用于在发电机运行中检查同步电机的激励电流测量的方法

摘要

该方法包括步骤：在空转运行中运行同步电机（2）；检测同步电机（2）的相电压测量值（206）；通过分配同步电机（2）的相电压、激励电流和所检测的转速的所存储的特征曲线族值（210）来确定相电压预期值（208）；以及将相电压预期值（208）与相电压测量值（206）相比较。另外，属于本发明的还有一种用于执行该方法的诊断装置以及一种相应的计算机程序产品。

说明书

技术领域

本发明的技术领域涉及一种用于在发电机运行中检查同步电机的激励电流测量的方法。

背景技术

发电机在机动车辆中被用于将机械能转换成电能。出于该目的用在机动车辆中的大多数发电机是被构造成爪极发电机的同步发电机。

在用于机动车辆的混合动力驱动技术的情况下，同步电机也在电动机运行中运行，以便用其启动混合动力驱动系统的内燃机。为此，可以将同步电机构造成用于启动/停止运行的皮带起动发电机（RSG）。通常，这样的起动电机仅仅在非常小的转速情况下以电动机方式运行，因为可生成的转矩通过转速快速下降。为了提高功率，经修改的同步电机以48V的车载电源运行。

诸如被构造成爪极发电机的同步发电机的常规发电机具有发电机调节器或电流调节器，其调节激励电流以用于调整发电机的输出功率。未规定对用于激励电流测量的电流传感器的检查。但是在过渡到48V车载电源时，出于安全原因由于同步电机的电动机运行中的较高力矩输出而应当保证：可靠地避免由于错误的激励电流测量而造成的不希望的转矩输出，因为同步电机在升压回收系统（Boost-Rekuperations-System）中通常以高得多的功率被用在电动机运行以及发电机运行中，其中由此生成明显更高的刹车力矩或推进力。

从US 2007/0085512 A1中公知了一种用于控制发电机的电压的装置，该装置包括计算单元，该计算单元包括用于校正激励电流的功能。这基于到施加有发电机电压的电负载中的电流以及基于发电机的在激励电流的基础上所计算出的输出电流来进行。

从US 4,413,222中公知有一种电池充电系统，其具有交变电流发电机（10）、电压调节器（20）以及用于显示故障情况的充电监控设备。该充电监控设备配备有：信号发送器（82），其用于识别电压调节器的开关状态；第一阈值级（67），其用于识别发电机电压的最小值；以及第二阈值级（69），其用于识别系统的感测点处的比调节额定值高一定值的电压。第一阈值级（67）的输入端与发电机的激励系统（12，14）处的同电池电压去耦合的故障识别接线端子（D＋）连接。第二阈值级（69）在输入侧连接到受到电池电压影响的感测点上。这所具有的优点是，第一阈值级（67）能够不受电池的充电状态影响地检测和分析发电机电压并且第二阈值级能够无畸变地检测和分析电池的充电状态。

因此，本发明的任务是提供可用来在发电机运行中以低成本检查同步电机的激励电流测量的方法和诊断装置以及计算机程序产品。

发明内容

本发明所基于的认识是，当激励电流在发电机运行中根据同步电机的功率输出来调节时，可以通过将优选地在空转运行中所测量的相电压测量值与从相应的特征曲线族值中确定的相电压预期值相比较来检查用于激励电流测量的电流传感器。如果该比较得出存在偏差，则生成故障信号以用于进一步处理。该故障信号可以包含关于故障原因的另外信息，比如故障原因是同步电机的绕组短路。

根据一方面，本发明涉及一种用于在发电机运行中利用经调节的激励电流检查用于同步电机的激励电流测量的电流传感器的方法。在第一步骤中，同步电机作为发电机在空转运行中运行。该步骤在应当进行电流传感器的检查时执行。这可以在固定的时间间隔内是这种情况，或者这可以基于内部生成的或外部的检查信号来进行。空转运行可以通过如下方式实现：例如同步电机的激励电流在发电机运行中从正常运行状态出发一直被减小，直到给电池充电的电池电流等于零或近似等于零，也就是说，电池不再被充电，使得在实现空转运行的情况下，电池可以通过与同步电机断开而被分开。在此，该减小可以连续地或分步地进行，其中在分布减小情况下的步长可以为同样大的或者被适应性地匹配。

在一个有利的实施方式中，检测同步电机的相电压测量值。相电压测量值是在发电机运行中例如借助于电压传感器在同步电机的定子绕组或相与地之间测量的，所述地表示定子绕组的虚拟星点。相电压测量值可以是单个测量值，或者是相电压测量值在预先给定的时间间隔内以数据组形式的时间变化曲线，该时间变化曲线在后面被进一步分析，以便例如确定电压的尖峰值或峰值。

在一个有利的实施方式中，通过分配所存储的特征曲线族值来为同步电机的相电压、为激励电流以及转速确定相电压预期值。因此，以特征曲线族形式存在同步电机在发电机运行中的相电压、激励电流和转速的值。因此，根据空转运行中所检测的激励电流和所检测的转速，通过经由分配与特征曲线族形式的值相比较来确定在无故障的激励电流测量情况下可预期的相电压预期值。

在一个有利的实施方式中，相电压预期值与相电压测量值相比较。如果存在偏差，则可以生成故障信号以用于进一步处理。

在一个有利的实施方式中，在首次投入运行以前在同步电机空转的情况下为同步电机的相电压、激励电流和转速确定所存储的特征曲线族值。因此，该确定可以在首次投入运行以前在用于安装的带端处通过校准电流传感器来进行。为此，在没有所连接的电池情况下、即在空转中，记录相电压或其时间变化曲线、转速和激励电流的值并且将其以特征曲线族的形式写入到非易失性存储器中。但是可替代地，也可以一次性地为诸如诊断装置的多个单元或者计算机程序产品记录特征曲线族值，并且然后多次使用所述特征曲线族值，也就是说，不是每次都将相电压或其时间变化曲线、转速和激励电流的值记录并写入到存储器中。

为了考虑到测量值的自然波动并且由此排除由于过于精确的测量造成的错误的故障报告，在一个有利的实施方式中规定：针对相电压预期值形成具有下限值和上限值的监视窗。下限值和上限值可以固定地预先给定，或者所述下限值和上限值在使用相电压预期值的情况下根据百分比说明来确定。最后，下限值和上限值也可以例如在使用静态方法情况下从相电压的时间变化曲线中确定。

在一个有利的实施方式中，当在确定监视窗的上限值和下限值时考虑到同步电机的改变的非线性参数和/或同步电机的老化效应时，可以在故障检测时实现精确度的提高。这样的改变的非线性参数或老化效应例如可以通过参考特征曲线族的智能静态偏移量分析或者通过相应的测量已经被确定，并且同样存放在特征曲线族中。

在一个有利的实施方式中规定：检测相电压测量值包括相电压的测量值的模数转换。这简化了测量值的处理，并且尤其是简化了同步电机的相电压的时间变化曲线的分析。

根据另一方面，本发明涉及一种诊断装置，其用于在发电机运行中利用经调节的激励电流检查用于同步电机的激励电流测量的电流传感器，该诊断装置具有：控制设备，其用于在空转运行中运行同步电机；输入接口，其与电压传感器连接以用于传输相电压测量值并且与电流传感器连接以用于传输激励电流的测量值并且与转速传感器连接以用于传输转速的测量值；存储器，在所述存储器中存储同步电机的相电压、激励电流和转速的特征曲线族值；确定设备，其与输入接口连接以用于读入激励电流的测量值和转速的测量值并且与存储器连接以用于读出特征曲线族值，以便通过分配同步发电机的相电压、激励电流和转速的存储在存储器中的特征曲线族值来确定相电压预期值；以及比较设备，其与输入接口连接以用于传输相电压测量值并且与确定设备连接以用于读入相电压预期值，以便将相电压预期值与相电压测量值相比较。

诊断装置的所述部件可以被构造成硬件部件、软件部件或者硬件部件和软件部件的组合。这些部件可以被构造为执行根据本发明的方法的步骤。

在一个有利的实施方式中，在存储器中存储同步发电机的相电压、激励电流和转速的特征曲线族值，所述特征曲线族值是在首次投入运行以前在同步电机空转的情况下在发电机运行中确定的。这可以如已经描述的那样在首次投入运行以前在用于安装的带端处通过校准电流传感器来进行。

在一个有利的实施方式中规定：确定设备被构造为形成针对相电压预期值的具有下限值和上限值的监视窗。如已经所描述的，下限值和上限值可以固定地预先给定，或者所述下限值和上限值由确定设备在使用相电压预期值的情况下根据百分比说明来确定。最后，确定设备也可以被构造为例如在使用静态方法的情况下在考虑到老化效应的情况下从相电压的时间变化曲线中确定下限值和上限值。

在一个有利的实施方式中规定：确定设备具有用于对相电压的测量值进行模数转换的模数转换器，这如已经所描述的那样简化了测量值的处理，并且尤其是简化了同步电机的相电压的时间变化曲线的分析。

根据另一方面，本发明涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品可以加载到具有微控制器的程序指令的程序存储器中，以便尤其是在该计算机程序产品在根据本发明的诊断装置中实施时实施根据本发明的方法的所有步骤。

本发明优点

本发明在没有附加硬件成本的情况下使得能够在激励电流在发电机运行中根据同步电机的功率输出来调节时通过将在空转运行中所测量的相电压测量值与从相应的特征曲线族值中确定的相电压预期值相比较来检查用于激励电流测量的电流传感器。

附图说明

图1示出了发电机运行中的同步电机的调节装置结构的示意图，

图2示出了根据本发明的诊断装置的一个实施例的示意图，

图3示出了空转电压、激励电流和转速之间的关联的示意图，以及

图4示出了根据本发明方法的一个实施例的流程图的示意图。

具体实施方式

图1示出了同步电机2，其在本实施例中具有三个相或定子绕组36a、36b、36c并且至少部分地在发电机运行中运行，在输出侧与逆变器12连接，该逆变器12对由同步电机2生成三相旋转电流或所生成的相电压206进行整流，以便因此给电池8和与电池8并联的负载10供应电池电流200形式的电能。

在输入侧，同步电机2被施加激励电流202，其流经同步电机2的激励绕组38并且在那里造成激励电压206的电压降。激励电流202的大小用电流传感器4来检测。

电流传感器4与电流调节器6的输入端连接为使得从额定激励电流214中减去用电流传感器4检测的激励电流202的值。

电流调节器6从额定激励电流214与用电流传感器4检测的激励电流202的值之差中确定调节参数，所述调节参数被输送给对激励电流202进行脉宽调制的PWM输出级14。另外，给PWM输出级14输送电池电压216，所述电池电压216被施加在电池8和与其并联的负载10上。此外，还设置有用于检测相或定子绕组36a、36b或36c与地或同步电机2的虚拟星点之间的相电压测量值206的电压传感器（未示出）、以及用于检测同步电机2的转速的转速传感器（未示出）。

在用电能对电池8进行充电的正常运行中，通过预先给定额定激励电流214的值以及通过电流调节器6和PWM输出级14的作用，通过脉宽调制来调整激励电流202，所述激励电流202在同步电机2的给定转速212的情况下导致相电压206，并且因此在通过逆变器12进行整流以后导致电池电压200，所述电池电压200引起用电能对电池8的充电和/或导致负载10处的功率输出。

图2示出了诊断装置20，其具有微控制器22和控制设备24。控制设备24通过输出接口40与电流调节器6的输入端连接，使得可以从控制设备24传输额定激励电流214的值。在此，控制设备24被构造为使得其在固定的时间间隔内或者基于内部生成或外部的检查信号从激励电流202出发在正常运行中一直减小激励电流202的大小，直到不再进行用电能对电池8的充电，也就是说，电池电流200等于零或近似等于零。在此，应将大小近似等于零的电池电流理解成大小为正常运行中的电池电流200的1％至5％的电流。如果电池电流200等于零或近似等于零，则同步电机2在下面被称为空转运行的状态下运行。空转运行可以从正常运行出发而达到，其中控制设备24在发电机运行中连续或分步地减小同步电机2的激励电流202，其中在分步减小情况下的步长要么同样大、要么被适应性地匹配。与本实施例的图示不同，在图2中，控制设备24也可以是微控制器22的一部分。

微控制器22具有输入接口26、存储器28、确定设备30、比较设备32以及模数转换器34。

确定设备30和模数转换器34与输入接口26连接为使得可以给模数转换器34输送利用电压传感器（未示出）测量的相电压测量值206。与之相比，可以通过输入接口26给确定设备30输送利用电流传感器4（参见图1）检测的激励电流202以及利用转速传感器（未示出）检测的转速212。

确定设备30与存储器28处于适于数据交换的连接中，该存储器28在本实施例中为非易失性质的。因此，确定设备30具有对被存储在存储器28中的数据的访问，所述数据以特征曲线族值210的形式被存放并且包含同步电机的相电压、激励电流以及转速的多个值。通过该访问，确定设备30可以从通过输入接口26传输的激励电流202和转速212的值中确定相电压预期值208。

相电压预期值208可以通过另一合适的连接被输送给比较设备32，其中同样可以通过另外的合适连接给所述比较设备32输送由模塑转换器34数字化的相电压测量值206。

应当注意，所述连接可以是持久性质的、即通过固定接线形成，或者仅仅是临时性质的，例如仅仅暂时地存在于用于数据交换的总线系统内。

比较设备32将相电压测量值206与相电压预期值208相比较。为此，比较设备32被构造为形成相电压预期值208的具有下限值和上限值的监视窗。为此，可以向比较设备32固定地预先给定下限值和上限值。可替代地，比较设备32在使用相电压预期值208的情况下根据百分比说明来确定下限值和上限值。比较设备32还被构造为在该比较得出相电压测量值206处于下限值与上限值之间的值区间内时不生成故障信号，并且在相电压测量值206处于该值区间以外时生成故障信号。

图3作为示例示出了同步电机2在发电机运行中在空转运行时具有外加激励情况下的激励电流202、具有1800n/m、3000n/min以及6000n/min的值的转速212、以及相电压测量值206的关联。如根据图3可看出的那样，尤其是在空转运行情况下优选在低激励电流202和低转速212情况下的使用。相或定子绕组32a、32b、32c的电阻的温度依赖性尤其是在空转运行情况中不具有影响，因为电池电流200等于零或被保持为近似为零。

下面参考图4来阐述方法流程。

在步骤100中，在首次投入运行以前在用于安装的带端处通过校准电流传感器4在没有连接电池8或负载10的情况下记录同步电机2的相电压或其时间变化曲线、激励电流和转速的值，并且将其以特征曲线族值210的形式写入到非易失性存储器28中。

对电流传感器4的实际检查可以在固定的时间间隔内进行。可替代地，该检查也可以基于内部生成的或外部的检查信号来触发。为此，在另一步骤102中，激励电流202通过控制设备24被一直减小，直到电池电流200等于零或近似等于零。现在，同步电机2在空转运行中运行，其中电池8不再被充电。

在接下来的步骤104，现在测量相电压。该步骤104包括：在时间间隔内记录相电压的时间变化曲线、即以时间顺序检测数据组形式的多个值；以及分析以便从基本正弦形的变化曲线中确定峰值或最大值，以便因此确定相电压测量值206。为此，这些值之前被模数转换器34数字化，并且被比较设备32相应地分析。

然后在接下来的步骤106中，由确定设备30检测激励电流202和转速212。

在随后的步骤108中，确定设备30访问相电压、激励电流和转速的存储在存储器28中的特征曲线族值210，以便根据激励电流202、转速212的值确定相应的值，所述值然后形成将会在正确地检测激励电流202的情况下产生的相电压预期值208。

在接下来的步骤110中，由确定设备30在使用相电压预期值208的情况下通过相应操纵根据百分比说明或百分比值来确定具有下限值和上限值的监视窗。

在此应当指出，步骤104也可以在步骤106至110之一以后执行。

在接下来的步骤112中，由比较设备32执行相电压预期值208与相电压测量值206之间的比较，以便确定：相电压测量值206是处于下限值与上限值之间的值区间之内还是之外。

在另一步骤114中，在相电压测量值206处于该值区间以外时为此生成故障信号。在此，故障信号可以包含关于故障原因的信息，比如相或定子绕组32a、32b、32c中或激励绕组38中的绕组短路或者输出端子B+或者B-（两者都未示出）之间的定子绕组的绕组短路。