WO2003058793A1 - Generatormodell zur bestimmung von generatortemperatur, -strom und -drehmoment - Google Patents

Generatormodell zur bestimmung von generatortemperatur, -strom und -drehmoment Download PDF

Info

Publication number
WO2003058793A1
WO2003058793A1 PCT/DE2002/004723 DE0204723W WO03058793A1 WO 2003058793 A1 WO2003058793 A1 WO 2003058793A1 DE 0204723 W DE0204723 W DE 0204723W WO 03058793 A1 WO03058793 A1 WO 03058793A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
generator
current
maximum
unit
temperature
Prior art date
Application number
PCT/DE2002/004723
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karsten Schiller
Frank Buchholz
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2003058793A1 publication Critical patent/WO2003058793A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P9/305—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/006—Means for protecting the generator by using control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/48—Arrangements for obtaining a constant output value at varying speed of the generator, e.g. on vehicle

Definitions

  • the same interpolation is carried out in the same temperature range with respect to the second set of current characteristics (at the second generator voltage). After the interpolation, this results in a second maximum generator current.
  • FIG. Sa shows a thermal network for determining an average generator temperature
  • the generator voltage U G can either be measured or estimated using a suitable model. The same applies to the field current I e r r - Di e generator speed n G un the coolant temperature T KUE are usually measured.
  • the temperature / speed diagram of FIG. 2 should essentially show the temperature behavior of the generator in the entire temperature range of the generator.
  • the current actual generator current ultimately results from the characteristic curve in FIG. 5.
  • the non-linear relationship between excitation current I err and generator current I G is recorded, for example, for a speed, temperature and voltage point and is stored in the system as a characteristic curve.
  • the electrical and mechanical power losses are determined by the unit 2 as a function of the active electrical power
  • 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 G 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 resistance R ⁇ and a power sink 10.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Generatormodell zur Ermittlung elektrischer, mechanischer und/oder thermischer Grossen eines Generators, insbesondere für ein Kfz-Bordnetz. Das elektrische Verhalten des Generators, insbesondere der Generatorstrom (IG) und die aktuelle Generatorleistung (PG), können für sämtliche Betriebszustände des Generators besonders einfach mittels einer Einheit (1) zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens des Generators ermittelt werden, in der wenigstens ein erster und ein zweiter Satz von Warmund Kaltkennlinien (5a,5b,6) jeweils für unterschiedliche Generatorspannungen (UG1,UG2) hinterlegt sind, aus denen die Einheit (1) unter Berücksichtigung einer aktuellen Generatortemperatur (TG) und einer maximalen Generatortemperatur (TGmax) durch lineare Interpolation zwischen den Kennlinien (5a,5b,6) den aktuellen Generatorstrom (IG) ermittelt.

Description

Beschreibung
Generatormodell zur Bestimmung von Generatortemperatur, -Strom und -Drehmoment
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.
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 Nerbrauchermanagements 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 . '
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.
Zur Bestimmung wichtiger Generator-Kenngrößen, wie den Generatorstrom und das Generatordrehmornent , 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 .
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Generatormodell zu schaffen, mit dem die wesentlichen enerator-Kenngrößen wie Generatorstrom und -drehmoment für nahezu alle Betriebszustände abgeschätzt werden können.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 bzw. 13 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen .
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.
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.
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.
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.
Die Kalt- und Warmkennlinien können entweder als konkrete Wertepaare oder als mathematische Formel hinterlegt sein.
Im erfindungsgemäßen -Generatormodell sind vorzugsweise wenigstens sechs Strom-Kennlinien, d.h. jeweils ein Satz von wenigstens drei Warm- und Kaltkennlini-en für jeweils eine erste und eine zweite Generatorspannung hinterlegt .
Die Ermittlung des aktuellen Generatorstroms erfolgt im einzelnen vorzugsweise nach folgendem Verfahren: '
Die Einheit zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens übernimmt zunächst eine zugeführte aktuelle Gene'ratortemperatur und bestimmt damit einen Interpolationsbereich in einem Temperatur-/Drehzahldiagramm (Figur 2) , in dem die Generatortemperatur über der Drehzahl vorzugsweise für- die gleichen Temperaturen, wie bei den Kalt- und Warmkennlinien, aufgezeichnet ist.
Befindet sich die aktuelle Generätortemperatur bei einer aktuellen Drehzahl in einem von den Temperaturkennlinien begrenzten Temperaturbereich, so wird in einem ersten Schritt ermittelt, i-n welchem Verhältnis dieser Temperaturwert einen der Temperaturbereiche teilt.
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 .
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.
Der resultierende Maximalstrom bei der aktuellen Generatorspannung wird schließlich in einer weiteren linearen Interpolation zwischen dem ersten und zweiten maximalen Generatorstromwert ermittelt .
Der aktuelle Generatorstrom ergibt sich schließlich aus dem nicht linearen Zusammenhang zwischen Erregerstrom und Generatorstrom.
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.
Aus dem ermittelten maximalen Generatorstrom wird schließlich unter Berücksichtigung des aktuellen Erregers ro s der aktuelle Generatorstrom berechnet. 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.
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 Generatorl'eistung, 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 .
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 .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Generatormodell ferner eine Einheit zur Bestimmung des mechanischen Verhaltens des Generators.
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 .
Die Einheit zur Bestimmung des thermischen Verhaltens ermittelt die aktuelle Generatortemperatur sowie die maximale Generatortemperatur vorzugsweise auf der Grundlage eines thermischen Netzwerkes.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Generatormodell gemäß einem Ausführungsbeispiel ■ der Erfindung;
Figur 2 Temperaturkennlinien eines Generators;
Figur 3 einen Satz aus drei Stromkennlinien eines Generators bei einer vorgegebenen ersten Generatorspannung;
Figur 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Ermittlung des maximalen Generatorstroms ;
Figur 5 den Zusammenhang zwischen Erreger- und Generatorstrom;
Figur Sa ein thermisches Netzwerk zur Bestimmung einer mittleren Generatortemperatur; und
Figur 6b ein thermisches Netzwerk zur Bestimmung einer maximalen Generatortemperatur.
Figur 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.
In einem Kfz-Bordnetz stellt das Generatordrehmoment MG 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 IG Voraussetzung für ein effektives Verbrauchermanagement in einem Kfz. Beide Größen IG, MG werden vom gezeigten Generatormodell als Ausgangsgrößen generiert.
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.
Die Eingangsgrößen des Generatormodells sind eine GeneratorSpannung UG, ein Erreger-Strom Ier , die Generatordrehzahl nG, die Kühlmitteltemperatur T>-ue und ein DF-Signal.
Die Generatorspannung UG kann entweder gemessen oder mittels eines geeigneten Modells abgeschätzt werden. Gleiches gilt für den Erreger-Strom Ierr- Die Generatordrehzahl nG un die Kühlmitteltemperatur Tkue werden üblicherweise gemessen.
Zur Erläuterung des Prinzips, nach dem die Einheit 1 den aktuellen Generatorstrom IG ermittelt, sollten zunächst die Figuren 2 und 3 betrachtet werden. Figur 2 zeigt den Verlauf der Generatortemperatur TG über der Generatordrehzahl nG • Bei den Kennlinien 7a, 7b ist die Generatortemperatur im wesentlichen konstant. Der Generator wird dabei in einem Zustand betrieben, bei dem die Generatortemperatur TG im wesentlichen der Kühlmitteltemperatur -Tkue entspricht . Typische Werte für Tl bzw. T2 sind beispielsweise -25° C bzw. +40°C. Dagegen steigt die Generatortemperatur TG bei der Kennlinie 8 mit der Drehzahl an. Hier wird der Generator in einem Betriebszustand betrieben, bei dem die Generatortemperatur TG wesentlich über der Kühlmitteltemperatur Tkue liegt. Typische Werte für die Kühlmitteltemperatur sind beispielsweise 110°C, während die Generatortemperatur TG Werte von mehr als 200°C annehmen kann.
Im Temperatur/Drehzahl-Diagramm von Fig. 2 sollte das Temperaturverhalten des Generators im wesentlichen im gesamten Temperaturbereich des Generators dargestellt sein.
Das Bezugszeichen © beschreibt den Bereich zwischen den konstanten Generatortemperaturen Tl und T2. Das Bezugs zeichen © beschreibt den Bereich zwischen der konstanten
Generatortemperatur T2 und der drehzahlabhängigen Generatortemperatur T3.
Figur 3 zeigt einen ersten Satz von drei Stromkennlinien (bei maximaler Erregung) über der Generatordrehzahl nG bei den Temperaturen T1,T2 und T3 für eine vorgegebene GeneratorSpannung UGι. Die Kennlinien 5a, 5b bei den Temperaturen T1,T2 sind Kaltkennlinien. Wie erwähnt, entspricht hier die Generatortemperatur TG in etwa der Kühlmitteltemperatur Tkue. Dagegen handelt es sich bei der
Kennlinie 6 um eine Warmkennlinie, bei der die Generatortemperatur TG wesentlich über der Kühlmitteltemperatur Tkue liegt.
Die Bereiche ® und © werden wiederum durch die unterschiedlichen Kühlmitteltemperaturen bzw. • Generatortemperaturen T1,T2,T3 bestimmt.
Die Stromkennlinien sind für die gleichen Generatortemperaturen T1,T2,T3 nochmals für eine andere Generatorspannung UG2 hinterlegt (nicht gezeigt) . Figur 4 zeigt ferner den linearen Verlauf des maximalen Generatorstroms IGraaχ über der Generatorspannung UG.
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.
Um nun den aktuellen Generatorstrom IG ermitteln zu können, liest die Einheit 1 zunächst die von der Einheit 3 gelieferte aktuelle Generatortemperatur TG und bestimmt damit den Bereich der Interpolation ®,© im Temperaturdiagramm von Figur 2. ' •
Befindet sich die aktuelle Generatortemperatur TG bei einer aktuellen Drehzahl nG 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.
Mit diesem Ergebnis wird in einem zweiten Schritt eine lineare Interpolation zwischen den Kalt- und Warmkennlinien 5a, 5b, 6 von Figur 3 durchgeführt. Dazu wird der Punkt A in den Temperaturbereich © entsprechend seines Teilungsverhältnis in die Stromkennlinien eingetragen, woraus sich ein resultierender Generatorstrom IGmaxi ergibt. Diese Vorgehensweise entspricht einer linearen Interpolation zwischen den Stromkennlinien aus Figur 3. ■
Die gleiche Interpolation wird im Temperaturbereich © bei einer zweiten Generatorspannung UG2 durchgeführt. Nach der Interpolation ergibt sich daraus ein zweiter Generatorstrom lGma 2 •
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.
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 .
Die Kalt- und Warmkennlinien sind vorzugsweise Maximalstromkennlinien, können aber auch Stromkennlinien bei einer geringeren Erregung oder bei Übererregung sein.
Der resultierende Maximalstrom IGmax bei der aktuellen Generatorspannung UG wird schließlich in einer weiteren linearen Interpolation ermittelt.
Figur 4 zeigt ein UG/Imaχ-Diagramm, in das die zuvor ermittelten Maximalströme IGmΞLXι
Figure imgf000012_0001
bei den zugehörigen Spannungen UG1,UG2 eingetragen sind. Die beiden Punkte B,C sind durch eine Gerade linear interpoliert. Der resultierende Maximalstrom des Generators IGmaχ ergibt sich am Punkt D durch Berücksichtigung der aktuellen Generatorspannung UG0.
Der aktuelle tatsächliche Generatorstrom ergibt sich schließlich aus der Kennlinie von Figur 5. Darin ist der nicht lineare Zusammenhang zwischen Erregerstrom Ierr und Generatorstrom IG z.B. für einen Drehzahl-, Temperatur- und Spannungspunkt aufgenommen und als Kennlinie im System hinterlegt .
Mit Kenntnis des Erregerstroms Ierr/ des maximalen Erregerstroms Ierrmax und des maximalen Generatorstroms IGma> kann der aktuelle Generatorstrom IG ermittelt werden. Dabei gilt:
lG= err/ lerrmax' lGma
Bestimmung der elektrischen Wirkleistung PG, PGmaχ
Die elektrische Wirkleistung PG und die maximale elektrische Wirkleistung PGraax kann durch einfache Multiplikation des aktuellen bzw. maximalen Generatorstroms IG bzw. IGmax mit der Generatorspannung UG -berechnet werden. Hierbei gilt:
PG=IG-UG
PGma = lGra x" G
Bestimmung der Verlustleistungen PGeι_veri/ PGmec_eri
Die elektrischen und mechanischen Verlustleistungen werden von der Einheit 2 als Funktion der elektrischen Wirkleistung
PG/ E / der Generatordrehzahl nG und der Generatorauslastung (DF-Signal) bestimmt.
Die aktuelle elektrische Verlustleistung PGeι_veri und die maximale elektrische Verlustleistung PGei_veri_m werden auf
Grund einer drehzahl- und lastabhängigen Funktion aus der elektrischen Wirkleistμng PG und der maximalen elektrischen Wirkleistung PGmaχ bestimmt. Eine Näherung für diese Berechnung kann beispielsweise wie folgt lauten:
PGei_eri= (elec_a+elec_b-*nc) -*PG-*DF
Figure imgf000013_0001
(elec_a+elec_b-nG) -*PGmax
Dabei sind elec_a und elec b vorgegebene Parameter Die mechanische Verlustleistung PGmech_veri wird als Funktion der Generatordrehzahl nG berechnet . Eine N herung für die Funktion läßt sich beispielsweise wie folgt angeben:
Figure imgf000014_0001
Dabei sind die Werte mech_a und mech_b wiederum vorgegebene Parameter.
Die mechanische Wirkleistung PGmech ergibt sich aus der Summe der elektrischen Wirk- und Verlustleistung PG, PGeι_veri sowie der mechanischen Verlustleistung PGmec_veri • Die Generatordrehzahl nG wird mit Hilfe der Konstante Pi in eine Winkelgeschwindigkeit umgerechnet. Die mechanische Wirkleistung PGmech und das Generatordrehmoment MG ergeben sich aus folgenden Beziehungen:
PGmec = PGel verl + PG+ Gmech_verl
Figure imgf000014_0002
Bestimmung der Generatortemperatur TG
Zur Bestimmung einer mittleren Generatortemperatur TG wird ein thermisches Netzwerk nach Figur 6a eingesetzt. Das thermische Netzwerk umfaßt eine Leistungsquelle 9, einen thermischen Widerstand RTH, eine thermische Kapazität CTH und eine Wärmesenke -10, die den Wärmefluß nach außen repräsentiert.
Die elektrische Verlustleistung PGeι_veri erzeugt einen Wärmestrom im Generator. Die thermische Kapazität CTH und der thermische Widerstand RTH bestimmen die Zeitkonstante der Erwärmung. Der thermische Widerstand ergibt sich aus einem drehzahlabhängigen und einem drehzahlunabhängigen Anteil nach folgender Beziehung:
RTH=therm_ra+therm_rb*nG,
wobei therm_ra, therm_rb vorgegebene Parameter sind.
Die Zeitkonstante tau berechnet sich bei kritischer Dämpfung des thermischen Schwingkreises aus:
Figure imgf000015_0001
Die Anstiegszeit entspricht der Erwärmungszeit (entspricht 3 au) . Der thermische Widerstand RTH legt den stationären Endwert bei einer konstanten Kühlmitteltemperatur Tkue und elektrischer Verlustleistung PGeι Veri fest. Aus den
Maschengleichungen im thermischen Netzwerk ergibt sich:
- PGeljverl + CTH" dTG / dt = ( T]rUe ~ TG ) / TH
Diese Beziehung läßt sich in einfacher Weise nach TG auflösen.
Bestimmung der maximalen Generatortemperatur TGraax
Zur Bestimmung der maximalen Generatortemperatur TGmax wird ein zweites thermisches Netzwerk nach Figur 6b eingesetzt. Die zeitliche Erwärmung und damit die thermische Kapazität GTH wird in diesem Fall nicht berücksichtigt. Das thermische Netzwerk nach Figur 6b umfasst daher nur eine Leistungsquelle 9, einen thermischen Widerstand Rτ und eine Leistungssenke 10.
Bei konstanter Drehzahl nG und Kühlmitteltemperatur Tkue bildet die maximale Generatortemperatur TGraax den statischen Endwert der Generatortemperatur TG. Aus den
'Maschengleichungen ergibt sich nun: PGel_verl_ ax'RτH+TGmax T ue— 0
Die maximale Generatortemperatur TGmax ist damit direkt von der elektrischen Verlustleistung PGeι_veri abhängig.
Bestimmung des Wärmestroms zum Kühlmittel
Durch Auswertung des thermischen Netzwerks von Figur 6a kann mit Hilfe der Generatortemperatur TG, der Kühlmitteltemperatur Tkue und dem thermischen Widerstand RTH der Wärmestrom zum Kühlmittel die dQkUe/dt berechnet werden.
Hierbei gilt :
Figure imgf000016_0001
Die aktuelle und maximale Generatortemperatur Tg und TGπ,aχ 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
Ierr Erregerstrom UG GeneratorSpannung df DF-Signal
Tkue Kühlmitteltemperatur
MG Generatordrehzahl
MG Generatormoment IG Generatorstrpm
TG , Generatortemperatur
TGmaχ maximale Generatortemperatur
PG Generatorleistung
Pana " maximale Generatorleistung PGeι_veri elektrische Verlustleistung Gei_veri_ma maximale elektrische Verlustleistung
PGmech_erj. mechanische Verlustleistung
RTH thermischer Widerstand
CH thermische Kapazität

Claims

Patentansprüche
1. Generatormodell zur Ermittlung von Generator-Kenngrößen, insbesondere für ein Kfz-Bordnetz, dadurch gekennzeichnet, daß das Generatormodell eine Einheit (1) zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens des Generators aufweist, in der ein erster und ein zweiter Satz aus jeweils wenigstens drei Warmund Kaltkennlinien (5a, 5b, 6) für unterschiedliche Generatorspannungen (UGι,UG2) hinterlegt sind, aus denen die Einheit (1) unter Berücksichtigung einer aktuellen
Generatortemperatur (TG) durch lineare Interpolation zwischen den Kennlinien (5a, 5b, 6) den aktuellen Generatorstrom (IG) ermittelt .
2. Generatormodell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (1) zunächst einen ersten und einen zweiten maximalen Generatorstrom (IGraaχi, IGma:2) für den ersten und zweiten Satz von Stromkennlinien (5a, 5b, 6) bestimmt und daraus unter Berücksichtigung der aktuellen Generatorspannung (UG) den aktuellen, maximalen Generatorstrom (IGmaχ) ermittelt.
3. Generatormodell nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (1) den aktuellen Generatorstrom (IG) aus dem ermittelten, maximalen Generatorstrom (IGmax) unter
Berücksichtigung eines Erregerstroms (Ierr) berechnet.
4. Generatormodell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (1) die aktuelle Generatorleistung (PG) und die maximale Generatorleistung
(Pσma) berechnet.
5. Generatormodell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Generatormodell eine Einheit (2) zur Bestimmung des Verlustverhaltens des Generators aufweist.
6. Generatormodell nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (2) die aktuelle, elektrische Verlustleistung (PGeι_veri) und die maximale elektrische Verlustleistung
( PGeiraax_eri) unter Berücksichtigung der aktuellen elektrischen Generatorleistung (PGeι) und der maximalen elektrischen Generatorleistung (PGeimax) berechnet.
7. Generatormodell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Generatormodell eine Einheit (3) zur Bestimmung des thermischen Verhaltens des Generators aufweist .
8. Generatormodell nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (3) die aktuelle Generatortemperatur (TG) und die maximale Generatortemperatur (TGraax) unter
Berücksichtigung der aktuellen elektrischen Verlustleistung , (PGei_veri) und der maximalen elektrischen Verlustleistung (Pceijverimax) berechnet.
9. Generatormodell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Generatormodell eine Einheit (4) zur Bestimmung des mechanischen Verhaltens des Generators aufweist.
10. Generatormodell nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (4) das aktuelle Drehmoment (MG) unter Berücksichtigung der aktuellen elektrischen. Verlustleistung (PGei_veri) und der aktuellen elektrischen Leistung (PGeι) sowie der Drehzahl (nG) und der mechanischen Verlustleistung (Pcmec ri) ermittelt.
11. Generatormodell nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit (3) zur Bestimmung des thermischen Verhaltens die aktuelle Generatortemperatur (TG) und die maximale Generatortemperatur (TGmax) mittels ' eines thermischen Netzwerks berechnet.
10
12. Generatormodell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt wenigstens sechs Stromkennlinien (5a, 5b, 6) hinterlegt sind.
15 13. Generatormodell zur Ermittlung von Generator-Kenngrößen, insbesondere für ein Kfz-Bordnetz, gekennzeichnet durch, eine Einheit (1) zur Bestimmung des elektrischen Verhaltens des Generators, die unter Berücksichtigung der Generatorspannung (UG) , des Erregerstroms (Ierr) der
20 Generatortemperatur (TG) , der maximalen
Generatortemperätur (TGmaj:) und der Generatordrehzahl (nG) als Eingangsgrößen die aktuelle Generatorleistung (PG) sowie die maximale Generatorleistung (PGmaχ) als Ausgangsgrößen ermittelt, '25 - eine Einheit (2) zur Bestimmung des Verlustverhaltens des Generators, die unter Berücksichtigung eines df-Signals (df) , der Generatordrehzahl (nG) , der elektrischen Generatorleistung (PGeι) sowie der maximalen elektrischen Generatorleistung (PGeimax) als Eingangsgrößen die
3.0 mechanische Verlustleistung (PGmech_veri) die aktuelle elektrische Verlustleistung (PGeι_veri) , sowie die maximale elektrische Verlustleistung ( Geimax_veri) ermittelt, und - eine Einheit (3) zur Bestimmung- des thermischen Verhaltens des Generators, die unter Berücksichtigung der
35 elektrischen Verlustleistung (PGeι_veri) / der maximalen elektrischen Verlustleistung (PGeimaχ_veri) und der Generatordrehzahl (nG) die aktuelle Generatortemperatur (TG) sowie die maximale Generatortemperatur (TGmax) als Ausgangsgrößen ermittelt.
40
14. Generatormodell nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten (1,2,3) miteinander verbunden sind und in einem iterativen Zyklus arbeiten.
PCT/DE2002/004723 2002-01-11 2002-12-24 Generatormodell zur bestimmung von generatortemperatur, -strom und -drehmoment WO2003058793A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10200733.0 2002-01-11
DE2002100733 DE10200733A1 (de) 2002-01-11 2002-01-11 Generatormodell zur Bestimmung von Generatortemperatur,-Strom und-Drehmoment

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2003058793A1 true WO2003058793A1 (de) 2003-07-17

Family

ID=7711848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2002/004723 WO2003058793A1 (de) 2002-01-11 2002-12-24 Generatormodell zur bestimmung von generatortemperatur, -strom und -drehmoment

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10200733A1 (de)
WO (1) WO2003058793A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2886411A1 (fr) * 2005-05-31 2006-12-01 Valeo Equip Electr Moteur Procede et dispositif d'estimation du courant delivre par un alternateur pour vehicule automobile
WO2008092755A1 (de) * 2007-01-29 2008-08-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur regelung der temperatur eines generators und generatorregler
EP3269573A1 (de) * 2016-05-13 2018-01-17 Liebherr-Transportation Systems GmbH & Co. KG Verfahren zum regeln eines kühlsystems

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006211734A (ja) 2005-01-25 2006-08-10 Denso Corp トルク検出装置
DE102005012052A1 (de) * 2005-03-16 2006-10-05 Audi Ag Generatormodell und Verfahren zum Ermitteln von Kenngrößen eines Generators in einem Kraftfahrzeug
FR2886410B1 (fr) * 2005-05-31 2007-08-31 Valeo Equip Electr Moteur Procede et dispositif d'estimation du courant delivre par un altenateur pour vehicule automobile
JP4483762B2 (ja) 2005-10-17 2010-06-16 株式会社デンソー 車両用発電制御装置
DE102006049140B4 (de) * 2006-10-18 2021-10-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Einrichtung zur Bestimmung eines Generatorstromes
CN102385037A (zh) * 2011-08-19 2012-03-21 中国神华能源股份有限公司 一种用于发电机组的电气试验方法和电气试验系统
DE102011087145A1 (de) * 2011-11-25 2013-05-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Schutz eines Gleichrichters eines Mehrphasenwechselstrom-Generators in einem Kraftfahrzeug
US9954372B2 (en) 2014-02-26 2018-04-24 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Topology determination using graph theory
US9519301B2 (en) 2014-02-26 2016-12-13 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Contingency-based load shedding
US20150244170A1 (en) * 2014-02-26 2015-08-27 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Power System Management
US10763695B2 (en) 2016-07-26 2020-09-01 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Microgrid power flow monitoring and control
US10594138B2 (en) 2016-10-04 2020-03-17 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Detection and remediation of transients in electric power systems
US10833507B2 (en) 2016-11-29 2020-11-10 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Island detection and control of a microgrid
US11009931B2 (en) 2018-07-17 2021-05-18 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Voltage assessment prediction system for load/generation shedding
US10931109B2 (en) 2019-01-10 2021-02-23 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Contingency based load shedding system for both active and reactive power
US10992134B2 (en) 2019-05-10 2021-04-27 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Load shedding system for both active and reactive power based on system perturbation
US11177657B1 (en) 2020-09-25 2021-11-16 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Universal power flow dynamic simulator
US11735913B2 (en) 2021-05-25 2023-08-22 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Autonomous real-time remedial action scheme (RAS)
US20230069168A1 (en) 2021-09-01 2023-03-02 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Systems and methods for operating an islanded distribution substation using inverter power generation

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3662251A (en) * 1970-06-22 1972-05-09 Otto Joseph Mitchell Smith Method and system for measuring acceleration and velocity
DE3843163A1 (de) * 1988-12-22 1990-06-28 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung und verfahren zur regelung eines fahrzeug-drehstrom-generators
DE4102335A1 (de) * 1990-06-21 1992-01-02 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung und verfahren zur regelung eines generators
DE19632891A1 (de) * 1996-08-16 1998-02-19 Bosch Gmbh Robert Einrichtung zur Steuerung oder Regelung der von einem fremderregten Generator abgegebenen Leistung
US5998880A (en) * 1997-08-07 1999-12-07 General Electric Company AC locomotive operation without DC current sensor
DE19826677A1 (de) * 1998-06-16 1999-12-23 Zahnradfabrik Friedrichshafen Verfahren zur Feststellung von Energieleckagen
DE19941004A1 (de) * 1999-08-28 2001-03-01 Volkswagen Ag Verfahren zur Ermittlung von elektrischen Ausgangsgrößen eines mit einem Spannungsregler gekoppelten Bordgenerators in einem Kraftfahrzeug

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3662251A (en) * 1970-06-22 1972-05-09 Otto Joseph Mitchell Smith Method and system for measuring acceleration and velocity
DE3843163A1 (de) * 1988-12-22 1990-06-28 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung und verfahren zur regelung eines fahrzeug-drehstrom-generators
DE4102335A1 (de) * 1990-06-21 1992-01-02 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung und verfahren zur regelung eines generators
DE19632891A1 (de) * 1996-08-16 1998-02-19 Bosch Gmbh Robert Einrichtung zur Steuerung oder Regelung der von einem fremderregten Generator abgegebenen Leistung
US5998880A (en) * 1997-08-07 1999-12-07 General Electric Company AC locomotive operation without DC current sensor
DE19826677A1 (de) * 1998-06-16 1999-12-23 Zahnradfabrik Friedrichshafen Verfahren zur Feststellung von Energieleckagen
DE19941004A1 (de) * 1999-08-28 2001-03-01 Volkswagen Ag Verfahren zur Ermittlung von elektrischen Ausgangsgrößen eines mit einem Spannungsregler gekoppelten Bordgenerators in einem Kraftfahrzeug

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2886411A1 (fr) * 2005-05-31 2006-12-01 Valeo Equip Electr Moteur Procede et dispositif d'estimation du courant delivre par un alternateur pour vehicule automobile
WO2007000528A2 (fr) * 2005-05-31 2007-01-04 Valeo Equipements Electriques Moteur Procede et dispositif d'estimation du courant delivre par un alternateur pour vehicule automobile
WO2007000528A3 (fr) * 2005-05-31 2007-03-22 Valeo Equip Electr Moteur Procede et dispositif d'estimation du courant delivre par un alternateur pour vehicule automobile
WO2008092755A1 (de) * 2007-01-29 2008-08-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur regelung der temperatur eines generators und generatorregler
EP3269573A1 (de) * 2016-05-13 2018-01-17 Liebherr-Transportation Systems GmbH & Co. KG Verfahren zum regeln eines kühlsystems

Also Published As

Publication number Publication date
DE10200733A1 (de) 2003-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2003058793A1 (de) Generatormodell zur bestimmung von generatortemperatur, -strom und -drehmoment
DE10354279B4 (de) Leistungsversorgungssystem
EP1718983B1 (de) Erkennungsverfahren f r eine elektrische mehrphasenmaschine
DE4430670A1 (de) Steuervorrichtung für einen elektrischen Generator/Motor für einen Verbrennungsmotor
EP1436168B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung der in einem bordnetz verfügbaren elektrischen leistung
DE102012224312A1 (de) Verfahren zur Ermittlung einer Temperatur einer Zelle einer Batterie, Ermittlungsvorrichtung und Batterie
EP3145750B1 (de) Verfahren zum schalten eines wechselrichters eines elektrischen antriebs eines kraftfahrzeugs und entsprechend schaltbarer wechselrichter
DE102017111771A1 (de) Errergerstrombegrenzter Leistungsgenerator
DE102018103113A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Hybridsystems für ein Fahrzeug
DE102005012052A1 (de) Generatormodell und Verfahren zum Ermitteln von Kenngrößen eines Generators in einem Kraftfahrzeug
EP2319153B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum optimierten energiemanagement
DE102015212685A1 (de) Verfahren zur Optimierung einer Ansteuerung eines elektrischen Antriebssystems
EP2502329B1 (de) Vorrichtung zur minimierung der stromaufnahme eines kfz-generators aus der batterie während der startphase eines kraftfahrzeugs
WO2020260615A1 (de) Verfahren und system zur koordination von ladevorgängen für elektrofahrzeuge
EP3380855B1 (de) Verfahren zur ermittlung einer leistungsfähigkeitsinformation einer batterie eines kraftfahrzeugseitigen, an einen gleichspannungswandler angebundenen bordnetzes und kraftfahrzeug
EP1201504B1 (de) Verfahren zur Regelung der Leistungsversorgung steuerbarer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug
DE102022105138A1 (de) Verfahren und System zum Überwachen eines Spannungsnetzes, Verfahren zum Trainieren einer künstlichen Intelligenz zur Prognose eines zukünftigen Zustands eines Spannungsnetzes, Computerprogramm sowie computerlesbarer Datenträger
DE102015013196A1 (de) Verfahren zum Ermitteln wenigstens eines Referenzlastprofils einer Komponente für einen Kraftwagen
DE19858697A1 (de) Verfahren und Schaltungsanordnung zur Überwachung des Betriebszustandes einer Last
DE102020110155A1 (de) Batteriewiderstandsmessvorrichtung
EP0872941B1 (de) Verfahren zur zentralen Blindleistungskompensation in einem ein- oder mehrphasigen Wechselstromnetz und Vorrichtung zur Durchführung desselben
DE102021201628B4 (de) Computerimplementiertes Verfahren und Vorrichtung zur Codierung und Verarbeitung von hochdimensionalen Sensorpfaddaten einer Sensoreinheit zur Steuerung eines Fahrzeugs
EP3650259A1 (de) Verfahren zum betrieb eines kraftfahrzeugs und kraftfahrzeug
DE10257024A1 (de) Verfahren zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs sowie Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens
DE102010001256B4 (de) Generatorregler zur Regelung eines Fahrzeug-Generators, Generatorvorrichtung und Verfahren zur Regelung oder Steuerung eines Stromkreislaufs

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE SI SK TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP