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DE10200733A1 - Generatormodell zur Bestimmung von Generatortemperatur,-Strom und-Drehmoment - Google Patents

Generatormodell zur Bestimmung von Generatortemperatur,-Strom und-Drehmoment

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Publication number
DE10200733A1
DE10200733A1 DE2002100733 DE10200733A DE10200733A1 DE 10200733 A1 DE10200733 A1 DE 10200733A1 DE 2002100733 DE2002100733 DE 2002100733 DE 10200733 A DE10200733 A DE 10200733A DE 10200733 A1 DE10200733 A1 DE 10200733A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
generator
current
maximum
unit
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
DE2002100733
Other languages
English (en)
Inventor
Karsten Schiller
Frank Buchholz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
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
Priority to DE2002100733 priority Critical patent/DE10200733A1/de
Priority to PCT/DE2002/004723 priority patent/WO2003058793A1/de
Publication of DE10200733A1 publication Critical patent/DE10200733A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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

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  • 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 Größen eines Generators, insbesondere für ein Kfz-Bordnetz. Das elektrische Verhalten des Generators, insbesondere der Generatorstrom (I¶G¶) und die aktuelle Generatorleistung (P¶G¶), 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 Warm- und Kaltkennlinien (5a, 5b, 6) jeweils für unterschiedliche Generatorspannungen (U¶G1¶, U¶G2¶) hinterlegt sind, aus denen die Einheit (1) unter Berücksichtigung einer aktuellen Generatortemperatur (T¶G¶) und einer maximalen Generatortemperatur (T¶Gmax¶) durch lineare Interpolation zwischen den Kennlinien (5a, 5b, 6) den aktuellen Generatorstrom (I¶G¶) ermittelt.

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.
  • 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.
  • 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 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.
  • 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.
  • 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 Kaltkennlinien 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 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.
  • 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.
  • 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 Erregerstroms 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 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.
  • 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:
  • Fig. 1 ein Generatormodell gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 2 Temperaturkennlinien eines Generators;
  • Fig. 3 einen Satz aus drei Stromkennlinien eines Generators bei einer vorgegebenen ersten Generatorspannung;
  • Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Ermittlung des maximalen Generatorstroms;
  • Fig. 5 den Zusammenhang zwischen Erreger- und Generatorstrom;
  • Fig. 6a ein thermisches Netzwerk zur Bestimmung einer mittleren Generatortemperatur; und
  • Fig. 6b ein thermisches Netzwerk zur Bestimmung einer maximalen Generatortemperatur.
  • 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.
  • In einem Kfz-Bordnetz stellt das Gereratordrehmoment 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 Ierr, die Generatordrehzahl nG, die Kühlmitteltemperatur Tkue 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 und die Kühlmitteltemperatur Tkue werden üblicherweise gemessen.
  • Zur Erläuterung des Prinzips, nach dem die Einheit 1 den aktuellen Generatorstrom IG ermittelt, sollten zunächst die Fig. 2 und 3 betrachtet werden. Fig. 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 T1 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 T1 und T2. Das Bezugszeichen ≙ beschreibt den Bereich zwischen der konstanten Generatortemperatur T2 und der drehzahlabhängigen Generatortemperatur T3.
  • Fig. 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 UG1. 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).
  • Fig. 4 zeigt ferner den linearen Verlauf des maximalen Generatorstroms IGmax 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 Fig. 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 Fig. 3 durchgeführt. Dazu wird der Punkt A in den Temperaturbereich ≙ entsprechend seines Teilungsverhältnis in die Stromkennlinien eingetragen, woraus sich ein resultierender Generatorstrom IGmax1 ergibt. Diese Vorgehensweise entspricht einer linearen Interpolation zwischen den Stromkennlinien aus Fig. 3.
  • Die gleiche Interpolation wird im Temperaturbereich ≙ bei einer zweiten Generatorspannung UG2 durchgeführt. Nach der Interpolation ergibt sich daraus ein zweiter Generatorstrom IGmax2.
  • 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.
  • Fig. 4 zeigt ein UG/Imax-Diagramm, in das die zuvor ermittelten Maximalströme IGmax1, IGmax2 bei den zugehörigen Spannungen UG1, UG2 eingetragen sind. Die beiden Punkte B, C sind durch eine Gerade linear interpoliert. Der resultierende Maximalstrom des Generators IGmax ergibt sich am Punkt D durch Berücksichtigung der aktuellen Generatorspannung UG0.
  • Der aktuelle tatsächliche Generatorstrom ergibt sich schließlich aus der Kennlinie von Fig. 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 IGmaxkann der aktuelle Generatorstrom IG ermittelt werden. Dabei gilt:

    IG = Ierr/Ierrmax.IGmax
  • Bestimmung der elektrischen Wirkleistung PG, PGmax
  • Die elektrische Wirkleistung PG und die maximale elektrische Wirkleistung PGmax kann durch einfache Multiplikation des aktuellen bzw. maximalen Generatorstroms IG bzw. IGmax mit der Generatorspannung UG berechnet werden. Hierbei gilt:

    PG = IG.UG

    PGmax = IGmax.UG
  • Bestimmung der Verlustleistungen PGel_verl, PGmech_verl
  • Die elektrischen und mechanischen Verlustleistungen werden von der Einheit 2 als Funktion der elektrischen Wirkleistung PG, PGmax, der Generatordrehzahl nG und der Generatorauslastung (DF-Signal) bestimmt.
  • Die aktuelle elektrische Verlustleistung PGel_verl und die maximale elektrische Verlustleistung PGel_verl_max werden auf Grund einer drehzahl- und lastäbhängigen Funktion aus der elektrischen Wirkleistung PG und der maximalen elektrischen Wirkleistung PGmax bestimmt. Eine Näherung für diese Berechnung kann beispielsweise wie folgt lauten:

    PGel_verl = (elec_a + elec_b.*nG).*PG.*DF

    PGel_verl_max = (elec_a + elec_b.nG).*PGmax
  • Dabei sind elec_a und elec_b vorgegebene Parameter.
  • Die mechanische Verlustleistung PGmech_verl wird als Funktion der Generatordrehzahl nG berechnet. Eine Näherung für die Funktion läßt sich beispielsweise wie folgt angeben:

    PGmech_verl = mech_a.nG + mech_b.nG 2
  • 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, PGel_verl sowie der mechanischen Verlustleistung PGmech_verl. Die Generatordrehzahl nG wird mit Hilfe der Konstanten Pi in eine Winkelgeschwindigkeit umgerechnet. Die mechanische Wirkleistung PGmech und das Generatordrehmoment MG ergeben sich aus folgenden Beziehungen:

    PGmech = PGel_verl + PG + PGmech_verl

    MG = (30.PGmech)/(Pi.nG)
  • Bestimmung der Generatortemperatur TG
  • Zur Bestimmung einer mittleren Generatortemperatur TG wird ein thermisches Netzwerk nach Fig. 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 PGel_verl 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:

    tau = RTH. CTH
  • Die Anstiegszeit entspricht der Erwärmungszeit (entspricht 3tau). Der thermische Widerstand RTH legt den stationären Endwert bei einer konstanten Kühlmitteltemperatur Tkue und elektrischer Verlustleistung PGel_verl fest. Aus den Maschengleichungen im thermischen Netzwerk ergibt sich:

    -PGel_verl + CTH.dTG/dt = (Tkue - TG)/RTH
  • Diese Beziehung läßt sich in einfacher Weise nach TG auflösen.
    • Bestimmung der maximalen Generatortemperatur TGmax
  • Zur Bestimmung der maximalen Generatortemperatur TGmax wird ein zweites thermisches Netzwerk nach Fig. 6b eingesetzt. Die zeitliche Erwärmung und damit die thermische Kapazität CTH wird in diesem Fall nicht berücksichtigt. Das thermische Netzwerk nach Fig. 6b umfasst daher nur eine Leistungsquelle 9, einen thermischen Widerstand RT und eine Leistungssenke 10.
  • Bei konstanter Drehzahl nG und Kühlmitteltemperatur Tkue bildet die maximale Generatortemperatur TGmax den statischen Endwert der Generatortemperatur TG. Aus den Maschengleichungen ergibt sich nun:

    -PGel_verl_max.RTH + TGmax - Tkue = 0
  • Die maximale Generatortemperatur TGmax ist damit direkt von der elektrischen Verlustleistung PGel_verl abhängig.
    • Bestimmung des Wärmestroms zum Kühlmittel
  • Durch Auswertung des thermischen Netzwerks von Fig. 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:

    dQkue/dt = (TG - Tkue)/RTH
  • Die aktuelle und maximale Generatortemperatur Tg und TGmax 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 Generatorstrom
    TG Generatortemperatur
    TGmax maximale Generatortemperatur
    PG Generatorleistung
    PGmax maximale Generatorleistung
    PGel_verl elektrische Verlustleistung
    PGel_verl_max maximale elektrische Verlustleistung
    PGmech_verl mechanische Verlustleistung
    RTH thermischer Widerstand
    CTH thermische Kapazität

Claims (14)

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 Warm- und Kaltkennlinien (5a, 5b, 6) für unterschiedliche Generatorspannungen (UG1, 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 (IGmax1, IGmax2) für den ersten und zweiten Satz von Stromkennlinien (5a, 5b, 6) bestimmt und daraus unter Berücksichtigung der aktuellen Generatorspannung (UG) den aktuellen, maximalen Generatorstrom (IGmax) 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 (PGmax) 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 (PGel_verl) und die maximale elektrische Verlustleistung (PGelmax_verl) unter Berücksichtigung der aktuellen elektrischen Generatorleistung (PGel) und der maximalen elektrischen Generatorleistung (PGelmax) 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 (TGmax) unter Berücksichtigung der aktuellen elektrischen Verlustleistung (PGel_verl) und der maximalen elektrischen Verlustleistung (PGel_verlmax) 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 (PGel_verl) und der aktuellen elektrischen Leistung (PGel) sowie der Drehzahl (nG) und der mechanischen Verlustleistung (PGmech_verl) 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.
12. Generatormodell nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß insgesamt wenigstens sechs Stromkennlinien (5a, 5b, 6) hinterlegt sind.
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 Generatortemperatur (TG), der maximalen Generatortemperatur (TGmax) und der Generatordrehzahl (nG) als Eingangsgrößen die aktuelle Generatorleistung (PG) sowie die maximale Generatorleistung (PGmax) als Ausgangsgrößen ermittelt,
eine Einheit (2) zur Bestimmung des Verlustverhaltens des Generators, die unter Berücksichtigung eines df-Signals (df), der Generatordrehzahl (nG), der elektrischen Generatorleistung (PGel) sowie der maximalen elektrischen Generatorleistung (PGelmax) als Eingangsgrößen die mechanische Verlustleistung (PGmech_verl), die aktuelle elektrische Verlustleistung (PGel_verl), sowie die maximale elektrische Verlustleistung (PGelmax_verl) ermittelt, und
eine Einheit (3) zur Bestimmung des thermischen Verhaltens des Generators, die unter Berücksichtigung der elektrischen Verlustleistung (PGel_verl), der maximalen elektrischen Verlustleistung (PGelmax_verl) und der Generatordrehzahl (nG) die aktuelle Generatortemperatur (TG) sowie die maximale Generatortemperatur (TGmax) als Ausgangsgrößen ermittelt.
14. Generatormodell nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten (1, 2, 3) miteinander verbunden sind und in einem iterativen Zyklus arbeiten.
DE2002100733 2002-01-11 2002-01-11 Generatormodell zur Bestimmung von Generatortemperatur,-Strom und-Drehmoment Withdrawn DE10200733A1 (de)

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Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005012052A1 (de) * 2005-03-16 2006-10-05 Audi Ag Generatormodell und Verfahren zum Ermitteln von Kenngrößen eines Generators in einem Kraftfahrzeug
US7294991B2 (en) 2005-01-25 2007-11-13 Denso Corporation Method and apparatus for calculating/controlling power generation torque
DE102006049140A1 (de) * 2006-10-18 2008-04-30 Bayerische Motoren Werke Ag Einrichtung zur Bestimmung eines Generatorstromes
US7394227B2 (en) 2005-10-17 2008-07-01 Denso Corporation Power generation control apparatus for vehicle
CN101185235B (zh) * 2005-05-31 2010-12-15 法雷奥电机设备公司 用于估计机动车的交流发电机所产生电流的方法和装置
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
WO2015130438A1 (en) * 2014-02-26 2015-09-03 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Power system management
US9519301B2 (en) 2014-02-26 2016-12-13 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Contingency-based load shedding
US9954372B2 (en) 2014-02-26 2018-04-24 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Topology determination using graph theory
US10594138B2 (en) 2016-10-04 2020-03-17 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Detection and remediation of transients in electric power systems
US10763695B2 (en) 2016-07-26 2020-09-01 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Microgrid power flow monitoring and control
US10833507B2 (en) 2016-11-29 2020-11-10 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Island detection and control of a microgrid
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
US11009931B2 (en) 2018-07-17 2021-05-18 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Voltage assessment prediction system for load/generation shedding
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)
US11929608B2 (en) 2021-09-01 2024-03-12 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Systems and methods for operating an islanded distribution substation using inverter power generation
US12218694B2 (en) 2023-04-05 2025-02-04 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Bit pattern sequence compressor

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2886411B1 (fr) * 2005-05-31 2008-01-11 Valeo Equip Electr Moteur Procede et dispositif d'estimation du courant delivre par un alternateur pour vehicule automobile
DE102007012702A1 (de) * 2007-01-29 2008-07-31 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Regelung eines Generators und Generatorregler
DE102016005981A1 (de) * 2016-05-13 2017-11-16 Liebherr-Transportation Systems Gmbh & Co. Kg "Verfahren zum Regeln eines Kühlsystems"

Family Cites Families (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
DE3843163C2 (de) * 1988-12-22 1998-09-24 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung 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 (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7294991B2 (en) 2005-01-25 2007-11-13 Denso Corporation Method and apparatus for calculating/controlling power generation torque
DE102005012052A1 (de) * 2005-03-16 2006-10-05 Audi Ag Generatormodell und Verfahren zum Ermitteln von Kenngrößen eines Generators in einem Kraftfahrzeug
CN101185235B (zh) * 2005-05-31 2010-12-15 法雷奥电机设备公司 用于估计机动车的交流发电机所产生电流的方法和装置
US7394227B2 (en) 2005-10-17 2008-07-01 Denso Corporation Power generation control apparatus for vehicle
DE102006049140B4 (de) 2006-10-18 2021-10-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Einrichtung zur Bestimmung eines Generatorstromes
DE102006049140A1 (de) * 2006-10-18 2008-04-30 Bayerische Motoren Werke Ag 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
WO2015130438A1 (en) * 2014-02-26 2015-09-03 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Power system management
US9519301B2 (en) 2014-02-26 2016-12-13 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Contingency-based load shedding
US9954372B2 (en) 2014-02-26 2018-04-24 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Topology determination using graph theory
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)
US11929608B2 (en) 2021-09-01 2024-03-12 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Systems and methods for operating an islanded distribution substation using inverter power generation
US12107414B2 (en) 2021-09-01 2024-10-01 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Systems and methods for operating an islanded distribution substation using inverter power generation
US12218694B2 (en) 2023-04-05 2025-02-04 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Bit pattern sequence compressor

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WO2003058793A1 (de) 2003-07-17

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