專利名稱：用于保護汽車發(fā)電機防止過熱的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于保護汽車發(fā)電機防止過熱的方法。 現(xiàn)有技術(shù)文獻DE 41 02 335 Al公開了一種用勵磁繞組和電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)電機的方法和裝置。電壓調(diào)節(jié)器通過影響勵磁電流來調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出電壓。此外還設(shè)置用于檢測溫度的裝置。發(fā)電機是如此設(shè)計的，即在有強載荷、和/或高的外部溫度，特別是在發(fā)電機小轉(zhuǎn)速時在電機上或者在裝置本身上會出現(xiàn)允許的極限溫度。此外，還設(shè)置用于影響勵磁電流的裝置。在一個可規(guī)定的部位在極限溫度之前或者在達到極限溫度時所述裝置使勵磁電流下降?？蓪㈦妷赫{(diào)節(jié)器設(shè)計成微型計算機。在所述計算機中在考慮測量的參數(shù)如調(diào)節(jié)器溫度和考慮在微型計算機中存儲的特性值的情況下進行所要求的計算，以及額定_/實際數(shù)值的比較。將發(fā)電機的、電壓調(diào)節(jié)器的、汽車的特性數(shù)值、以及安裝專用的特性值作為特性數(shù)值存儲起來。此外，還存儲根限溫度，直到這種極限溫度加熱還是允許的。這些極限溫度對于整個系統(tǒng)來說是可統(tǒng)一規(guī)定的，或者也可以規(guī)定，允許不同的部位加熱到不同的極限溫度。在微型計算機中經(jīng)常從現(xiàn)有的調(diào)節(jié)器溫度、存儲的特性值以及必要時的附加測量參數(shù)，例如電動機轉(zhuǎn)速中計算出在發(fā)電機_/電壓調(diào)節(jié)器裝置的可規(guī)定的部位上的恰好存在的溫度有多高。當這樣計算的溫度超過一個規(guī)定的，或者不同規(guī)定的極限溫度時通過對開關(guān)晶體管的控制將勵磁電流減小，通過這一措施溫度就不會超過所選擇的極限數(shù)值。但是前述方法工作不準確，因為調(diào)節(jié)器溫度的時間常數(shù)和部件溫度的時間常數(shù)不同。DE 41 41 837B4公開了一種用勵磁繞組和電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)電機的裝置。電壓調(diào)節(jié)器通過影響勵磁電流來調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸出電壓。電壓調(diào)節(jié)器具有用于檢測電壓調(diào)節(jié)器溫度的裝置。當達到至少一個極限溫度或者極限溫度范圍時電壓調(diào)節(jié)器或者影響勵磁電流的其它裝置就降低勵磁電流。微型計算機從存儲的特性值和至少一個檢測的參數(shù)中借助觀察功能確定該裝置的至少一個可規(guī)定的部件在穩(wěn)態(tài)運行時出現(xiàn)的最終溫度。微型計算機根據(jù)這個最終溫度求出有關(guān)部件的溫度曲線，和/或?qū)嶋H的溫度，并且將這個溫度和極限溫度進行比較。用于影響勵磁電流的裝置使用電動機的特性值、電壓調(diào)節(jié)器的特性值、汽車的特性值，和/或安裝專用存儲的特性值，用以計算該裝置的可規(guī)定部位的溫度。在電壓調(diào)節(jié)器中一起考慮在計算溫度時在可規(guī)定的部位經(jīng)常求出的信號，優(yōu)選地電壓調(diào)節(jié)器的溫度和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速。在微型計算機中從中計算出在系統(tǒng)的另一可選擇的部位的溫度。通過計算電阻的變化，或者通過根據(jù)所求出的溫度的穩(wěn)態(tài)終值計算與溫度有關(guān)的電阻的溫度形成溫度的時間曲線。代替地溫度的時間曲線也可根據(jù)所求得的溫度的穩(wěn)態(tài)終值通過計算半導體段，特別是齊納二極管的加熱形成。DE 10 2006 019 625A1公開了一種用于探測發(fā)電機溫度的發(fā)電機的溫度探測裝置。這個裝置具有一個控制裝置的溫度探測器。所述溫度探測器的配置是為了探測控制裝置的溫度，所述控制裝置與發(fā)電機相連接，所述發(fā)電機包含有勵磁線圈。控制裝置控制勵磁電流到勵磁繞組的輸送。此外，控制裝置還輸出控制裝置一溫度信號。這個溫度信號表示控制裝置的已探測的溫度。此外，這個裝置還具有一個轉(zhuǎn)速探測器。所述轉(zhuǎn)速探測器輸出表示發(fā)電機轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速信號。此外，還設(shè)置勵磁電流探測器。所述勵磁電流探測器輸出表示勵磁電流的勵磁電流信號。最后設(shè)置一個用于發(fā)電機的溫度確定位置。所述溫度確定裝置確定發(fā)電機的溫度。這是根據(jù)控制裝置的溫度探測器的控制裝置一溫度信號、轉(zhuǎn)速信號、勵磁電流信號和發(fā)電機的輸出電壓完成的。在溫度確定裝置的輸出端輸出發(fā)電機溫度信號。這個信號對于發(fā)電機的確定的溫度是代表性的。借助這個溫度確定裝置，根據(jù)靜態(tài)溫度和預定的運行參數(shù)一所述運行參數(shù)配屬于過渡狀態(tài)期間的發(fā)電機的溫度中的變化率一求出靜態(tài)溫度一在靜態(tài)狀態(tài)時發(fā)電機有這種靜態(tài)溫度一、和過渡溫度一發(fā)電機在過渡狀態(tài)期間的某個時間點具有這種過渡溫度。此外發(fā)電機包含一個整流器。所述整流器是如此配置的， 即電動機的溫度一此溫度是借助發(fā)電機的溫度確定裝置確定的一就是整流器的溫度。

發(fā)明內(nèi)容
與這相比具有在權(quán)利要求1規(guī)定特征的方法具有如下優(yōu)點，即不僅是熱時間常數(shù)比發(fā)電機的調(diào)節(jié)器大的汽車發(fā)電機的部件而且熱時間常數(shù)比發(fā)電機的調(diào)節(jié)器要小的汽車發(fā)電機的部件都能有效地防止過熱。這個優(yōu)點的主要基于，將在求出溫度時所采用的動態(tài)偏移作為勵磁電流在時間上的導數(shù)求出。這也使那些其熱時間常數(shù)比發(fā)電機的調(diào)節(jié)器的熱時間常數(shù)要小的汽車發(fā)電機的部件也能有效地防止其過熱。有利地對勵磁電流的導數(shù)進行加權(quán)。這種做法有下述好處，即可將勵磁電流的比較小的變化換算為由此引起的調(diào)節(jié)器溫度的相應(yīng)較大的變化。優(yōu)選地勵磁電流的導數(shù)也要經(jīng)歷延遲。這種做法有下述好處，即勵磁電流的比較快的變化可以轉(zhuǎn)換為由此引起的調(diào)節(jié)器溫度的相應(yīng)緩慢的變化。從借助附圖的下述說明中產(chǎn)生本發(fā)明的其它有利的特性。這些附圖是


圖1 用于說明保護汽車發(fā)電機防止過熱的方法的流程圖。圖2 用于說明根據(jù)溫度特性曲線移動的實例的簡圖。圖3 用于說明求出溫度數(shù)值實例的簡圖。圖4 用于求出溫度數(shù)值的裝置的電路框圖。圖5 用于說明在接通負載情況下求出動態(tài)偏移的實施例的曲線圖。圖6 用于說明在負載關(guān)閉情況下求出動態(tài)偏移的實施例的曲線圖。圖1示出了用于說明用于保護汽車發(fā)電機防止過熱的方法的流程圖。在這個方法中，根據(jù)步驟Sl規(guī)定一個配屬于基本溫度的限制特性曲線。這個限制特性曲線是在事前在工廠中為汽車發(fā)電機的型別通過測量建立的，非易失地存儲，并且然后在制造相應(yīng)的汽車發(fā)電機的范圍內(nèi)非易失地存儲在例如發(fā)電機的調(diào)節(jié)器的存儲器中?；緶囟壤缡?20°c 的高溫，在這種溫度中通常要進行限制。限制特性曲線包含這樣一些信息，即在汽車發(fā)電機的什么樣的轉(zhuǎn)速情況下最大可允許什么樣的勵磁電流。根據(jù)汽車發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和溫度求出配屬于基本溫度的限制特性曲線。代替它的是也可根據(jù)汽車發(fā)電機的轉(zhuǎn)速、溫度和輸出電壓求出配屬于基本溫度的限制曲線。在緊接著的步驟S2中求出靜態(tài)偏移(Offset)SO。所述靜態(tài)偏移或者是根據(jù)勵磁電流IE，或者是根據(jù)勵磁電流IE和汽車發(fā)電機的轉(zhuǎn)速η求出。這個靜態(tài)偏移相當于發(fā)電機調(diào)節(jié)器的測量溫度和熱穩(wěn)定狀態(tài)時的計算溫度之間的溫度差，并且作為因子化的勵磁電流計算出SO=Kl · IE,
其中，SO為靜態(tài)偏移，Kl為系數(shù)、IE為勵磁電流。然后，在步驟S3中求出動態(tài)偏移DO。這個動態(tài)偏移作為時間上的勵磁電流的導數(shù)求出。其相當于對這個時間段的靜態(tài)偏移的修正。在其中發(fā)電機調(diào)節(jié)器的溫度還未達到它的熱的穩(wěn)定數(shù)值。這個動態(tài)偏移是根據(jù)下述關(guān)系式求出的
DO (K) =K2 · IE (K) -Κ3 · IE (K-I)+Κ4 · DO(K-I)0其中，DO為規(guī)定時刻的動態(tài)偏移，IE⑷為規(guī)定時刻的勵磁電流，IE(K-I)為先前規(guī)定時刻的勵磁電流，DO(K-I)為先前規(guī)定時刻的動態(tài)偏移。Κ2、Κ3和Κ4為系數(shù)。系數(shù)Κ2 和系數(shù)Κ3可以為同一數(shù)值。在接下來的步驟S4中計算計算溫度。規(guī)定這個計算溫度是用于根據(jù)這個計算溫度移動在步驟Sl中規(guī)定的，且描述最大允許的勵磁電流的限制特性曲線。根據(jù)下述關(guān)系式計算計算溫度
TV=TR-S0+D0。其中，TV為計算溫度、TR為發(fā)電機調(diào)節(jié)器的測量的溫度，SO為靜態(tài)偏移，DO為動態(tài)偏移。在步驟S5中根據(jù)計算溫度移動限制特性曲線。通過這種移動限制特性曲線達到在存在高的計算溫度的情況中限制特性曲線朝較低的勵磁電流方向移動，并且在存在低的計算溫度的情況中朝較高的勵磁電流方向移動。這樣做的結(jié)果是，汽車發(fā)電機始終以一種最佳化的功率工作。這樣就不僅保證了汽車的發(fā)電機部件一它們的熱時間常數(shù)比發(fā)電機調(diào)節(jié)器的熱常數(shù)要大一而且也保證了汽車發(fā)電機的部件一它們的熱時間常數(shù)比發(fā)電動調(diào)節(jié)器的熱時間常數(shù)要小一有效地防止它們的過熱。此外，也可以保證沒有必要地繼續(xù)降低汽車發(fā)電機的輸出電壓。圖2示出了說明根據(jù)溫度的特性曲線移動的實例的簡圖。在圖2中沿橫坐標為汽車發(fā)電機的轉(zhuǎn)速η，沿縱坐標為勵磁電流IE。限制線BLl配屬于計算溫度Tl、限制特性曲線 BL2配屬于計算溫度T2、限制特性曲線BL3配屬于計算溫度T3，其中T3>T2>T1。從中可以看出，對于低計算溫度Tl勵磁電流IE可以選擇得最大；對中等計算溫度 Τ2勵磁電流可以選擇在中間區(qū)域；對于高計算溫度勵磁電流必須具有一個低的數(shù)值，也就是說，必須予以最強烈的限制。圖3示出一個用于說明用于求出計算溫度的一個實例的簡圖。在這個簡圖中示范性地示出勵磁電流IE、發(fā)電機調(diào)節(jié)器的溫度TR、靜態(tài)偏移SO、動態(tài)偏移DO和求出的計算溫度TV的曲線。從中可以看出，當提高勵磁電流IE時發(fā)電機調(diào)節(jié)器的溫度TR緩慢地一直增加到一個提高的數(shù)值，然后保持這個數(shù)值。從發(fā)電機調(diào)節(jié)器的溫度中減去靜態(tài)偏移S0，并且加上動態(tài)偏移。結(jié)果是從中求出計算溫度TV。圖4示出用于求出計算溫度的裝置的框圖。汽車發(fā)電機的轉(zhuǎn)速η和勵磁電流IE用作輸入?yún)?shù)。在上部分支中，從轉(zhuǎn)速η和勵磁電流IE在計算單元G(t)中求出靜態(tài)偏移SO。 在下部分支中求出勵磁電流的時間導數(shù)dlE/dt，然后這個導數(shù)通過PTl段的引導，以求出動態(tài)偏移DO。在第一差頻振蕩器Ol中靜態(tài)偏移SO和動態(tài)偏移DO彼此計算(verrechnet)。 在第二差頻振蕩器02中從測量的調(diào)節(jié)器溫度TR中減去第一差頻振蕩器Ol的輸出信號，這樣，在第二差頻振蕩器 2的輸出端就有計算溫度供使用。圖5示出說明在負載接通情況下求出動態(tài)偏移的實施例的曲線圖。其中，在最上面的曲線中示出勵磁電流ΙΕ，在第二曲線中示出勵磁電流的時間導數(shù)dlE/dt，在第三曲線中示出加權(quán)的導數(shù)GW，在第四曲線中示出動態(tài)偏移DO。在這樣一種類型的負載接通中調(diào)節(jié)器溫度首先比熱穩(wěn)定狀態(tài)時的要低。當只是在使用發(fā)電機調(diào)節(jié)器溫度和靜態(tài)偏移的情況下為負載接通的這種運行狀態(tài)計算計算溫度時則求出一種太低的計算溫度。由于這種太低的計算溫度首先允許一種太高的勵磁電流，由于這種太高的勵磁電流會出現(xiàn)汽車發(fā)電機的部件的損害。由于包括了動態(tài)偏移，所以正確地求出計算溫度，并且能及時地限制勵磁電流。圖6示出了用于說明在載荷斷開情況下求出動態(tài)偏移的實施例的曲線圖。其中， 又是在最上部曲線中表示勵磁電流IE、在第二曲線中表示勵磁電流的時間導線dlE/dt，在第三曲線中表示加權(quán)的導數(shù)GW，在第四曲線中表示動態(tài)偏移DO。在這樣一種類型的負載斷開中調(diào)節(jié)器溫度首先比熱穩(wěn)定狀態(tài)時的要高，因為在前面的載荷狀態(tài)中通過出現(xiàn)的損失功率調(diào)節(jié)器已被加熱。首先用調(diào)節(jié)器的熱時間常數(shù)將這種加熱冷卻到一個較低的穩(wěn)定數(shù)值。這就是說，直接在負載斷開之后在只考慮發(fā)電機調(diào)節(jié)器溫度和靜態(tài)偏移的情況下計算出來的計算溫度太高。這樣做的后果是對一定的運行狀態(tài)來說要準備對勵磁電流進行限制，盡管這種類型的勵磁電流限制對于這些運行狀態(tài)根本就沒有必要。這意味著發(fā)電機功率有損失。由于包括了動態(tài)偏移所以可正確地求出計算溫度， 并且不需要不必要的減小勵磁電流。借助上述方法既可為發(fā)電機的穩(wěn)定運行狀態(tài)，也可在兩個運行狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換期間精確地求出計算溫度。這種做法的優(yōu)點是，始終可準確地引入所需要的勵磁電流的限制。 總是如此及時地探測到即將超過極限值，即能防止實際的超過極限值。此外，也可以防止由于勵磁電流的減少開始太快而出現(xiàn)的發(fā)電機功率損失。此外，按照上述方法的做法和使用溫度傳感器的做法相比較在成本上也是有利的。本發(fā)明的一個有利的改進方案是，在求計算溫度時附加地考慮鄰近的發(fā)電機部件的影響。例如可在冷起動，或者類似冷起動運行狀態(tài)時的二極管的熱狀態(tài)上識別鄰近的發(fā)電機部件的影響。此外，二極管的溫度也會受到發(fā)電機的定子的影響。定子溫度的升高比二極管的溫度要慢，但是達到一個更高的絕對數(shù)值。其結(jié)果是在一個曲線圖中一在此曲線圖中示出了二極管溫度和定子溫度與時間的關(guān)系一出現(xiàn)了這些特性曲線的交會點。從這個時間點起一在這個時間點上定子溫度超過二極管溫度一定子附加地將熱量引入到二極管上。 其結(jié)果是在冷起動時二極管的溫度超過允許的最大溫度，盡管上述限制功能在所有熱穩(wěn)定狀態(tài)時都是可靠地限制勵磁電流。為了計算鄰近的發(fā)電機部件的這些類型的影響，通過考慮另一偏移來補償由鄰近的發(fā)電機部件所引起的熱量引入。這個另外的偏移與計算溫度的變化有關(guān)。計算溫度隨時間的變化與鄰近的發(fā)電機部件的溫度的增升，例如定子溫度的增升有關(guān)聯(lián)。為了求出這個另一偏移使用用于探測勵磁電流和調(diào)節(jié)器溫度的測量裝置、用于根據(jù)至少輸入?yún)?shù)勵磁電流和調(diào)節(jié)器溫度計算計算溫度的裝置、用于計算計算溫度隨時間變化的裝置、用于對計算溫度的已計算導數(shù)進行因子化的裝置和用于用勵磁電流的實際限制段值計算另一偏移的裝置。
關(guān)于用于計算計算溫度隨時間變化的裝置必須如此地選擇掃描時間，即不分析小的溫度波動，但是對較大的溫度波動及時作出反應(yīng)。因此，優(yōu)選地掃描時間在5秒和500秒之間。也可動態(tài)地如此選擇這個掃描時間，即這個掃描時間根據(jù)測量-和計算參數(shù)而變化。通過對所計算的導數(shù)的所述因子化可使對相鄰的發(fā)電機部件的影響的補償和不同的發(fā)電機和不同的發(fā)電機部件相適配。如上所述，計算，也就是在求計算溫度時考慮具有勵磁電流相應(yīng)實際限制數(shù)值的計算的另一偏移時，及時地對勵磁電流進行限制，這樣，定子溫度就不再會超過二極管溫度，并且因此也就不會引起進一步地引入熱量。若只是在冷起動時出現(xiàn)上述有臨界特性的狀態(tài)時，可進行這樣的補償，這種補償不是在整個運行中起作用，而是只在直接在起動過程之后才起作用。在這個補償?shù)姆秶鷥?nèi)可考慮在先前規(guī)定的時間段內(nèi)的一個恒定數(shù)值、考慮在規(guī)定時間內(nèi)從最大值降低到最小值的數(shù)值、考慮在規(guī)定的時間內(nèi)從最小值上升到最大值的數(shù)值、考慮與初始存在的計算溫度有關(guān)的，其用事前規(guī)定的斜率從最小數(shù)值上升到最大數(shù)值， 或者考慮一個與初始存在的計算溫度有關(guān)的，其用事前規(guī)定的斜率從最大值下降到最小值。
權(quán)利要求
1.用于保護汽車發(fā)電機防止過熱的方法，在這種方法中根據(jù)求得的計算溫度移動規(guī)定的，屬于基本溫度且描述最大允許的勵磁電流的限制特性曲線，在求計算溫度時在第一步驟中求出靜態(tài)偏移，在第二步驟中求出動態(tài)偏移，根據(jù)勵磁電流求出靜態(tài)偏移，并且將動態(tài)偏移作為勵磁電流的時間導數(shù)求出。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)勵磁電流和汽車發(fā)電機的轉(zhuǎn)速求出靜態(tài)偏移。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，對勵磁電流的導數(shù)進行加權(quán)。
4.按照前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，勵磁電流的導數(shù)經(jīng)歷延遲。
5.按照前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，從調(diào)節(jié)器溫度、靜態(tài)偏移和動態(tài)偏移中計算出計算溫度。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，按照下述關(guān)系式計算計算溫度TV=TR-S0+D0，其中，TV為計算溫度、TR為調(diào)節(jié)器溫度、SO為靜態(tài)偏移、DO為動態(tài)偏移。
7.按照前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)汽車發(fā)電機的轉(zhuǎn)速和溫度求出屬于基本溫度的限制特性曲線。
8.按照權(quán)利要求1-6中的任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)汽車發(fā)電機的轉(zhuǎn)速、溫度和輸出電壓求出屬于基本溫度的限制特性曲線。
9.按照前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，在使用偏移的情況下根據(jù)計算溫度移動限制特性曲線，所述偏移是在使用基本溫度和計算溫度的情況下得到的。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在使用下述關(guān)系式的情況下移動限制特性曲線TBff=BBff-F · (TB-TV)，其中，TBff為與溫度有關(guān)的限制數(shù)值，BBff為基本限制數(shù)值、F為因子、TB為基本溫度、 TV為計算溫度。
11.按照前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，為了補償相鄰的發(fā)電機部件的影響，計算另一偏移，并且在求計算溫度時予以考慮。
12.按照權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述另一偏移只有在規(guī)定的時間期間， 在運行方式改變之后，在求計算溫度時才予以考慮。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于保護汽車發(fā)電機防止過熱的方法。在這種方法中根據(jù)計算溫度移動規(guī)定的，屬于一種基本溫度，且描述最大允許的勵磁電流數(shù)值的限制特性曲線，在求計算溫度時在第一步驟中求出靜態(tài)偏移，在第二步驟中求出動態(tài)偏移，根據(jù)勵磁電流求出靜態(tài)偏移，并且將動態(tài)偏移作為勵磁電流的時間導數(shù)求出。
文檔編號H02P9/10GK102577089SQ201080043499
公開日2012年7月11日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者A.恩格貝爾, H.聚爾茲勒, M.舍雷爾 申請人:羅伯特·博世有限公司