DE10200733A1

DE10200733A1 - Generator model for determining generator temperature, current and torque

Info

Publication number: DE10200733A1
Application number: DE2002100733
Authority: DE
Inventors: Karsten Schiller; Frank Buchholz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2003-07-24
Also published as: WO2003058793A1

Abstract

The invention relates to a generator for determining electrical, mechanical and/or thermal variables of a generator, especially for a motor vehicle electrical system. The electrical performance of the generator, especially the power current (I<SB>G</SB>) and the actual generator capacity (P<SB>G</SB>), can be analysed in a particularly simple manner by means of a unit (1) which determines the electrical performance of the generator in all operating conditions thereof, wherein at least one first group and one second group of warm or cold characteristics (5a,5b,6) are respectively stored for various generator voltages (U<SB>G1</SB>,U<SB>G2</SB>), wherefrom, the unit (1) determines the actual generator power current (I<SB>G</SB>) by taking into account an actual generator temperature (T<SB>G</SB>) and a maximum generator temperature (T<sb>Gmax</sb>) by linear interpolation between the characteristics (5a,5b,6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Generatormodell zur Ermittlung elektrischer, mechanischer und/oder thermischer Generator- Kenngrößen, insbesondere für Kfz-Bordnetze, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 13. The invention relates to a generator model for determination electrical, mechanical and / or thermal generator Parameters, especially for vehicle electrical systems, according to Preamble of claim 1 and 13 respectively.

Kraftfahrzeug-Bordnetze werden üblicherweise von einer Batterie sowie von einem Generator (Lichtmaschine) versorgt. Dabei kann die Belastbarkeit bzw. Leistungsfähigkeit der Fahrzeugbatterie mittels geeigneter Batteriemodelle abgeschätzt werden. Aus der Leistungsfähigkeit der Batterie und des Generators läßt sich ermitteln, ob im Rahmen eines Energie- und Verbrauchermanagements bestimmte Verbraucher zuschaltbar sind oder belastungsreduzierende Maßnahmen eingeleitet werden müssen, um z. B. einen Ausfall sicherheitsrelevanter Einrichtungen (Bremsen) zu vermeiden. Entsprechende Modelle zur Bestimmung des elektrischen, mechanischen oder thermischen Generatorverhaltens sind momentan nur unzureichend entwickelt. Motor vehicle electrical systems are usually used by one Battery and powered by a generator (alternator). The resilience or performance of the Vehicle battery using suitable battery models can be estimated. From the performance of the battery and the generator can be determined whether in the context of a Energy and consumer management of certain consumers are switchable or load-reducing measures must be initiated in order to. B. a failure to avoid safety-relevant devices (brakes). Corresponding models for determining the electrical, mechanical or thermal generator behavior currently insufficiently developed.

Über ein sogenanntes DF-Signal (Regelsignal, mit dem die Erregung des Generators bestimmt wird) kann zwar der Auslastungsgrad des Generators ermittelt werden. Ein Rückschluß auf die aktuelle Leistungsabgabe und vor allem die aktuelle Leistungsreserve des Generators ist dabei jedoch nicht möglich, da die tatsächliche Leistungsabgabe des Generators stark vom jeweiligen Betriebszustand (Temperatur, Spannung, Drehzahl, Auslastung) abhängt. Via a so-called DF signal (control signal with which the Excitation of the generator is determined) The degree of utilization of the generator can be determined. On Conclusion on the current output and especially the current power reserve of the generator is however not possible because the actual power output of the Generator strongly depends on the respective operating state (temperature, Voltage, speed, utilization).

Zur Bestimmung wichtiger Generator-Kenngrößen, wie den Generatorstrom und das Generatordrehmoment, existieren bereits Algorithmen, die über die elektrische Leistungsabgabe des Generators auf das Generatormoment schließen. Dabei werden jedoch nicht alle möglichen Betriebszustände (Temperatur, Spannung, Drehzahl, Auslastung) des Generators beachtet. To determine important generator parameters, such as the Generator current and the generator torque exist already have algorithms about electrical power output of the generator to the generator torque. there however, not all possible operating states (Temperature, voltage, speed, utilization) of the generator respected.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Generatormodell zu schaffen, mit dem die wesentlichen Generator-Kenngrößen wie Generatorstrom und -drehmoment für nahezu alle Betriebszustände abgeschätzt werden können. It is therefore the object of the present invention To create generator model with which the essential Generator parameters such as generator current and torque for almost all operating conditions can be estimated.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 bzw. 13 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. The object is achieved according to the invention by the Claim 1 and 13 specified features. Further Embodiments of the invention are the subject of Dependent claims.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, das Generatormodell mit einer Einheit zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens des Generators zu realisieren, in der ein erster und ein zweiter Satz von Stromkennlinien aus jeweils wenigstens drei Warm- und Kaltkennlinien, vorzugsweise zwei Kaltkennlinien und einer Warmkennlinie, für jeweils unterschiedliche Generatorspannungen hinterlegt sind, aus denen die Einheit zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens unter Berücksichtigung einer aktuellen Generatortemperatur und einer maximalen Generatortemperatur durch lineare Interpolation zwischen den Kennlinien den aktuellen Generatorstrom ermitteln kann. The essential idea of the invention is that Generator model with a unit for determining the to realize electrical behavior of the generator in the a first and a second set of current characteristics at least three hot and cold curves, preferably two cold characteristics and one warm characteristic, for different generator voltages are stored, from which the unit for determining the electrical Behavior taking into account a current Generator temperature and a maximum generator temperature by linear interpolation between the characteristics can determine current generator current.

Als Kaltkennlinien werden solche Generatorkennlinien bezeichnet, bei denen die Generatortemperatur im wesentlichen der Kühlwassertemperatur entspricht. Vorzugsweise sind Strom- Kennlinien, wie z. B. Strom/Drehzahlverläufe des Generators als Kaltkennlinien hinterlegt. Such generator characteristics are called cold characteristics referred to, where the generator temperature essentially corresponds to the cooling water temperature. Electricity Characteristic curves, such as B. Current / speed curves of the generator stored as cold characteristic curves.

Dagegen handelt es sich bei Warmkennlinien um Kennlinien bei einer Generatortemperatur, die wesentlich größer ist, als die Kühlmitteltemperatur. Als Warmkennlinien werden vorzugsweise ebenfalls Strom-Kennlinien hinterlegt. In contrast, warm characteristic curves are characteristic curves at a generator temperature that is significantly higher than that Coolant temperature. As warm characteristics are preferred current characteristics are also stored.

Die Warm- und Kaltkennlinien werden üblicherweise in Prüffeldmessungen unter vorgegebenen definierten Bedingungen (Temperatur, Generatorerregung) ermittelt. Dabei wird für die Erregung i. d. R. eine maximale Erregung gewählt, woraus sich Strom-Kennlinien für einen maximalen Strom (d. h. bei Vollerregung) ergeben. The hot and cold characteristics are usually in Test field measurements under specified, defined conditions (Temperature, generator excitation) determined. It is for the Excitement i. d. R. selected a maximum excitement, which results Current characteristic curves for a maximum current (i.e. at Full excitation).

Die Kalt- und Warmkennlinien können entweder als konkrete Wertepaare oder als mathematische Formel hinterlegt sein. The cold and warm characteristics can either be concrete Pairs of values or as a mathematical formula.

Im erfindungsgemäßen Generatormodell sind vorzugsweise wenigstens sechs Strom-Kennlinien, d. h. jeweils ein Satz von wenigstens drei Warm- und Kaltkennlinien für jeweils eine erste und eine zweite Generatorspannung hinterlegt. In the generator model according to the invention are preferred at least six current characteristics, i.e. H. one set of each at least three hot and cold characteristics for one each first and a second generator voltage deposited.

Die Ermittlung des aktuellen Generatorstroms erfolgt im einzelnen vorzugsweise nach folgendem Verfahren:
Die Einheit zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens übernimmt zunächst eine zugeführte aktuelle Generatortemperatur und bestimmt damit einen Interpolationsbereich in einem Temperatur-/Drehzahldiagramm (Fig. 2), in dem die Generatortemperatur über der Drehzahl vorzugsweise für die gleichen Temperaturen, wie bei den Kalt- und Warmkennlinien, aufgezeichnet ist. The current generator current is preferably determined in detail using the following method:
The unit for determining the electrical behavior initially takes over a supplied current generator temperature and thus determines an interpolation range in a temperature / speed diagram ( FIG. 2), in which the generator temperature versus speed preferably for the same temperatures as for the cold and warm characteristics , is recorded.

Befindet sich die aktuelle Generatortemperatur bei einer aktuellen Drehzahl in einem von den Temperaturkennlinien begrenzten Temperaturbereich, so wird in einem ersten Schritt ermittelt, in welchem Verhältnis dieser Temperaturwert einen der Temperaturbereiche teilt. The current generator temperature is at current speed in one of the temperature characteristics limited temperature range, so in a first step determines the ratio of this temperature value divides the temperature ranges.

Mit diesem Ergebnis wird in einem zweiten Schritt in Abhängigkeit vom zuvor ermittelten Temperaturbereich eine vorzugsweise lineare Interpolation zwischen zwei Kaltkennlinien oder der Kalt- und Warmkennlinie durchgeführt, woraus sich ein resultierender erster maximaler Generatorstrom ergibt. With this result, in a second step Depending on the previously determined temperature range preferably linear interpolation between two Cold characteristic curves or the cold and warm characteristic curve carried out, resulting in a first maximum Generator current results.

Die gleiche Interpolation wird im gleichen Temperaturbereich bezüglich des zweiten Satzes von Stromkennlinien (bei der zweiten Generatorspannung) durchgeführt. Nach der Interpolation ergibt sich daraus ein zweiter maximaler Generatorstrom. The same interpolation is in the same temperature range regarding the second set of current characteristics (at the second generator voltage) performed. After Interpolation results in a second maximum Generator power.

Der resultierende Maximalstrom bei der aktuellen Generatorspannung wird schließlich in einer weiteren linearen Interpolation zwischen dem ersten und zweiten maximalen Generatorstromwert ermittelt. The resulting maximum current at the current Generator voltage is finally linear in another Interpolation between the first and second maximum Generator current value determined.

Der aktuelle Generatorstrom ergibt sich schließlich aus dem nicht linearen Zusammenhang zwischen Erregerstrom und Generatorstrom. The current generator current ultimately results from the non linear relationship between excitation current and Generator power.

Zusammengefasst ermittelt die Einheit zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens des Generators vorzugsweise zunächst einen ersten und einen zweiten maximalen Stromwert aus einem ersten und zweiten Satz von Kalt- und Warmkennlinien (die den Stromverlauf bei unterschiedlichen Generatorspannungen wiedergeben) und bestimmt daraus, unter Berücksichtigung der aktuellen Generatorspannung den aktuellen maximalen Generatorstrom. In summary, the unit for determining the electrical behavior of the generator preferably initially a first and a second maximum current value from one first and second set of cold and warm characteristics (the the current profile at different generator voltages play) and determines from it, taking into account the current generator voltage the current maximum Generator power.

Aus dem ermittelten maximalen Generatorstrom wird schließlich unter Berücksichtigung des aktuellen Erregerstroms der aktuelle Generatorstrom berechnet. Finally, the maximum generator current determined becomes taking into account the current excitation current current generator current is calculated.

Das erfindungsgemäße Generatormodell umfaßt vorzugsweise wenigstens die Einheit zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens, eine Einheit zur Bestimmung des Verlustverhaltens sowie eine Einheit zur Bestimmung des thermischen Verhaltens des Generators. Die Einheiten sind miteinander verknüpft, wobei von einer Einheit ermittelte Generator-Kenngrößen jeweils einer nachfolgenden Einheit zugeführt werden. The generator model according to the invention preferably comprises at least the unit for determining the electrical Behavior, a unit for determining loss behavior and a unit for determining the thermal behavior of the generator. The units are linked together where generator parameters determined by a unit are each fed to a subsequent unit.

Die Einheiten repräsentieren Modelle bzw. mathematische Formeln zur Ermittlung vorgegebener Generator-Kenngrößen. Die Einheit zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens des Generators ermittelt vorzugsweise die aktuelle Generatorleistung, die maximale Generatorleistung sowie den Generatorstrom. Die Einheit zur Bestimmung des Verlustverhaltens des Generators ermittelt vorzugsweise die aktuelle elektrische Verlustleistung, die maximale elektrische Verlustleistung sowie die mechanische Verlustleistung des Generators, insbesondere unter Berücksichtigung der Generatorleistung, der maximalen Generatorleistung, des DF-Signals sowie der Drehzahl des Generators. The units represent models or mathematical ones Formulas for determining predetermined generator parameters. The unit for determining the electrical behavior of the Generator preferably determines the current one Generator power, the maximum generator power and the Generator power. The unit for determining the Loss behavior of the generator preferably determines the current electrical power loss, the maximum electrical power loss and mechanical Power loss of the generator, especially under Taking into account the generator power, the maximum Generator power, the DF signal and the speed of the Generator.

Die Einheit zur Bestimmung des thermischen Verhaltens des Generators ermittelt vorzugsweise die aktuelle Generatortemperatur, eine maximale Generatortemperatur und/oder die Dissipationswärme, vorzugsweise unter Berücksichtigung der elektrischen Verlustleistung, der maximalen elektrischen Verlustleistung, der Kühlmitteltemperatur sowie der Drehzahl des Generators. The unit for determining the thermal behavior of the Generator preferably determines the current one Generator temperature, a maximum generator temperature and / or the heat of dissipation, preferably under Taking into account the electrical power loss, the maximum electrical power dissipation Coolant temperature and the speed of the generator.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Generatormodell ferner eine Einheit zur Bestimmung des mechanischen Verhaltens des Generators. According to a preferred embodiment of the invention the generator model also a unit for determining the mechanical behavior of the generator.

Diese Einheit ermittelt das aktuelle Drehmoment des Generators, vorzugsweise unter Berücksichtigung der aktuellen Generatorleistung, der aktuellen elektrischen Verlustleistung, der aktuellen mechanischen Verlustleistung sowie der Generatordrehzahl. This unit determines the current torque of the Generator, preferably taking into account the current Generator power, the current electrical Power loss, the current mechanical power loss as well as the generator speed.

Die Einheit zur Bestimmung des thermischen Verhaltens ermittelt die aktuelle Generatortemperatur sowie die maximale Generatortemperatur vorzugsweise auf der Grundlage eines thermischen Netzwerkes. The unit for determining thermal behavior determines the current generator temperature and the maximum Generator temperature preferably based on a thermal network.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention is described below with reference to the accompanying Drawings explained in more detail by way of example. Show it:

Fig. 1 ein Generatormodell gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 1 is a model generator according to an embodiment of the invention;

Fig. 2 Temperaturkennlinien eines Generators; Fig. 2 temperature characteristics of a generator;

Fig. 3 einen Satz aus drei Stromkennlinien eines Generators bei einer vorgegebenen ersten Generatorspannung; Fig. 3 is a set of three current characteristics of a generator at a predetermined first voltage generator;

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Ermittlung des maximalen Generatorstroms; Fig. 4 is a diagram for explaining the determination of the maximum generator current;

Fig. 5 den Zusammenhang zwischen Erreger- und Generatorstrom; FIG. 5 shows the relationship between the exciter and generator current;

Fig. 6a ein thermisches Netzwerk zur Bestimmung einer mittleren Generatortemperatur; und FIG. 6a, a thermal network for determining an average temperature generator; and

Fig. 6b ein thermisches Netzwerk zur Bestimmung einer maximalen Generatortemperatur. Fig. 6b a thermal network to determine a maximum generator temperature.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Generatormodells mit mehreren Einheiten 1-4, die zur Ermittlung vorgegebener Generator-Kenngrößen dienen. Die einzelnen Einheiten 1-4 repräsentieren dabei wiederum Modelle bzw. mathematische Zusammenhänge, mit denen die jeweils angegebenen Ausgangsgrößen unter Berücksichtigung der angegebenen Eingangsgrößen ermittelt werden können. Fig. 1 shows an embodiment of a generator model with several units 1-4 , which are used to determine predetermined generator parameters. The individual units 1-4 in turn represent models or mathematical relationships with which the respectively specified output variables can be determined taking into account the specified input variables.

In einem Kfz-Bordnetz stellt das Gereratordrehmoment M_G eine wichtige Größe dar, um einen Koordination zwischen dem elektrischen Bordnetz und dem Motormanagement zu ermöglichen. Ferner ist die Kenntnis des vom Generator gelieferten Stromes I_G Voraussetzung für ein effektives Verbrauchermanagement in einem Kfz. Beide Größen I_G, M_G werden vom gezeigten Generatormodell als Ausgangsgrößen generiert. In a motor vehicle electrical system, the device torque M _{G represents} an important variable in order to enable coordination between the electrical vehicle electrical system and the engine management. Furthermore, knowledge of the current I _G supplied by the generator is a prerequisite for effective consumer management in a motor vehicle. Both variables I _G , M _G are generated by the generator model shown as output variables.

Das dargestellte Generatormodell umfaßt eine Einheit 1 zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens, eine Einheit 2 zur Bestimmung des Verlustverhaltens, eine Einheit 3 zur Bestimmung des thermischen Verhaltens sowie eine Einheit 4 zur Bestimmung des mechanischen Verhaltens des Generators. The generator model shown comprises a unit 1 for determining the electrical behavior, a unit 2 for determining the loss behavior, a unit 3 for determining the thermal behavior and a unit 4 for determining the mechanical behavior of the generator.

Die Eingangsgrößen des Generatormodells sind eine Generatorspannung U_G, ein Erreger-Strom I_err, die Generatordrehzahl n_G, die Kühlmitteltemperatur T_kue und ein DF-Signal. The input variables of the generator model are a generator voltage U _G , an excitation current I _err , the generator speed n _G , the coolant temperature T _kue and a DF signal.

Die Generatorspannung U_G kann entweder gemessen oder mittels eines geeigneten Modells abgeschätzt werden. Gleiches gilt für den Erreger-Strom I_err. Die Generatordrehzahl n_G und die Kühlmitteltemperatur T_kue werden üblicherweise gemessen. The generator voltage U _G can either be measured or estimated using a suitable model. The same applies to the excitation current I _err . The generator speed n _G and the coolant temperature T _kue are usually measured.

Zur Erläuterung des Prinzips, nach dem die Einheit 1 den aktuellen Generatorstrom I_G ermittelt, sollten zunächst die Fig. 2 und 3 betrachtet werden. Fig. 2 zeigt den Verlauf der Generatortemperatur T_G über der Generatordrehzahl n_G. Bei den Kennlinien 7a, 7b ist die Generatortemperatur im wesentlichen konstant. Der Generator wird dabei in einem Zustand betrieben, bei dem die Generatortemperatur T_G im wesentlichen der Kühlmitteltemperatur T_kue entspricht. Typische Werte für T1 bzw. T2 sind beispielsweise -25°C bzw. +40°C. To explain the principle according to which unit 1 determines the current generator current I _G , FIGS. 2 and 3 should first be considered. Fig. 2 shows the course of the generator temperature T _G above the generator speed n _G. With the characteristic curves 7 a, 7 b, the generator temperature is essentially constant. The generator is operated in a state in which the generator temperature T _G essentially corresponds to the coolant temperature T _kue . Typical values for T1 and T2 are, for example, -25 ° C and + 40 ° C.

Dagegen steigt die Generatortemperatur T_G bei der Kennlinie 8 mit der Drehzahl an. Hier wird der Generator in einem Betriebszustand betrieben, bei dem die Generatortemperatur T_G wesentlich über der Kühlmitteltemperatur T_kue liegt. Typische Werte für die Kühlmitteltemperatur sind beispielsweise 110°C, während die Generatortemperatur T_G Werte von mehr als 200°C annehmen kann. In contrast, the generator temperature T _G increases with the speed at the characteristic curve 8 . Here the generator is operated in an operating state in which the generator temperature T _{G is} substantially above the coolant temperature T _kue . Typical values for the coolant temperature are, for example, 110 ° C, while the generator temperature T _G can assume values of more than 200 ° C.

Im Temperatur/Drehzahl-Diagramm von Fig. 2 sollte das Temperaturverhalten des Generators im wesentlichen im gesamten Temperaturbereich des Generators dargestellt sein. The temperature / speed diagram of FIG. 2 should essentially show the temperature behavior of the generator in the entire temperature range of the generator.

Das Bezugszeichen ≙ beschreibt den Bereich zwischen den konstanten Generatortemperaturen T1 und T2. Das Bezugszeichen ≙ beschreibt den Bereich zwischen der konstanten Generatortemperatur T2 und der drehzahlabhängigen Generatortemperatur T3. The reference symbol ≙ describes the area between the constant generator temperatures T1 and T2. The reference number ≙ describes the area between the constant Generator temperature T2 and the speed-dependent Generator temperature T3.

Fig. 3 zeigt einen ersten Satz von drei Stromkennlinien (bei maximaler Erregung) über der Generatordrehzahl n_G bei den Temperaturen T1, T2 und T3 für eine vorgegebene Generatorspannung U_G1. Die Kennlinien 5a, 5b bei den Temperaturen T1, T2 sind Kaltkennlinien. Wie erwähnt, entspricht hier die Generatortemperatur T_G in etwa der Kühlmitteltemperatur T_kue. Dagegen handelt es sich bei der Kennlinie 6 um eine Warmkennlinie, bei der die Generatortemperatur T_G wesentlich über der Kühlmitteltemperatur T_kue liegt. Fig. 3 shows a first set of three current characteristics (at maximum excitation) on the generator rotational speed n _G at the temperatures T1, T2 and T3 for a predetermined generator voltage U _G1. The characteristic curves 5 a, 5 b at the temperatures T1, T2 are cold characteristic curves. As mentioned, the generator temperature T _G corresponds approximately to the coolant temperature T _kue . In contrast, the characteristic curve 6 is a warm characteristic curve, in which the generator temperature T _{G is} significantly above the coolant temperature T _kue .

Die Bereiche ≙ und ≙ werden wiederum durch die unterschiedlichen Kühlmitteltemperaturen bzw. Generatortemperaturen T1, T2, T3 bestimmt. The areas ≙ and ≙ are in turn by the different coolant temperatures or Generator temperatures T1, T2, T3 determined.

Die Stromkennlinien sind für die gleichen Generatortemperaturen T1, T2, T3 nochmals für eine andere Generatorspannung U_G2 hinterlegt (nicht gezeigt). The current characteristics are stored again for the same generator temperatures T1, T2, T3 for another generator voltage U _G2 (not shown).

Fig. 4 zeigt ferner den linearen Verlauf des maximalen Generatorstroms I_Gmax über der Generatorspannung U_G. FIG. 4 also shows the linear course of the maximum generator _current I _Gmax over the generator voltage U _G.

Die genannten Kennlinien stammen i. d. R. aus Prüffeldmessungen und sind im Generatormodell hinterlegt. Die Kennlinien können dabei in Form von Wertpaaren oder mathematischen Algorithmen hinterlegt sein. The characteristics mentioned come from i. d. Usually from test field measurements and are stored in the generator model. The characteristics can thereby in the form of value pairs or mathematical algorithms be deposited.

Um nun den aktuellen Generatorstrom I_G ermitteln zu können, liest die Einheit 1 zunächst die von der Einheit 3 gelieferte aktuelle Generatortemperatur T_G und bestimmt damit den Bereich der Interpolation ≙, ≙ im Temperaturdiagramm von Fig. 2. In order to be able to determine the current generator current I _G , the unit 1 first reads the current generator temperature T _G supplied by the unit 3 and thus determines the range of the interpolation ≙, ≙ in the temperature diagram of FIG. 2.

Befindet sich die aktuelle Generatortemperatur T_G bei einer aktuellen Drehzahl n_G im Temperaturbereich ≙ (Punkt A) so wird in einem ersten Schritt ermittelt, in welchem Verhältnis der Punkt A den Bereich ≙ teilt. Im dargestellten Beispiel teilt der Punkt A den Bereich ≙ im Verhältnis 20/80. If the current generator temperature T _{G is} at a current speed n _G in the temperature range ≙ (point A), the first step is to determine the ratio of point A to the range Bereich. In the example shown, point A divides area Bereich in a ratio of 20/80.

Mit diesem Ergebnis wird in einem zweiten Schritt eine lineare Interpolation zwischen den Kalt- und Warmkennlinien 5a, 5b, 6 von Fig. 3 durchgeführt. Dazu wird der Punkt A in den Temperaturbereich ≙ entsprechend seines Teilungsverhältnis in die Stromkennlinien eingetragen, woraus sich ein resultierender Generatorstrom I_Gmax1 ergibt. Diese Vorgehensweise entspricht einer linearen Interpolation zwischen den Stromkennlinien aus Fig. 3. With this result, a linear interpolation between the cold and warm characteristics 5 a, 5 b, 6 of FIG. 3 is carried out in a second step. For this purpose, point A is entered in the temperature range ≙ in accordance with its division ratio in the current characteristics, which results in a resulting generator _current I _Gmax1 . This procedure corresponds to a linear interpolation between the current characteristics from FIG. 3.

Die gleiche Interpolation wird im Temperaturbereich ≙ bei einer zweiten Generatorspannung U_G2 durchgeführt. Nach der Interpolation ergibt sich daraus ein zweiter Generatorstrom I_Gmax2. The same interpolation is carried out in the temperature range ≙ at a second generator voltage U _G2 . After the interpolation, this results in a second generator _current I _Gmax2 .

Falls die Generatortemperatur im Bereich ≙ liegt, wird entsprechend dem oben beschriebenen Vorgehen das Teilungsverhältnis des Temperaturbereichs ≙ ermittelt. Mit diesem Teilungsverhältnis wird im nächsten Schritt linear zwischen den angrenzenden Stromkennlinien 5a, 5b des Strombereichs 1 interpoliert. If the generator temperature is in the range ≙, the division ratio of the temperature range ≙ is determined according to the procedure described above. With this division ratio, the next step is to interpolate linearly between the adjacent current characteristics 5 a, 5 b of the current range 1 .

Falls die Generatortemperatur im Bereich ≙ liegt, wird entsprechend dem oben beschriebenen Vorgehen das Teilungsverhältnis des Temperaturbereichs ≙ ermittelt. Mit diesem Teilungsverhältnis wird im nächsten Schritt linear zwischen den angrenzenden Stromkennlinien 5b, 6 des Strombereichs ≙ interpoliert. If the generator temperature is in the range ≙, the division ratio of the temperature range ≙ is determined according to the procedure described above. With this division ratio, the next step is to interpolate linearly between the adjacent current characteristics 5 b, 6 of the current range ≙.

Die Kalt- und Warmkennlinien sind vorzugsweise Maximalstromkennlinien, können aber auch Stromkennlinien bei einer geringeren Erregung oder bei Übererregung sein. The cold and warm characteristics are preferred Maximum current characteristics, but can also current characteristics less arousal or overexcitation.

Der resultierende Maximalstrom I_Gmax bei der aktuellen Generatorspannung U_G wird schließlich in einer weiteren linearen Interpolation ermittelt. The resulting maximum current I _Gmax at the current generator voltage U _G is finally determined in a further linear interpolation.

Fig. 4 zeigt ein U_G/I_max-Diagramm, in das die zuvor ermittelten Maximalströme I_Gmax1, I_Gmax2 bei den zugehörigen Spannungen U_G1, U_G2 eingetragen sind. Die beiden Punkte B, C sind durch eine Gerade linear interpoliert. Der resultierende Maximalstrom des Generators I_Gmax ergibt sich am Punkt D durch Berücksichtigung der aktuellen Generatorspannung U_G0. FIG. 4 shows a U _G / I _max diagram in which the previously determined maximum _currents I _Gmax1 , I _{Gmax2 are entered} at the associated voltages U _G1 , U _G2 . The two points B, C are linearly interpolated by a straight line. The resulting maximum current of the generator I _Gmax results at point D by taking into account the current generator voltage U _G0 .

Der aktuelle tatsächliche Generatorstrom ergibt sich schließlich aus der Kennlinie von Fig. 5. Darin ist der nicht lineare Zusammenhang zwischen Erregerstrom I_err und Generatorstrom I_G z. B. für einen Drehzahl-, Temperatur- und Spannungspunkt aufgenommen und als Kennlinie im System hinterlegt. The actual current generator current finally results from the characteristic curve of FIG. 5. This shows the non-linear relationship between excitation current I _err and generator current I _G z. B. recorded for a speed, temperature and voltage point and stored as a characteristic curve in the system.

Mit Kenntnis des Erregerstroms I_err, des maximalen Erregerstroms I_errmax und des maximalen Generatorstroms I_Gmaxkann der aktuelle Generatorstrom I_G ermittelt werden. Dabei gilt:

I_G = I_err/I_errmax.I_Gmax
With knowledge of the excitation current I _err , the maximum excitation current I _errmax and the maximum generator current I _Gmax , the current generator current I _G can be determined. The following applies:

I _G = I _err / I _errmax .I _Gmax

Bestimmung der elektrischen Wirkleistung P_G, P_Gmax Determination of the active electrical power P _G , P _Gmax

Die elektrische Wirkleistung P_G und die maximale elektrische Wirkleistung P_Gmax kann durch einfache Multiplikation des aktuellen bzw. maximalen Generatorstroms I_G bzw. I_Gmax mit der Generatorspannung U_G berechnet werden. Hierbei gilt:

P_G = I_G.U_G

P_Gmax = I_Gmax.U_G
The active electrical power P _G and the maximum active electrical power P _Gmax can be calculated by simply multiplying the current or maximum generator current I _G or I _Gmax by the generator voltage U _G. The following applies:

P _G = I _G .U _G

P _Gmax = I _Gmax .U _G

Bestimmung der Verlustleistungen P_{Gel_verl}, P_{Gmech_verl} Determination of power losses P _{Gel_verl} , P _{Gmech_verl}

Die elektrischen und mechanischen Verlustleistungen werden von der Einheit 2 als Funktion der elektrischen Wirkleistung P_G, P_Gmax, der Generatordrehzahl n_G und der Generatorauslastung (DF-Signal) bestimmt. The electrical and mechanical power losses are determined by the unit 2 as a function of the active electrical power P _G , P _Gmax , the generator _speed n _G and the generator _load (DF signal).

Die aktuelle elektrische Verlustleistung P_{Gel_verl} und die maximale elektrische Verlustleistung P_{Gel_verl_max} werden auf Grund einer drehzahl- und lastäbhängigen Funktion aus der elektrischen Wirkleistung P_G und der maximalen elektrischen Wirkleistung P_Gmax bestimmt. Eine Näherung für diese Berechnung kann beispielsweise wie folgt lauten:

P_{Gel_verl} = (elec_a + elec_b.*n_G).*P_G.*DF

P_{Gel_verl_max} = (elec_a + elec_b.n_G).*P_Gmax
The current electrical power loss P _{Gel_verl} and the maximum electrical power loss P _{Gel_verl_max} are determined on the basis of a speed-dependent and load-dependent function from the electrical active power P _G and the maximum electrical active power P _Gmax . An approximation for this calculation can be, for example, as follows:

P _{Gel_verl} = (elec_a + elec_b. * N _G ). * P _G. * DF

P _{Gel_verl_max} = (elec_a + elec_b.n _G ). * P _Gmax

Dabei sind elec_a und elec_b vorgegebene Parameter. Here elec_a and elec_b are predefined parameters.

Die mechanische Verlustleistung P_{Gmech_verl} wird als Funktion der Generatordrehzahl n_G berechnet. Eine Näherung für die Funktion läßt sich beispielsweise wie folgt angeben:

P_{Gmech_verl} = mech_a.n_G + mech_b.n_G ²
The mechanical power loss P _{Gmech_verl} is calculated as a function of the generator _speed n _G. An approximation for the function can be given, for example, as follows:

P _{Gmech_verl} = mech_a.n _G + mech_b.n _G ²

Dabei sind die Werte mech_a und mech_b wiederum vorgegebene Parameter. The values mech_a and mech_b are again predefined Parameter.

Die mechanische Wirkleistung P_Gmech ergibt sich aus der Summe der elektrischen Wirk- und Verlustleistung P_G, P_{Gel_verl} sowie der mechanischen Verlustleistung P_{Gmech_verl}. Die Generatordrehzahl n_G wird mit Hilfe der Konstanten Pi in eine Winkelgeschwindigkeit umgerechnet. Die mechanische Wirkleistung P_Gmech und das Generatordrehmoment M_G ergeben sich aus folgenden Beziehungen:

P_Gmech = P_{Gel_verl} + P_G + P_{Gmech_verl}

M_G = (30.P_Gmech)/(Pi.n_G)
The mechanical active power P _Gmech results from the sum of the electrical active and power losses P _G , P _{Gel_verl} and the mechanical power loss P _{Gmech_verl} . The generator speed n _G is converted into an angular speed with the help of the constant Pi. The mechanical active power P _Gmech and the generator _torque M _G result from the following relationships:

P _Gmech = P _{Gel_verl} + P _G + P _{Gmech_verl}

M _G = (30.P _Gmech ) / (Pi.n _G )

Bestimmung der Generatortemperatur T_G Determination of the generator temperature T _G

Zur Bestimmung einer mittleren Generatortemperatur T_G wird ein thermisches Netzwerk nach Fig. 6a eingesetzt. Das thermische Netzwerk umfaßt eine Leistungsquelle 9, einen thermischen Widerstand R_TH, eine thermische Kapazität C_TH und eine Wärmesenke 10, die den Wärmefluß nach außen repräsentiert. A thermal network according to FIG. 6a is used to determine an average generator temperature T _G. The thermal network comprises a power source 9 , a thermal resistor R _TH , a thermal capacitance C _TH and a heat sink 10 , which represents the heat flow to the outside.

Die elektrische Verlustleistung P_{Gel_verl} erzeugt einen Wärmestrom im Generator. Die thermische Kapazität C_TH und der thermische Widerstand R_TH bestimmen die Zeitkonstante der Erwärmung. Der thermische Widerstand ergibt sich aus einem drehzahlabhängigen und einem drehzahlunabhängigen Anteil nach folgender Beziehung:

R_TH = therm_ra + therm_rb.n_G,

wobei therm_ra, therm_rb vorgegebene Parameter sind. The electrical power loss P _{Gel_verl} generates a heat flow in the generator. The thermal capacitance C _TH and the thermal resistance R _TH determine the time constant of the heating. The thermal resistance results from a speed-dependent and a speed-independent component according to the following relationship:

R _TH = therm_ra + therm_rb.n _G ,

where therm_ra, therm_rb are given parameters.

Die Zeitkonstante tau berechnet sich bei kritischer Dämpfung des thermischen Schwingkreises aus:

tau = R_TH. C_TH
The time constant tau is calculated for critical damping of the thermal resonant circuit:

tau = R _TH . C _TH

Die Anstiegszeit entspricht der Erwärmungszeit (entspricht 3tau). Der thermische Widerstand R_TH legt den stationären Endwert bei einer konstanten Kühlmitteltemperatur T_kue und elektrischer Verlustleistung P_{Gel_verl} fest. Aus den Maschengleichungen im thermischen Netzwerk ergibt sich:

-P_{Gel_verl} + C_TH.dT_G/dt = (T_kue - T_G)/R_TH
The rise time corresponds to the warming time (corresponds to 3tau). The thermal resistance R _TH defines the final stationary value at a constant coolant temperature T _kue and electrical power loss P _{Gel_verl} . The mesh equations in the thermal network result in:

-P _{Gel_verl} + C _TH .dT _G / dt = (T _kue - T _G ) / R _TH

Diese Beziehung läßt sich in einfacher Weise nach T_G auflösen. This relationship can be easily solved according to T _G.

Determination of the maximum generator _temperature T _Gmax

Zur Bestimmung der maximalen Generatortemperatur T_Gmax wird ein zweites thermisches Netzwerk nach Fig. 6b eingesetzt. Die zeitliche Erwärmung und damit die thermische Kapazität C_TH wird in diesem Fall nicht berücksichtigt. Das thermische Netzwerk nach Fig. 6b umfasst daher nur eine Leistungsquelle 9, einen thermischen Widerstand R_T und eine Leistungssenke 10. A second thermal network according to FIG. 6b is used to determine the maximum generator _temperature T _Gmax . The temporal warming and thus the thermal capacity C _TH is not taken into account in this case. The thermal network according to FIG. 6 b therefore only comprises a power source 9 , a thermal resistor R _T and a power sink 10 .

Bei konstanter Drehzahl n_G und Kühlmitteltemperatur T_kue bildet die maximale Generatortemperatur T_Gmax den statischen Endwert der Generatortemperatur T_G. Aus den Maschengleichungen ergibt sich nun:

-P_{Gel_verl_max}.R_TH + T_Gmax - T_kue = 0
At constant speed n _G and coolant temperature T _kue , the maximum generator temperature T _Gmax forms the static end value of the generator _temperature T _G. From the mesh equations we now have:

-P _{Gel_verl_max} .R _TH + T _Gmax - T _kue = 0

Die maximale Generatortemperatur T_Gmax ist damit direkt von der elektrischen Verlustleistung P_{Gel_verl} abhängig. The maximum generator _temperature T _Gmax is therefore directly dependent on the electrical power loss P _{Gel_verl} .

Determination of the heat flow to the coolant

Durch Auswertung des thermischen Netzwerks von Fig. 6a kann mit Hilfe der Generatortemperatur T_G, der Kühlmitteltemperatur T_kue und dem thermischen Widerstand R_TH der Wärmestrom zum Kühlmittel die dQ_kue/dt berechnet werden. By evaluating the thermal network of FIG. 6a, the dQ _kue / dt can be calculated using the generator temperature T _G , the coolant temperature T _kue and the thermal resistance R _{TH of} the heat flow to the coolant.

Hierbei gilt:

d_Qkue/dt = (T_G - T_kue)/R_TH
The following applies:

d _Qkue / dt = (T _G - T _kue ) / R _TH

Die aktuelle und maximale Generatortemperatur T_g und T_Gmax sind wiederum Eingangsgrößen für die Einheit 1, die im nächsten Iterationsschritt die Berechnungen auf der Grundlage dieser neuen Werte durchführt. Bezugszeichenliste 1 Einheit zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens
2 Einheit zur Bestimmung des Verlustverhaltens
3 Einheit zur Bestimmung des thermischen Verhaltens
4 Einheit zur Bestimmung des mechanischen Verhaltens
5a, 5b Kaltkennlinien
6 Warmkennlinie
7a, 7b Kaltkennlinien
8 Warmkennlinie
9 Wärmequelle
10 Wärmesenke
A Arbeitspunkt
I_err Erregerstrom
U_G Generatorspannung
df DF-Signal
T_kue Kühlmitteltemperatur
M_G Generatordrehzahl
M_G Generatormoment
I_G Generatorstrom
T_G Generatortemperatur
T_Gmax maximale Generatortemperatur
P_G Generatorleistung
P_Gmax maximale Generatorleistung
P_{Gel_verl} elektrische Verlustleistung
P_{Gel_verl_max} maximale elektrische Verlustleistung
P_{Gmech_verl} mechanische Verlustleistung
R_TH thermischer Widerstand
C_TH thermische Kapazität
The current and maximum generator _temperatures T _g and T _Gmax are in turn input variables for unit 1 , which in the next iteration _step carries out the calculations on the basis of these new values. LIST OF REFERENCE NUMERALS 1 device for determining the electrical behavior
2 Unit for determining loss behavior
3 unit for determining the thermal behavior
4 Unit for determining the mechanical behavior
5 a, 5 b cold characteristic curves
6 warm curve
7 a, 7 b cold characteristic curves
8 warm characteristic
9 heat source
10 heat sink
A working point
I _err excitation current
U _G generator voltage
df DF signal
T _kue coolant temperature
M _G generator speed
M _G generator torque
I _G generator current
T _G generator temperature
T _Gmax maximum generator _temperature
P _G generator power
P _Gmax maximum generator power
P _{Gel_verl} electrical power loss
P _{Gel_verl_max} maximum electrical power loss
P _{Gmech_verl} mechanical power loss
R _TH thermal resistance
C _TH thermal capacity

Claims

1. Generator model for determining generator parameters, in particular for a vehicle electrical system, characterized in that the generator model has a unit ( 1 ) for determining the electrical behavior of the generator, in which a first and a second set of at least three warm - And cold characteristic curves ( 5 a, 5 b, 6 ) for different generator voltages (U _G1 , U _G2 ) are stored, from which the unit ( 1 ) taking into account a current generator temperature (T _G ) by linear interpolation between the characteristic curves ( 5 a , 5 b, 6 ) determines the current generator current (I _G ).

2. Generator model according to claim 1, characterized in that the unit ( 1 ) first determines a first and a second maximum generator _current (I _Gmax1 , I _Gmax2 ) for the first and second set of current characteristics ( 5 a, 5 b, 6 ) from this, the current maximum generator current (I _Gmax ) is determined taking into account the current generator voltage (U _G ).

3. Generator model according to claim 2, characterized in that the unit ( 1 ) calculates the current generator current (I _G ) from the determined maximum generator current (I _Gmax ) taking into account an excitation current (I _err ).

4. Generator model according to one of the preceding claims, characterized in that the unit ( 1 ) calculates the current generator power (P _G ) and the maximum generator power (P _Gmax ).

5. Generator model according to one of the preceding claims, characterized in that the generator model has a unit ( 2 ) for determining the loss behavior of the generator.

6. Generator model according to claim 5, characterized in that the unit ( 2 ) the current electrical power loss (P _{Gel_verl} ) and the maximum electrical power loss (P _{Gelmax_verl} ) taking into account the current electrical generator power (P _Gel ) and the maximum electrical generator power ( P _Gelmax ) calculated.

7. Generator model according to one of the preceding claims, characterized in that the generator model has a unit ( 3 ) for determining the thermal behavior of the generator.

8. Generator model according to claim 7, characterized in that the unit ( 3 ) the current generator _temperature (T _G ) and the maximum generator _temperature (T _Gmax ) taking into account the current electrical power loss (P _{Gel_verl} ) and the maximum electrical power loss (P _{Gel_verlmax} ) calculated.

9. Generator model according to one of the preceding claims, characterized in that the generator model has a unit ( 4 ) for determining the mechanical behavior of the generator.

10. Generator model according to claim 9, characterized in that the unit ( 4 ) the current torque (M _G ) taking into account the current electrical power loss (P _{Gel_verl} ) and the current electrical power (P _Gel ) and the speed (n _G ) and the mechanical power loss (P _{Gmech_verl} ) determined.

11. Generator model according to claim 7 or 8, characterized in that the unit ( 3 ) for determining the thermal behavior calculates the current generator _temperature (T _G ) and the maximum generator _temperature (T _Gmax ) by means of a thermal network.

12. Generator model according to one of the preceding claims, characterized in that a total of at least six current characteristics ( 5 a, 5 b, 6 ) are stored.

13. Generator model for determining generator parameters, in particular for a vehicle electrical system, characterized by
a unit ( 1 ) for determining the electrical behavior of the generator, taking into account the generator voltage (U _G ), the excitation current (I _err ), the generator _temperature (T _G ), the maximum generator _temperature (T _Gmax ) and the generator _speed (n _G ) the current generator power (P _G ) and the maximum generator power (P _Gmax ) are determined as output variables as input variables,
a unit ( 2 ) for determining the loss behavior of the generator which, taking into account a df signal (df), the generator speed (n _G ), the electrical generator power (P _Gel ) and the maximum electrical generator power (P _Gelmax ) as input variables, the mechanical _Power loss (P _{Gmech_verl} ), the current electrical power loss (P _{Gel_verl} ), and the maximum electrical power loss (P _{Gelmax_verl} ) determined, and
a unit ( 3 ) for determining the thermal behavior of the generator, taking into account the electrical power loss (P _{Gel_verl} ), the maximum electrical power loss (P _{Gelmax_verl} ) and the generator _speed (n _G ) the current generator _temperature (T _G ) and the maximum generator temperature (T _Gmax ) determined as output variables.

14. Generator model according to claim 13, characterized in that the units ( 1 , 2 , 3 ) are interconnected and work in an iterative cycle.