阅读说明：本技术 用于运行针对机动车中的电蓄能器的充电控制器的方法 (Method for operating a charge controller for an electrical energy accumulator in a motor vehicle ) 是由 B.雷内克 J.穆勒 W.费舍尔 S.葛罗德 于 2018-11-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于运行针对电蓄能器(S)、尤其是车载电网(100)的电池组(B)的充电控制器(LR)的方法,所述充电控制器能利用电机(30)来加载电能,所述电机直接或经传动地耦合或能耦合到内燃机(112)上,所述电机包括转子(32)、定子(33),所述定子具有至少一个生成相信号(U<Sub>U</Sub>、U<Sub>V</Sub>、U<Sub>W</Sub>、I<Sub>U</Sub>、I<Sub>V</Sub>、I<Sub>W</Sub>)的相绕组(U、V、W),其中在达到或超过所述电蓄能器(S)的第一额定值(U<Sub>soll1</Sub>)之后,所述电机(30)通过所述充电控制器(LR)被操控为使得所述电机(30)以电动机方式来运行。本发明还涉及：一种相对应的计算单元,所述计算机单元被设立用于执行所述方法；以及一种用于执行所述方法的计算机程序。(The invention relates to a method for operating a charging controller (L R) for an electrical energy store (S), in particular a battery pack (B) of a vehicle electrical system (100), which can be supplied with electrical energy by means of an electric machine (30) that is directly or drivingly coupled or can be coupled to an internal combustion engine (112), comprising a rotor (32), a stator (33) having at least one phase signal (U) that is generated U 、U V 、U W 、I U 、I V 、I W ) Phase winding (U, B, C),V, W), wherein the first setpoint value (U) of the electrical energy store (S) is reached or exceeded soll1 ) The electric machine (30) is then operated by the charging controller (L R) in such a way that the electric machine (30) operates as a motor, and a corresponding computer unit, which is set up to carry out the method, and a computer program for carrying out the method.)

用于运行针对机动车中的电蓄能器的充电控制器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行针对电蓄能器、尤其是车载电网的电池组的充电控制器的方法，该充电控制器能利用电机来加载电能，该电机能直接或经传动地耦合到内燃机上，该电机包括转子、定子，该定子具有至少一个生成相信号的相绕组。

背景技术

内燃机的曲轴的旋转角位置和转速是发动机电子控制装置的多种功能的重要的输入参量。为了确定该转速，可以在与内燃机的曲轴一起旋转的主体上以相同的角距来设置标记。由于曲轴旋转而引起的标记的划过可以通过传感器来检测并且作为电信号被转交给分析电子装置。

该电子装置针对曲轴的相应的旋转角位置来确定分别为此所寄存的针对标记的信号或测量在两个标记之间的时间差，而且可以基于两个标记彼此间的已知的角距来确定角速度并且据此确定转速。在机动车、尤其是摩托车、轻型摩托车或机器脚踏车的情况下，这些标记例如可以通过所谓的传感轮的金属齿轮的齿来提供，这些齿由于它们的运动而在传感器中引起磁场的变化。几个齿的空缺可以用作用于识别绝对位置的参考标记。

在载客车（Pkw）的情况下大多使用60-2型齿（60个齿均匀分布，其中有两个齿留空），而在摩托车或机器脚踏车的情况下例如也使用36-2、24-2或12-3型齿。在曲轴的转速确定或对曲轴的旋转角位置确定的该间接原理的情况下，通过齿的数目并且通过对参考标记的可靠识别来确定转速信号的分辨率或对旋转角位置的绝对检测。

在任何具有内燃机的现代车辆中都建造有发电机，该发电机通过曲轴的旋转来驱动并且提供电信号，这些电信号用于给车辆供应电能并且给车辆电池组充电。

通常将发电机设计为使得可以随时提供车载电网的最大能量需求。这造成：在内燃机的多个工作点，发电机都提供比对于给电池组充电来说或对于给与车载电网连接的组件供电来说所需的电能更多的电能。在相应的工作点的电能供过于求的情况下，必须始终防止电池组的过量充电，使得防止电池组的损坏。为此，发电机常常与车载电网的其它组件解耦合，其中使用相对应的充电控制器，通过该充电控制器，例如通过将相短路或者将发电机置于空转状态下来阻止能量输出到电池组中。在他励电机的情况下，借助于控制器也可以实现对电机的去励磁，由此该电机可以被置于空转状态下。尤其是在其中多余电能被转换成热量的短路调节（而且其尤其是在摩托化两轮车或其它轻型机器脚踏车的情况下是最频繁的调节方式）的情况下，发电机在这种情况下使内燃机寄生地承受负载，因为被转换成热量的电能不再作为动能提供用于车辆的驱动。相对应的针对电机的空转调节通常被避免，因为在这种情况下可能出现很高的电压，所述电压可能导致电子组件损坏或者导致人员有危险。因此，常常容忍相对应的短路调节，尽管在这种情况下形成损耗功率。

因而，值得期望的会是说明一种调节电池组电压的途径，其中将损耗功率保持得尽可能低。

发明内容

按照本发明，提出了一种具有专利权利要求1的特征的方法。有利的设计方案是从属权利要求以及随后的描述的主题。

本发明的优点

在用于运行针对电蓄能器、尤其是车载电网的电池组的充电控制器的方法（该充电控制器能利用电机来加载电能，该电机直接或经传动地耦合或能耦合到内燃机上，该电机包括转子、定子，该定子具有至少一个生成相信号的相绕组）中，在达到或超过电蓄能器的第一额定值之后，该电机通过该充电控制器被操控为使得该电机以电动机方式来运行。优选地，内燃机与电机的轴具有刚性耦合。这特别有利，因为一方面在知道轴之一的位置的情况下可以反推出相应另一轴的位置。还可以确保特别好的转矩传递。在超过电蓄能器的第一额定值（该第一额定值尤其是该蓄能器的电压的第一额定值）时，使电机以电动机方式运行，由此被存储在电池组中的电能至少部分地被转换成动能，尤其是用于辅助内燃机，由此通过电机防止了电池组的过量充电。在这种情况下，电池组电压是特别好的指标，因为该电池组电压通常在电池组的容量耗尽时饱和并且可以特别可靠地被识别和测量。在这种情况下，电机的以电动机方式的运行可以相对应地辅助内燃机，这具有如下优点：为了电压调节而从电池组中引出的能量不是被转化成热量，而是被转化成动能，由此使内燃机相对应地减轻负载。该措施对由内燃机和电机构成的系统的能量平衡具有特别有利的影响，而且在此可以帮助降低内燃机的燃料消耗。

在该方法的一个优选的设计方案中，在达到或低于电蓄能器的另一额定值（该另一额定值在数值上小于第一额定值）之后，电机通过充电控制器被操控为使得该电机以发电机方式运行。

在这种情况下，优选地，第一阈值说明了上界而该另一额定值说明了下界，其中通过优选地是电蓄能器的电压值的第一和第二额定值来限定额定值段，在该额定值段之内对电蓄能器进行相对应的电压调节。在这种情况下，另一阈值限定了容差下限，直至该容差下限，电蓄能器要么借助于电机的以电动机方式的运行来放电要么借助于来自车载电网中的其它耗电器来放电，直至重新开始电机的以发电机方式的运行。在这种情况下，电机变换运行模式，其中在以电动机方式的运行时如之前已经描述的那样从电池组中提取能量，而在电机的以发电机方式的运行时将电能输送给电蓄能器。

视各个运行状态的时长而定，在电机的以电动机方式的运行与以发电机方式的运行之间的突然切换对于驾驶员来说可能具有能感受到的影响，因为曲轴交替地受到附加的加速或减速转矩。为了将该影响降低到最低限度并且不造成驾驶员的感觉发生变化，通过该方法的另一优选的设计方案，替代对工作点的突然切换，可以持续地改变通过电机所施加或减小的转矩。为此，对电机的操控被选择为使得被消耗或被输出的电功率持续地被提高或被降低。

在该方法的另一优选的设计方案中，电蓄能器的该第一额定值和/或该另一额定值根据电机的转速来预先给定。通过针对电蓄能器的额定值的设置来预先给定电机参数，可以在电蓄能器的充电过程中或者在以电动机方式对内燃机的辅助的情况下特别简单地考虑在电机中所提供的取决于转速的能量。此外，可以防止：在由于对电池组的可能的充电要求而引起的电机以及借此内燃机的转速过低的情况下，内燃机通过在以发电机方式的运行下的电机过于强烈地加载减速转矩，使得内燃机的运行可能受到干扰或者甚至停止。

在该方法的另一优选的设计方案中，电蓄能器的该第一额定值和/或该另一额定值根据内燃机的至少一个工作点和/或运行状态和/或转速来预先给定。

一般，在内燃机的尤其是气缸的一个工作循环之内的点被规定为工作点，其中一个完整的工作循环视内燃机而定包括至少一个压缩和做功冲程。在这种情况下，内燃机的运行状态包括内燃机的典型的行驶状态。这些行驶状态尤其包括：负载状态，其中使内燃机持久地承受负载；惯性滑行，其中内燃机由于传动系的关闭而基本上由外部能量输入来驱动；或者例如空转，其中内燃机基本上在不输出外部转矩的情况下运行。

关于电机或内燃机的工作循环和转速方面，可以对第一或第二额定值相对应地进行选择，以便确保内燃机的特别均匀的运行。在这种情况下，电机的以电动机方式或以发电机方式的运行尤其是被用于相对应地补偿内燃机的由于运行而造成的波动。由于内燃机的运行所造成地，该内燃机总是脉冲式地输出其转矩，其中在内燃机运行时出现相对应的转速不均匀性。该转速不均匀性可以通过对电蓄能器的额定值的相对应的调节和选择来相对应地予以补偿，使得一方面转速波动平滑而另一方面对电蓄能器的相对应的充电控制可以被确保。相同的情况适用于内燃机的运行状态，其中尤其是在负载运行时电机可以优选地以电动机方式来运行，由此对内燃机进行辅助。此外，例如在其中有外部转矩输入作用于内燃机的惯性滑行时，该外部转矩输入可以被用于：只要电蓄能器的充电状态容许这一点，就借助于在以发电机方式的运行状态下的电机将经此获得的动能转移到电蓄能器中。在空转时，电机可以通过充电控制器被操控为使得在压缩冲程的工作循环中内燃机的一个或多个气缸相对应地以电动机方式被辅助，其中在燃料-空气混合物点火并且膨胀之后，以发电机方式的运行可以使内燃机的脉冲式的转矩和转速升高相对应地平滑，由此据此所获得的动能可以被转换成电能并且该电能可以被储存在电蓄能器中。除了转矩和/或转速变化过程平滑的优点之外，通过该运行也可以实现：在电机的以电动机方式的运行与以发电机方式的运行之间的切换在对于驾驶员来说没有能感受到的影响的情况下发生。

在另一优选的设计方案中，除了降低在内燃机的工作循环之内的旋转不均匀性之外，通过对电机的适当的操控也可以补偿在不同的工作循环之间的区别。尤其是在气缸的填料量微小的情况下、例如在内燃机空转时，可能在燃烧的质量方面出现波动。由此得到不同的工作循环的不一样强烈的转速提升。为了补偿这些波动，电机尤其可以在燃烧比平均水平弱的情况下通过以电动机方式的运行来提高曲轴的转速或在燃烧比平均水平强的情况下通过以发电机方式的运行来使曲轴减速。因此，可以实现不同的工作循环彼此间的均衡并且能够实现总系统的更平稳的运行。在这些既定目标的背景下，电机可以相对应地被操控，或用于电机的操控方法可以相对应地被适配。

在该方法的另一优选的设计方案中，检测至少一个值，该至少一个值对于电机的转子的每转来说分别出现一次并且至少与相信号的上升沿、相信号的下降沿或者相信号的过零相关联，其中在出现该至少一个值之后电机通过充电控制器以电动机方式或者以发电机方式来运行。通过检测与具有相信号的过零的相信号的上升沿或下降沿相关联的该值，可以反推出电机的转子的旋转角位置或该转子的转速。因此，通过电机与内燃机的曲轴的固定耦合，也可以根据转子的旋转角位置来确定曲轴位置或根据转子的转速来确定曲轴的转速。转子的精确的旋转角位置或该转子的转速能根据未承受负载的电机直接从电机的空转电压看出，因为空转电压的相对相位与转子的旋转角位置一致。在电机承受负载的情况下、尤其是在电机加负载地以发电机方式运行的情况下，转子的精确的旋转角位置能通过附加地考虑磁极转子角来予以确定。因而，有利的是：在电机的以电动机方式或以发电机方式的加载之前，确定相应的值，依据这些值来确定电机的曲轴位置或转速，而没有由于电机的相应的负载而对该确定有不利影响。因此，结果是可以防止：对于确定转子的转速或旋转角位置来说所需的表征性信号被蓄能器的电压调节持续地妨碍到。以这种方式，可以机智地使该电压调节与对相信号的表征性值的确定在时间上分开，这些表征性值与相信号的上升沿和下降沿或过零相关联，由此获得电压调节以及根据相信号对次要参量、如转子的旋转角位置和转子的转速的确定，据此由于与内燃机的直接耦合而也能确定曲轴的转速以及曲轴的旋转角位置。

在该方法的另一优选的实施方式中，电机的以电动机方式或以发电机方式的运行根据转子的至少一个旋转角位置来执行。由于知道绝对曲轴信息，充电控制器可以有利地在一定的曲轴范围内使电机以电动机方式或以发电机方式运行。经此，分辨率高的转速的还更好的质量可以被提供给如下功能，所述功能尤其是需要在一定的曲轴范围内分辨率高的转速，属于所述功能的尤其是内燃机的喷油或点火。在该方法的另一优选的实施方式中，在出现该至少一个值之后一直维持电机的以电动机方式或以发电机方式的运行，直至识别出至少一个其它值，该至少一个其它值与相信号的随后的上升沿、相信号的下降沿或者相信号的过零相关联。在这种情况下，有利的是：通过识别与相信号的上升沿或相信号的下降沿或相信号的过零相关联的第一值，可以实现相对应的触发器，通过该触发器来确定对电机的转子的旋转角位置或转速的确定。在这种情况下，可以进一步优选的是：将电机的用于对电机进行以发电机方式或以电动机方式的调节的调节干预置于两个相邻的值之间、优选地置于两个紧邻的值之间。经此可以保证：一方面对电蓄能器的所需的充电控制可以通过电机的以电动机方式或以发电机方式的运行来实现；而且与相应的表征性值相关联的相对应的沿或过零识别不受干扰。经此，可以确保对转子的旋转角位置或转速的可靠的确定。

在该方法的另一优选的实施方式中，如果距与相信号的上升沿、相信号的下降沿或相信号的过零相关联的至少一个值存在至少一个最短时间间隔，则引入充电控制器的切换过程，用于电机的以电动机方式或以发电机方式的运行。

通过采用距下一个沿的最短时间间隔，可以确保：总系统在测量干预的时间点不再处在瞬时状态下而是处在稳定状态下，由此能以还更高的精度来确定对沿或过零的测量并且据此以还更高的精度来确定转子的旋转角位置或该转子的转速。典型的最短时间间隔在大约100μs至1ms的时间区间内变动。

在该方法的另一优选的设计方案中，在识别出值之后有时间延迟地引入充电控制器的切换过程，用于电机的以电动机方式或以发电机方式的运行。在这种情况下有利的是：时间延迟可以被用于进行对与沿或过零相关联的值的合理性检查。经此，可以排除信号中的伪影、诸如所谓的信号颤动。必要时，该时间延迟可能随着转速而发生变化，以便确保足够的计算时间。典型的时间延迟在大约100μs至1ms的时间区间内变动。

在该方法的一个优选的设计方案中，在计算单元上，在第一模式下识别第一值的出现，其中在识别出该值之后从第一模式变换到另一模式，在该另一模式下，引入电机的以电动机方式或以发电机方式的运行。从第一模式直接跳变到该另一模式、即所谓的中断（Interrupt）提供如下优点：能够实现尽可能沿同步的切换。借此，可靠地确保了到下一个沿的安定时间，而且同时在计算单元中的实现方案计算效率很高。

在该方法的另一优选的设计方案中，电机通过充电控制器时控地来运行，用于电机的以电动机方式或以发电机方式的运行，优选地在出现该至少一个值之后时控地来运行，优选地借助于脉冲宽度调制（PWM）时控地来运行。通过充电控制器对电机的时控的调节是有利的，因为经此能可靠地调整电蓄能器的所希望的目标电压。通过脉冲宽度或其时间开始及其结束点的相对应的适配，可以在选择操控模式（以发电机方式或以电动机方式）方面使对能量的输送或从电池组中对能量的提取尽可能好地与当前的现实情况（电池组的充电状态、内燃机的运行情况、在车载电网中的电组件的使用等等）适配。此外，电机的以发电机方式或以电动机方式的加载的相对应的时钟可以可靠地被置于相应的触发值之间，用于确定电机的旋转角位置或转速，由此一方面可以始终确保可靠的充电控制而另一方面可以始终确保对沿的精确的识别，而且据此可以始终确保对转子的转速或旋转角位置的可靠的确定。

在该方法的又一优选的设计方案中，时控被选择为使得电蓄能器的运行电压处在第一额定值与该另一额定值之间，优选地取恒定值。通过对通常为10、20或100kHZ的时钟频率的相对应的选择以及对调节信号、尤其是脉冲宽度调制的信号的相应的脉冲宽度和/或这些脉冲宽度的在时间上的开始和/或结束点的选择，可以几乎任意地调整电蓄能器的运行电压。另一方面，脉冲的位置可以被选择为使得不存在与相信号的如下表征性值的在时间上的交叠，所述表征性值对于确定相应的相信号的相应的上升和下降沿来说是必需的。另外，经脉冲宽度调制的调节的时间常数通常明显小于电机的时间常数。借此，与确定相应的值有关的切换的时间点不再十分重要，而且对于切换过程来说不必注意相信号。

进一步有利的是：电机的经时控的以发电机方式和/或以电动机方式的加载的时钟频率处在人类听觉频谱之外。在这种情况下，尤其是优选大于50kHz的频率。

在本发明的另一优选的设计方案中，电机的至少一个相信号借助于电子电路、尤其是发动机控制设备来处理。通过对相信号或与相信号相关联的值以及该相信号的相关联的上升沿、下降沿和过零的相对应的处理以及调节、尤其是在发动机控制设备中对电蓄能器的充电控制，可以省去附加的控制组件，因为发动机控制设备总归存在，而且原则上也能被用于该应用。这是有利的，因为经此可以简化相对应的控制架构，由此可以节约附加的成本。

原则上，易于理解的是：通过之前所描述的方法，不仅可以实现对电蓄能器的在能量方面特别高效的电压调节，但是也能直接根据电机的内部信号来确定转子的分辨率高的旋转角位置或转速，而且由于电机的转子与内燃机的曲轴的固定耦合，也能以相对应地高的精度来确定曲轴的旋转角位置和转速。因此，原则上可以省去相对应的传感轮和布置在其上的用于确定转子的旋转角位置或转速的传感装置。在电机或内燃机正在运行时，对转子的旋转角位置或转速的确定始终可能，因为对电蓄能器的相对应的充电控制在时间上与对相信号的沿或过零的确定分开，所述沿或过零对于确定旋转角位置或转速来说是必需的。经此，可以节约成本，这尤其是关于成本更低廉的以电动机方式运行的两轮车或轻型机器脚踏车方面是有利的。还可以显著改善控制功能，诸如喷油位置计算、转矩计算或用于精确地确定OT位置的学习功能等等。

在该方法的另一优选的实施方式中，转子或曲轴的旋转角位置或转速被用于控制内燃机。通过发动机控制设备对电机的相信号的检测和处理以及根据转子的旋转角位置和由于磁极转子角而存在的可能的角度偏移对曲轴的旋转角位置或转速的相对应的确定可以在内燃机的控制设备中相对应地被用于控制内燃机的点火时间点或转矩。因此，对电池组的充电控制、对内燃机的控制和对曲轴的旋转角位置或转速的经改善的确定可以被组合在发动机控制设备中，由此得到进一步的协同效应。为此，所使用的、优选地构造为用于内燃机的发动机控制设备的计算单元具有相对应的集成电路和/或被存储在存储器上的计算机程序，该集成电路或该计算机程序被设立用于执行之前所描述的方法步骤。

以计算机程序（该计算机程序优选地在数据载体、尤其是存储器上以软件为形式来存储，而且在该计算单元中供支配用于实施该方法）的形式实现该方法或设置集成电路、尤其是ASIC（专用集成电路）是有利的，因为这引起了特别低的成本，尤其是当进行实施的控制设备还被用于其它任务并且因而总归已经存在时引起了特别低的成本。适合于提供该计算机程序的数据载体尤其是磁存储器、光学存储器和电存储器，如其经常从现有技术中公知的那样。

借助于之前所描述的方法以电动机方式和/或以发电机方式来操控的优选的电机具有变流器，该变流器具有有源开关元件、优选地晶体管、尤其是MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管），由此通过这些晶体管的相对应的接线，不仅可以通过充电控制器的操控或通过其它的上级控制装置的操控来实现电机的以电动机方式或以发电机方式的运行。

由于也可以使电机以电动机方式运行的可能性，可以实现总系统的其它功能。特别是在小型单气缸内燃机的情况下，针对低转速、特别是内燃机的空转转速常常提供微小的转矩。如果在从静止开始起动时通过在以电动机方式的运行下的电机来对内燃机进行辅助，则可以实现对起动特性的显著改善并且借此可以提高驾驶员的驾驶舒适性或驾驶乐趣。

如果电机针对低转速能够供应足够高的转矩，则起动器的功能可以通过在以电动机方式的运行下的电机来实现。由此，可以节约起动器组件并且借此可以减少系统成本和结构空间。以传动系的相对应的实现为前提，电机可以在以电动机方式的运行时被用于在对车辆的推动方面辅助驾驶员。

在变速箱中的切换过程期间，通常借助于离合器来使到内燃机的轴解耦合。在换档到新的档位之后，通常在离合器闭合之前，在变速箱侧的离合器二分之一部与在发动机侧的离合器二分之一部之间存在转速差。该转速差在闭合过程期间通过这两个离合器二分之一部彼此间的摩擦来补偿。如果为了使电机的辅助的转速同步而使曲轴以及借此在发动机侧的离合器二分之一部的转速补偿或接近变速箱侧，则离合器摩擦片的与之相关联的磨损可以被减小。为此，在切换到更高的档位时必须降低发动机转速。这与先前的档位的转速水平有关地适用。为此，只要需要，就可以制动地使用电机作为发电机。

反过来，如果换档到更低的档位，则必须提高发动机转速。为此，电机可以被用作以电动机方式的辅助。

在该方法的另一优选的设计方案中，对于在电机的以电动机方式的运行与以发电机方式的运行之间的切换时间点的计划来说，以及对于电蓄能器的充电状态的计划来说，考虑关于在不久的将来出现的交通情况和/或行驶轨迹的信息。这些信息可以根据相对应的地图和关于当前位置的信息以及根据附近的当前的交通信息来获得，所述交通信息通过适当的通信装置来接收。

本发明的其它设计方案从随后的描述以及随附的附图中得到。

附图说明

图1示意性地示出了按照现有技术的具有传感器、尤其是用于转速确定的传感器的传感轮；

图2a至c示出了耦合到内燃机上的电机的示意图（a、b）以及所属的信号波形（c）；

图3示意性地示出了电机，该电机具有相对应的所属的相信号；

图4a和4b示出了三相电机的相的可能的电压波形；

图5a和5b示出了电机的单相的简化的等效电路图（a）以及相电压矢量的所属的矢量图（b）；而

图6a至6d示出了电机的可能的切换状态以及用于电机的以发电机方式和/或以电动机方式的操控的多种替选的操控方法。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了传感轮20和所属的感应式传感器10，如其在现有技术中被用于转速确定或被用于近似确定曲轴的旋转角位置的那样。在此，传感轮20与内燃机的曲轴固定连接并且传感器10位置固定地安装在适当的部位。

传感轮20、通常由铁磁材料制成的传感轮20具有齿22，这些齿以在两个齿22之间有间隔21的方式布置在外侧。在该外侧上的一个部位，传感轮20具有在预先确定的数目的齿的长度上的空缺23。

该空缺23用作用于识别传感轮20的绝对位置的参考标记。

传感器10具有条形磁体11，软磁极销12安装在该条形磁体上。软磁极销12又被感应线圈13包围。在传感轮转动时，齿22和处在分别两个齿之间的空隙交替地经过传感器10的感应线圈13。因为传感轮以及因此也包括齿22由铁磁材料构成，所以在转动时在线圈中感应出信号，利用该信号可以在齿22与空隙之间进行区分。

通过使在两个齿之间的时间差与这两个齿所围出的角度相关，可以近似计算曲轴的角速度或转速并且此外也可以近似计算曲轴的相应的角位置。

在空缺23处，在感应线圈中所感应出的信号具有与在其它情况下和空隙交替的齿22处不同的波形。以这种方式，绝对位置标记是可能的，然而只是关于曲轴一整转可能。

在图2a中描绘了内燃机112，电机30直接或经传动地耦合地接到该内燃机上，其中电机30通过内燃机112的曲轴17'来驱动。因此，电机130的转速n_Gen和曲轴17'的转速n_BKM以及电机30的转子的角位置α₁和曲轴17'的旋转角位置α彼此间具有固定的关系。电机30还分配有充电控制器LR，该充电控制器给在车载电网110之内的电池组B根据电池组B的还剩余的容量来供应能量。还设置有计算单元、尤其是发动机控制设备122，该发动机控制设备通过通信连接124来与电机30或与内燃机112交换数据并且被设立为相对应地操控内燃机112和电机30。

在图2b中，以放大的形式再次示意性地示出了电机30。电机30具有：带轴17的转子32，该转子具有励磁绕组；和定子33，该定子具有定子绕组。因而涉及他励电机，如其尤其是在机动车中常见的那样。然而，尤其是对于机器脚踏车来说、尤其是在小型和轻型机器脚踏车的情况下，大多使用具有永磁体的电机、也就是说永磁电机。在本发明的范围内，原则上可以使用两种类型的电机，其中尤其是按照本发明的方法并不取决于对相应类型的电机——永磁电机或他励电机——的使用。

示例性地，电机30构造为三相发电机，在该三相发电机中感应出三个彼此相移了120°的相电压信号。这样的三相发电机通常被用作现代机动车中的发电机并且适合于执行按照本发明的方法。在本发明的范围内，原则上，所有电机都可以被使用，与它们的相数无关，其中尤其是按照本发明的方法并不取决于对相应类型的电机的使用。

三相发电机30的三个相用U、V、W来表示。相U、V、W与第一路径34并且与第二路径35连接，该第一路径对于每个相U、V、W来说都分别具有晶体管T_H，该第二路径对于每个相U、V、W来说都分别具有另一晶体管T_L。相应的晶体管T_H、T_L能由以充电控制器LR为形式的控制单元40分别相对应地来加载，使得在第一运行情况下可以引起对相电压U_U、U_V、U_W的整流（以发电机方式的运行）或者在另一运行情况下电机能以电动机方式来运行。通过在电机30的其中向电池组B输送电能的以发电机方式的运行与电机30的其中从电池组B提取电能的以电动机方式的运行之间的符合需要的变换，引起对在车载电网110之内的电池组B的充电控制。

在图2c中示出了三个图表，这三个图表示出了相对于电机30的转子32的旋转角的所属的电压波形。在上方的图表中，录入了在相U、V、W上的电压波形和所属的相电压U_P。一般易于理解的是：在该图表中以及在随后的图表中说明的数字和值域仅仅是示范性的，并且因而原则上并不限制本发明。还易于理解的是：发电机是处在以发电机方式的运行状态下的电机30。

在中间的图表中，示出了发电机电压U_G，该发电机电压通过电压波形U、V、W的正半波和负半波的包络线来形成。

最后，在下方的图表中，示出了经整流的发电机电压U_G-（参见图2a）连同该发电机电压U_G-的有效值U_Geff，所述发电机电压附在B+与B-之间。

在图3中，示意性地示出了来自图2b中的具有相U、V、W的定子33以及第一路径34和另一路径35的晶体管T_H、T_L。所描绘的以晶体管T_H、T_L为形式的整流元件优选地构造为MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。这些MOSFET具有特别低的损耗功率。还示出了在下文使用的针对出现的电压和电流的命名法。

替选地，U_U、U_V、U_W表示所属的相U、V、W的相电压，如它们降落在定子33的相线与星形接点之间的那样。U_UV、U_VW、U_WU表示在两个相或这两个相的所属的相线之间的电压。

I_U、I_V、I_W表示从相U、V、W的相应的相线到星形接点的相电流。I表示在整流之后所有相的总电流。

现在，在图4a中以三个图表相对于时间示出了以B-为电位基准的三个相电压U_U、U_V、U_W，如它们在具有带六个永磁体的外极转子的发电机中出现的那样。具有三相定子绕组33的电机30的该图示要仅仅示例性地来看，其中原则上，在不限制一般性的情况下，按照本发明的方法也能在具有相对应地满足需要的数目的相位或永磁体或励磁线圈的发电机上被实施。同样，替代定子线圈的星形连接，也可以选择三角形连接或其它连接方式。

在具有电流输出的电机30的情况下，相电压U_U、U_V、U_W的波形以一级近似为矩形。这尤其是通过如下方式来表明：由于发电机电压，要么正二极管要么负二极管沿导通方向导通，而且因而要么测量到大约15-16伏特（在12V铅酸蓄电池下的电池组充电电压和在正二极管上的电压）要么测量到负0.7-1伏特（在负二极管上的电压）。测量的参考电位分别接地。也可以选择其它参考电位、诸如定子的星形接点。这些参考电位得到交替的信号波形，但是不改变可分析的信息、对这些信息的获得与分析。

原则上，相信号（U_U、U_V、U_W、I_U、I_V、I_W）可以以不同的方式来获得。例如，可能的是：确定相对于彼此的相电压（U_UV、U_VW、U_WU）；只要电机的定子成具有可量取的星形接点的星形连接，就通过所连接的整流器的二极管相对于该整流器的输出端接线柱（B+、B-）来确定相电压；考虑支路相对于星形接点的输出电压（U_U、U_V、U_W）；或者类似地对相电流进行分析。

在图4b中，以一个图表来共同绘制来自图4a中的相电压U_U、U_V、U_W。在这种情况下，能明显看出均匀的相移。

在电机30的转子32的一整转期间，电压信号通过六个磁体（尤其是永磁体）、即所谓的极对被重复了六次。与此相应地，对于转子32的每转来说，每个相、也就是说每个相电压U_U、U_V、U_W都出现六个下降沿FL_D和六个上升沿FL_U（对于相应的相来说是FL_UU、FL_VU、FL_WU和FL_UD、FL_VD、FL_WD）。

这些沿规定了角度区段，即正好是通过这些磁体沿着定子的在径向上的周向被覆盖的角度区段。因此，在知道每转的绝对参考点的情况下可以确定对相应的沿FL_U或FL_D的识别，该参考点例如依据参考磁体来表征，该参考磁体具有相电压U_U、U_V、U_W的与其它磁体不同的特性。

现在，利用适当的装置，不仅可以识别下降沿FL_D而且可以识别上升沿FL_U。例如，针对每个相电压，可以借助于所谓的施密特触发器来生成TTL信号并且将该TTL信号传送给控制设备。所需的触发器要么可以集成在控制设备中或集成在控制电子装置、例如控制设备、用于电池组电压的控制器中和/或在有源整流器的情况下集成在相应的发电机控制器中，要么也可以在外部被分配给该发电机控制器。各个TTL信号尤其可以针对使用控制设备、尤其是发动机控制设备122（参见图2a）的情况通过各一条线路或者通过前置的组合电子装置或者以其它方式适当地来组合地经由仅仅一根数据线124（参见图2a）被传送。

在图4b中，相电压U_U、U_V、U_W的相应的下降沿的末端分别分配有值W_U、W_V、W_W，这些值也被称作W_Ud、W_Vd、W_Wd。同样，也可以给上升沿FL_U分配相对应的值W_Uu、W_Vu、W_Wu。也可以给相电压的过零分配相对应的值W_U0、W_V0、W_W0。这些值可以用于识别转子32的旋转角位置α₁或通过定子33的极对来规定的角度增量。依据相信号的平稳区域或其间的其它区域对转子32的旋转角位置α₁的识别也是可能的。同样，这些值也可以被用于依据时间差Δt₁、Δt₂、Δt₃来确定发电机的转速。

在这种情况下，在六个永磁体在电机30中的均匀布局下，对于每转来说彼此间分别以相同的间隔总共出现了18个下降沿FLd并且因此出现了18个所属的值。因此，在时间差Δt₁、Δt₂或Δt₃期间，走过了角度360°/18 = 20°。如开头已经提及的那样，这也可以被用于识别转子32的旋转角位置α₁，其中示例性地确定的20°是能探测到的角度增量。此外，据此也可以确定角速度ω_i。该角速度根据ω_i = 20°/Δt_i而得到并且所属的转速n_i根据n_i =ω_i/360°·60s/min以每分钟转数为单位而得到。

原则上，易于理解的是：替选于下降沿FL_D，也能使用上升沿，用于确定转子32的旋转角位置α₁以及用于确定电机30的瞬时转速n_Gen。与此相应地，由于每转的值的数目加倍，得到不仅转子32的旋转角位置α₁而且转速n_Gen的更高的分辨率。此外，这些相的沿可以以多种其它的方式和方法来分析，例如通过分别相同的相或相应的相的上升沿FL_U和下降沿FL_D彼此间的时间间隔或者通过同一相或所有相一起的上升沿FL_U或下降沿FL_D的时间间隔来分析。

除了上升沿FL_U和下降沿FL_D之外，对于对转子32的旋转角位置α₁的确定或转速识别n_Gen的经改善的分辨率来说，也可以使用相信号U_U、U_V、U_W的过零。

转子32及其轴17的实际的旋转角位置α₁以及借此曲轴17'的旋转角位置α只能根据电机30的电信号、尤其是相信号U_U、U_V、U_W或所属的相电流I_U、I_V、I_W精度不足地被确定，因为在电机30由于有通过电流而承受负载的情况下，发生以在相信号U_U、U_V、U_W或I_U、I_V、I_W的相位与转子32的实际的旋转角位置α₁之间的角度偏移为形式的系统误差。这在随后的附图中进一步予以阐述。

在图5a中示出了电机的单相的简化的等效电路图的示意图，而在图5b中以矢量图相对应地示出了各个电压或电流以及它们彼此间的相对相位偏移之间的关系。原则上，根据该单相等效电路图所确定的知识也可以被转用于多相电机，如其例如在上文的描述中所示出的那样。根据图5a)中的电机的单相等效电路图和所属的、在图5b)中示出的矢量图，可以推导出承受负载的电机的电压方程，该电压方程如下：

U_p = jX * I + u，

其中U对应于电机30的输出电压，U_P对应于电机在没有负载的情况下的空转电压而I *jX对应于电压降U_X，该电压降由于流经电机的通过电流并且由于电机的电抗X而降落在发电机中。

在这种情况下，电机30的空转电压U_P对应于理想的感应电压，该感应电压与转子32的关于相方面的旋转角位置α₁一致。在这种情况下，对应于磁极转子角的角度偏移θ相对应地等于零。因此，空转电压U_P的相位关系精确地反映出转子32的几何运动并且因此说明了该转子的精确的角位置（在电机30的未承受负载的状态下）。

由于电机30的负载和由此得到的通过电流I，承受负载的发电机30的输出电压U相对于该发电机的所感应出的空转电压U_P的相位滞后，其中在U与U_P之间的角度偏移通过角度偏移θ、即所谓的磁极转子角得到。原则上，该角度偏移能根据线圈电流I来计算并且在不知道线圈电流I的情况下难以计算。

此外，在输出电压U与电流I之间的角度通过所连接的负载而得到而且对于纯欧姆耗电器来说为φ = 0°。电机的理想的感应电压（空转电压）U_P作为电机常数、励磁与角速度的乘积而得到。在永磁电机的情况下，通过所使用的永磁体以及借此与角速度成比例的理想的感应电压来得到恒定的励磁。因此，根据图5b)中的矢量图，对于角度偏移θ来说得到：

(cos(θ) = (U + sin(φ) * X * I)/U_P。

在使用线性工作的电压调节器40（诸如在图3中所示出的那样）以及在线性范围（三极管范围）内对晶体管T_H、T_L中的至少一个晶体管的操控的情况下，电机30的输出电压U可以被调节得（相对于电池组电压）几乎恒定。此外，即使在车载电网中可能出现较小的电容，在电机30的以发电机方式的运行时使用变流器作为整流器34、35与下游的以电池组B为形式的电蓄能器S一起在发电机30的输出端上也近似导致纯欧姆负载。借此，在输出电压U与电流I之间的角度偏移φ变为0，其中之前提到的公式中的加数(sin(φ) * X * I)同样变为0并且借此消失。

原则上，空转电压U_P与电机30的转速n_Gen成比例。因此，在假定输出电压U的幅值基本上恒定的情况下并且在假定φ变为零并且因此第二个加数消失的情况下，之前提到的公式被简化到如下关系：

θ_aprox = cos^-1(const./n_Gen)，

其中常数const.基本上根据恒定的输出电压U和空转电压U_P的恒定的并且借此与转速n_Gen无关的分量而得到。

如果选择根据沿时间t_Gen而不是转速n_Gen来呈现针对θ_aprox的公式，则得到θ_aprox与t_Gen的如下关系：

θ_aprox = cos^-1(const.' * t_Gen)，

其中const.'除了上文的恒定因子之外还包含用于根据以每分钟转数（rpm）为单位的转速n_Gen来计算以秒为单位的沿时间t_Gen的恒定因子。

在对于典型内燃机来说从空转至大约15000rpm的重要的时间范围内，该关系可以近似通过斜率为负的直线方程来描述并且借此能够实现在应用中的高计算效率。如开头已经示出的那样，所说明的值域仅仅具有解释性而不应该对本发明进行限制。

在电池组调节或对电池组电压的相对应的调节使得相应的执行机构42在线性范围内运行的这种设计方案的情况下，角度偏移θ以一级近似也可以在不知道通过电流I的情况下足够精确地被估计，这容许非常可靠地确定在相电压U_U、U_V、U_W的相位与转子32的实际的旋转角位置α₁之间的角度偏移θ。

因此，根据相电压U_U、U_V、U_W来确定的转子32的旋转角位置α_Phase可以相对应地通过取决于相应的转速n_Gen的角度偏移θ来修正。据此，可以相对应地确定内燃机的曲轴17的实际的旋转角位置α或转子32的旋转角位置α₁。在转子32的轴与曲轴17之间固定耦合的情况下，这两个旋转角位置彼此间的关系固定。因而，在不限制一般性的情况下，适用α = α₁，但是一旦有电流流经，α₁就不再能在相信号U_U、U_V、U_W、I_U、I_V、I_W中被看到。

通过根据相信号U_U、U_V、U_W、I_U、I_V、I_W中的至少一个相信号对未经修正的旋转角位置α_Phase的相对应的确定和对磁极转子角θ的之前所描述的确定，可以通过：

α₁ ≈ α_Phase + θ

以特别好的近似来确定实际的角位置α₁。

然而，之前做出的用于高度精确地确定转子32的旋转角位置α₁或转速n的假定的前提是：在确定相应的相信号U_U、U_V、U_W、I_U、I_V、I_W的时间范围内充电控制器40并没有干预对电蓄能器S的电压的调节。

在图6a中，能看到具有三个相U、V、W的电机30的输入端和/或输出端的不同的所容许的切换状态。状态V1至V6描述了其中在电机30与电蓄能器B之间存在通过电流、即在以发电机方式的运行时电蓄能器B通过电机30被充电或在以电动机方式的运行时电蓄能器B给电机30馈电的状态。

状态V7和V8描述了其中在电机30与电蓄能器B之间不存在通过电流的状态。换言之，这三个相相对于彼此短路。在状态关系后面的括号中的三位数、即1和0表示各个相所处的切换状态。第一位数代表相U，第二位数代表相V而第三位数代表相W。1表示该相通过逆变器的相对应的开关与电蓄能器的正输入端/输出端连接，0表示存在与电蓄能器的负输入端/输出端的连接。

例如当相U和W与电蓄能器的正输入端/输出端连接而相V与电蓄能器的负输入端/输出端连接时，存在状态V1。相对应的情况适用于其它状态V2至V6。状态V7表示使电机通过逆变器的三个下方的开关短路的状态，V8表示其中这三个相通过逆变器的上方的开关被短路的状态。

如果这些相的状态被选择为使得所示出的状态V1至V6周期性地连续地沿旋转方向定位在转子（转子位置RP）之前地被切换，则使电机30以电动机方式运行。在所调整的切换状态与转子位置RP之间的角度被称作磁极转子角或负载角并且作为θ_M被绘出。

如果转子位置RP的切换状态沿旋转方向在时间上滞后，则存在以发电机方式的运行。在这种情况下，磁极转子角以相反的符号出现，这里作为θ_G被绘出。

如果只选择以周期性顺序的状态V1至V6作为切换状态，则在所选择的操控方法中称为块换向。在此，在相连接端上的电压通过电蓄能器的电压来预先给定。

图6b示出了对用于设置电功率的操控方法的扩展。如果针对通过磁极转子角θ和转速（以及在他励电机的情况下通过励磁）来调整的工作点不应该（以电动机方式或以发电机方式）调用最大功率，则可以在所希望的切换状态V1至V6（这里示例性地是V2）与两个短路状态V7或V8之一（这里示例性地是V7）之间快速连续地进行变换。在此，在以发电机方式的运行时，电机30部分地在短路（状态V7）下运行而且这样在这段时间阻止到电蓄能器B中的通过电流；在这段时间期间，在以电动机方式的运行时，从电蓄能器B到电机30中的通过电流被阻止。

在电机的该工作点，所造成的操控矢量V2_PWM根据在其中在电机与电蓄能器之间存在通过电流的时间t_on与两个切换状态的时长之和（t_on + t_off）以及切换状态V2的矢量的长度（通过可支配的电压来限定）之间的关系而得到：

在这两个切换状态之间的快速的变换可以借助于脉冲宽度调制PWM来实现。

是否选择切换状态V7或V8来设置所造成的切换矢量的长度的决策可以依据逆变器的开关的所需的切换过程来做出。对于切换状态V2、V4和V6来说适合于选择与切换状态V7的组合，因为只须有一相从1被切换到0并且反过来从0被切换到1。

而对于切换状态V1、V3和V5来说适合的是与切换状态V8的组合，因为只须有一相从0被切换到1并且反过来从1被切换到0。

优选的是：必须同时操纵逆变器34、35的尽可能少的开关T_H、T_L，以便一方面使出现的切换损耗随时间分布在这些开关中并且这样来实现成本更低廉的冷却。另一方面，由于构件容差和其它影响而并不能确保所有开关T_H、T_L都精确地同时进行切换。因而，数目少的同时的切换过程抑制了高频信号分量，所述高频信号分量可能由于高频切换由于不同的切换延迟而引起。

图6c示出了另一操控方法，该另一操控方法被称作空间矢量调制。如果不仅在切换状态V1至V6（这里示例性地是V2和V3）与短路状态V7或V8之间周期性地进行变换，而且可以调整出在V2与V3之间的中间状态，则得到该另一操控方法。

在前两种方法中可能的切换状态的位置（通过在中心（V7、V8）与点V1至V6之间的箭头来示出）受限制并且随之而来也不能设置恒定的磁极转子角（而是在时间上周期性波动的磁极转子角），而使用中间状态能够实现对磁极转子角θ的明显更恒定的设置。

可以调整出中间状态，在该中间状态下，在两个切换状态V1至V6或V7或者V8之间的PWM切换的方法被扩展了第三切换状态V1至V6，其中第一切换状态V1至V6与第三切换状态V1至V6不相同并且周期性地彼此相邻。

在其中存在第一切换状态V2的时间与其中存在第三切换状态V3的时间之间的关系限定了在这两个切换状态、即V2与V3之间的所造成的中间的切换状态的位置。通过第二切换状态V7或V8的时长，可以调整矢量长度并且借此调整在工作点的功率。

在三个切换状态的时长持续发生变化的情况下，可以实现所造成的操控矢量SZ，该操控矢量的尖端在绕着中心的圆周上移动。借助于这些切换状态的两个矢量SZ_M1和SZ_M2的矢量相加以及所希望的所造成的切换矢量来计算相对应的时长。

如在图6b中示出的那样，矢量SZ_M1和SZ_M2通过在V2与V7之间的变换或通过在V3与V8之间的变换来得到。如在先前的操控方法中那样，矢量相对于转子位置沿旋转方向定位在转子位置之前或之后（其中磁极转子角位于其间）说明了：运行方式，即是以电动机方式或以发电机方式；以及电机的针对所选择的或当前的转速的工作点。

为了必须同时操纵逆变器的尽可能少的开关并且实现上文所列举的由此所造成的优点，在该示例中适合的是切换序列V7 - V2 - V3 - V8 - V8 - V3 - V2 - V7。

在图6d中示出了：高效的电压调节器设计（通过在电机的以电动机方式的运行与以发电机方式的运行之间的变换来实现）可以如何在空间矢量方法中通过高频切换来予以辅助。

替代在较长的时间段内调整出具有磁极转子角θ_M的以电动机方式的状态或具有磁极转子角θ_G的以发电机方式的状态，也可以在这些状态之间进行高频变换。在此，这些状态的两个时长的关系保持不变，仅仅相应的时长被大大减少。示例性地，假定所绘出的转子位置RP。为了实现所希望的电动机或发电机运行，需要所造成的切换矢量SZ_M用于电动机运行或需要所造成的切换矢量SZ_G用于发电机运行。转子的旋转方向应在不限制一般性的情况下沿顺时针方向。

如果根据在以电动机方式的运行的时长与以发电机方式的运行的时长之间的关系计算出所造成的中间的操控矢量SZ_res，则电压调节器运行可以被简化到具有所造成的磁极转子角θ_res的以电动机方式的运行。

替选地，可以根据切换矢量SZ_M和SZ_G的矢量长度以及在考虑符号的情况下两个磁极转子角θ_M和θ_G的相加来计算所造成的矢量。如果SZM和SZG具有不同的矢量长度，则例如可以选择这两个矢量长度的平均值，作为对所造成的矢量长度的近似。