen (EP 0 391 065 A2 (Bosch)).

[0010] Schließlich ist aus der WO 97/08456 (Clouth et al.) ein moderner Hochleistungsstarter auf der Basis einer Drehstrommaschine bekannt, wobei die Gleichspannung der Starterbatterie umgerichtet wird und im Rahmen dieser Umrichtung auf ein erhöhtes Spannungsniveau eines Gleichspannungs-Zwischenkreises hochgesetzt wird. Besondere Maßnahmen zur Gewährleistung eines sicheren Startens bei tiefen Temperaturen sind dort nicht erwähnt.

[0011] Aus der US-PS 5 325 042 ist ein Startersystem für eine Brennkraftmaschine in Form einer Turbine bekannt, mit einem elektrischen Starter, einer Starterbatterie, einer leistungselektronischen Funktionseinheit in Form eines Spannungsquellenumrichters, die den Wert des der Starterbatterie zum Zwecke des Startens entnommenen Stroms aktiv einstellt, und einer auf Pulsweitenmodulation beruhenden Steuereinrichtung, die der leistungselektronischen Funktionseinheit den einzustellenden Ladestrom vorgibt.

[0012] Aus der DE 43 41 826 A1 ist es bekannt, bei einem Verbrennungsmotor mit Abschaltautomatik die Temperatur einer Starterbatterie mittels eines Sensors zu erfassen und einer Steuereinrichtung zuzuführen. In Abhängigkeit von dem gemessenen Temperaturwert wird entschieden, ob bei einem Ampelstop eine automatische Abschaltung des Verbrennungsmotors erfolgen darf oder nicht.

[0013] Aus IBM Technical Disclosure Bulletin Band 37, Nr. 6A, Juni 1994, S. 609-610 ist eine Batterielade- und -entladeschaltung für tragbare Geräte bekannt, bei der die Temperatur der Batterie erfasst und abhängig hiervon beim Entladen das Puls-Pausen-Verhältnis des Entladestroms, also dessen Mittelwert eingestellt wird. Bei tiefen Batterietemperaturen liegt dieser Wert höher als bei hohen.

[0014] Manche der eingangs erwähnten Vorschläge, z.B. derjenige von Mosc Automech, können einen Ausfall der Batterie bei gewünschten Tieftemperaturstarts vermeiden.

[0015] Die Erfindung hat zum Ziel, eine weitere Lösung dieses Problems anzugeben.

[0016] Gemäß Anspruch 1 stellt die Erfindung ein Startersystem für einen Verbrennungsmotor bereit, mit einem elektrischen Starter, einer Starterbatterie, einer Einrichtung zur Messung der Temperatur der Starterbatterie, einer leistungselektronischen Funktionseinheit, die den Wert des der Starterbatterie zum Zweck des Startens oder der Startvorbereitung entnommenen Entladestroms aktiv einstellt, und einer Steuereinrichtung, die der Funktionseinheit den einzustellenden Entladestromwert vorgibt, wobei bei tiefen Batterietemperaturen der maximale Entladestromwert niedriger als bei hohen Temperaturen liegt. Mit anderen Worten wird also die Temperatur der Batterie - und damit indirekt deren Innenwiderstand - vor dem Start erfaßt und mit Hilfe dieses Wertes ein temperaturabhängiger zulässiger Entladestrom bestimmt. Diese Maßnahme vermeidet in der überwiegenden Zahl der Fälle einen Ausfall der Batterie bei tiefen Temperaturen und erhöht die Sicherheit beim Kaltstart. In denjenigen Fällen, in denen kein zusätzlicher Kurzzeitspeicher oder ähnliches vorgesehen ist, steht dem Starter zwar nur eine beschränkte elektrische Leistung zur Verfügung. In vielen Fällen, in denen herkömmlicherweise bereits ein Ausfall eintrat, wird diese beschränkte Leistung noch zum Starten ausreichen. In denjenigen Fällen, in denen der Start aufgrund der Leistungsbeschränkung den Verbrennungsmotor nicht mehr losbrechen kann, wird zumindest eine Entladung der Batterie durch den Startversuch vermieden, so daß wenigstens nach Aufheizen der Batterie noch ein Starten möglich ist.

[0017] Angemerkt sei noch, daß mit "Starterbatterie" nicht etwa gemeint ist, daß diese ausschließlich zum Starten dienen muß. Sie kann vielmehr, wie üblich bei Kraftfahrzeugen, neben dem Starter auch andere Verbraucher speisen.

[0018] Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Gemäß Anspruch 2 wird der Starter aus einer höheren Spannung als derjenigen der Starterbatterie (üblicherweise 12V oder 24V) gespeist. Ein Betrieb bei einer solchen höheren Spannung (z.B. 48V) erlaubt eine vorteilhaftere Konstruktion der Startermaschine. Zwischen den beiden Spannungsniveaus ist ein Hochsetzsteller geschaltet, welcher auch die Aufgabe der aktiven Einstellung des Entladestroms übernimmt.

[0019] Gemäß Anspruch 3 ist der Starter als Drehstrommaschine ausgebildet, deren Versorgungsspannung durch Wechselrichtung einer Gleichspannung eines Zwischenkreises gewonnen wird. Gemäß Anspruch 4 ist die oben erwähnte erhöhte Spannung die Zwischenkreisspannung. Der erwähnte Hochsetzsteller liegt dann zwischen der Starterbatterie und dem Zwischenkreis. Eine erhöhte Zwischenkreisspannung hat bei einem Drehstromstarter den Vorteil, daß die im Wechselrichter zwangsläufig auftretenden Verluste an den Halbleiterelementen geringer ausfallen.

[0020] Anspruch 5 betrifft den Fall, daß der Starterbatterie während des Startvorgangs Energie über den Hochsetzsteller entnommen wird. Eine Alternative beschreibt Anspruch 6, wobei neben der Starterbatterie wenigstens ein Kurzzeitspeicher vorhanden ist, welcher beim Startvorgang die gesamte oder einen Teil der Startenergie an den Starter liefert. Die Aufladung des Kurzzeitspeichers erfolgt als Startvorbereitung durch Entnahme aus der Starterbatterie. Die leistungselektronische Funktionseinheit ist zwischen Starterbatterie und Kurzzeitspeicher geschaltet und stellt den der Starterbatterie zwecks Kurzzeitspeicheraufladung entnommenen Stromwert aktiv ein. Auch eine Kombination beider Alternativen ist möglich, bei welcher der Kurzzeitspeicher nur unterstützend wirkt. Hierbei lädt die Starterbatterie zunächst startvorbereitend den Kurzzeitspeicher auf. Beim Startvorgang liefern dann beide Energie zum Starter. Unter Kurzzeitspeicher wird übrigens ein Speicher verstanden, der relativ zur speicherbaren Energiemenge hohe Leistungen abgeben kann, oder, anders ausgedrückt, schnell entladbar ist (in der Größenordnung von z.B. 0,1 bis 5 Minuten). Hierzu zählen beispielsweise Hochleistungskondensatoren, schnelle galvanische Elemente und Mischformen hiervon (z.B. sog. Ultra-Caps). Die Verwendung eines Kurzzeitspeichers hat noch einen weiteren Vorteil: in denjenigen Fällen, in denen die elektrische Leistung, die von der Starterbatterie an den Starter direkt abgegeben werden kann, für den Startvorgang nicht mehr ausreicht, ist in den meisten Fällen in der Starterbatterie noch genügend Energie vorhanden, um den Kurzzeitspeicher ausreichend aufzuladen. Durch die Wirkung der leistungselektronischen Funktionseinheit erfolgt der Ladevorgang in Abhängigkeit von der Batterietemperatur, so daß die Ladezeit minimiert wird. Der Kurzzeitspeicher gibt dann nach Aufladung mit der erforderlichen Energie die zum Starten benötigte Leistung ab.

[0021] Gemäß Anspruch 7 wird der Kurzzeitspeicher auf eine höhere Spannung als diejenige der Starterbatterie aufgeladen. Gemäß Anspruch 8 ist diese höhere Spannung bei einem Startersystem gemäß Anspruch 4 um die erhöhte Zwischenkreisspannung oder einen in deren Nähe liegenden Wert erhöht. Bei dieser Ausgestaltung speist also der Kurzzeitspeicher ohne wesentliche Spannungsumsetzung direkt in den Zwischenkreis ein, was sich zugunsten der Sicherheit, Schnelligkeit und Effektivität des Startvorgangs auswirkt.

[0022] Eine andere Ausgestaltungsmöglichkeit eines Startersystems mit Drehstrommaschine gemäß Anspruch 3 ist in Anspruch 9 angegeben. Hier liegt die Starterbatterie (oder - bei mehreren Starterbatterien - eine der Starterbatterien) nicht auf dem üblichen Niederspannungsniveau (12V oder 24V), sondern auf dem erhöhten Zwischenkreisniveau (z.B. 48V). Deshalb wird diese Starterbatterie der Einfachheit halber nachfolgend auch "Hochspannungsbatterie" genannt. Da verschiedene Verbraucher eines Kraftfahrzeugs, insbesondere die Beleuchtung, im allgemeinen bei niedrigeren Spannungen vorteilhafter arbeiten, ist ein Niederspannungsteil des Bordnetzes vorgesehen, welches niedriger als die Zwischenkreisspannung liegt. Dieser Niederspannungsteil wird z.B. durch Spannungsherabsetzung aus der Starterbatterie im Zwischenkreis gespeist. Die leistungselektronische Funktionseinheit zur Einstellung des Entladestroms liegt z.B. zwischen der Hochspannungsstarterbatterie und dem Zwischenkreis. Bei anderen Ausführungsformen wird der zwischen Zwischenkreis und Wechselstrommaschine liegende Wechselrichter so gesteuert, daß nicht mehr als der vorgegebene Entladestrom aus dem Zwischenkreis in Wechselstrom umgesetzt wird. Hier ist also der Wechselrichter gleichzeitig die leistungselektronische Funktionseinheit zur aktiven Einstellung des Entladestroms.

[0023] Die Erfindung ist auch auf ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors gerichtet, welches einen elektrischen Starter, eine Starterbatterie und eine Einrichtung zur Messung der Temperatur der Starterbatterie aufweist. Das Verfahren besteht darin, daß die Temperatur der Starterbatterie gemessen wird, in Abhängigkeit von der gemessenen Batterietemperatur ein maximaler Entladestromwert, der bei niedrigen Temperaturen niedriger als bei hohen Temperaturen liegt, bestimmt wird und der der Starterbatterie zum Zweck des Startens oder der Startvorbereitung entnommene Entladestromwert aktiv so eingestellt wird, daß er den maximalen Entladestromwert nicht überschreitet.

[0024] Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und der angefügten Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1

ein Diagramm des maximalen Entladestroms als Funktion der Batterietemperatur;

Fig. 2

eine Schemadarstellung der wichtigsten Funktionseinheiten eines ersten Ausführungsbeispiels eines Startersystems;

Fig. 3

eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4

eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5

ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Starten.

[0025] In den Figuren sind funktionsgleiche oder -ähnliche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

[0026] Fig. 1 veranschaulicht die Abhängigkeit des Entladestroms von der Batterietemperatur, der bei den folgenden Ausführungsbeispielen der Starterbatterie durch entsprechende aktive Einstellung einer (unten noch näher erläuterten) leistungselektronischen Funktionseinheit beim Starten entnommen wird. Man erkennt, daß es sich um eine monoton steigende Funktion handelt, die also bei tiefen Temperaturen relativ niedrige Werte hat und mit steigender Temperatur zunimmt. Die mit "T_min" und "T_max" gekennzeichneten Temperaturwerte sind diejenigen Grenzen der Batterietemperatur, für welche die Batterie betriebsfähig ist (also z.B. -30°C und +80°C).

[0027] Das Startersystem gemäß Fig. 2 ist für ein Kraftfahrzeug, z.B. einen Personenkraftwagen, bestimmt. Es weist einen Verbrennungsmotor 1 auf, der Drehmoment über eine Antriebswelle 2 (z.B. die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1), eine Kupplung 3 und weitere (nicht gezeigte) Teile eines Antriebsstrangs auf die Antriebsräder des Fahrzeugs abgibt. Bei der hier interessierenden Starterfunktion ist die Kupplung 3 geöffnet. Auf der Antriebswelle 2 sitzt eine als Starter dienende elektrische Maschine 4, hier eine Asynchron-Drehstrommaschine. Sie weist einen direkt koaxial auf der Antriebswelle 2 sitzenden und drehfest mit ihr verbundenen Läufer 5 sowie einen z.B. am Gehäuse des Verbrennungsmotors 1 abgestützten Ständer 6 auf. Der Starter 4 (sowie die unten näher beschriebenen Einrichtungen zu seiner Speisung und zur Energiespeicherung) sind so dimensioniert, daß der Verbrennungsmotor 1 vorzugsweise direkt (d.h. ohne Schwungradfunktion oder ähnliches) gestartet werden kann. Vorzugsweise ist auch keine Über- oder Untersetzung zwischen Starter 4 und Verbrennungsmotor 1 angeordnet, so daß beide permanent zusammenlaufen können. Die (nicht dargestellte) Wicklung des Ständers 6 wird durch einen Umrichter 7 mit elektrischen Strömen und Spannungen praktisch frei einstellbarer Amplitude, Phase und Frequenz gespeist. Es handelt sich z.B. um einen Gleichspannungs-Zwischenkreis-Umrichter, welcher aus einer im wesentlichen konstanten Zwischenkreis-Gleichspannung mt Hilfe von elektronischen Schaltern z.B. sinusbewertete breitenmodulierte Pulse herausschneidet, die - gemittelt durch die Induktivität der elektrischen Maschine 4 - zu nahezu sinusförmigen Strömen der gewünschten Frequenz, Amplitude und Phase führen. Der Umrichter 7 ist im wesentlichen aus einem maschinenseitigen Wechselrichter 7a (einem Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umrichter), einem Gleichspannungs-Zwischenkreis 7b und einem bordnetzseitigen Hochsetzsteller 7c (einem Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler) aufgebaut. Der Hochsetzsteller 7c ist mit einem Fahrzeugbordnetz 8 und einer Starterbatterie 9 gekoppelt. Das Bordnetz 8 und die Starterbatterie 9 liegen auf einem niedrigen Spannungsniveau, z.B. 12 oder 24V. Der Zwischenkreis 7b liegt demgegenüber auf einer erhöhten Spannung, die vorteilhafterweise im Bereich zwischen 40 und 350V liegt. Der Hochsetzsteller 7c dient dazu, die beim Starten der Starterbatterie 9 entnommene elektrische Energie von dem niedrigen Spannungsniveau auf das erhöhte Spannungsniveau des Zwischenkreises 7b hochzusetzen. Er fungiert gleichzeitig als Strombegrenzer, der gemäß Vorgabe einer (unten erläuterten) Steuereinrichtung verhindert, daß der hochgesetzte Strom (und damit der Entladestrom der Starterbatterie 9) einen jeweils vorgegebenen Wert überschreitet. Bei stehendem Verbrennungsmotor 1 versorgt die Starterbatterie 9 ggf. auch die Verbraucher des Fahrzeugbordnetzes 8. Bei laufendem Verbrennungsmotor 1 kann die elektrische Maschine 4 als Generator zur Ladung der Starterbatterie 9 und Versorgung des Fahrzeugbordnetzes 8 fungieren. Der Hochsetzsteller 7c ist daher als bidirektionaler Wandler ausgebildet, um einerseits für den Startvorgang (bzw. dessen Vorbereitung, Fig. 3) elektrische Energie aus der Starterbatterie 9 in den Zwischenkreis 7b bringen zu können, und um andererseits beim Generatorbetrieb Energie aus dem Zwischenkreis 7b auf die Niederspannungsseite zu überführen. Im letzteren Fall arbeitet er also als Tiefsetzsteller. Der Wechselrichter 7a wandelt im Motorbetrieb die Gleichspannung des Zwischenkreises 7b in Wechselspannung um, im Generatorbetrieb speist er die von der elektrischen Maschine 4 gelieferte Energie nach Gleichrichtung in den Zwischenkreis 7b ein. Ein (nicht gezeigter) Stützkondensator im Zwischenkreis ist in der Lage, Spannungspulse mit einer hohen Pulsfrequenz (vorteilhaft im Bereich von 20 kHz bis 100 kHz) mit der erforderlichen Flankensteilheit zu liefern. Die Starterbatterie 9, beispielsweise ein herkömmlicher Schwefelsäure-Blei-Akkumulator, ist mit einem Fühler 10 ausgerüstet, der die jeweils momentane Batterietemperatur mißt. Der Fühler weist beispielsweise ein Fühlerelement mit elektrischem Widerstandsmaterial mit positivem oder negativem Temperaturkoeffizienten (PTC bzw. NTC) auf, welches in Wärmeleitungskontakt mit einem oder mehreren elektrochemisch aktiven Elementen der Batterie 9 steht. Ein Steuergerät 10 erhält die vom Temperaturfühler 10 gelieferte temperaturbezogene Information, berechnet hieraus den Entladestrom, der maximal zulässig ist, um ein übermäßiges Absinken der Batteriespanung zu vermeiden, und gibt dem Hochsetzsteller 7c entsprechende Anweisung, keinen größeren Strom aus dem Niederspannungsniveau in den Zwischenkreis 7b hochzusetzen. Das Steuergerät 11 steuert daneben auch den Betrag der Spannungsheraufsetzung des Hochsetzstellers 7c (und entsprechend, bei Generatorfunktion, den Betrag der Spannungsherabsetzung). Es steuert ferner den Wechselrichter 7a, indem es ihm Amplitude, Phase und Frequenz des an den Starter 4 zu liefernden Dreiphasenstroms vorgibt. Es kann hierzu Informationssignale von einem (nicht gezeigten) Drehwinkelgeber erhalten, aus denen es die momentane Winkelstellung und Drehzahl der Antriebswelle 2 ermitteln kann. Schließlich kann das Steuergerät 11 sämtliche Funktionen eines herkömmlichen Verbrennungsmotorsteuergeräts übernehmen (insbesondere Drosselklappensteuerung, Kraftstoffeinspritzsteuerung, Zündungssteuerung etc.).

[0028] Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 stimmt weitgehend mit dem von Fig. 2 überein, so daß zur Vermeidung von Wiederholungen hinsichtlich der Übereinstimmungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird. Der augenfälligste Unterschied besteht darin, daß bei Fig. 3 zusätzlich ein Kurzzeitspeicher 12, z.B. ein Kondensatorspeicher, vorgesehen ist, der - elektrisch gesehen - im Zwischenkreis 7b liegt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist er elektrisch direkt mit dem Zwischenkreis gekoppelt, bei anderen (nicht gezeigten) Ausführungsbeispielen ist zwischen Kurzzeitspeicher 12 und Zwischenkreis 7b ein Stromsteuergerät geschaltet, welches die aktive Einstellung des aus dem oder in den Speicher 12 geführten Stroms erlaubt. Ein weiterer Unterschied zur Fig. 2 besteht in der Art und Weise, wie der Startvorgang durchgeführt wird. Und zwar lädt die Starterbatterie 9 zunächst im Rahmen der Startvorbereitung den Kurzzeitspeicher 12 auf. Hierbei begrenzt der Hochsetzsteller 7c in der oben erläuterten batterietemperaturabhängigen Weise den der Starterbatterie 9 entnommenen Strom (bei der oben genannten Ausführungsform mit Stromsteuereinrichtung zwischen Kurzzeitspeicher 12 und Zwischenkreis 7b kann selbstverständlich die Stromsteuereinrichtung diese Funktion übernehmen) . Der eigentliche Start erfolgt dann unter Verwendung der im Kurzzeitspeicher 12 gespeicherten Energie. Bei vorteilhaften Ausführungsformen kann die Starterbatterie 9 auch während des Startvorgangs einen Beitrag zur Startenergie liefern, wobei dieser Beitrag in der oben geschilderten batterietemperaturabhängigen Weise durch die Wirkung des Hochsetzstellers 7b begrenzt wird. Es versteht sich, daß das Steuergerät 11 bei Fig. 3 so ausgestaltet und programmiert ist, daß es die beschriebenen Funktionen der startvorbereitenden Aufladung des Kurzzeitspeichers 12 und die übrigen angesprochenen Funktionen steuern kann.

[0029] Das Startersystem gemäß Fig. 4 stellt eine weitere Abhandlung von Fig. 2 dar, die in wesentlichen Teilen mit dieser übereinstimmt. Auch wird zur Vermeidung von Wiederholungen hinsichtlich der Übereinstimmungen auf die obigen Ausführungen zu Fig. 2 verwiesen. Der augenfälligste Unterschied zu Fig. 2 besteht darin, daß die hier mit 9' bezeichnete Starterbatterie als Hochspannungsbatterie ausgebildet ist, welche spannungsmäßig auf dem erhöhten Spannungsniveau des Zwischenkreises 7b oder in dessen Nähe liegt. Ein Stromsteuergerät 13 ist zwischen Starterbatterie 9' und Zwischenkreis 7b geschaltet und übernimmt in der oben beschriebenen, batterietemperaturabhängigen Weise die Strombegrenzung des Entladestroms beim Starten. Der hier mit 7c' bezeichnete Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler hat hier nur noch die Aufgabe, Energie aus dem Zwischenkreis 7b unter Spannungsherabsetzung in das Niederspannungsbordnetz 8 zu überführen. Er fungiert also als reiner Tiefsetzsteller. Der Startvorgang läuft wie bei Fig. 2 ab, mit dem Unterschied, daß die Starterbatterie 9' Strom auf dem erhöhten Spannungsniveau liefert. Bei gleicher Leistung sind damit vorteilhafterweise die erforderlichen Ströme kleiner. Ferner entfallen die mit der Spannungshochsetzung einhergehenden Verluste.

[0030] Ein weiteres (nicht gezeigtes) Ausführungsbeispiel entspricht einer Kombination der Figuren 3 und 4. Hierbei ist zusätzlich zu der im Zwischenkreis 7b angeordneten Hochspannungsbatterie 9' ein Kurzzeitspeicher 12 im Zwischenkreis angeordnet. Wie bei Fig. 3 beschrieben, wird der Kurzzeitspeicher 12 startvorbereitend aus der Hochspannungsbatterie 9' mit batterietemperaturabhängiger Begrenzung des Batterie-Entladestroms aufgeladen.

[0031] Das Flußdiagramm gemäß Fig. 5 veranschaulicht nochmals die Funktionsweise der genannten Ausführungsbeispiele: Im Schritt S1 wird auf ein Startkommando gewartet. Bei Ausführungsformen mit Kurzzeitspeichern kann die Kurzzeitspeichervorladung auch profilaktisch vor Eintreffen eines Startkommandos erfolgen, um den Startvorgang um die Kurzzeitspeicher-Ladezeit zu verkürzen. Im Schritt S2 wird die Batterietemperatur gemessen, z.B. durch Einlesen der vom Batterietemperaturfühler 10 gelieferten Signale in das Steuergerät 11. Im Schritt S3 bestimmt das Steuergerät 11 den maximalen Entladestrom als Funktion der Batterietemperatur. Im Schritt S4 weist das Steuergerät 11 den Hochsetzsteller 7c bzw. das Stromsteuergerät 13 an, keinen höheren Entladestrom als den im vorhergehenden Schritt bestimmten Maximalwert zuzulassen. Daraufhin erfolgt das Starten bzw. das Aufladen des Kurzzeitspeichers 12, wobei der Batterieentladestrom unter der vorgegebenen Grenze bleibt. Selbstverständlich kann der Entladestrom unter dem Grenzwert bleiben, wenn gar kein entsprechend hoher Stromfluß erforderlich ist. Dies kann z.B. der Fall sein, wenn der Verbrennungsmotor 1 noch warm ist oder der Kurzzeitspeicher 12 noch teilweise aufgeladen ist.

Ansprüche

1. Startersystem für einen Verbrennungsmotor (1), mit:

- einem elektrischen Starter (4);

- einer Starterbatterie (9,9');

- einer Einrichtung (10) zur Messung der Temperatur der Starterbatterie (9,9');

- einer leistungselektronischen Funktionseinheit (7c; 13), die den Wert des der Starterbatterie (9,9') zum Zweck des Startens oder der Startvorbereitung entnommenen Entladestroms aktiv einstellt; und

- einer Steuereinrichtung (11), die der Funktionseinheit (7c; 13) den einzustellenden Entladestromwert vorgibt, wobei bei tiefen Batterietemperaturen der maximale Entladestromwert niedriger als bei hohen Temperaturen liegt.

2. Startersystem nach Anspruch 1, bei welchem der Starter (4) auf einer höheren Spannung als derjenigen der Starterbatterie (9) gespeist wird, und die leistungselektronische Funktionseinheit (7c) zur aktiven Einstellung des Entladestroms auch die Funktion eines Hochsetzstellers hat.

3. Startersystem nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Starter (4) eine Drehstrommaschine ist, deren Versorgungsspannung durch Wechselrichtung einer Gleichspannung eines Zwischenkreises (7b) gewonnen wird.

4. Steuersystem nach Ansprüchen 2 und 3, bei welchem die Zwischenkreis-Gleichspannung höher als die Starterbatteriespannung ist, und der Hochsetzsteller (7c) zwischen der Starterbatterie (9) und dem Zwischenkreis (7b) liegt.

5. Startersystem nach Anspruch 2 oder 4, bei welchem der Starterbatterie (9) zum Starten erforderliche Energie während des Startvorgangs über den Hochsetzsteller (7c) entnommen wird.

6. Startersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem außerdem ein Kurzzeitspeicher (12) vorgesehen ist, welcher beim Startvorgang die gesamte oder einen Teil der Startenergie an den Starter (4) liefert, die Aufladung des Kurzzeitspeichers (12) als Startvorbereitung durch Entnahme aus der Starterbatterie (9,9') erfolgt, und die leistungselektronische Funktionseinheit (7c) zwischen Starterbatterie (9,9') und Kurzzeitspeicher (12) geschaltet ist.

7. Startersystem nach Ansprüchen 2 und 6, bei welchem der Kurzzeitspeicher (12) auf eine höhere Spannung als diejenige der Starterbatterie (9) aufgeladen wird.

8. Startersystem nach Anprüchen 4 und 7, bei welchem der Kurzzeitspeicher (12) auf oder nahe dem erhöhten Spannungsniveau des Zwischenkreises (7b) liegt.

9. Startersystem nach Anspruch 3, bei welchem ein Niederspannungsteil (8) eines Bordnetzes vorgesehen ist, die Zwischenkreisspannung höher liegt als die Spannung des Niederspannungsteils (8), die Starterbatterie (9,9') oder - bei mehreren Starterbatterien - eine der Starterbatterien auf dem höheren Spannungsniveau des Zwischenkreises (7b) liegt, und die leistungselektronische Funktionseinheit (13) beim Starten die Größe des von der Starterbatterie (9,9') in den Zwischenkreis (7b) eingespeisten Stroms einstellt.

10. Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors (1) mit einem elektrischen Starter (4), einer Starterbatterie (9) und einer Einrichtung (10) zur Messung der Temperatur der Starterbatterie (9,9') mit folgenden Schritten:

- die Batterietemperatur wird gemessen;

- der maximale Entladestrom als Funktion der gemessenen Batterietemperatur wird bestimmt;

- der der Starterbatterie (9,9') zum Zweck des Startens oder der Startvorbereitung entnommene Entladestrom wird aktiv auf den ermittelten Maximalwert begrenzt.

Claims

1. A starter system for an internal combustion engine (1), having:

- an electric starter (4);

- a starter battery (9, 9' ) ;

- a device (10) for measuring the temperature of the starter battery (9, 9');

- a power electronics module (7c; 13), which actively varies the value of the discharge current drawn from the starter battery (9, 9') for the purpose of starting or warming up; and

- a control device (11) which predetermines the discharge current value to be adjusted for the power electronics module (7c; 13), where at low battery temperatures the maximum discharge current value is lower than at high temperatures.

2. A starter system according to Claim 1, in which the starter (4) is fed at a higher voltage than that of the starter battery (9) and the power electronics module (7c also has the function of a step-up device for the active setting of the discharge current.

3. A starter system according to Claim 1 or 2, in which the starter (4) is an alternator, the supply voltage of which is derived from an intermediate circuit (7b) by inversion of a dc voltage.

4. A control system according to Claims 2 and 3, in which the intermediate circuit DC voltage is higher than the starter battery voltage, and the step-up device (7c) lies between the starter battery (9) and the intermediate circuit (7b).

5. A starter system according to Claim 2 or 4, in which energy required for starting is taken from the starter battery (9) via the step-up device (7c).

6. A starter system according to one of Claims 1 to 5, in which a short-term energy store (12) is also provided, which delivers all or part of the starting energy to the starter (4) during the starting operation, the charging of the short-term energy store (12) takes place as a warming-up process by current being removed from the starter battery (9, 9'), and the power electronics module (7c) is switched between starter battery (9, 9') and short-term energy store (12).

7. A starter according to Claims 2 and 6, in which the short-term energy store (12) is charged to a higher voltage than that of the starter battery (9).

8. A starter system according to Claims 4 and 7, in which the short-term energy store (12) is at or near the increased voltage level of the intermediate circuit (7b).

9. A starter system according to Claim 3, in which a low-voltage component (8) of a vehicle electrical system is provided, the intermediate circuit voltage is higher than the voltage of the low-voltage component (8), the starter battery (9, 9') or - in the case of several starter batteries - one of the starter batteries is at the higher voltage level of the intermediate circuit (7b), and the power electronics module (13) varies the magnitude of the current fed from the starter battery (9, 9') into the intermediate circuit (7b) during starting.

10. A method for starting an internal combustion engine (1) having an electric starter (4), a starter battery (9) and a device (10) for measuring the temperature of the starter battery (9, 9'), having the following steps:

- the battery temperature is measured;

- the maximum discharge current is determined as a function of the measured battery temperature;

- the discharge current drawn from the starter battery (9, 9') for the purpose of starting or warming-up is actively limited to the determined maximum value.

Revendications

1. Système de démarrage pour un moteur à combustion interne (1), comprenant :

- un démarreur électrique (4) ;

- une batterie de démarrage (9, 9') ;

- un dispositif (10) servant à mesurer la température de la batterie de démarrage (9, 9') ;

- une unité fonctionnelle (7c ; 13) à puissance électronique qui règle activement la valeur du courant de décharge pris sur la batterie de démarrage (9, 9'), en vue du démarrage ou de la préparation du démarrage ; et

- un dispositif de commande (11) qui fournit à l'unité fonctionnelle (7c ; 13), comme valeur de consigne, la valeur du courant de décharge à régler où, à basses températures de la batterie, la valeur maximale du courant de décharge est plus basse qu'à des températures élevées.

2. Système de démarrage selon la revendication 1, dans lequel le démarreur (4) est alimenté à une tension supérieure à celle de la batterie de démarrage (9), et l'unité fonctionnelle (7c) à puissance électronique a aussi, pour le réglage actif du courant de décharge, la fonction d'un régulateur à un haut niveau.

3. Système de démarrage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le démarreur (4) est un alternateur dont la tension d'alimentation est obtenue par ondulation d'une tension continue d'un circuit intermédiaire (7b).

4. Système de commande selon les revendications 2 et 3, dans lequel la tension continue du circuit intermédiaire est plus élevée que la tension de la batterie de démarrage, et le régulateur à un haut niveau (7c) est placé entre la batterie de démarrage (9) et le circuit intermédiaire (7b).

5. Système de démarrage selon la revendication 2 ou 4, dans lequel l'énergie nécessaire au démarrage est, pendant le démarrage effectué par le régulateur à un haut niveau (7c), prise sur la batterie de démarrage (9).

6. Système de démarrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel il est prévu en outre un accumulateur temporaire (12) qui, au moment du démarrage, fournit au démarreur (4) la totalité ou une partie de l'énergie de démarrage, la charge de l'accumulateur temporaire (12), servant de préparation au démarrage, a lieu en étant prise sur la batterie de démarrage (9, 9'), et l'unité fonctionnelle (7c) à puissance électronique est montée entre la batterie de démarrage (9, 9') et l'accumulateur temporaire (12).

7. Système de démarrage selon les revendications 2 et 6, dans lequel l'accumulateur temporaire (12) est chargé à une tension plus élevée que celle de la batterie de démarrage (9).

8. Système de démarrage selon les revendications 4 et 7, dans lequel l'accumulateur temporaire (12) se trouve au niveau de tension élevé du circuit intermédiaire (7b) ou proche de ce niveau de tension.

9. Système de démarrage selon la revendication 3, dans lequel il est prévu une partie à basse tension (8) d'un réseau de bord, la tension du circuit intermédiaire est plus élevée que la tension de la partie à basse tension (8), la batterie de démarrage (9, 9') ou l'une des batteries de démarrage - dans le cas de plusieurs batteries de démarrage - se trouve au niveau de tension plus élevé du circuit intermédiaire (7b), et l'unité fonctionnelle (13) à puissance électronique, au moment du démarrage, règle la variable du courant fourni par la batterie de démarrage (9, 9'), dans le circuit intermédiaire (7b).

10. Procédé de démarrage d'un moteur à combustion interne (1) comprenant un démarreur électrique (4), une batterie de démarrage (9) et un dispositif (10) servant à mesurer la température de la batterie de démarrage (9, 9'), comprenant les étapes suivantes :

- la température de la batterie est mesurée ;

- le courant de décharge maximum est déterminé en fonction de la température de batterie mesurée ;

- le courant de décharge servant au démarrage ou à la préparation du démarrage et pris sur la batterie de démarrage (9, 9') est limité activement à la valeur maximale calculée.

Zeichnung