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Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät zur Betätigung eines elektrischen Verbrauchers, aufweisend einen Pulsweitenmodulator, einen Eingang für eine Spannungsquelle und einen Ausgang für einen elektrischen Verbraucher. Der Ausgang des Steuergeräts verfügt über mindestens zwei Phasenanschlüsse, an welche der Pulsweitenmodulator im Betrieb des Steuergeräts eine pulsweitenmodulierte elektrischer Spannung zur Betätigung des Verbrauchers anlegt. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein derart ausgeführtes Kraftfahrzeug-Aktorsteuergerät sowie auf ein Kraftfahrzeugbordnetz mit einem solchen Steuergerät.
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Ein derartiges Steuergerät ist beispielsweise der
WO 2011/000731 A1 entnehmbar.
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Unter anderem zur Vermeidung von Berührschutzmaßnahmen werden in heutigen Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, typischerweise Fahrzeugbordnetze mit einem Spannungsniveau unter 30V, beispielsweise 12V oder 24V, eingesetzt. Fahrzeug-Steuergeräte, die in einem solchen Bordnetz eingesetzt werden und zur Betätigung von Wechselspannungs-Aktoren dienen, beispielsweise Drehfeldelektromotoren, erzeugen hieraus Wechselspannungen die typischerweise ebenfalls in einem Bereich unter 30V liegen. Unter diesen Randbedingungen sind keine besonderen Berührschutzmaßnahmen notwendig.
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Im Zusammenhang mit Gleichspannungs-Fahrzeugbordnetzen mit einem höheren Spannungsniveau als 30V, beispielsweise 48V oder höher, ergeben sich in dieser Hinsicht jedoch Problemstellungen. Bei einem solchen Fahrzeugbordnetz kann ein Steuergerät zur Betätigung eines Wechselspannungs-Aktors nämlich leicht ein relativ hohes Wechselspannungsniveau erzeugen. Hierdurch können im Kabelbaum vom Steuergerät zum Aktor, zwischen den jeweiligen Anschlüssen und Phasenleitungen des Kabelbaums, Effektivspannungen auftreten, die über einem Spannungsniveau von 30V rms (rms=root mean square; also Effektivwert der elektrischen Spannung) liegen. Bei einem derart hohen Wechselspannungsniveau wird allerdings die Verwendung spezieller Berührschutzmaßnahmen vorgeschrieben. Dies können speziell isolierte elektrische Leitungen oder entsprechend ausgelegte Stecker sein. Außerdem kann es bei Defekten im Kabelbaum und/oder Steuergerät, beispielsweise bei einem Crash-Ereignis, zur Lichtbogenbildung kommen. Zur Vermeidung der Lichtbogenbildung werden daher ebenfalls Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise spezielle elektrische Isolierungen etc., vorgeschrieben.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Steuergerät bereitzustellen, welches verhindert, dass ein Spannungsniveau an einem Ausgang des Steuergeräts übermäßig groß wird.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Pulsweitenmodulator des Steuergeräts so ausgeführt ist, dass er eine zwischen den Phasenanschlüssen anliegende Effektivspannung durch entsprechende Einstellung der Pulsweitenmodulation unterhalb eines vorgegebenen Spannungsniveaus hält. Spezielle Maßnahmen zur Verhinderung eines Lichtbogens oder Berührschutzmaßnahmen sind hierdurch nicht erforderlich. Ein Kabelbaum, der zwischen dem Steuergerät und dem vom Steuergerät angesteuerten elektrischen Verbraucher vorgesehen ist, kann hierdurch einfach und kostengünstig ausgeführt sein.
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Die Erfindung sieht also ein Steuergerät zur Betätigung eines elektrischen Verbrauchers vor. Das Steuergerät weist zumindest einen Pulsweitenmodulator, einen Eingang für eine Spannungsquelle und einen Ausgang für einen elektrischen Verbraucher auf, wobei der Ausgang über zumindest zwei Phasenanschlüsse verfügt, an welche der Pulsweitenmodulator im Betrieb des Steuergeräts eine pulsweitenmodulierte elektrischer Spannung zur Betätigung des Verbrauchers anlegt. Diese Spannung bewirkt eine zwischen den Phasenanschlüssen anliegende Effektivspannung. Der Pulsweitenmodulator hält nun durch Einstellung der Pulsweitenmodulation die Effektivspannung unterhalb des vorgegebenen Spannungsniveaus, welches insbesondere 30V rms betragen kann. Dies kann insbesondere dadurch erfolgen, dass der Pulsweitenmodulator den Tastgrad der Pulsweitenmodulation entsprechend einstellt bzw. verändert, insbesondere indem er den Tastgrad reduziert. Der Tastgrad ist hierbei bekanntermaßen das Verhältnis zwischen Impulsdauer geteilt durch Periodendauer.
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Unter der Effektivspannung wird insbesondere der Effektivwert der zwischen den Phasenanschlüssen anliegenden elektrischen Spannung verstanden. Die Effektivspannung kann beispielsweise anhand der Eingangsspannung des Pulsweitenmodulators und dem eingestellten Tastgrad der Pulsweitenmodulation ermittelt werden, insbesondere durch Ueff = U0·τ/T, wobei Ueff für die Effektivspannung steht, U0 für die Eingangsspannung des Pulsweitenmodulators, τ für die Impulsdauer der Pulsweitenmodulation und T für die Periodendauer der Pulsweitenmodulation (τ/T bildet den Tastgrad). Die Effektivspannung kann alternativ auch durch Messen der elektrischen Spannung am Ausgang des Steuergerätes bzw. des Pulsweitenmodulators ermittelt werden.
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Bei dem Steuergerät kann es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug-Steuergerät handeln. Bei dem Eingang des Steuergeräts kann es sich insbesondere um einen Gleichspannungseingang handeln. Bei dem Ausgang des Steuergeräts kann es sich insbesondere um einen Wechselspannungsausgang handeln. Ein derartiges Steuergerät kann zum Steuern des elektrischen Verbrauchers im steuerungstechnischen Sinne geeignet sein oder zum Regeln des elektrischen Verbrauchers im regelungstechnischen Sinne.
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In einer Ausführung der Erfindung weist das Steuergerät eine Effektivspannungserkennung auf, welche im Betrieb des Steuergeräts die zwischen den Phasenanschlüssen anliegende Ist-Effektivspannung ermittelt. Der Pulsweitenmodulator ist dann so ausgeführt ist, dass er die ermittelte Ist-Effektivspannung unterhalb des vorgegebenen Spannungsniveaus hält. Demnach regelt der Pulsweitenmodulator die Effektivspannung aktiv auf einen Wert unterhalb des vorgegebenen Spannungsniveaus ein. Die Ermittlung der Effektivspannung erfolgt bevorzugt durch Feststellen, insbesondere Messen oder Berechnen, des Wertes der an einem elektrischen Eingang des Pulsweitenmodulators anliegenden elektrischen Spannung und anschließender Multiplikation des festgestellten Wertes mit dem aktuellen Tastgrad der Pulsweitenmodulation.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist das Steuergerät eine redundant oder diversitär zur Effektivspannungserkennung ausgeführte zweite Effektivspannungserkennung auf. Hierdurch wird die Ausfallwahrscheinlichkeit des Steuergeräts reduziert. Eine redundante zweite Effektivspannungserkennung ist hierbei analog zur ersten Effektivspannungserkennung aufgebaut, während eine diversitäre zweite Effektivspannungserkennung andersartig zur ersten Effektivspannungserkennung aufgebaut ist, beispielsweise indem ein anderes Messprinzip angewandt wird. Bei Verwendung einer diversitären zweiten Effektivspannungserkennung kann die Ausfallwahrscheinlichkeit des Steuergeräts zusätzlich reduziert werden. In beiden Fällen nimmt die zweite Effektivspannungserkennung dieselbe Aufgabe, wie die erste Effektivspannungserkennung wahr und ersetzt diese, falls die erste Effektivspannungserkennung ausfallen oder andere Fehlfunktionen haben sollte.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist das Steuergerät einen redundant oder diversitär zum Pulsweitenmodulator ausgeführten zweiten Pulsweitenmodulator auf. Hierdurch wird ebenfalls die Ausfallwahrscheinlichkeit des Steuergeräts reduziert. Ein redundanter zweiter Pulsweitenmodulator ist hierbei analog zum ersten Pulsweitenmodulator aufgebaut, während ein diversitärer zweiter Pulsweitenmodulator andersartig zum ersten Pulsweitenmodulator aufgebaut ist, beispielsweise indem ein anderer Modulatoraufbau verwendet wird. Bei Verwendung eines diversitären zweiten Pulsweitenmodulators kann die Ausfallwahrscheinlichkeit des Steuergeräts ebenfalls zusätzlich reduziert werden. Auch hier übernimmt der zweite Pulsweitenmodulator dieselbe Aufgabe, wie der erste Pulsweitenmodulator und ersetzt diesen, falls der erste Pulsweitenmodulator ausfallen oder andere Fehlfunktionen haben sollte.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist das Steuergerät ein Sicherheitsmittel auf, welches bei drohender oder tatsächlicher Überschreitung der Effektivspannung über das vorgegebene Spannungsniveau hinaus eine Gegenmaßnahme einleitet. Bei einem solchen Sicherheitsmittel kann es sich insbesondere um eine Überwachungsfunktion oder einen Beobachter handeln. Bei der Gegenmaßnahme handelt es sich insbesondere um eine Maßnahme, die unabhängig von dem Pulsweitenmodulator ausführbar ist. Hierdurch kann auch bei einem Ausfall des Pulsweitenmodulators auf ein übermäßig erhöhtes Spannungsniveau reagiert werden. Bevorzugt wird die Gegenmaßnahme nicht sofort eingeleitet, nachdem das vorgegebene Spannungsniveau überschritten wurde, sondern erst nachdem dieses eine gewisse/vorgegebene Zeit und/oder um einem bestimmten Spannungswert überschritten wird.
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Das Sicherheitsmittel ist bevorzugt so ausgeführt, dass es als Gegenmaßnahme eine Reduktion eines Tastgrades der Pulsweitenmodulation durch den Pulsweitenmodulator erzwingt, und/oder den elektrischen Verbraucher in einen sicheren Zustand überführt bzw. ein Signal an den elektrischen Verbraucher zur Überführung desselben in den sicheren Zustand ausgibt, und/oder eine Leistungsendstufe, mittels dessen der Pulsweitenmodulator die pulsweitenmodulierte elektrischer Spannung für den elektrischen Verbraucher an den Phasenanschlüsse anlegt, deaktiviert.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist der Ausgang des Steuergeräts drei oder mehr Phasenanschlüsse auf, wobei dann der Pulsweitenmodulator so ausgeführt ist, dass er die jeweils zwischen den Phasenanschlüssen anliegende Effektivspannung durch Einstellung der Pulsweitenmodulation unterhalb des vorgegebenen Spannungsniveaus hält. Somit liegt zwischen jedem der Phasenanschlüsse sicher eine Effektivspannung an, die unterhalb des vorgegebenen Spannungsniveaus ist.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Pulsweitenmodulator als Wechselrichter zur Umwandlung einer am Eingang des Steuergeräts anliegenden Gleichspannung in eine am Ausgang anliegende Wechselspannung ausgeführt. Somit dient das Steuergerät insbesondere in einem Fahrzeugbordnetz mit einer Gleichspannungsquelle zur Ansteuerung bzw. Betätigung eines Wechselspannungs-Verbraucher, insbesondere eines Wechselspannungs-Aktor, wie beispielsweise eines Drehfeldelektromotors. Eine weitere Ausführung der Erfindung bezieht sich demnach auf ein Kraftfahrzeugbordnetz, das eine Gleichspannungsquelle aufweist, die eine Gleichspannung über 30V bereitstellt, und das einen Wechselspannungs-Aktor aufweist sowie ein Steuergerät, bei welchem der Wechselrichter zur Umwandlung einer am Eingang des Steuergeräts anliegenden Gleichspannung der Gleichspannungsquelle in eine am Ausgang anliegende Wechselspannung für den Wechselspannungs-Aktor ausgeführt ist.
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Eine weitere Ausführung der Erfindung sieht außerdem ein Kraftfahrzeug-Aktorsteuergerät vor, zur Betätigung eines elektrischen Aktors eines Kraftfahrzeugs, welches gemäß dem obig erläuterten Steuergerät ausgeführt ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer schematischer Zeichnungen beschrieben, aus welchen weitere bevorzugte Ausführungsmerkmale der Erfindung entnehmbar sind. Es zeigen:
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1 eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz, aufweisend Aktoren, eine Spannungsquelle und ein Steuergerät zur Betätigung der Aktoren;
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2 ein Fahrzeugbordnetz mit einem Aktor, einer Spannungsquelle und einem Steuergerät;
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2a ein Ausschnitt eines Fahrzeugbordnetzes mit einem Aktor und einem Steuergerät;
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3 ein Fahrzeugbordnetz mit einem Aktor, einer Spannungsquelle und einem Steuergerät;
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4 eine möglich Ausführung eines Pulsweitenmodulators eines Steuergeräts.
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In den Figuren sind gleiche oder zumindest funktionsgleiche Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das in 1 gezeigte Kraftfahrzeug verfügt über einen Antriebsstrang 1 zum Antrieb des Fahrzeug, beispielshaft als Antriebsmotor, Antriebsachsen und Antriebsräder dargestellt, und ein elektrisches Fahrzeugbordnetz 2. Das Bordnetz 2 verfügt über eine elektrische Gleichspannungsquelle 3, hier beispielhaft als Akkumulator dargestellt, über ein Steuergerät 4 und über mehrere elektrische Verbraucher 5, hier in Form elektrischer Aktoren gezeigt. Die Gleichspannungsquelle 3 dient zur elektrischen Energieversorgung des Kraftfahrzeugs, und liefert insbesondere eine Spannung über 30V, insbesondere 48V oder mehr. Das Steuergerät 4 verfügt dementsprechend über einen Eingang für die Gleichspannungsquelle 3, also zum elektrischen Kontaktieren mit der Gleichspannungsquelle 3. Das Steuergerät 4 verfügt des Weiteren über Ausgänge für die Verbraucher 5, also zum elektrischen Kontaktieren mit den jeweiligen Verbrauchern 5. Es kann für einen oder mehrere der Verbraucher 5 allerdings auch ein weiteres Steuergerät 4 vorgesehen sein. Einer oder mehrere der Verbraucher 5 können dabei als Wechselspannungs-Verbraucher ausgeführt sein, also eine Wechselspannung zum Betrieb benötigen. Das Steuergerät 4 verfügt dann über einen Wechselrichter zum Umwandeln der Gleichspannung von der Gleichspannungsquelle 3 am Eingang des Steuergerätes 4 in eine Wechselspannung am Ausgang des Steuergerätes 4 für den entsprechenden Wechselspannungs-Verbraucher.
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Wie 1 zu entnehmen ist, sind die Verbraucher 5 an unterschiedlichsten Stellen in oder an dem Kraftfahrzeug angeordnet. Sie übernehmen jeweils spezifische Aufgaben zur Betätigung/Steuerung/Regelung des Fahrzeugs bzw. von Funktionen des Fahrzeugs. Einer oder mehrere der Verbraucher 5 können so insbesondere zum Betätigen eines aktiven Fahrwerksstabilisators dienen, oder zum Betätigen einer Vorderachs- oder Hinterachslenkung, oder zum Betätigen eines Automatikgetriebes, oder zum Betätigen einer Allradkupplung oder Differentialsperren, oder zum Betätigen von Lüftungsklappen, oder zum Betätigen eines Fensterhebers, eines Türeöffners/-schließers oder einer Schiebedachbetätigung, oder zum Betätigen einer Verbrennungsmotorverstellung, oder zum Betätigen einer Sitz- oder Spiegelverstellung etc., um beispielhaft nur einige der Vielzahl an Möglichkeiten zu nennen. Bei einem oder mehreren der Verbraucher 5 kann es sich daher insbesondere um Aktoren handeln, beispielsweise Rotations- oder Linearmotoren. Bei einem oder mehreren der Verbraucher 5 kann es sich allerdings auch um ein elektrisches Heizgerät, eine Kommunikationseinrichtung, einen Bildschirm oder eine Beleuchtungseinrichtung handeln.
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2 zeigt eine nähere Ansicht eines Fahrzeugbordnetzes 2, beispielsweise ein Ausschnitt des Bordnetzes 2 aus 1. Das Bordnetz 2 der 2 verfügt über eine Spannungsquelle 3, insbesondere eine Gleichspannungsquelle wie ein Akkumulator oder ein Gleichspannungsgenerator, und über ein Steuergerät 4 sowie einen elektrischen Verbraucher 5. Das Steuergerät verfügt über einen elektrischen Eingang 41, mit welchem es elektrische an die Spannungsquelle 3 angeschlossen ist. Hierzu weist der Eingang 41 zwei Phasenanschlüsse 411, 412 auf, jeweils einen für einen Pol der Spannungsquelle 3. Das Steuergerät verfügt außerdem über einen elektrischen Ausgang 42, mit welchem es elektrisch an den Verbraucher 5 angeschlossen ist. Hierzu weist der Ausgang 42 zwei Phasenanschlüsse 421, 422 auf, jeweils einen für einen entsprechenden Anschluss am Verbraucher 5. Verbraucher 5 und Steuergerät 4 sind über Phasenleitungen 6 elektrisch miteinander verbunden.
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Zur Betätigung des Verbrauchers 5 legt das Steuergerät 4 am Ausgang, also an den dortigen Phasenanschlüssen 421, 422, eine elektrische Spannung an. Die Spannung wird vom Steuergerät 4 pulsweitenmoduliert (PWM) bereitgestellt. Dies erfolgt bei einem als Aktor ausgeführten Verbraucher 5 beispielsweise um durch das Steuergerät 4 eine vom Verbraucher 5 bei dessen Betätigung bereitgestellte Stellkraft oder Stelldrehmoment oder Drehzahl oder Stellgeschwindigkeit einzustellen. Zwischen den Phasenanschlüssen 421, 422 des Ausgangs 42 und den Phasenleitungen 6 liegt dementsprechend eine elektrische Effektivspannung RMS vor. Die Effektivspannung RMS ist der Effektivwert der zwischen den Phasenanschlüssen 421, 422 bzw. den Phasenleitungen 6 anliegenden elektrischen Spannung. Das Steuergerät 4 kann im Übrigen weitere Phasenanschlüssen zur Betätigung des Verbrauchers 5 oder zur Betätigung weiterer elektrischer Verbraucher am Ausgang 42 aufweisen.
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Wenn nun die Effektivspannung RMS ausreichend klein gehalten wird, insbesondere unter 30v rms, sind keine speziellen Maßnahmen zum Schutz vor Berührung und Lichtbogenbildung erforderlich. Diese gilt es zu vermeiden da sie sehr aufwändig und dementsprechend kostenintensiv sind. Es wird daher vorgeschlagen, die Pulsweitenmodulation der am Ausgang 42 des Steuergeräts 4 anliegenden Spannung so einzustellen, dass die Effektivspannung RMS zwischen den Phasenanschlüssen 421, 422 des Ausgangs 42 kleiner als ein vorgegebenes Spannungsniveau ist, also unterhalb eines Spannungswertes liegt. Das vorgegebene Spannungsniveau beträgt insbesondere 30V rms.
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Zur Bereitstellung der pulsweitenmodulierten Spannung an den Phasenanschlüssen 421, 422 des Ausgangs 42 weist das Steuergerät 4 einen Pulsweitenmodulator 43 auf. Hierbei kann es sich um einen oder mehrere elektronische Controller mit einer oder mehreren elektrischen Leistungsendstufen, welcher vom Controller betätigt werden, handeln. Der Controller bestimmt dabei den erforderlichen Tastgrad der Pulsweitenmodulation und öffnet und schließt (betätigt) dementsprechend die Leistungsendstufe. Die Leistungsendstufe ist mit einer Seite (Eingangsseite) einem der Phasenanschlüsse 421, 422 zugeordnet, insbesondere mit diesem elektrisch verbunden, und mit einer anderen Seite (Ausgangsseite) einem der Phasenanschlüsse 411, 412 zugeordnet, insbesondere mit diesem elektrisch verbunden. Der Pulsweitenmodulator 43 kann insbesondere als Wechselrichter ausgeführt sein.
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Das Steuergerät 4 kann optional eine Effektivspannungserkennung 44 aufweisen. Diese ermittelt im Betrieb des Steuergeräts 4 die zwischen den Phasenanschlüssen 421, 422 anliegende Ist-Effektivspannung und übermittelt diese an den Pulsweitenmodulator 43. Der Pulsweitenmodulator 43 regelt durch Veränderung des Tastgrades der Modulation die Ist-Effektivspannung so ein, dass sie unterhalb des vorgegebenen Spannungsniveaus liegt. Das Steuergerät 4 kann des Weiteren optional eine redundant oder diversitär zur Effektivspannungserkennung 44 ausgeführte zweite Effektivspannungserkennung aufweisen (in 2 nicht gezeigt). Diese zweite Effektivspannungserkennung übernimmt die Funktion der Effektivspannungserkennung 44 falls diese ausfallen oder fehlerhaft arbeiten sollte. Das Steuergerät kann außerdem optional einen redundant oder diversitär zum Pulsweitenmodulator 43 ausgeführten zweiten Pulsweitenmodulator aufweisen (in 2 nicht gezeigt). Dieser zweite Pulsweitenmodulator übernimmt die Funktion des Pulsweitenmodulators 43, falls dieser ausfallen oder fehlerhaft arbeiten sollte. Das Steuergerät kann über zudem ein Sicherheitsmittel 45 verfügen, welches bei drohender oder tatsächlicher Überschreitung der Effektivspannung RMS über das vorgegebene Spannungsniveau hinaus eine Gegenmaßnahme einleitet. Bei dem Sicherheitsmittel 45 kann es sich insbesondere um eine Überwachungsfunktion oder einen Beobachter handeln. Das Sicherheitsmittel 45 schaltet als Gegenmaßnahme für einen ausgefallenen oder fehlerhaft arbeitenden Pulsweitenmodulator 43 oder Effektivspannungserkennung 44 auf den redundanten oder diversitären zweiten Pulsweitenmodulator bzw. Effektivspannungserkennung um. Weitere Gegenmaßnahme können sein: eine erzwungene Reduktion des Tastgrades der Pulsweitenmodulation durch den Pulsweitenmodulator 43, und/oder eine Überführung des elektrischen Verbrauchers in einen sicheren Zustand, und/oder Deaktivierung einer Leistungsendstufe, mittels deren der Pulsweitenmodulator 43 die pulsweitenmodulierte elektrischer Spannung RMS für den elektrischen Verbraucher 5 an den Phasenanschlüssen 421, 422 anlegt.
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2a zeigt eine Weiterbildung des Steuergerätes 4 und des Bordnetzes aus 2. Das Steuergerät 4 verfügt nun allerdings über drei Phasenanschlüsse 421, 422, 423 am Ausgang 42. An diese ist über Phasenleitungen 6 ein dreipoliger elektrischer Verbraucher 5 angeschlossen. Bei dem Verbraucher 5 kann es sich beispielsweise um einen Drehfeldelektromotor, wie eine Synchron- oder Asynchronmaschine, handeln. Hierbei kann der Pulsweitenmodulator (in 2a nicht gezeigt) insbesondere ein Wechselrichter sein, der also eine Gleichspannung am Eingang des Steuergeräts 4 in eine Wechselspannung am Ausgang 42 des Steuergeräts 4 umwandelt. Der Pulsweitenmodulator ist hierbei so ausgeführt ist, dass er die jeweils zwischen den Phasenanschlüssen 421, 422, 423 anliegende Effektivspannung RMS durch Einstellung der Pulsweitenmodulation unterhalb des vorgegebenen Spannungsniveaus hält.
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3 zeigt eine Anwendung eines Steuergerätes 4 in einem alternativen Fahrzeugbordnetz 2. Es kann sich hierbei um das Steuergerät 4 aus 2 oder 2a handeln. Das Bordnetz 2 verfügt analog zu dem aus 2 über eine Spannungsquelle 3, insbesondere eine Gleichspannungsquelle. Diese ist allerdings lediglich mit einem Pol an den Eingang 41 des Steuergeräts 4 elektrisch angeschlossen, im Detail an den Phasenanschluss 412. Der andere Pol der Spannungsquelle 3 ist geerdet bzw. mit einer elektrischen Masse verbunden. Ein zweiter Phasenanschluss 411 des Eingangs 41 des Steuergerätes 4 kann (sofern vorhanden) dann ebenfalls geerdet oder mit der Masse verbunden sein. An die Phasenanschlüsse 421, 422 des Ausgangs 42 des Steuergeräts 4 ist jeweils ein elektrischer Verbraucher 5 mit einem Anschluss des Verbrauchers 5 elektrische angeschlossen. Ein anderer Anschluss des Verbrauchers 5 ist dann geerdet oder mit der Masse verbunden.
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Das Steuergerät 4 weist analog zu dem aus 3 einen Pulsweitenmodulator (in 3 nicht gezeigt) auf, durch welchen die Verbraucher 5 betätigt werden, indem der Pulsweitenmodulator eine pulsweitenmodulierte elektrischer Spannung an den jeweiligen Phasenanschluss 421, 422 anlegt. Auch hier ist der Pulsweitenmodulator so ausgeführt ist, dass er eine zwischen den Phasenanschlüssen 421, 422 anliegende Effektivspannung RMS durch Einstellung der Pulsweitenmodulation unterhalb eines vorgegebenen Spannungsniveaus hält. Das Steuergerät 4 kann außerdem beliebig viele weitere Phasenanschlüsse zur Betätigung weiterer elektrischer Verbraucher aufweisen (in 3 ist beispielhaft ein weiterer, von dem Steuergerät 4 betätigter Verbraucher gestrichelt eingezeichnet). Auch dann ist der Pulsweitenmodulator des Steuergeräts 4 so ausgeführt, dass er die jeweils zwischen den Phasenanschlüssen anliegende Effektivspannung RMS durch Einstellung der jeweiligen Pulsweitenmodulation unterhalb des vorgegebenen Spannungsniveaus hält.
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4 zeigt eine bevorzugte Ausführung eines Pulsweitenmodulators 43, insbesondere des Pulsweitenmodulators aus 2 oder 3. Der Pulsweitenmodulator 43 ist als elektrische H-Brücke ausgeführt und verfügt dementsprechend je ausgangsseitigem Phasenanschluss 421, 422 über eine High-Side-Leistungsendstufe HS1, HS2 und eine Low-Side-Leistungsendstufe LS1, LS2, über welche die Phasenanschlüsse 421, 422 jeweils mit den eingangsseitigen Phasenanschlüssen 411, 412 elektrisch verbunden sind. Die Leistungsendstufen HS1, HS2, LS1, LS2 sind beispielsweise als MOSFETs oder IGBTs ausgeführt. Die Leistungsendstufen HS1, HS2, LS1, LS2 werden mittels eines Controllers 431 betätigt, also im Sinne eines elektrischen Schalters geöffnet (nicht-leitend) oder geschlossen (leitend). Zwischen den eingangsseitigen Phasenanschlüssen 412, 411 kann ein Zwischenkreiskondensator 432 vorgesehen sein. Ein derartig ausgeführter Pulsweitenmodulator 43 kann als Wechselrichter verwendet werden. Hierzu werden, wenn ein Verbraucher 5 wie in 2 gezeigt an die Phasenanschlüsse 421, 422 angeschlossen ist, die High-Side-Leistungsendstufe HS1 zusammen mit der Low-Side-Leistungsendstufe LS2 im Schließsinne betätigt (die beiden anderen Leistungsendstufe HS2, LS1 sind dann nicht betätigt, also offen) und anschließend die High-Side-Leistungsendstufe HS2 zusammen mit der Low-Side-Leistungsendstufe LS1 im Schließsinne betätigt (die beiden anderen Leistungsendstufe HS1, LS2 sind dann nicht betätigt, also offen).
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Die Betätigung der beiden Leistungsendstufen HS1, HS2, LS1, LS2 einer der Phasenanschlüsse 421, 422 erfolgt immer so, dass diese nicht gleichzeitig im Schließsinne betätigt sind, was einen Kurzschluss im Pulsweitenmodulator 43 verursachen würde. Die Betätigung der Leistungsendstufen HS1, HS2, LS1, LS2 erfolgt außerdem so, dass die an den Phasenanschlüssen 421, 422 anliegende/ausgegebene Spannung pulsweitenmoduliert ist. Die Betätigung der Leistungsendstufen HS1, HS2, LS1, LS2 erfolgt schließlich auch so, dass die zwischen den ausgangsseitigen Phasenanschlüssen 421, 422 anliegende Effektivspannung kleiner als das vorgegebene Spannungsniveau ist. Dazu wird die Pulsweitenmodulation entsprechend eingestellt, d.h. der Tastgrad der Pulsweitenmodulation durch den Controller 431 entsprechend erhöht oder verringert. Die aktuelle Effektivspannung RMS kann bevorzugt durch Ermitteln des Wertes der elektrischen Spannung am Zwischenkreiskondensator 432 und anschließender Multiplikation des ermittelten Wertes mit dem aktuell eingestellten Tastgrad der Pulsweitenmodulation oder einer entsprechenden Rechenoperation bestimmt werden.
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Der Pulsweitenmodulator 43 kann beliebig viele weitere ausgangsseitige Phasenanschlüsse aufweisen. Hierzu ist insbesondere je weiterem ausgangsseitigem Phasenanschluss eine weitere High-Side-Leistungsendstufe und eine weitere Low-Side-Leistungsendstufen vorgesehen, über welche der weitere ausgangsseitige Phasenanschluss analog zu den Phasenanschlüssen 421, 422 mit den eingangsseitigen Phasenanschlüssen 411, 412 elektrische verbunden ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Fahrzeugbordnetz
- 3
- Spannungsquelle
- 4
- Steuergerät
- 41
- Eingang des Steuergeräts 4
- 411
- Phasenanschluss des Eingangs 41
- 412
- Phasenanschluss des Eingangs 41
- 42
- Ausgang des Steuergeräts 4
- 421
- Phasenanschluss des Ausgangs 42
- 422
- Phasenanschluss des Ausgangs 42
- 43
- Pulsweitenmodulator
- 431
- Controller des Pulsweitenmodulators 43
- 432
- Zwischenkreiskondensator des Pulsweitenmodulators 43
- 44
- Effektivspannungserkennung
- 45
- Sicherheitsmittel
- 5
- elektrischer Verbraucher
- 6
- Phasenleitung
- HS1, 2
- High-Side-Leistungsendstufe
- LS1, 2
- Low-Side-Leistungsendstufe
- PWM
- Pulsweitenmodulation
- RMS
- Effektivspannung/Effektivwert der Spannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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