DE102018215901A1

DE102018215901A1 - Charge controller for an alternator

Info

Publication number: DE102018215901A1
Application number: DE102018215901.7A
Authority: DE
Inventors: Imre Dobany; Michael Herz; Marton Doskar; Tamas Hajdu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-03-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laderegler (1) für eine Drehstromlichtmaschine (2), aufweisend eine Recheneinheit (3), die ausgebildet ist zum Erfassen eines Verlaufs einer elektrischen Spannung (V) zwischen einem Phasenleiter (4) der Drehstromlichtmaschine (2) und einem Nullpotential (GND) und/oder eines elektrischen Stroms in dem Phasenleiter (4), Erkennen eines Defekts eines Gleichrichters (5) der Drehstromlichtmaschine (2), wenn der erfasste Verlauf der elektrischen Spannung (V) und/oder des elektrischen Stroms ein Tastverhältnis unterschiedlich von 50 % aufweist, und Ausgeben eines Fehlersignals und/oder Reduzieren einer Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine (2) als Reaktion auf einen erkannten Defekt des Gleichrichters (5).The invention relates to a charge controller (1) for an alternator (2), comprising a computing unit (3) which is designed to detect a profile of an electrical voltage (V) between a phase conductor (4) of the alternator (2) and a zero potential (GND) and / or an electrical current in the phase conductor (4), detecting a defect in a rectifier (5) of the three-phase alternator (2) when the detected profile of the electrical voltage (V) and / or the electrical current has a duty cycle different from 50%, and outputting an error signal and / or reducing an output power of the three-phase alternator (2) in response to a detected defect in the rectifier (5).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Laderegler für eine Drehstromlichtmaschine. Außerdem betrifft die Erfindung eine Drehstromlichtmaschine umfassend einen derartigen Laderegler sowie ein Verfahren zum Erkennen eines Defekts eines Gleichrichters der Drehstromlichtmaschine.The present invention relates to a charge controller for an alternator. In addition, the invention relates to an alternator comprising such a charge controller and a method for detecting a defect in a rectifier of the alternator.

Aus dem Stand der Technik sind Drehstromlichtmaschinen bekannt. Solche Drehstromlichtmaschinen werden üblicherweise in Fahrzeugen eingesetzt, um eine Fahrzeugbatterie mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Drehstromlichtmaschine kann insbesondere als klassische Synchronmaschine ausgebildet sein.Three-phase alternators are known from the prior art. Such three-phase alternators are usually used in vehicles to supply a vehicle battery with electrical energy. The three-phase alternator can in particular be designed as a classic synchronous machine.

Um die von der Drehstromlichtmaschine aus der Bewegungsenergie eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs gewandelte elektrische Energie in das Bordnetz des Fahrzeugs einzuspeisen, werden ein Laderegler sowie ein Gleichrichter verwendet. Der Gleichrichter wird üblicherweise durch eine Verschaltung von Gleichrichtungselementen wie Dioden, Zenerdioden oder MOSFETs gebildet. Über den Laderegler lässt sich eine Ausgangsleistung, insbesondere eine Ausgangsspannung, der Drehstromlichtmaschine einstellen.In order to feed the electrical energy converted by the three-phase alternator from the kinetic energy of an internal combustion engine of the vehicle into the vehicle electrical system, a charge controller and a rectifier are used. The rectifier is usually formed by connecting rectification elements such as diodes, Zener diodes or MOSFETs. An output power, in particular an output voltage, of the three-phase alternator can be set via the charge controller.

Weist der Gleichrichter einen Defekt auf, beispielsweise ein kurzgeschlossenes oder unterbrochenes Gleichrichtungselement, so besteht einerseits die Gefahr einer Unterspannung oder im Extremfall eines Kurzschluss zwischen einer Hochpotentialseite und einer Niederpotentialseite des Gleichrichters und damit möglicherweise auch des Boardnetzes des Fahrzeugs.If the rectifier has a defect, for example a short-circuited or interrupted rectification element, there is on the one hand the risk of undervoltage or, in extreme cases, a short circuit between a high-potential side and a low-potential side of the rectifier and thus possibly also the on-board network of the vehicle.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Laderegler erlaubt ein sicheres und zuverlässiges Erkennen eines Defekts eines Gleichrichters einer Drehstromlichtmaschine. Dabei ist insbesondere ein schnelles Erkennen eines solchen Defekts und damit die Möglichkeit eines schnellen Reagierens auf diesen Defekt erreicht. Somit kann die Drehstromlichtmaschine und/oder die gesamte Fahrzeugelektronik bei einem Defekt des Gleichrichters schnell, sicher und zuverlässig in einen stabilen und/oder sicheren Zustand überführt werden.The charge controller according to the invention allows a defect in a rectifier of an alternator to be reliably and reliably detected. In particular, a quick recognition of such a defect and thus the possibility of a quick reaction to this defect is achieved. Thus, the three-phase alternator and / or the entire vehicle electronics can be quickly, safely and reliably converted to a stable and / or safe state in the event of a defect in the rectifier.

Der Laderegler für eine Drehstromlichtmaschine weist eine Recheneinheit auf. Die Recheneinheit ist ausgebildet zum Erfassen eines Verlaufs einer elektrischen Spannung zwischen einem Phasenleiter der Drehstromlichtmaschine und einem Nullpotential. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Verlauf eines elektrischen Stroms in dem Phasenleiter erfasst werden. Eine Drehstromlichtmaschine weist üblicherweise drei oder auch mehr als drei Phasenleiter auf, wobei jeder Phasenleiter eine Phase des von der Drehstromlichtmaschine generierten Drehstroms führt. Somit ist insbesondere vorgesehen, dass jeder der drei Phasenleiter mit einer von drei unabhängigen Wicklungen eines Stators der Drehstromlichtmaschine gekoppelt ist. Jede Wicklung kann mehrere Spulen umfassen, wobei jeder Wicklung vorteilhafterweise dieselbe Anzahl Spulen zugeordnet ist. Durch das Erfassen eines Verlaufs der elektrischen Spannung zwischen Phasenleiter und Nullleiter lässt sich somit die von der Drehstromlichtmaschine induzierte Spannung pro Phase ermitteln. Es ist zu erwarten, dass der Verlauf der elektrischen Spannung ein Tastverhältnis von 50 % aufweist. Daher ist die Recheneinheit ausgebildet, einen Defekt eines Gleichrichters der Drehstromlichtmaschine dann zu erkennen, wenn der erfasste Verlauf der elektrischen Spannung ein Tastverhältnis unterschiedlich von 50 % aufweist. Hierbei verbleiben vordefinierte Toleranzen unbeachtlich. Beispielsweise können Toleranzen von max. 20%, insbesondere von max. 10%, unbeachtlich bleiben. Schließlich ist die Recheneinheit eingerichtet, als Reaktion auf einen erkannten Defekt des Gleichrichters ein Fehlersignal auszugeben und/oder eine Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine zu reduzieren. Der Laderegler ist insbesondere eingerichtet, die Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine bis auf Null zu reduzieren.The charge controller for an alternator has a computing unit. The computing unit is designed to detect a profile of an electrical voltage between a phase conductor of the three-phase generator and a zero potential. Alternatively or additionally, a profile of an electrical current in the phase conductor can also be recorded. A three-phase alternator usually has three or even more than three phase conductors, each phase conductor carrying one phase of the three-phase current generated by the alternator. It is thus provided in particular that each of the three phase conductors is coupled to one of three independent windings of a stator of the three-phase alternator. Each winding can comprise several coils, with the same number of coils advantageously being assigned to each winding. The voltage per phase induced by the three-phase alternator can thus be determined by detecting a profile of the electrical voltage between the phase conductor and neutral conductor. It is to be expected that the course of the electrical voltage will have a duty cycle of 50%. Therefore, the computing unit is designed to detect a defect in a rectifier of the three-phase alternator when the detected course of the electrical voltage has a duty cycle different from 50%. Predefined tolerances remain irrelevant. For example, tolerances of max. 20%, especially of max. 10%, remain irrelevant. Finally, the computing unit is set up to output an error signal in response to a detected defect in the rectifier and / or to reduce an output power of the three-phase alternator. The charge controller is in particular set up to reduce the output power of the three-phase alternator to zero.

Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.The dependent claims contain preferred developments of the invention.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Recheneinheit ausgebildet ist, an eine Erregerwicklung der Drehstromlichtmaschine abgegebene Erregerleistung zu reduzieren, um die Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine zu reduzieren. Insbesondere erfolgt ein Reduzieren des von dem Laderegler zu der Erregerwicklung fließenden elektrischen Stroms. Die Erregerwicklung ist insbesondere an einem Rotor der Drehstromlichtmaschine angebracht. Somit lässt sich eine Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine im Falle eines Defekts des Gleichrichters schnell und zuverlässig reduzieren, einerseits um weitere Schäden an dem Gleichrichter, andererseits um Beschädigungen des elektrischen Bordnetzes des Fahrzeugs zu vermeiden. Die Recheneinheit ist bevorzugt außerdem ausgebildet, das Fehlersignal an eine übergeordnete Steuereinheit auszugeben. Dies erfolgt besonders vorteilhaft durch Setzen eines Fehlerflags. Somit kann eine übergeordnete Steuereinheit erkennen, dass ein Defekt in dem Gleichrichter vorliegt. Die übergeordnete Steuereinheit kann weitere Maßnahmen aktivieren, um eine Beschädigung von Komponenten des Bordnetzes des Fahrzeugs zu vermeiden, beispielsweise kann die Steuereinheit die Drehstromlichtmaschine von dem Bordnetz des Fahrzeugs trennen.It is preferably provided that the computing unit is designed to reduce excitation power delivered to an excitation winding of the three-phase alternator in order to reduce the output power of the three-phase alternator. In particular, the electrical current flowing from the charge controller to the excitation winding is reduced. The field winding is in particular attached to a rotor of the three-phase alternator. In this way, an output power of the three-phase alternator can be quickly and reliably reduced in the event of a defect in the rectifier, on the one hand to prevent further damage to the rectifier and on the other to avoid damage to the vehicle's electrical system. The computing unit is preferably also designed to output the error signal to a higher-level control unit. This is done particularly advantageously by setting an error flag. A higher-level control unit can thus recognize that there is a defect in the rectifier. The higher-level control unit can activate further measures in order to avoid damage to components of the vehicle electrical system, for example the Control unit disconnect the three-phase generator from the vehicle electrical system.

Vorteilhafterweise ist die Recheneinheit eingerichtet, den Defekt entweder auf einer Hochpotentialseite oder auf einer Niederpotentialseite des Gleichrichters zu lokalisieren. So ist der Gleichrichter mit einem Hochpotential und mit einem Niederpotential des Boardnetzes des Fahrzeugs verbindbar und weist somit entsprechende Ausgänge auf. Die Hochpotentialseite entspricht insbesondere einem Pluspol, die Niederpotentialseite entspricht bevorzugt einem Minuspool des Boardnetzes. Die Recheneinheit erkennt den Defekt auf der Hochpotentialseite des Gleichrichters, wenn das Tastverhältnis größer als 50 %, insbesondere um mehr als einen vordefinierten Toleranzwert, ist. Ist hingegen das Tastverhältnis kleiner als 50 %, insbesondere um mehr als einen vordefinierten Toleranzwert, so erkennt die Recheneinheit den Defekt auf der Niederpotentialseite des Gleichrichters. Somit kann die Recheneinheit eine genaue Ermittlung des Defekts durchführen.The computing unit is advantageously set up to locate the defect either on a high potential side or on a low potential side of the rectifier. The rectifier can thus be connected to a high potential and to a low potential of the vehicle's on-board network and thus has corresponding outputs. The high potential side corresponds in particular to a positive pole, the low potential side preferably corresponds to a negative pool of the board network. The computing unit recognizes the defect on the high potential side of the rectifier when the pulse duty factor is greater than 50%, in particular by more than a predefined tolerance value. If, on the other hand, the pulse duty factor is less than 50%, in particular by more than a predefined tolerance value, the computing unit recognizes the defect on the low potential side of the rectifier. The computing unit can thus carry out an exact determination of the defect.

Die Recheneinheit ist besonders vorteilhaft ausgebildet, nur dann das Fehlersignal auszugeben und/oder die Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine zu reduzieren, wenn zusätzlich eine Rotationsgeschwindigkeit eines Stators der Drehstromlichtmaschine einen vordefinierten Grenzwert überschreitet. Der vordefinierte Grenzwert ist beispielsweise an einem Fertigungsbandende festlegbar. Alternativ oder zusätzlich zu dem Überschreiten des vordefinierten Grenzwerts der Rotationsgeschwindigkeit des Stators ist ebenso vorgesehen, dass eine Last der Drehstromlichtmaschine, respektive der von der Regeleinheit gemessene Erregerstrom, einen vordefinierten Grenzwert überschreitet. Somit werden Maßnahmen zur Vermeidung von weiteren Schäden durch Überspannung und/oder Kurzschluss nur dann eingeleitet, wenn sich die Drehstromlichtmaschine in einem kritischen Zustand befindet. Ein solcher kritischer Zustand liegt insbesondere dann vor, wenn eine hohe Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine bereitgestellt wird. Besonders in diesem Fall ist mit erheblichen Beschädigungen von Komponenten des Bordnetzes zu rechnen, weswegen besonders in diesem Fall entsprechende Maßnahmen zum Schutz der Komponenten des Bordnetzes des Fahrzeugs ergriffen werden.The computing unit is particularly advantageously designed to output the error signal and / or to reduce the output power of the three-phase alternator only if an additional rotational speed of a stator of the alternator exceeds a predefined limit value. The predefined limit value can be set, for example, at a production line end. As an alternative or in addition to exceeding the predefined limit value of the rotational speed of the stator, it is also provided that a load of the three-phase alternator, or the excitation current measured by the control unit, exceeds a predefined limit value. Measures to avoid further damage from overvoltage and / or short circuit are therefore only initiated if the three-phase generator is in a critical state. Such a critical condition exists in particular when a high output power of the three-phase alternator is provided. In this case in particular, considerable damage to components of the vehicle electrical system is to be expected, which is why, in this case in particular, appropriate measures are taken to protect the components of the vehicle electrical system.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Drehstromlichtmaschine. Die Drehstromlichtmaschine umfasst einen Laderegler wie zuvor beschrieben. Außerdem umfasst die Drehstromlichtmaschine einen Gleichrichter, über den Wicklungen eines Stators der Drehstromlichtmaschine elektrisch mit einem elektrischen Bordnetz eines Fahrzeugs koppelbar sind. Um bei einem Defekt des Gleichrichters Schäden an dem elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs zu vermeiden, kann die Recheneinheit des Ladereglers, wie zuvor beschrieben, den Defekt in dem Gleichrichter erkennen und die Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine reduzieren und/oder ein Fehlersignal ausgeben.The invention also relates to an alternator. The three-phase alternator comprises a charge controller as previously described. In addition, the three-phase generator comprises a rectifier, via which windings of a stator of the three-phase generator can be electrically coupled to an electrical system of a vehicle. In order to avoid damage to the electrical system of the vehicle in the event of a defect in the rectifier, the computing unit of the charge controller, as described above, can detect the defect in the rectifier and reduce the output power of the three-phase alternator and / or output an error signal.

Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Wicklungen des Stators in einer Sternschaltung oder in einer Dreiecksschaltung verschaltet sind. In beiden Fällen sind insbesondere drei Phasenleiter vorhanden, um jeweils eine Phase des generierten Drehstroms abzuführen.It is particularly advantageously provided that the windings of the stator are connected in a star connection or in a delta connection. In both cases there are in particular three phase conductors in order to discharge one phase of the three-phase current generated.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erkennen eines Defekts eines Gleichrichters einer Drehstromlichtmaschine. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zunächst erfolgt ein Erfassen eines Verlaufs einer elektrischen Spannung zwischen einem Phasenleiter der Drehstromlichtmaschine und einem Nullpotential. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Verlauf eines elektrischen Stroms in dem Phasenleiter erfasst werden. Wie zuvor bereits beschrieben, weist dieser Verlauf in einem normalen Betriebszustand ein Tastverhältnis von 50 % auf. Hierbei verbleiben vordefinierte Toleranzen unbeachtlich. Beispielsweise können Toleranzen von max. 20%, insbesondere von max. 10%, unbeachtlich bleiben. Anschließend erfolgt ein Erkennen eines Defekts eines Gleichrichters der Drehstromlichtmaschine, wenn der erfasste Verlauf der elektrischen Spannung und/oder des elektrischen Stroms ein Tastverhältnis unterschiedlich von 50 % aufweist. In diesem Fall ist zu erwarten, dass eines der zuvor beschriebenen Gleichrichtungselemente des Gleichrichters defekt ist, beispielsweise aufgrund von Kurzschluss oder aufgrund von Unterbrechung. Als Reaktion auf den erkannten Defekt erfolgt schließlich das Ausgeben eines Fehlersignals und/oder das Reduzieren einer Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine. Somit kann rasch und zuverlässig auf einen Defekt innerhalb des Gleichrichters reagiert werden. Damit lassen sich Komponenten des Bordnetzes eines Fahrzeugs, mit dem die Drehstromlichtmaschine gekoppelt ist, zuverlässig vermeiden.Finally, the invention relates to a method for detecting a defect in a rectifier of an alternator. The method comprises the following steps: First, a course of an electrical voltage is detected between a phase conductor of the three-phase generator and a zero potential. Alternatively or additionally, a profile of an electrical current in the phase conductor can also be recorded. As previously described, this course has a duty cycle of 50% in a normal operating state. Predefined tolerances remain irrelevant. For example, tolerances of max. 20%, especially of max. 10%, remain irrelevant. A defect in a rectifier of the three-phase alternator is then identified when the detected profile of the electrical voltage and / or the electrical current has a duty cycle different from 50%. In this case, it can be expected that one of the rectifier elements of the rectifier described above is defective, for example due to a short circuit or an interruption. Finally, in response to the detected defect, an error signal is output and / or an output power of the three-phase alternator is reduced. It is thus possible to react quickly and reliably to a defect within the rectifier. Components of the vehicle electrical system to which the three-phase generator is coupled can thus be reliably avoided.

Das Reduzieren der Ausgangsleistung erfolgt insbesondere durch Reduzierung einer an einer Erregerwicklung der Drehstromlichtmaschine abgegebene Erregerleistung. Insbesondere wird ein von dem Laderegler zu der Erregerwicklung fließender elektrischer Strom reduziert. Auf diese Weise kann ein rasches Senken der Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine erreicht werden. Das Ausgeben des Fehlersignals erfolgt besonders vorteilhaft an eine übergeordnete Steuereinheit. Besonders bevorzugt erfolgt das Ausgeben des Fehlersignals durch Setzen eines Fehlerflags. Alternativ zu dem Fehlerflag kann auch ein entsprechendes Signal, insbesondere PWM, über eine separate Verbindung zur Steuereinheit verwendet werden. Die übergeordnete Steuereinheit kann somit weitere Maßnahmen ergreifen, wie beispielsweise das vollständige Trennen der Drehstromlichtmaschine von dem Bordnetz des Fahrzeugs.The output power is reduced in particular by reducing an excitation power delivered to an excitation winding of the three-phase alternator. In particular, an electrical current flowing from the charge controller to the excitation winding is reduced. In this way, a rapid reduction in the output power of the three-phase alternator can be achieved. The error signal is particularly advantageously output to a higher-level control unit. The error signal is particularly preferably output by setting an error flag. As an alternative to the error flag, a corresponding signal, in particular PWM, can also be used via a separate connection to the control unit. The higher-level control unit can therefore take further measures such as completely disconnecting the alternator from the vehicle electrical system.

Vorteilhafterweise wird der Defekt entweder auf einer Hochpotentialseite oder auf einer Niederpotentialseite des Gleichrichters lokalisiert. Der Gleichrichter weist insbesondre einen Hochpotentialanschluss und einen Niederpotentialanschluss auf, um diese mit entsprechenden Potentialen des Boardnetzes des Fahrzeugs zu verbinden, wobei die Hochpotentialseite insbesondere dem Pluspol und die Niederpotentialseite den Minuspol darstellt. Der Defekt wird auf der Hochpotentialseite des Gleichrichters erkannt, wenn das Tastverhältnis größer als 50 % ist, insbesondere unter Berücksichtigung einer Toleranzschwelle,. Dahingegen wird der Defekt auf der Niederpotentialseite des Gleichrichters erkannt, wenn das Tastverhältnis kleiner als 50 % ist, insbesondere unter Berücksichtigung einer Toleranzschwelle,. Dahingegen. Somit kann eine genaue Ermittlung des Defekts durchgeführt werden.The defect is advantageously located either on a high potential side or on a low potential side of the rectifier. The rectifier has, in particular, a high-potential connection and a low-potential connection in order to connect these to corresponding potentials of the board network of the vehicle, the high-potential side in particular representing the positive pole and the low-potential side representing the negative pole. The defect is recognized on the high potential side of the rectifier if the pulse duty factor is greater than 50%, in particular taking into account a tolerance threshold. On the other hand, the defect is recognized on the low potential side of the rectifier if the pulse duty factor is less than 50%, in particular taking into account a tolerance threshold. On the other hand. An exact determination of the defect can thus be carried out.

Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass nur dann das Fehlersignal ausgegeben und/oder die Ausgangsleistung reduziert werden, wenn zusätzlich eine Rotationsgeschwindigkeit eines Stators der Drehstromlichtmaschine einen vordefinierten Grenzwert überschreitet. Alternativ oder zusätzlich zu dem Überschreiten des Grenzwerts durch die Rotationsgeschwindigkeit des Stators ist insbesondere die Bedingung vorgesehen, dass eine Last der Drehstromlichtmaschine einen vordefinierten Grenzwert überschreitet. Die Last ist insbesondere durch den Erregerstrom repräsentiert. Durch die beiden vordefinierten Grenzwerte der Rotationsgeschwindigkeit des Stators und/oder der Last der Drehstromlichtmaschine, respektive der von der Regeleinheit gemessene Erregerstrom, lässt sich insbesondere ermitteln, ob sich die Drehstromlichtmaschine in einem kritischen Zustand befindet. Ein kritischer Zustand ist in diesem Zusammenhang als ein Zustand anzusehen, in dem die Drehstromlichtmaschine eine hohe Ausgangsleistung auszugeben vermag. In diesem Fall ist bei Auftreten eines Defekts in dem Gleichrichter ein schnelles und zuverlässiges Absenken der elektrischen Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine notwendig, um eine Überlastung innerhalb des Generators und von elektrischen Komponenten innerhalb des Bordnetzes des Fahrzeugs zu vermeiden.Furthermore, it is advantageously provided that the error signal is only output and / or the output power is reduced if, in addition, a rotational speed of a stator of the three-phase alternator exceeds a predefined limit value. As an alternative or in addition to the exceeding of the limit value by the rotational speed of the stator, the condition is particularly provided that a load of the three-phase alternator exceeds a predefined limit value. The load is particularly represented by the excitation current. The two predefined limit values of the rotational speed of the stator and / or the load of the three-phase alternator, or the excitation current measured by the control unit, can in particular be used to determine whether the three-phase alternator is in a critical state. In this context, a critical state is to be regarded as a state in which the three-phase generator can output a high output power. In this case, if a defect occurs in the rectifier, a quick and reliable lowering of the electrical output power of the three-phase alternator is necessary in order to avoid overloading within the generator and electrical components within the vehicle electrical system.

Das Absenken der Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine erfolgt besonders vorteilhaft durch ein Absenken einer von der Drehstromlichtmaschine generierten elektrischen Spannung. Insbesondere kann ein Absenken auch bis auf Null erfolgen, indem der Erregerstrom bis auf 0 A absinkt. Dies führt zu einem vollständigen Abschalten der Erregerstufe der Drehstromlichtmaschine.The output power of the three-phase alternator is particularly advantageously reduced by lowering an electrical voltage generated by the alternator. In particular, it can also be reduced to zero by reducing the excitation current to 0 A. This leads to a complete shutdown of the excitation stage of the three-phase alternator.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

1 eine schematische Ansicht einer Drehstromlichtmaschine mit einem Laderegler gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine schematische Ansicht der Drehstromlichtmaschine mit dem Laderegler bei defektem Gleichrichter,
3 eine schematische Ansicht eines Verlaufs einer Phasenspannung bei niedriger Rotationsgeschwindigkeit und einem normalen Zustand des Gleichrichters,
4 eine schematische Ansicht eines Verlaufs der Phasenspannung bei niedriger Rotationsgeschwindigkeit und Defekt des Gleichrichters auf der Hochpotentialseite,
5 eine schematische Ansicht eines Verlaufs der Phasenspannung bei geringer Rotationsgeschwindigkeit und einem Defekt des Gleichrichters auf der Niederpotentialseite,
6 eine schematische Ansicht eines Verlaufs einer Phasenspannung bei hoher Rotationsgeschwindigkeit und einem normalen Zustand des Gleichrichters,
7 eine schematische Ansicht eines Verlaufs der Phasenspannung bei hoher Rotationsgeschwindigkeit und Defekt des Gleichrichters auf der Hochpotentialseite, und
8 eine schematische Ansicht eines Verlaufs der Phasenspannung bei hoher Rotationsgeschwindigkeit und einem Defekt des Gleichrichters auf der Niederpotentialseite.

Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the accompanying drawing. In the drawing is:

1 2 shows a schematic view of an alternator with a charge controller according to an exemplary embodiment of the invention,
2nd 1 shows a schematic view of the three-phase alternator with the charge controller when the rectifier is defective,
3rd 1 shows a schematic view of a course of a phase voltage at a low rotational speed and a normal state of the rectifier,
4th 1 shows a schematic view of a course of the phase voltage at a low rotational speed and a defect in the rectifier on the high potential side,
5 1 shows a schematic view of a course of the phase voltage at a low rotational speed and a defect in the rectifier on the low potential side,
6 1 shows a schematic view of a course of a phase voltage at high rotational speed and a normal state of the rectifier,
7 a schematic view of a course of the phase voltage at high rotational speed and defect of the rectifier on the high potential side, and
8th a schematic view of a course of the phase voltage at high rotational speed and a defect in the rectifier on the low potential side.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt schematisch eine Drehstromlichtmaschine 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Drehstromlichtmaschine 2 umfasst einen Laderegler 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. 1 schematically shows an alternator 2nd according to an embodiment of the invention. The three-phase alternator 2nd includes a charge controller 1 according to an embodiment of the invention.

Die Drehstromlichtmaschine 2 weist außerdem einen Rotor 8 und einen Stator 9 auf. Der Stator 9 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel drei unabhängige Statorwicklungen 10, die jeweils mit einem Phasenleiter 4 verbunden sind. Der Rotor 8 umfasst einen Erregerwicklung 6. Durch den Laderegler 1 ist eine Erregerleistung, insbesondere ein Erregerstrom I_EXC , variabel an die Erregerwicklung 6 abgebbar. Somit kann bei Rotation des Rotors 8 eine Spannung in dem Stator 9 induziert werden, wodurch eine elektrische Ausgangsleistung von der Drehstromlichtmaschine 2 an ein Bordnetz B+, GND, abgegeben werden kann. Hierzu ist ein Gleichrichter 5 notwendig, um den von der Drehstromlichtmaschine 2 generierten Drehstrom gleichgerichtet in das Bordnetz B+, GND, einspeisen zu können.The three-phase alternator 2nd also has a rotor 8th and a stator 9 on. The stator 9 comprises three independent stator windings in this exemplary embodiment 10th , each with a phase conductor 4th are connected. The rotor 8th includes an excitation winding 6 . Through the charge controller 1 is an excitation power, especially an excitation current I _EXC , variable to the excitation winding 6 dispensable. Thus, when the rotor rotates 8th a voltage in the stator 9 be induced, causing an electrical output from the Three-phase alternator 2nd to an electrical system B + , GND , can be delivered. This is a rectifier 5 necessary to that of the alternator 2nd generated three-phase current rectified in the vehicle electrical system B + , GND to be able to feed.

Der Gleichrichter 5 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel drei Hochpotential-Gleichrichtungselemente 12, in diesem Ausführungsbeispiel Zenerdioden, zum Koppeln jeweils einer Phasenleitung 4 mit der Hochpotentialseite des Bordnetzes B+, GND, die durch die elektrische Ausgangsspannung B+ repräsentiert wird. Außerdem umfasst der Gleichrichter 5 drei Niederpotential-Gleichrichtungselemente 11, in diesem Ausführungsbeispiel Zenerdioden, zum Koppeln der drei Phasenleitungen 4 mit der Niederpotentialseite des Bordnetzes B+, GND, die durch das Massepotential GND repräsentiert wird.The rectifier 5 comprises three high-potential rectification elements in this exemplary embodiment 12th , in this embodiment Zener diodes, for coupling one phase line each 4th with the high potential side of the electrical system B + , GND by the electrical output voltage B + is represented. Also includes the rectifier 5 three low potential rectification elements 11 , in this embodiment Zener diodes, for coupling the three phase lines 4th with the low potential side of the electrical system B + , GND by the ground potential GND is represented.

Der Laderegler 1 weist eine Recheneinheit 3 auf. Die Recheneinheit 3 dient einerseits zum Einstellen einer Erregerspannung DF+, wodurch sich eine Erregerleistung, die an die Erregerwicklung 6 abgegeben wird, einstellen lässt. Anhand der Erregerspannung DF+ und einer Drehzahl des Rotors 8 kann eine Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine 2, insbesondere eine Ausgangsspannung, eingestellt werden. Somit ist insbesondere erreichbar, dass stets eine Ladeschlussspannung einer Batterie innerhalb des Bordnetzes B+, GND des Fahrzeugs nicht überschritten wird. Gleichzeitig steht stets eine ausreichend hohe elektrische Spannung zum Laden der Batterie zur Verfügung. The charge controller 1 has a computing unit 3rd on. The computing unit 3rd serves on the one hand to set an excitation voltage DF + , resulting in an excitation power that is connected to the excitation winding 6 is released, can be adjusted. Based on the excitation voltage DF + and a speed of the rotor 8th can output an alternator 2nd , in particular an output voltage, can be set. It can thus be achieved in particular that there is always a final charge voltage of a battery within the vehicle electrical system B + , GND of the vehicle is not exceeded. At the same time, there is always a sufficiently high electrical voltage available to charge the battery.

Die Recheneinheit 3 dient außerdem zum Erfassen einer elektrischen Spannung V einer der Phasenleiter 4 und/oder eines elektrischen Stroms in einem der Phasenleiter 4. Somit kann die im Stator 9 induzierte Spannung und/oder der im Stator 9 induzierte Strom für eine Phase erfasst werden. Anhand dieser Phasenspannung und/oder diesen Phasenstroms sowie einer elektrischen Ausgangsspannung B+ der Drehstromlichtmaschine 2 kann die Recheneinheit 3 die Erregerspannung DF+ festlegen, um somit stets die zuvor beschriebenen Betriebsmodi zu erreichen.The computing unit 3rd also serves to detect an electrical voltage V of one of the phase conductors 4th and / or an electrical current in one of the phase conductors 4th . So that in the stator 9 induced voltage and / or that in the stator 9 induced current for one phase are recorded. Using this phase voltage and / or this phase current and an electrical output voltage B + the three-phase alternator 2nd can the computing unit 3rd the excitation voltage DF + to always achieve the operating modes described above.

Weist der Gleichrichter 5 einen Defekt auf, so besteht die Gefahr eines Kurzschlusses innerhalb des Bordnetzes B+, GND, und damit die Gefahr einer Beschädigung von Komponenten des Bordnetzes B+, GND. Beispielsweise ist ein solcher Fall ist 2 gezeigt, bei dem beispielhaft ein Hochpotential-Gleichrichtungselement 12 kurzgeschlossen ist. Es ist somit zu unterscheiden zwischen einer Beschädigung eines Hochpotential-Gleichrichtungselement 12 und eines Niederpotential-Gleichrichtungselement 11. Beide Defekte können durch die Recheneinheit 3 des Ladereglers 1 erfasst werden.Instructs the rectifier 5 If there is a defect, there is a risk of a short circuit within the vehicle electrical system B + , GND , and thus the risk of damage to components of the vehicle electrical system B + , GND . For example, such is the case 2nd shown in the example of a high potential rectification element 12th is short-circuited. A distinction must therefore be made between damage to a high-potential rectification element 12th and a low potential rectification element 11 . Both defects can be caused by the computing unit 3rd of the charge controller 1 be recorded.

3 zeigt schematisch einen ersten Verlauf 100 einer erfassten elektrischen Spannung V in einem normalen Betriebszustand. Dabei weist der Stator 8 eine geringe Rotationsgeschwindigkeit auf. Wie in 3 gezeigt ist, weist der erste Verlauf 100 ein Tastverhältnis von 50 % auf. Vordefinierte Toleranzen, beispielsweise Toleranzen von max. 20%, insbesondere von max. 10%, bleiben im Rahmen dieser Erfindung unberücksichtigt. Somit kann die Recheneinheit 3 einen normalen Betriebszustand anhand des ersten Verlaufs 100 erkennen. 3rd shows schematically a first course 100 a detected electrical voltage V in a normal operating state. The stator points 8th a low rotational speed. As in 3rd is shown, the first course 100 a duty cycle of 50%. Predefined tolerances, for example tolerances of max. 20%, especially of max. 10% are disregarded in the context of this invention. The computing unit can thus 3rd a normal operating state based on the first course 100 detect.

Weist der Gleichrichter 5 einen Defekt auf der Hochpotentialseite auf, beispielsweise durch einen Kurzschluss eines Hochpotential-Gleichrichtungselement 12, so stellt sich der in 4 schematisch gezeigte zweite Verlauf 200 der elektrischen Spannung V des Phasenleiters 4 ein. Wie in 4 gezeigt ist, ist das Tastverhältnis abweichend von 50 % ausgebildet. Insbesondere sind die Zeiten der Impulse gegenüber den Ruhezeiten verlängert. Die Recheneinheit 3 ist somit ausgebildet, die Abweichung des Tastverhältnisses von dem Basiswert 50 % zu erkennen, um somit einen Defekt des Gleichrichters 5 zu ermitteln. Da das Tastverhältnis größer als 50 % ist, lässt sich auf einen Defekt auf der Hochpotentialseite des Gleichrichters 5 rückschließen.Instructs the rectifier 5 a defect on the high potential side, for example due to a short circuit of a high potential rectification element 12th , so it turns into 4th schematically shown second course 200 the electrical voltage V of the phase conductor 4th on. As in 4th is shown, the duty cycle deviates from 50%. In particular, the times of the impulses are extended compared to the rest periods. The computing unit 3rd is thus designed to recognize the deviation of the pulse duty factor from the base value 50%, in order thus to a defect in the rectifier 5 to investigate. Since the duty cycle is greater than 50%, there is a defect on the high potential side of the rectifier 5 conclude.

5 zeigt schließlich einen schematischen dritten Verlauf 300 der elektrischen Spannung V in dem Fall, in dem der Gleichrichter 5 einen Defekt auf der Niederpotentialseite aufweist. Somit ist insbesondere eine Niederpotential-Gleichrichtungselement 11 kurzgeschlossen. In diesem Fall bildet sich ein Tastverhältnis aus, das unterhalb von 50 % liegt. Die Recheneinheit 3 kann somit anhand des verringerten Tastverhältnisses den Defekt des Gleichrichters 5 erkennen. 5 finally shows a schematic third course 300 the electrical voltage V in the case where the rectifier 5 has a defect on the low potential side. Thus, in particular, a low potential rectification element 11 short-circuited. In this case, a duty cycle is formed that is below 50%. The computing unit 3rd can therefore the defect of the rectifier based on the reduced duty cycle 5 detect.

Die 6 bis 8 zeigen dieselben Sachverhalte wie die 3 bis 5, wobei jeweils eine hohe Rotationsgeschwindigkeit des Rotors 8 vorhanden ist. Es ist somit ersichtlich, dass die Recheneinheit 3 über den gesamten Drehzahlbereich des Rotors 8 anhand des Tastverhältnisses erkennen kann, ob ein normaler Betriebszustand oder ob ein Defekt des Gleichrichters 5 auf einer Hochpotential- oder Niederpotentialseite vorliegt.The 6 to 8th show the same facts as that 3rd to 5 , each with a high rotational speed of the rotor 8th is available. It can thus be seen that the computing unit 3rd over the entire speed range of the rotor 8th based on the duty cycle can recognize whether a normal operating condition or whether a defect in the rectifier 5 is on a high potential or low potential side.

Sollte ein Defekt des Gleichrichters 5 erkannt werden, so ist die Recheneinheit 3 insbesondere ausgebildet, ein Fehlersignal an eine übergeordnete Steuereinheit 7 auszugeben. Die übergeordnete Steuereinheit 7 kann insbesondere eine Trennung der Drehstromlichtmaschine 2 von dem Bordnetzes B+, GND, veranlassen. Die Fehlermeldung erfolgt insbesondere durch Setzen eines Fehlerflags und/oder Senden eines Fehlerflags an die übergeordnete Steuereinheit 7.Should a rectifier defect 5 are recognized, so is the computing unit 3rd in particular, an error signal to a higher-level control unit 7 to spend. The higher-level control unit 7 can in particular a separation of the three-phase alternator 2nd from the electrical system B + , GND , cause. The error message occurs in particular by setting an error flag and / or sending an error flag to the higher-level control unit 7 .

Alternativ oder zusätzlich kann die Recheneinheit 3 außerdem in Reaktion auf das Erkennen eines Defekts des Gleichrichters 5 die abgegebene Erregerleistung reduzieren, so dass eine Ausgangsleistung der Drehstromlichtmaschine 2 absinkt. Somit kann der Laderegler 1 auf einen Defekt des Gleichrichters 5 rasch und zuverlässig reagieren, um somit Beschädigungen von Komponenten des Bordnetzes B+, GND, des Fahrzeugs zu vermeiden.Alternatively or additionally, the computing unit 3rd also in response to the detection of a defect in the rectifier 5 reduce the excitation power delivered, so that an output power of the three-phase alternator 2nd sinks. So the charge controller 1 for a defect in the rectifier 5 react quickly and reliably, thereby damaging components of the vehicle electrical system B + , GND to avoid the vehicle.

Claims

Charge controller (1) for a three-phase alternator (2), comprising a computing unit (3) which is designed for Detection of a profile of an electrical voltage (V) between a phase conductor (4) of the three-phase generator (2) and a zero potential (GND) and / or an electrical current in the phase conductor (4), • Detecting a defect in a rectifier (5) of the three-phase alternator (2) when the detected profile of the electrical voltage (V) and / or the electrical current has a duty cycle different from 50%, and • Outputting an error signal and / or reducing an output power of the three-phase alternator (2) in response to a detected defect in the rectifier (5).

Charge controller (1) Claim 1 , characterized in that the computing unit (3) is designed to reduce the output power an excitation power delivered to an excitation winding (6) of the three-phase alternator (2), in particular an electric current flowing from the charge controller (1) to the excitation winding (6), is to be reduced and / or configured to output the error signal, in particular in the form of an error flag, to a higher-level control unit (7).

Charge controller (1) Claim 1 or 2nd , characterized in that the computing unit (3) is designed to recognize the defect on a high potential side of the rectifier (5) on the basis of a pulse duty factor greater than 50% and the defect on a low potential side of the rectifier (5) on the basis of a pulse duty factor less than 50% .

Charge controller (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the computing unit (3) is designed to output the error signal and / or to reduce the output power only if additionally a rotational speed of a stator (8) of the three-phase alternator (2) and / or a load of the three-phase alternator (2) exceeds a predefined limit value.

Three-phase generator (2) comprising a charge controller (1) according to one of the preceding claims and a rectifier (5), via the windings (10) of a stator (9) of the three-phase generator (2) electrically with an electrical board network (B +, GND) of a vehicle can be coupled.

Alternator (2) after Claim 5 , characterized in that the windings (10) are connected in a star connection or in a delta connection.

Method for detecting a defect in a rectifier (5) of an alternator (2), comprising the steps: Detection of a profile of an electrical voltage (V) between a phase conductor (4) of the three-phase generator (2) and a zero potential (GND) and / or an electrical current in the phase conductor (4), • Detecting a defect in a rectifier (5) of the three-phase alternator (2) when the detected profile of the electrical voltage (V) and / or the electrical current has a duty cycle different from 50%, and • Outputting an error signal and / or reducing an output power of the three-phase alternator (2) in response to a detected defect in the rectifier (5).

Procedure according to Claim 7 , characterized in that, in order to reduce the output power, an excitation power delivered to an excitation winding (6) of the three-phase alternator (2), in particular an electric current flowing to the excitation winding (6), is reduced and / or the error signal, in particular in the form of an error flag, is output to a higher-level control unit (7).

Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that the defect on a high potential side of the rectifier (5) and a defect ratio less than 50% of the defect on a low potential side of the rectifier (5) are detected on the basis of a duty cycle greater than 50%.

Procedure according to one of the Claims 7 to 9 , characterized in that the error signal is only output and / or the output power is reduced if in addition a rotational speed of a stator (8) of the three-phase alternator (2) and / or a load of the three-phase alternator (2) exceed a predefined limit value.