WO2017084856A1 - Verfahren und vorrichtung zum erkennen einer drehzahl in einer generatoreinheit - Google Patents

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WO2017084856A1
WO2017084856A1 PCT/EP2016/076003 EP2016076003W WO2017084856A1 WO 2017084856 A1 WO2017084856 A1 WO 2017084856A1 EP 2016076003 W EP2016076003 W EP 2016076003W WO 2017084856 A1 WO2017084856 A1 WO 2017084856A1
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speed
frequency
generator unit
generator
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PCT/EP2016/076003
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Miriam Riederer
Michael Wohlfarth
Manuel Mueller
Fabio Magini
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02P2203/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the means for detecting the position of the rotor
    • H02P2203/09—Motor speed determination based on the current and/or voltage without using a tachogenerator or a physical encoder

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting a rotational speed in a generator unit as well as a computing unit, in particular a generator controller, and a computer program for its implementation.
  • Motor vehicles have a vehicle electrical system which is supplied with voltage via an electrical machine operated as a generator, for example a separately excited synchronous machine.
  • an electrical machine operated as a generator for example a separately excited synchronous machine.
  • the electric machine is usually connected via a rectifier to the electrical system and forms with this a generator unit. In such generator units errors such as short circuits occur, which should be recognized if possible.
  • the invention relates to a method having the features of independent claim 1. It is based on the recognition that an oscillation current flowing through a rotor winding of a generator unit is impressed by the magnetic coupling of the rotor to a stator of the generator unit the speed nG of the generator unit, ie the speed at which the rotor rotates in the stator can be determined.
  • a generator unit can in particular be understood as any generator machine that can be operated as a generator.
  • the rotational speed is detected as a function of an analysis of a frequency spectrum of the path of the excitation current or as a function of edge detection in the course of the exciter current.
  • the rotational speed is then determined, in particular only as a function of the course of the exciter current, if there is an error in the generator unit.
  • error can be understood to be broadly understood as encompassing deviations from normal operation,
  • it is also possible to operate a generator unit designed with active rectifier elements during a so-called load-dump operation by controlling active rectifier elements in the rectifier an overvoltage in the electrical system is reduced, are understood as "errors". It was recognized that the speed of the generator unit can be determined particularly easily from the exciter current in the event of a fault.
  • the rotational speed is determined as a function of a profile of a phase voltage.
  • the rotational speed is determined as a function of the course of the exciter current. This is based on the knowledge that when the phase voltage assumes a constant value, either a short circuit of the high-side or low-side path of the phase connected to the regulator is present, or that a line which the signal of the phase voltage to transmits the controller, is defective.
  • the phase voltage is constant at the level of the high-side connection, in the second case constant at the level of the low-side connection, in the third case, depending on the shading in the controller at a constant level, which is not smaller is smaller than these two voltage values and not larger than the larger of these two voltage values.
  • the term "fixed” here may mean that a time duration during which the phase voltage assumes the constant value is prolonged compared to a time duration during which the phase voltage assumes the constant value at the same speed during normal operation
  • the rotational speed is determined as a function of the constant value of the phase voltage or as a function of the magnitude of the oscillation amplitude of the exciter current, namely, it has been recognized that in the fault patterns described above, the rotational speed of the generator unit is a different one Imparts signal to the excitation current.
  • PPZ designates a pole pair number of the generator, AP the number of phases of the generator.
  • a start of the generator unit is initiated when it is detected that a determined depending on the frequency of the excitation current speed is above a speed threshold.
  • the speed of the generator unit may be used when starting an internal combustion engine with which the generator unit is coupled to trigger a start of the generator unit.
  • an emergency start speed nNot can be provided. If it is determined that the speed nG of the generator is greater than the emergency start speed nNot, and the generator unit has not yet been started, then the generator unit is started in a safe mode.
  • the generator unit is started in the safe operation when an oscillation of the excitation current is greater than a threshold value and additionally the frequency f of the excitation current is above a corresponding frequency fNot the emergency start speed nNot, wherein
  • the generator unit is started in a normal operation when an oscillation of the excitation current is smaller than a threshold value and additionally the frequency of the exciter current above a corresponding frequency of the emergency start rotational speed
  • the exciting current carries out a vibration with a high amplitude and with the frequency of the generator unit while in the case that the signal line transmitting the detected phase voltage to the generator regulator is defective, the exciting current makes a smaller amplitude oscillation and oscillates at a frequency which is the frequency of the generator unit multiplied by twice the number of phases of the generator corresponds.
  • a computing unit in particular a generator controller, e.g. a control device of a motor vehicle is, in particular programmatically, configured to perform a method according to the invention.
  • the implementation of the method in the form of a computer program is advantageous because this causes very low costs, especially if an executive controller is still used for other tasks and therefore already exists.
  • FIG. 1 schematically shows a generator unit with electrical machine
  • Rectifier and generator controller in which a method according to the invention can be carried out.
  • Figures 2 and 3 show the generator unit of Figure 1 with various errors in the rectifier.
  • Figures 4 and 5 show in diagrams voltage and current waveforms to the errors shown in Figures 2 and 3.
  • FIG. 6 shows the generator unit from FIG. 1 with an error in the signal line for transmitting the phase voltage
  • FIG. 1 schematically shows a generator unit comprising an electric machine 100 with a rectifier 130 and a computing unit 140 designed as a generator controller, in which a method according to the invention can be carried out.
  • the electrical machine 100 has a rotor or excitation winding 110 and a stator winding 120 and is used in the present case as a generator for supplying power to an electrical system 150 of a motor vehicle.
  • the electric machine 100 and thus its stator winding 120 is formed here with five phases U, V, W, X and Y.
  • Each of the five phases is connected via an associated diode 131 of the rectifier 130 to a positive side or high-side B + of the electrical system 150 and an associated diode 132 to a negative side or low-side B- of the electrical system 150.
  • the number five of the phases is chosen here only as an example and that a method according to the invention can also be carried out with a different number of phases, for example 3, 6, 7 or more. It is also possible to use suitable semiconductor switches instead of the diodes.
  • the generator controller 140 supplies the rotor winding 1 10 with an excitation current IE.
  • a switch may be provided in the generator controller 140, which is connected in series with the rotor winding 1 10, and adjusts the excitation current IE, for example, by a clocked control.
  • the generator controller 140 inputs for detecting the vehicle electrical system voltage with B + and B- and a phase voltage, in this case the phase Y, with voltage UY.
  • the phase voltage UY is transmitted to the generator controller 140 via a communication line 160.
  • a discharged from the electric machine 100 power is denoted by IG. From a frequency fY of the phase voltage I, it is possible to determine the speed nG with which the rotor winding 110 of the electric machine rotates.
  • PPZ is a pole pair number of the generator.
  • Such a detection of the rotational speed nG can take place, for example, via an edge detection in the signal curve of the phase voltage UY in the generator regulator 140.
  • the exciter current IE also has a frequency component f with the frequency
  • FIGS. 2 and 3 each show the arrangement from FIG. 1, each with a specific error in the rectifier 130.
  • FIG. 2 shows, by way of example, a short circuit in the high-side path, shown in phase Y. This can occur, for example, in the event of a short circuit of the associated diode 131.
  • FIG. 3 shows by way of example a short circuit in the low-side path in phase Y. This can occur, for example, in the event of a short circuit of the associated diode 132.
  • FIGS. 2 and 3 may result in the case of an active rectifier, in which, instead of the diodes 131 and / or instead of the diodes 132, switches, for example MOSFETs, are provided even without a short circuit actually present.
  • switches for example MOSFETs
  • switches are controlled to reduce overvoltages either in the high-side path or in the low-side path so that a short circuit to high-side or to the low side, it follows that one or more of the switches are also turned on when the corresponding diode 131, 132 illustrated in FIG. 1 would be blocked.
  • the comments on Figure 4 or 5 then apply accordingly.
  • FIGS. 4 and 5 curves of the generator voltage U +, of the generator current IG, of the phase voltage UY of the phase Y (not in FIG. 7) and of the exciter current IE over the time t are shown in each case.
  • a normal operation of the arrangement prevails, and at time to, an error occurs in the generator unit.
  • the curves in Figures 4 and 5 correspond Verläu fe, as they correspond to errors, as shown in Figures 2 to 3. To do this It should be noted that the scaling of the individual diagrams does not always coincide with both current and voltage, as well as with time, which is not relevant to the present invention. It can be seen in FIG.
  • phase voltage UY is constant after the occurrence of the short circuit on the voltage level of the high-side B + of the electrical system 150th
  • FIG. 6 shows by way of example the case of an interruption of the phase signal connection 160.
  • the generator controller 140 the phase voltage UY is not transmitted. Instead, at the corresponding input of the generator controller 140 is a constant voltage level, which is between the voltage level of the high-side B + of the electrical system 150 and the voltage level of the low-side B of the electrical system 150.

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Abstract

Verfahren zum Ermitteln einer Drehzahl (nG) einer Generatoreinheit, welche eine elektrische Maschine (100) mit Läuferwicklung (110) und Ständerwicklung (120) und einen daran angeschlossenen Gleichrichter (130), über den die elektrische Maschine (100) an ein Bordnetz (150) eines Kraftfahrzeugs angeschlossen ist, aufweist, wobei die Drehzahl (nG) abhängig vom Verlauf eines durch die Läuferwicklung (110) der elektrischen Maschine (100) fließenden Erregerstroms (IE) ermittelt wird. Insbesondere wird die Drehzahl bei Vorliegen eines Fehlers, der zur Ausgabe einer konstanten Phasenspannung führt, aus einem bekannten Zusammenhang zwischen Drehzahl, Frequenz des Erregerstroms, Polpaarzahl und gegebenenfalls Phasenzahl ermittelt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen einer Drehzahl in einer Generatorein- heit
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Drehzahl in einer Generatoreinheit sowie eine Recheneinheit, insbesondere einen Generatorregler, und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Kraftfahrzeuge verfügen über ein Bordnetz, das über eine als Generator betriebene elektrische Maschine, bspw. eine fremderregte Synchronmaschine, mit Spannung versorgt wird. Zur Regelung der Bordnetzspannung kann dabei ein Erregerstrom der elektrischen Maschine gesteuert werden. Die elektrische Maschine ist dabei in der Regel über einen Gleichrichter an das Bordnetz angeschlossen und bildet mit diesem eine Generatoreinheit. Bei solchen Generatoreinheiten können Fehler wie bspw. Kurzschlüsse auftreten, die nach Möglichkeit erkannt werden sollten.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2015 21 1 933 ist ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einer Generatoreinheit, welche eine elektrische Maschine) mit Läuferwicklung und Ständerwicklung und einen daran angeschlossenen Gleichrichter, über den die elektrische Maschine an ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs angeschlossen ist, aufweist, bekannt, wobei über einen Erregerstrom durch die Läuferwicklung der elektrischen Maschine eine Spannung des Bordnetzes auf einen Sollwert geregelt und ein Verlauf des Erregerstroms überwacht wird, und wobei auf einen Fehler in der Generatoreinheit geschlossen wird, wenn ein oszillierender Verlauf des Erregerstroms erkannt wird, wobei ein Ausmaß der Oszillation über einem Schwellwert liegt. Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Erkennen einer Drehzahl einer Generatoreinheit sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Zugrunde liegt die Erkenntnis, dass einem durch eine Läuferwicklung einer Generatoreinheit fließenden Erregerstrom durch die magnetische Kopplung des Läufers mit einem Ständer der Generatoreinheit eine Oszillation aufgeprägt wird, aus der sich die Drehzahl nG der Generatoreinheit, also die Drehzahl, mit der der Läufer im Ständer rotiert, ermitteln lässt. Unter einer Generatoreinheit kann hierbei insbesondere jede generatorisch betreibbare elektrische Maschine verstanden werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Drehzahl abhängig von einer Analyse eines Frequenzspektrums des Verlaufs des Erregerstroms oder abhängig von einer Flankenerkennung im Verlauf des Erregerstroms erkannt wird.
In einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass die Drehzahl dann, insbesondere nur dann, abhängig vom Verlauf des Erregerstroms ermittelt wird, wenn ein Fehler in der Generatoreinheit vorliegt. Der Begriff„Fehler" kann hierbei so breit gefasst verstanden werden, dass er Abweichungen vom Normalbetrieb um- fasst. Insbesondere kann auch ein Betrieb einer mit aktiven Gleichrichterelementen ausgebildeten Generatoreinheit während eines sogenannten Load-Dump- Betriebs, in dem durch Ansteuerung aktiver Gleichrichterelemente im Gleichrichter eine Überspannung im Bordnetz abgebaut wird, als„Fehler" verstanden werden. Es wurde erkannt, dass sich die Drehzahl der Generatoreinheit in einem Fehlerfall besonders leicht aus dem Erregerstrom ermitteln lässt. Insbesondere kann hier vorgesehen sein dass dann, wenn kein Fehler in der Generatoreinheit vorliegt, die Drehzahl abhängig von einem Verlauf einer Phasenspannung ermittelt wird. Auch eine Ermittlung abhängig von einem Verlauf einer Abgabespannung der Generatoreinheit, die zwischen einen High-Side- Anschluss der Generatoreinheit und einem Low-Side-Anschluss der Generatoreinheit anliegt, ist möglich.
In einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass dann, wenn die Phasenspannung auf einen konstanten Wert fixiert ist, die Drehzahl abhängig vom Ver- lauf des Erregerstroms ermittelt wird. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dann, wenn die Phasenspannung einen konstanten Wert annimmt, entweder ein Kurzschluss des High-Side- oder Low-Side-Pfads der mit dem Regler verbundenen Phase vorliegt, oder dass eine Leitung, die das Signal der Phasenspannung an den Regler überträgt, defekt ist. Im ersten Fall liegt die Phasenspannung kon- stant auf dem Niveau des High-Side-Anschlusses, im zweiten Fall konstant auf dem Niveau des Low-Side-Anschlusses, im dritten Fall abhängig von der Beschattung im Regler auf einem konstanten Niveau, welches nicht kleiner ist als der kleinere dieser beiden Spannungswerte und nicht größer ist als der größere dieser beiden Spannungswerte. Das Wort„fixiert" kann hier bedeuten, dass eine Zeitdauer, während der die Phasenspannung den konstanten Wert annimmt gegenüber einer Zeitdauer, während der die Phasenspannung im Normalbetrieb bei gleicher Drehzahl den konstanten Wert annimmt, verlängert ist. Auch in diesen Fällen ist die Ermittlung der Drehzahl besonders einfach. In einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass die Drehzahl abhängig vom konstanten Wert der Phasenspannung oder abhängig von der Höhe der Schwingungsamplitude des Erregerstroms bestimmt wird. Es wurde nämlich erkannt, dass in den oben beschriebenen Fehlerbildern die Drehzahl der Generatoreinheit ein unterschiedliches Signal auf den Erregerstrom aufprägt.
Insbesondere kann die Drehzahl als nG = f / PPZ aus einer Frequenz f des Erregerstroms ermittelt werden, wenn die Phasenspannung auf einem High-Side- Spannungsniveau oder auf einem Low-Side-Spannungsniveau des Bordnetzes liegt. Alternativ oder zusätzlich kann die Drehzahl als nG = f /(PPZ■ AP■ 2)
aus der Frequenz f des Erregerstroms ermittelt werden, wenn die Phasenspannung zwischen einem High-Side-Spannungsniveau und einem Low-Side- Spannungsniveau des Bordnetzes liegt (dies gilt insbesondere für den Fall, dass die Beschaltung des Phasenanschlusses im Regler nicht zu Masse- oder B+ Potential in diesem Fall führt). PPZ bezeichnet dabei eine Polpaarzahl des Generators, AP die Anzahl der Phasen des Generators.
In einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass ein Start der Generatoreinheit eingeleitet wird, wenn erkannt wird, dass eine abhängig von der Frequenz des Erregerstroms ermittelte Drehzahl oberhalb einer Drehzahlschwelle liegt. Die Drehzahl der Generatoreinheit kann beim Starten einer Brennkraftmaschine, mit der die Generatoreinheit gekoppelt ist, dazu benutzt werden, um einen Start der Generatoreinheit auszulösen.
Des Weiteren kann eine Notstart- Drehzahl nNot vorgesehen sein. Wird ermittelt, dass die Drehzahl nG des Generators größer ist als die Notstart- Drehzahl nNot, und wurde die Generatoreinheit noch nicht gestartet, wird die Generatoreinheit dann in einem abgesicherten Betrieb gestartet.
Hier kann nun vorgesehen sein, dass die Generatoreinheit in dem abgesicherten Betrieb gestartet wird, wenn eine Oszillation des Erregerstroms größer ist als ein Schwellwert und zusätzlich die Frequenz f des Erregerstroms oberhalb einer entsprechenden Frequenz fNot der Notstart-Drehzahl nNot liegt, wobei
fnot = nNot ■ PPZ .
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Generatoreinheit in einem normalen Betrieb gestartet wird, wenn eine Oszillation des Erregerstroms kleiner ist als ein Schwellwert und zusätzlich die Frequenz des Erregerstroms oberhalb einer entsprechenden Frequenz der Notstart-Drehzahl
fnot = nG ■ (PPZ■ AP■ 2)
liegt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass im Falle eines Fehlers im Gleichrichter, insbesondere bei einem Kurzschluss einer Phase, deren Phasenspannung ermittelt wird, (wie in Figur 2 bzw. 3 illustriert) der Erregerstrom eine Schwingung mit großer Amplitude durchführt und mit der Frequenz der Generatoreinheit schwingt, während in dem Fall, dass die Signalleitung, welche die ermittelte Phasenspannung an den Generatorregler übermittelt, defekt ist, der Erregerstrom eine Schwingung mit kleinerer Amplitude durchführt, und mit einer Frequenz schwingt, welche der Frequenz der Generatoreinheit multipliziert mit der doppelten Anzahl der Phasen des Generators entspricht.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, insbesondere ein Generatorregler, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt schematisch eine Generatoreinheit mit elektrischer Maschine,
Gleichrichter und Generatorregler, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Figuren 2 und 3 zeigen die Generatoreinheit aus Figur 1 mit verschiedenen Fehlern im Gleichrichter.
Figuren 4 und 5 zeigen in Diagrammen Spannungs- und Stromverläufe zu den in den Figuren 2 und 3 gezeigten Fehlern.
Figur 6 zeit die Generatoreinheit aus Figur 1 mit einem Fehler in der Signalleitung zur Übertragung der Phasenspannung
Ausführungsform(en) der Erfindung
In Figur 1 ist schematisch Generatoreinheit aufweisend eine elektrische Maschine 100 mit einem Gleichrichter 130 und einer als Generatorregler ausgebildeten Recheneinheit 140, bei der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist, gezeigt. Die elektrische Maschine 100 weist eine Läufer- bzw. Erregerwicklung 1 10 und eine Ständerwicklung 120 auf und wird vorliegend als Generator zur Spannungsversorgung für ein Bordnetz 150 eines Kraftfahrzeuges verwendet.
Die elektrische Maschine 100 und somit deren Ständerwicklung 120 ist vorliegend mit fünf Phasen U , V, W, X und Y ausgebildet. Jede der fünf Phasen ist dabei über eine zugehörige Diode 131 des Gleichrichters 130 an eine positive Seite bzw. High-Side B+ des Bordnetzes 150 und über eine zugehörige Diode 132 an eine negative Seite bzw. Low-Side B- des Bordnetzes 150 angebunden. Es versteht sich, dass die Anzahl fünf der Phasen vorliegend nur beispielhaft gewählt ist und dass ein erfindungsgemäßes Verfahren auch mit einer anderen Phasenanzahl, bspw. 3, 6, 7 oder mehr durchführbar ist. Ebenso ist es möglich, anstelle der Dioden geeignete Halbleiterschalter zu verwenden.
Der Generatorregler 140 versorgt die Läuferwicklung 1 10 mit einem Erregerstrom IE. Hierzu kann im Generatorregler 140 ein Schalter vorgesehen sein, der mit der Läuferwicklung 1 10 in Reihe geschaltet ist, und der den Erregerstrom IE beispielsweise durch eine getaktete Ansteuerung einstellt. Weiterhin weist der Generatorregler 140 Eingänge zum Erfassen der Bordnetzspannung mit B+ und B- sowie einer Phasenspannung, vorliegend der Phase Y, mit Spannung UY auf. Die Phasenspannung UY wird über eine Kommunikationsleitung 160 an den Generatorregler 140 übertragen. Ein von der elektrischen Maschine 100 abgegebener Strom ist mit IG bezeichnet. Aus einer Frequenz fY der Phasenspannung I ässt sich die Drehzahl nG ermitteln, mit der die Läuferwicklung 110 der elektrischen Maschine rotiert. Es gilt der Zusammenhang fY = nG ■ PPZ, wobei PPZ eine Polpaarzahl des Generators ist. Eine solche Erkennung der Drehzahl nG kann z.B. über eine Flankenerkennung im Signalverlauf der Phasenspannung UY im Generatorregler 140 geschehen.
Auch der Erregerstrom IE verfügt über eine Frequenzkomponente f mit der Frequenz
f = nG ■ PPZ (im Fehlerfall I), bzw. f = nG ■ (PPZ■ 2) (im Fehlerfall II), bzw. f = nG ■ (PPZ■ AP- 2) (im Normalbetrieb und bei Fehler III).
Im Fehlerfall I liegt ein einfacher Kurzschluss vor, d.h. nur im High-Side-Pfad o- der nur im Low-Side-Pfad einer Phase liegt ein Kurzschluss vor. In diesem Fall verfügt die Oszillation im Erregerstrom IE über eine gegenüber dem fehlerfreien Normalfall erhöhte Amplitude.
Im Fehlerfall II liegt ein Fehler in einem kompletten Strang vor, d.h. sowohl die Verbindung im High-Side-Pfad als auch die Verbindung im Low-Side-Pfad ist unterbrochen. Auch in diesem Fall verfügt die Oszillation im Erregerstrom IE über eine gegenüber dem fehlerfreien Normalfall erhöhte Amplitude.
Im Fehlerfall III liegt ein Fehler im Phasenanschluss des Generatorreglers vor 140 vor. In diesem Fall ändert sich die Amplitude der Oszillation im Erregerstrom IE nicht gegenüber dem fehlerfreien Normalfall. Die Erkennung der Drehzahl nG kann daher auch über eine Analyse des Frequenzspektrums des Erregerstroms IE erfolgen, beispielsweise über eine FFT. Dies ist besonders zweckmäßig, da die obige Frequenz lediglich eine von mehre ren der Frequenzkomponenten des Erregerstroms IE ist.
In den Figuren 2 und 3 ist jeweils die Anordnung aus Figur 1 gezeigt mit jeweils einem spezifischen Fehler im Gleichrichter 130.
In Figur 2 ist beispielhaft ein Kurzschluss im High-Side-Pfad, bei der Phase Y gezeigt. Dies kann bspw. bei einem Kurzschluss der zugehörigen Diode 131 auftreten.
In Figur 3 ist beispielhaft ein Kurzschluss im Low-Side-Pfad bei der Phase Y gezeigt. Dies kann bspw. bei einem Kurzschluss der zugehörigen Diode 132 auftreten.
Das in Figur 2 und 3 illustrierte Verhalten kann sich bei einem aktiven Gleichrichter, bei dem an Stelle der Dioden 131 und/oder an Stelle der Dioden 132 Schalter, beispielsweise MOSFETs vorgesehen sind, auch ohne einen tatsächlich vorliegenden Kurzschluss ergeben. Insbesondere, wenn ein sogenannter Load- Dump erkannt wird, kann vorgesehen sein, dass diese Schalter zum Abbau von Überspannungen entweder im High-Side-Pfad oder im Low-Side-Pfad so angesteuert werden, dass sich ein Kurzschluss zu High-Side bzw. zur Low-Side ergibt, dass also einer oder mehrere der Schalter auch dann leitend geschaltet werden, wenn die in Figur 1 illustrierte entsprechende Diode 131 , 132 sperren würde. Die Anmerkungen zu Figur 4 bzw. 5 gelten dann entsprechend.
In den Figuren 4 und 5 sind jeweils Verläufe der Generatorspannung U+, des Generatorstroms IG, der Phasenspannung UY der Phase Y (nicht in Figur 7) und des Erregerstroms IE über der Zeit t gezeigt. Vor dem Zeitpunkt to herrscht ein normaler Betrieb der Anordnung und zum Zeitpunkt to tritt ein Fehler in der Gene ratoreinheit auf. Den Verläufen in den Figuren 4 und 5 entsprechen dabei Verläu fe, wie sie Fehlern, wie in den Figuren 2 bis 3 gezeigt, entsprechen. Hierzu sei angemerkt, dass die Skalierung der einzelnen Diagramme sowohl bei Strom bzw. Spannung als auch bei der Zeit nicht immer übereinstimmen, was für die vorliegende Erfindung jedoch nicht relevant ist. In Figur 4 ist zu sehen, dass sich ein Kurzschluss in einem High-Side-Pfad bei der Generatorspannung nur kurzzeitig nach Auftreten des Fehlers bemerkbar macht. Der Generatorstrom nimmt ab und die Phasenspannung verändert sich hinsichtlich ihres Schwingungsmusters. Im Erregerstrom ist eine deutliche Schwingung mit hoher Amplitude im Vergleich zum Verlauf ohne Fehler zu se- hen. Nach dem Auftreten des Fehlers gibt es eine Frequenzkomponente des Erregerstroms IE mit der Frequenz f = nG ■ PPZ Dieser Verlauf des Erregerstroms resultiert aus einer unsymmetrischen Verteilung der Phasenströme nach dem Kurzschluss, die dann einen Gleichstromanteil enthalten. Mit der Drehung der elektrischen Maschine werden diese ungleichen Gleichstromanteile dann auf den Läufer der elektrischen Maschine übertragen, da die fremderregte Synchronmaschine wie ein Transformator betrachtet werden kann, der einerseits eine Kopplung vom Läufer auf den Ständer, andererseits aber auch eine Rückkopplung vom Ständer auf den Läufer ermöglicht. Der Erregerstrom erhält dadurch einen deutlichen Wechselstromanteil, wodurch die Erkennung der Drehzahl gegenüber dem Normalbetrieb noch einfacher möglich wird.
Die Phasenspannung UY liegt nach dem Auftreten des Kurzschlusses konstant auf dem Spannungsniveau der High-Side B+ des Bordnetzes 150.
In Figur 5 ist zu sehen, dass sich ein Kurzschluss in einem Low-Side-Pfad bei der Generatorspannung nur kurzzeitig nach Auftreten des Fehlers bemerkbar macht und dass der Generatorstrom abnimmt. Im Erregerstrom ist, wie auch beim Kurzschluss im High-Side-Pfad, eine deutliche Schwingung mit hoher Amplitude im Vergleich zum Verlauf ohne Fehler zu sehen. Für die Frequenz des Erregerstroms gilt das in Figur 4 gesagte. Die Phasenspannung UY liegt nach dem Auftreten des Kurzschlusses konstant auf dem Spannungsniveau der Low-Side B- des Bordnetzes 150.
In Figur 6 ist beispielhaft der Fall einer Unterbrechung des Phasensignalan- schlusses 160 gezeigt. In diesem Fall wird dem Generatorregler 140 die Phasenspannung UY nicht übertragen. Stattdessen liegt an dem entsprechenden Eingang des Generatorreglers 140 ein konstantes Spannungsniveau an, welches zwischen dem Spannungsniveau der High-Side B+ des Bordnetzes 150 und dem Spannungsniveau der Low-Side B- des Bordnetzes 150 liegt.
In jedem der in den Figuren 2, 3 und 6 illustrierten Fälle, einschließlich dem Fall der bewussten Herbeiführung eines der in den Figuren 2 und 3 illustrierten Fälle bei der Reaktion auf einen Load-Dump, ist es nicht mehr möglich, auf Basis der Phasenspannung UY die Drehzahl nG des Generators zu ermitteln.
Daher ist es möglich, dann, wenn erkannt wurde, dass ein Load-Dump vorliegt, oder dann, wenn erkannt wird, dass die Phasenspannung UY einen konstanten Wert annimmt, die Drehzahl nG des Generators abhängig vom Verlauf des Erregerstroms zu ermitteln.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln einer Drehzahl (nG) einer Generatoreinheit, welche eine elektrische Maschine (100) mit Läuferwicklung (1 10) und Ständerwicklung (120) und einen daran angeschlossenen Gleichrichter (130), über den die elektrische Maschine (100) an ein Bordnetz (150) eines Kraftfahrzeugs angeschlossen ist, aufweist,
wobei die Drehzahl (nG) abhängig vom Verlauf eines durch die Läuferwicklung (1 10) der elektrischen Maschine (100) fließenden Erregerstroms (IE) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Drehzahl (nG) dann abhängig vom Verlauf des Erregerstroms (IE) ermittelt wird, wenn ein Fehler in der Generatoreinheit vorliegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei dann, wenn kein Fehler in der Generatoreinheit vorliegt, die Drehzahl abhängig von einem Verlauf einer Phasenspannung (UY) ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei dann, wenn die Phasenspannung (UY) auf einen konstanten Wert fixiert ist, die Drehzahl abhängig vom Verlauf des Erregerstroms (IE) ermittelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Drehzahl (nG) abhängig vom Wert der Phasenspannung (UY) bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Drehzahl (nG) gleich einer Frequenz des Erregerstroms (IE) dividiert durch die Polpaarzahl ermittelt wird, wenn die Phasenspannung (UY) auf einem High-Side- Spannungsniveau (B+) oder auf einem Low-Side-Spannungsniveau (B-) des Bordnetzes (150) liegt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Drehzahl (nG) gleich einer Frequenz des Erregerstroms (IE) dividiert durch die Polpaarzahl (PPZ) multipliziert mit der doppelten Phasenanzahl (AP) des Generators (100) ermittelt wird, wenn die Phasenspannung (UY) zwischen einem High- Side-Spannungsniveau (B+) und einem Low-Side-Spannungsniveau (B-) des Bordnetzes (150) liegt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Drehzahl (nG) abhängig von einer Analyse eines Frequenzspektrums des Verlaufs des Erregerstroms (IE) oder abhängig von einer Flankenerkennung im Verlauf des Erregerstroms (IE) erkannt wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Start der Generatoreinheit eingeleitet wird, wenn erkannt wird, dass eine Frequenz des Erregerstroms (IE) oberhalb einer Drehzahlschwelle liegt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Generatoreinheit in einem abgesicherten Betrieb gestartet wird, wenn eine Oszillation des Erregerstroms (IE) größer ist als ein Schwellwert und die Frequenz des Erregerstroms (IE) oberhalb einer Notstart-Frequenz liegt.
1 1. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Generatoreinheit in einem normalen Betrieb gestartet wird, wenn eine Oszillation des Erregerstroms (IE) kleiner ist als ein Schwellwert und die Frequenz des Erregerstroms (IE) oberhalb einer Notstart-Frequenz liegt.
2. Recheneinheit (140), insbesondere Generatorregler, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
3. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (140) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (140) ausgeführt wird. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Com puterprogramm nach Anspruch 13.
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