DE102006043950A1

DE102006043950A1 - Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren

Info

Publication number: DE102006043950A1
Application number: DE102006043950A
Authority: DE
Inventors: Arndt Wagner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-09-14
Filing date: 2006-09-14
Publication date: 2008-03-27
Also published as: WO2008031669A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren 3, insbesondere Zwischenkreiskondensatoren oder Zwischenkreiskapazitäten in einem elektrischen Netz beschrieben, mit deren Hilfe die schnelle Entladung bei vorgebbaren Bedingungen und weggeschalteter Batterie 4 über zwei Wechslerschalter 10a und 10b erfolgen kann. Die Wechslerschalter sind dabei so ausgestaltet, dass zwei ihrer Schaltkontakte miteinander über eine Verbindung 12 gekoppelt sind.

Description

Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere von Zwischenkreiskondensatoren oder Zwischenkreiskapazitäten in einem Kraftfahrzeugbordnetz
Stand der Technik
Es ist bekannt, die in Fahrzeugbordnetzen vorhandenen Kondensatoren, insbesondere Zwischenkreiskondensatoren oder Zwischenkreiskapazitäten, mit Hilfe einer geeigneten Schaltung bei Bedarf schnell zu entladen. Eine solche Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren in einem Zweispannungsbordnetz wird beispielsweise in der DE-OS 10 2004 057 693 beschrieben. Die Entladung erfolgt dabei mittels eines Hauptschütz das mit einem Gleichspannungswandler zusammenwirkt, und die Entladung der Kondensatoren über den Gleichspannungswandler in das Niederspannungsbordnetz ermöglicht.
Aufgabe der Erfindung
Die Erfindung soll eine sehr schnelle Entladung des Zwischenkreiskondensators oder der Zwischenkreiskondensatoren in einem Bordnetz nach Abtrennung der Traktionsnetzbatterie ermöglichen, wobei im normalen Betrieb keine Verluste verursacht werden sollen Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Der Vorteil der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bzw. Schaltung zu schaffen, die eine kostengünstige Möglichkeit bietet, den Zwischenkreiskondensator oder die zwischenkreiskapazität im Traktionsbordnetz schnell zu entladen. Damit lässt sich in vorteilhafter Weise gemäß der vorausgesetzten Norm die Spannung im Traktionsbordnetz nach dem Abschalten innerhalb einer sehr kurzen Zeit von beispielsweise 5 Sekunden unter 65 Volt absenken. Dies ist bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen nicht möglich, da dort die Entladedauer bis das Traktionsnetz einen normalerweise ungefährlichen Spannungsbereich erreicht, bei etlichen Minuten liegt. Erzielt wird der vorstehend genannte Vorteil, indem an Stelle eines in herkömmlichen Vorrichtungen vorhandenen Hauptschütz eine Umschalteinrichtung mit zwei Wechslerkontakten eingesetzt wird, die so ausgestaltet ist, dass sie bei entsprechender Ansteuerung eine Entladung des Zwischenkreiskondensator ermöglicht.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Vorteilhafter Weise ist jeweils ein Kontakt derbeiden Wechslerkontakte miteinander verbunden. In einer vorteilhaften Ausgestaltng ist die Umschalteinrichtung ins Hauptschütz integriert. Weitere Vorteile werden erzielt, indem eine Strombegrenzug vorgesehen ist, die den maximal möglichen Strom auf vorgebbare Werte begrenzt.
Eine vorteilhafte Einsatzmöglichkeit ist im Traktionsnetz eines Hybridfahrzeugs. Die Etladeverfahren für Kondensatoren werden in vorteilhafter Weise bei bestimmten Bedingungen durchgeführt, dabei wird dafür gesorgt, dass die Batterie abgetrennt ist.
Zeichnung
Die Erfindung wird anhand der 1 bis 3 der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt 1 eine Schaltung für den typischen Aufbau eines herkömmlichen Bordnetzes bei einem Hybridfahrzeug. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und in 3a bzw. 3b sind die Stromverläufe für die Vorrichtung des Ausführungsbeispiels nach 2 für zwei typische Bedingungen dargestellt.
Die in 1 dargestellte Schaltung zeigt den typischen Aufbau eines Bordnetzes für ein Hybridsystem, wie es derzeit in Fahrzeugen eingesetrt wird, mit einer elektrischen Maschine 1, einem Pulswechselrichter 5, einr Hochspannungs- oder Traktionsnetzbatterie 4, dem eigentlichen Traktionsnetz 8, das auch als Zwischenkreis bezeichnet wird und exemplarisch einem weiteren Traktionsnetzverbraucher 6. Der weitere Traktionsnetzverbraucher 6 steht nur symbolisch für mehrere Verbraucher in diesem Netz. Im Pulswechselrichter 5 enthalten ist mindestens ein Zwischenkreiskondensator 3 mit einer großen Kapazität. Typische Werte der Kapazität liegen im Bereich von 1 Millifarad (1 mF). Der Zwischenkreiskondensator soll symbolisch auch weitere, möglicher Weise vorhandene Zwischenkreiskapazitäten umfassen. Weiterhin umfasst die Schaltung mehrere Halbleiterschaltungen mit Ansteuerung, die vereinfacht als Block 2 zusammengefasst sind.
In den weiteren Verbrauchern 6 können auch noch weitere Zwischenkreiskondensatoren entsprechend dem Zwischenkreiskondensator 3 verbaut sind. Außer den genannten Komponenten befindet sich noch ein Hauptschütz 7, das zwei Schließerkontakte 9 aufweist, im Traktionsnetz 8, mit dem die Batterie bei vorgebbaren Bedingungen abgetrennt werden kann. Wenn das Fahrzeug abgestellt wird, wird das Hauptschütz 7 normalerweise geöffnet. Die Kontakte des Hauptschütz 7 befinden sich dann in der in 1 gezeigten Stellung. Die in 1 gezeigte Schaltung bietet dabei keine Möglichkeit, den Zwischenkreiskondensator 3 zu entladen.
In 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das eine Möglichkeit bietet, den Zwischenkreis 8 bzw. den Zwischenkreiskondensator 3 sowie gegebenenfalls vorhandene weitere Zwischenkreiskapazitäten schnell und sicher zu entladen. Hierzu werden anstelle der zwei Schließerkontakte 9 des Hauptschütz 7 nach 1 Umschaltmittel 10 mit zwei Wechslerkontakten 10a und 10b entsprechend der dargestellten Schaltung verschaltet. Je ein Kontakt der Wechslerkontakte 10a und 10b sind über eine Verbindung 12 miteinander verbunden. Die Umschaltung der wechslerkontakte erfolgt beispielsweise durch das entsprechend abgeänderte Schlitz 7 oder über eine entsprechende Ansteuerung.
Alternativ könnte auch ein Kurzschlussschalter, der parallel zum Kondensator 3 angeordnet wird, eingesetzt werden. Dann misste jedoch sichergestellt werden, dass ein solcher Schalter nie geschlossen wird, so lange das Hauptschütz 7 geschlossen ist. Mit der erfindungsgemäßen Lösung nach 2 wird dies auf einfache Weise sichergestellt.
In die Verbindung zwischen dem Kondensator 3 und dem zugehörigen Wechslerkontakt 10b des Schlitz 7, also den Pfad, der bei geschlossenem Kontakt 10b den Kondensator 3 kurzschließt, können gegebenenfalls weitere Schaltungskomponenten 11 eingesetzt werden, insbesondere strombegrenzende Elemente wie Widerstände, Induktivitäten oder eine Kombination von Widerständen unnd/oder Induktivitäten. Die Schaltungskomponenten 11 können dabei dikrete Bauelemente Halbleiter sein. Die Schaltungskomponenten, die eine schnelle Entladung des Zwischenkreiskondensators 3 bzw. der vorhandenen Zwischenkreiskapazitäten ermöglichen, also insbesondere die Umschaltmittel 10 bzw. die Wechslerkontakte 10a und 10b und/oder die Schaltungskomponenten 11, können beispielsweise auch in das sowieso vorhandene Hauptschütz 7 integriert werden. Die Wechslerkontakte können auch als elektronische Schalter ausgestaltet sein und insbesondere Insulated Gate Bipolar Transistoren IGBT umfassen.
Mit der in der 2 dargestellten Schaltung lässt sich eine Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren realisieren, die in einem beliebigen elektrischen Netz eingesetzt werden kann. Es kann dabei das elektrische Netz, vorzugsweise ein Hochspannungsnetz bzw. ein Traktionsnetz einschließlich der darin vorhandenen Kapazitäten in einem Kraftfahrzeug, schnell entladen bzw. kurzgeschlossen werden. Eine mechanische Verriegelung, die verhindert, dass durch eine falsche Ansteuerung die Batterie kurzgeschlossen wird, kann eingebaut sein. Das Traktionsnetz ist beispielsweise Bestandteil einer Stromversorgung in einem Hybridfahrzeug.
In den 3a und 3b sind Stromverläufe für zwei verschiedene Schaltzustände der Wechslerkontakte 10 angegeben die verdeutlichen, wie die Schnellentladung der Zwischenkreiskapazitäten bzw. des Zwischenkreiskondensators 3 funktioniert. Im normalen Betrieb, der in 3b dargestellt ist, ist die Batterie zugeschaltet und der Strom fließt, wie mit den Pfeilen dargestellt, Fiber den geschlossenen Wechslerkontakt 10a und den geschlossenen Wechslerkontakt 10b zum Zwischenkreiskondensator 3. Wird die Batterie 4 weggeschaltet, sind die Wechslerkontakte 10a und 10b geöffnet. Gleichzeitig ist eine Verbindung zwischen den Wechslerkontakten 10a und 10b hergestellt, über die der Zwischenkreiskondensator 3 entladen wird. Durch gleichzeitiges Umschalten der Wechslerkontakte 10a und 10b lässt sich bie weggeschalteteer Batterie 4 somit eine Schnellentladung des Zwischenkreiskondensators erzielen.

Claims

Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren, insbesondere wenigstens eines Zwischenkreiskondensators oder einer Zwischenkreiskapazität in einem elektrischen Netz, wobei die Kondensatoren, insbesondere der Zwischenkreiskondensator über Umschaltmittel mit einem elektrischen Ladungsspeicher, insbesondere einer Batterie, verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltmittel (10) wenigstens zwei Wechslertkontakte (10a, 10b) aufweisen, die in vorgebbarer Weise umschaltbar sind und bei entsprechender Ansteuerung eine Entladung des Kondensators (3) bewirken.
Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Kontakt des Wechslerkontaktes (10a) und des Wechslerkontaktes (10b) miteinander über eine Verbindung (12) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltmittel Schaltmittel (10) ein Schütz (7) umfassen.
Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskondensator über einen Wechselrichter (5) mit einer elektrischen Maschine (1) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Netz ein Traktionsnetz ist.
Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Traktionsnetz Bestandteil einer Stromversorgung in einem Hybridfahrzeug ist.
Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindung zwischen dem Zwischenkreiskondensator (3) und dem Umschaltmitteledie (10) Mittel zur Strombegrenzun (11) geschaltet sind, die wenigstens einen Widerstand und/oder Wenigstens eine Induktivität umfassen.
Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltmittel (10) elektronische Schalter sind und insbesondere Insulated Gate Bipolar Transistoren IGBT umfassen.
Verfahren zur schnellen Entladung von Kondensatoren mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung der Wechslerkontakte so erfolgt, dass jeweils beide Wechslerkontakte umgschaltet werden.
Verfahren zur schnellen Entladung von Kondensatoren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellentladung nur bei abgetrennter Batterie (4) erfolgt.