DE102015217175A1 - Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter eines Fahrzeugs - Google Patents
Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter eines Fahrzeugs Download PDFInfo
- Publication number
- DE102015217175A1 DE102015217175A1 DE102015217175.2A DE102015217175A DE102015217175A1 DE 102015217175 A1 DE102015217175 A1 DE 102015217175A1 DE 102015217175 A DE102015217175 A DE 102015217175A DE 102015217175 A1 DE102015217175 A1 DE 102015217175A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- inverter
- drive circuit
- voltage
- discharge
- converter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
- H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
- H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
- H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
- H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
- H02M1/322—Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
- H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
- H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor
- H02P3/22—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor by short-circuit or resistive braking
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Es wird eine Ansteuerschaltung (140) für einen Wechselrichter (103) beschrieben, wobei der Wechselrichter (103) eingerichtet ist, Gleichstrom mit einer ersten Spannung (111) aus einem elektrischen Energiespeicher (101) in Wechselstrom zu wandeln, mit dem eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs betrieben wird. Dabei ist ein Stütz-Kondensator (102) parallel zu einem Eingang des Wechselrichters (103) angeordnet. Die Ansteuerschaltung (140) umfasst einen Gleichspannungswandler (104), der eingerichtet ist, Gleichstrom mit der ersten Spannung (111) in Gleichstrom mit einer Zwischenkreisspannung (112) zu wandeln. Die Ansteuerschaltung (140) umfasst weiter eine Treiber-Einheit (106), die eingerichtet ist, auf Basis des Gleichstroms mit der Zwischenkreisspannung (112) Wechselrichter-Steuersignale (134) für Schaltelemente des Wechselrichters (103) zu generieren. Außerdem umfasst die Ansteuerschaltung (140) eine Entlade-Einheit (105), die aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung (112) versorgt wird und die eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Entlade-Steuersignal (132) einen Entlade-Widerstand parallel zu einem Ausgang des Gleichspannungswandlers (104) zu schalten. Desweiteren umfasst die Ansteuerschaltung (140) eine Steuereinheit (107), die aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung (112) versorgt wird und die eingerichtet ist, zur Entladung des Stütz-Kondensators (102) ein Entlade-Steuersignal (132) zu generieren, um die Entlade-Einheit (105) zu veranlassen, den Entlade-Widerstand parallel zu dem Ausgang des Gleichspannungswandlers (104) zu schalten.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter zum Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Straßenfahrzeugs.
- Ein Fahrzeug mit Elektroantrieb umfasst einen ersten Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie für den Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs. Der erste Energiespeicher liefert einen Strom bei einer relativ hohen ersten Spannung (z. B. bei 300–400 V). Desweiteren umfasst das Fahrzeug typischerweise ein Bordnetz, welches bei einer relativ niedrigen zweiten Spannung (z. B. bei 12–14 V) betrieben wird, und welches dazu verwendet wird, elektrische Verbraucher, wie z. B. ein Infotainmentsystem, etc. mit elektrischer Energie zu versorgen. Die erste Spannung kann als HV (Hochvolt) Spannung und die zweite Spannung als NV (Niedervolt) Spannung bezeichnet werden.
- Für den Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine umfasst das Fahrzeug einen Wechselrichter, insbesondere einen Drehstrom-Wechselrichter, der eingerichtet ist, auf Basis eines DC (Direct Current) Stroms (d. h. eines Gleichstroms) aus dem ersten Energiespeicher einen AC (Alternating Current) Strom (d. h. einen Wechselstrom), insbesondere einen Drehstrom, zu generieren. Der Wechselrichter umfasst ein oder mehrere Halbbrücken mit Schaltelementen (insbesondere mit Transistoren, wie z. B. IGBTs (Insulated-Gate Bipolar Transistor), die abwechselnd geschaltet werden.
- Das Fahrzeug umfasst eine Ansteuerschaltung, die eingerichtet ist, Wechselrichter-Steuersignale für die einzelnen Schaltelemente des Wechselrichters bereitzustellen. Die Ansteuerschaltung umfasst dabei Treiber-Schaltungen, die eingerichtet sind, die Wechselrichter-Steuersignale für die einzelnen Schaltelemente (insbesondere die Gate-Signale für IGBTs) zu generieren. Dabei weist ein Wechselrichter-Steuersignal ein erstes Potential (z. B. bei 15 V) auf, um ein Schaltelement zu schließen, und ein zweites Potential (z. B. bei –7 V) auf, um das Schaltelement zu öffnen. Das erste Potential und das zweite Potential können dabei aus einer Zwischenkreisspannung generiert werden, die typischerweise zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung liegt (z. B. bei 32 V).
- Desweiteren umfasst die Ansteuerschaltung meist eine Steuereinheit, die unter anderem eingerichtet ist, ein Bordnetz des Fahrzeugs mit dem Wechselrichter in einen sicheren Zustand zu überführen (z. B. bei Vorliegen einer Unfallsituation). Die Steuereinheit kann dabei auch Überwachungsfunktionen durchführen. Dabei soll gewährleistet werden, dass nach Ablauf eines vordefinierten Zeitraums (z. B. von 5 Sekunden) keine Spannungen im Bordnetz mehr vorliegen, die oberhalb einer vordefinierten Berührschwelle (z. B. von 60 V) liegen.
- Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine Kosten-effiziente Ansteuerschaltung bereitzustellen, die eine zuverlässige Überführung des Bordnetzes in einen sicheren Zustand ermöglicht.
- Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u. a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
- Gemäß einem Aspekt wird eine Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter, insbesondere für einen Drehstrom-Wechselrichter, beschrieben. Der Wechselrichter ist eingerichtet, Gleichstrom mit einer ersten Spannung (insbesondere mit einer HV-Spannung) aus einem elektrischen Energiespeicher (insbesondere aus einem HV-Energiespeicher) in Wechselstrom (insbesondere in einen 3 Phasen-Drehstrom) zu wandeln, mit dem eine elektrische Maschine (z. B. eine Synchronmaschine) eines Fahrzeugs betrieben wird. Desweiteren ist ein Stütz-Kondensator parallel zu einem Eingang des Wechselrichters angeordnet, um zu gewährleisten, dass am Eingang des Wechselrichters eine stabile Eingangsspannung vorliegt.
- Die Ansteuerschaltung umfasst einen Gleichspannungswandler (oder DC/DC-Wandler), der eingerichtet ist, Gleichstrom mit der ersten Spannung (direkt aus dem HV-Energiespeicher) in Gleichstrom mit einer Zwischenkreisspannung (z. B. bei 32 V) zu wandeln. Desweiteren umfasst die Ansteuerschaltung eine Treiber-Einheit, die eingerichtet ist, auf Basis des Gleichstroms mit der Zwischenkreisspannung Wechselrichter-Steuersignale für Schaltelemente (insbesondere für IGBTs) des Wechselrichters zu generieren. Die Treiber-Einheit wird somit direkt über den Gleichspannungswandler mit elektrischer Energie aus dem HV-Energiespeicher versorgt, wodurch eine hohe Effizienz der Ansteuerschaltung ermöglicht wird. Desweiteren kann durch die direkte Versorgung aus dem HV-Energiespeicher auf eine galvanische Trennung der Versorgung der Treiber-Einheit verzichtet werden.
- Die Ansteuerschaltung umfasst weiter eine Entlade-Einheit, die aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung versorgt wird und die eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Entlade-Steuersignal einen Entlade-Widerstand parallel zu einem Ausgang des Gleichspannungswandlers zu schalten. Zu diesem Zweck kann die Entlade-Einheit einen Entlade-Schalter umfassen, der mit dem Entlade-Steuersignal angesteuert werden kann und der z. B. in Reihe mit dem Entlade-Widerstands parallel zum Ausgang des Gleichspannungswandlers angeordnet ist. Durch Schließen des Entlade-Schalters kann dann der Entlade-Widerstand parallel zum Ausgang des Gleichspannungswandlers geschaltet werden.
- Desweiteren umfasst die Ansteuerschaltung eine Steuereinheit (und/oder Überwachungseinheit), die ebenfalls aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung versorgt wird und die eingerichtet ist, zur Entladung des Stütz-Kondensators ein Entlade-Steuersignal zu generieren, um die Entlade-Einheit zu veranlassen, den Entlade-Widerstand parallel zu dem Ausgang des Gleichspannungswandlers zu schalten. Durch die Versorgung von Entlade-Einheit und Steuereinheit mit der Zwischenkreisspannung kann auf eine galvanische Trennung einer Datenverbindung (für das Entlade-Steuersignal) zwischen Entlade-Einheit und Steuereinheit verzichtet werden, wodurch die Kosten der Ansteuerschaltung reduziert werden.
- Insgesamt ermöglicht die Ansteuerschaltung eine aktive Entladung des Stütz-Kondensators über den Gleichspannungswandler (und die dadurch verursachten Wandlerverluste) und über den, auf die Zwischenkreisspannung ausgelegten, Entlade-Widerstand (und die dadurch verursachten ohmschen Verluste). Dies ermöglicht eine zuverlässige und kostengünstige Überführung des Bordnetzes eines Fahrzeugs in einen sicheren Zustand.
- Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu bestimmen, dass der Stütz-Kondensator in einen sicheren Zustand überführt werden soll (z. B. auf Anweisung durch ein Steuergerät außerhalb der Ansteuerschaltung). Die Steuereinheit kann dann in Reaktion auf das Bestimmen das Entlade-Steuersignal generieren, und damit den Stütz-Kondensator aktiv entladen. Außerdem kann die Steuereinheit eingerichtet sein, in Reaktion auf das Bestimmen zu veranlassen, dass die Treiber-Einheit Wechselrichter-Steuersignale generiert, durch die bewirkt wird, dass Wicklungen der elektrischen Maschine kurzgeschlossen werden (und so eine unkontrollierte Einspeisung von elektrischer Energie von der elektrischen Maschine in den HV-Zwischenkreis verhindert wird). Zu diesem Zweck können z. B. die Low-Side Schaltelemente der Halbbrücken des Wechselrichters veranlasst werden, zeitlich in geschlossenen Zustand zu sein. So kann das Bordnetz mit dem Stütz-Kondensator und dem Wechselrichter zuverlässig in einen sicheren Zustand überführt werden.
- Der Stütz-Kondensator und der Wechselrichter sind typischerweise über zumindest ein Schütz mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, das Entlade-Steuersignal (erst) nachdem das zumindest eine Schütz geöffnet wurde zu generieren. So können das Ziehen eines Entladestroms aus dem Energiespeicher und eine damit verbundene Erwärmung vermieden werden.
- Der Gleichspannungswandler kann eingerichtet sein, den Gleichstrom am Ausgang des Gleichspannungswandlers auf einen vordefinierten Maximalstrom zu begrenzen und/oder zu regeln. So kann eine sichere aktive Entladung gewährleistet werden. Insbesondere kann eine zu starke Erwärmung von Komponenten des Bordnetzes des Fahrzeugs vermieden werden.
- Die Ansteuerschaltung kann ein oder mehrere Daten-Schnittstellen zu ein oder mehreren Komponenten (insbesondere Steuergeräten) außerhalb der Ansteuerschaltung umfassen. Diese Komponenten können aus einem NV-Bordnetz (z. B. aus einem 12/14 V Bordnetz) versorgt sein. Die ein oder mehreren Daten-Schnittstellen können zur Sicherung eine galvanische Trennvorrichtung aufweisen. Dabei sind jedoch die Anzahl von Daten-Schnittstellen und die darüber fließende elektrische Energiemenge typischerweise gering, so dass eine galvanische Trennung der Daten-Schnittstellen in Kosten-effektiver Weise bereitgestellt werden kann.
- Die Steuereinheit kann in effizienter Weise auf einem programmierbaren integrierten Schaltkreis, insbesondere auf einem Complex Programmable Logic Device, kurz CPLD, implementiert sein.
- Die Ansteuerschaltung kann weiter einen Linearregler umfassen, der eingerichtet ist, aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung einen Versorgungsstrom mit einer Versorgungsspannung für die Steuereinheit zu generieren. Die Versorgungsspannung kann dabei z. B. bei 3 V oder weniger liegen.
- Die Treiber-Einheit kann zumindest eine Transformator-Schaltung umfassen, die eingerichtet ist, aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung unterschiedliche Potentiale (z. B. +15 V und –7 V) für zumindest ein Wechselrichter-Steuersignal zu generieren. Die elektrische Energie für die Wechselrichter-Steuersignale kann somit mittels Transformator-Schaltungen aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung generiert werden.
- Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Bordnetz für ein Fahrzeug, das durch eine elektrische Maschine angetrieben wird, beschrieben. Das Bordnetz umfasst einen elektrischen Energiespeicher (z. B. einen LiIonen-Akkumulator), der eingerichtet ist, einen Gleichstrom mit einer ersten Spannung bereitzustellen. Das Bordnetz umfasst weiter einen Wechselrichter, der eingerichtet ist, den Gleichstrom mit der ersten Spannung in einen Wechselstrom zu wandeln, mit dem die elektrische Maschine betrieben wird, sowie einen Stütz-Kondensator, der parallel zu einem Eingang des Wechselrichters angeordnet ist. Außerdem umfasst das Bordnetz eine in diesem Dokument beschriebene Ansteuerschaltung für den Wechselrichter.
- Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein Straßenkraftfahrzeug, z. B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das das in diesem Dokument beschriebene Bordnetz umfasst.
- Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
- Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
-
1 beispielhafte Komponenten eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs; und -
2 beispielhafte Komponenten einer Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter. - Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument damit, eine Kosten-effiziente und zuverlässige Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter in einem Fahrzeug bereitzustellen. In diesem Zusammenhang zeigt
1 beispielhafte Komponenten eines elektrischen Bordnetzes100 eines Fahrzeugs mit unterschiedlichen Spannungsebenen. Das Bordnetz100 umfasst einen elektrischen Energiespeicher101 , der eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb einer elektrischen Maschine bereitzustellen. Die elektrische Energie wird mit einer ersten Spannung111 (auch als HV-Spannung bezeichnet) bereitgestellt. Desweiteren umfasst das Bordnetz100 einen Wechselrichter103 , der eingerichtet ist, aus der gespeicherten Energie einen Wechselstrom, insbesondere einen Drehstrom, zum Betrieb der elektrischen Maschine (nicht dargestellt) zu generieren. Desweiteren umfasst das Bordnetz typischerweise einen Stütz-Kondensator102 am Eingang des Wechselrichters103 . - Außerdem umfasst das Bordnetz
100 eine Ansteuerschaltung140 , die eingerichtet ist, den Wechselrichter103 anzusteuern, um den Wechselstrom zu generieren und um den Wechselrichter103 bzw. das Bordnetz100 bei Bedarf (z. B. bei einem Unfall) in einen sicheren Zustand zu überführen. Die Ansteuerschaltung140 umfasst einen DC/DC-Wandler104 , der eingerichtet ist, elektrische Energie mit der ersten Spannung111 in elektrische Energie mit einer Zwischenkreisspannung112 zu wandeln. Ein beispielhafter DC/DC-Wandler104 ist ein Buck-Wandler. - Desweiteren umfasst die Ansteuerschaltung
140 eine Treiber-Einheit106 mit Treiber-Schaltungen für die einzelnen Schaltelemente des Wechselrichters103 . Die Treiber-Einheit106 wird dabei mit elektrischer Energie auf der Zwischenkreisspannung112 versorgt, um die Potentiale für die Wechselrichter-Steuersignale134 für die Schaltelemente zu generieren. Die Versorgung der Treiber-Einheit106 erfolgt dabei direkt durch Wandlung der Energie aus dem HV-Energiespeicher101 mittels des DC/DC-Wandlers104 (insbesondere ohne eine zwischenzeitliche Wandlung auf eine NV-Spannung von z. B. 12–14 V). Dies ist vorteilhaft in Bezug auf eine Energieeffizienz der Ansteuerschaltung140 und in Bezug auf eine Entlastung eines NV-Wandlers, der elektrische Energie mit der NV-Spannung bereitstellt). - Die Ansteuerschaltung
140 umfasst weiter eine Steuereinheit107 , die eingerichtet ist, das Bordnetz100 bei Bedarf in einen sicheren Zustand zu überführen. Das Bordnetz100 weist typischerweise Schütze (z. B. Relais)109 auf, die bei Bedarf geöffnet werden können, um den Energiespeicher101 vom Bordnetz100 zu trennen. Desweiteren kann die Steuereinheit107 eingerichtet sein, die Treiber-Einheit106 zu veranlassen (über ein Treiber-Steuersignal131 ), alle Low-Side Schaltelemente der Halbbrücken des Wechselrichters103 zeitgleich zu schließen, um zu bewirken, dass die elektrische Maschine kein Moment mehr erzeugt. - Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit
107 eingerichtet sein, eine aktive Entladung des Wechselrichters103 und/oder des Stütz-Kondensators102 zu veranlassen. Zu diesem Zweck kann die Ansteuerschaltung140 eine Entlade-Einheit105 umfassen. Die Entlade-Einheit105 kann einen Entlade-Widerstand aufweisen, der durch einen Entlade-Schalter parallel zum Ausgang des DC/DC-Wandlers104 geschaltet werden kann. Die Steuereinheit107 kann somit die Entlade-Einheit105 veranlassen (über ein Entlade-Steuersignal132 ) den Entlade-Widerstand parallel zu dem Ausgang des DC/DC-Wandlers104 zu schalten. Dies führt dazu, dass (bei geöffneten Schützen109 ), der Stütz-Kondensator102 über den DC/DC-Wandler104 und über den Entlade-Widerstand entladen wird. Dabei bewirken Wandlerverluste des DC/DC-Wandler104 und ohmsche Verluste des Entlade-Widerstands einen Abbau der im Stütz-Kondensator102 gespeicherten Energie. Desweiteren kann der DC/DC-Wandler104 zur aktiven Entladung in einem Modus betrieben werden, durch den der Strom durch den DC/DC-Wandler104 begrenzt wird (insbesondere kann der DC/DC-Wandler104 in einem sogenannten Current Mode Control betrieben werden). So können Überhöhungen des Entladestroms in effizienter Weise vermieden werden. Desweiteren ist eine Anordnung der Entlade-Einheit105 am Ausgang des DC/DC-Wandlers104 vorteilhaft, da so die Verwendung von Entlade-Widerständen ermöglicht wird, die für reduzierte Spannungen ausgelegt sind (und damit Kosten-günstiger sind). - Die Steuereinheit
107 kann z. B. auf einem CPLD (Complex Programmable Logic Device) implementiert sein. Durch die Tatsache, dass die Steuereinheit107 , die Treiber-Einheit106 und die Entlade-Einheit105 aus der Zwischenkreisspannung112 versorgt werden, ist keine galvanische Trennung zwischen den einzelnen Einheiten107 ,106 ,105 erforderlich. Desweiteren ist keine galvanische Trennung zwischen Treiber-Einheit106 und Wechselrichter103 erforderlich. So können die Kosten für die Ansteuerschaltung140 reduziert werden. Eine galvanische Trennung120 ist ggf. nur für die Übertragung von digitalen Signalen133 (z. B. über ein Serial Peripheral Interface (SPI)) zu einem externen Prozessor121 erforderlich (der z. B. aus dem 12/14 V-Bordnetz versorgt wird). -
2 zeigt weitere Details einer beispielhaften Ansteuerschaltung140 . Insbesondere zeigt2 weitere Details einer Treiber-Einheit106 , die eine Vielzahl von Treiber-Schaltungen201 zur Generierung der Wechselrichter-Steuersignale134 ,203 für die entsprechende Vielzahl von Schaltelementen des Wechselrichters103 umfasst. Desweiteren umfasst die Treiber-Einheit106 Transformator-Schaltungen202 , die eingerichtet sind, die erforderlichen Potentiale (z. B. +15 V und –7 V) aus der Zwischenkreisspannung112 zu erzeugen. Außerdem zeigt2 beispielhaft eine galvanisch entkoppelte Schnittstelle221 zur Übertragung von digitalen Signalen133 zwischen einem externen Prozessor121 und der Steuereinheit107 . - Die in diesem Dokument beschriebene Ansteuerschaltung
140 ist vorteilhaft, da sie keine oder zumindest eine reduzierte Anzahl von galvanisch trennenden Bauelementen erfordert. Desweiteren kann durch die direkte Versorgung aus dem HV-Energiespeicher101 auf eine (ggf. redundante) Versorgung aus einem NV-Bordnetz verzichtet werden. Außerdem ermöglicht die beschriebene Anordnung einer Entlade-Einheit105 in Kombination mit einem DC/DC-Wandler104 eine geregelte, d. h. eine kontrollierte und zuverlässige, Entladung des Stütz-Kondensators102 . Desweiteren können durch die beschriebene Anordnung die Kosten der Ansteuerschaltung140 reduziert werden. - Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
Claims (10)
- Ansteuerschaltung (
140 ) für einen Wechselrichter (103 ); wobei der Wechselrichter (103 ) eingerichtet ist, Gleichstrom mit einer ersten Spannung (111 ) aus einem elektrischen Energiespeicher (101 ) in Wechselstrom zu wandeln, mit dem eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs betrieben wird; wobei ein Stütz-Kondensator (102 ) parallel zu einem Eingang des Wechselrichters (103 ) angeordnet ist; wobei die Ansteuerschaltung (140 ) umfasst, – einen Gleichspannungswandler (104 ), der eingerichtet ist, Gleichstrom mit der ersten Spannung (111 ) in Gleichstrom mit einer Zwischenkreisspannung (112 ) zu wandeln; – eine Treiber-Einheit (106 ), die eingerichtet ist, auf Basis des Gleichstroms mit der Zwischenkreisspannung (112 ) Wechselrichter-Steuersignale (134 ) für Schaltelemente des Wechselrichters (103 ) zu generieren; – eine Entlade-Einheit (105 ), die aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung (112 ) versorgt wird und die eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Entlade-Steuersignal (132 ) einen Entlade-Widerstand parallel zu einem Ausgang des Gleichspannungswandlers (104 ) zu schalten; und – eine Steuereinheit (107 ), die aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung (112 ) versorgt wird und die eingerichtet ist, zur Entladung des Stütz-Kondensators (102 ) ein Entlade-Steuersignal (132 ) zu generieren, um die Entlade-Einheit (105 ) zu veranlassen, den Entlade-Widerstand parallel zu dem Ausgang des Gleichspannungswandlers (104 ) zu schalten. - Ansteuerschaltung (
140 ) gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (107 ) eingerichtet ist, – zu bestimmen, dass der Stütz-Kondensator (102 ) in einen sicheren Zustand überführt werden soll; und – in Reaktion auf das Bestimmen das Entlade-Steuersignal (132 ) zu generieren. - Ansteuerschaltung (
140 ) gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (107 ) eingerichtet ist, in Reaktion auf das Bestimmen zu veranlassen, dass die Treiber-Einheit (106 ) Wechselrichter-Steuersignale (134 ) generiert, durch die bewirkt wird, dass Wicklungen der elektrischen Maschine kurzgeschlossen werden. - Ansteuerschaltung (
140 ) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei – der Stütz-Kondensator (102 ) und der Wechselrichter (103 ) über zumindest ein Schütz (109 ) mit dem elektrischen Energiespeicher (101 ) verbunden sind; und – die Steuereinheit (107 ) eingerichtet ist, das Entlade-Steuersignal (132 ) zu generieren, nachdem das zumindest eine Schütz (109 ) geöffnet wurde. - Ansteuerschaltung (
140 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gleichspannungswandler (104 ) eingerichtet ist, den Gleichstrom am Ausgang des Gleichspannungswandlers (104 ) auf einen vordefinierten Maximalstrom zu begrenzen und/oder zu regeln. - Ansteuerschaltung (
140 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die Ansteuerschaltung (140 ) ein oder mehrere Daten-Schnittstellen (221 ) zu ein oder mehreren Komponenten (121 ) außerhalb der Ansteuerschaltung (140 ) umfasst; und – die ein oder mehreren Daten-Schnittstellen (221 ) eine galvanische Trennvorrichtung (120 ) aufweisen. - Ansteuerschaltung (
140 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (107 ) auf einem programmierbaren integrierten Schaltkreis, insbesondere auf einem Complex Programmable Logic Device, kurz CPLD, implementiert ist. - Ansteuerschaltung (
140 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuerschaltung (140 ) einen Linearregler umfasst, der eingerichtet ist, aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung (112 ) einen Versorgungsstrom mit einer Versorgungsspannung für die Steuereinheit (107 ) zu generieren. - Ansteuerschaltung (
140 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Treiber-Einheit (106 ) zumindest eine Transformator-Schaltung (202 ) umfasst, die eingerichtet ist, aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung (112 ) unterschiedliche Potentiale für zumindest ein Wechselrichter-Steuersignal (134 ) zu generieren. - Bordnetz (
100 ) für ein Fahrzeug, das durch eine elektrische Maschine angetrieben wird, wobei das Bordnetz (100 ) umfasst, – einen elektrischen Energiespeicher (101 ), der eingerichtet ist, einen Gleichstrom mit einer ersten Spannung (111 ) bereitzustellen; – einen Wechselrichter (103 ), der eingerichtet ist, den Gleichstrom mit der ersten Spannung (111 ) in einen Wechselstrom zu wandeln, mit dem die elektrische Maschine betrieben wird; – einen Stütz-Kondensator (102 ), der parallel zu einem Eingang des Wechselrichters (103 ) angeordnet ist; und – eine Ansteuerschaltung (140 ) für den Wechselrichter (103 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015217175.2A DE102015217175A1 (de) | 2015-09-09 | 2015-09-09 | Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter eines Fahrzeugs |
CN201680034183.6A CN107710589B (zh) | 2015-09-09 | 2016-07-27 | 用于车辆的牵引变流器的低压放电和驱控电路 |
PCT/EP2016/067922 WO2017041956A1 (de) | 2015-09-09 | 2016-07-27 | Niederspannungsentlade und -ansteuerschaltung für den traktionsumrichter eines fahrzeugs |
US15/914,892 US10256746B2 (en) | 2015-09-09 | 2018-03-07 | Low-voltage discharge and actuation circuit for the traction converter of a vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015217175.2A DE102015217175A1 (de) | 2015-09-09 | 2015-09-09 | Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter eines Fahrzeugs |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102015217175A1 true DE102015217175A1 (de) | 2017-03-09 |
Family
ID=56550888
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102015217175.2A Pending DE102015217175A1 (de) | 2015-09-09 | 2015-09-09 | Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter eines Fahrzeugs |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10256746B2 (de) |
CN (1) | CN107710589B (de) |
DE (1) | DE102015217175A1 (de) |
WO (1) | WO2017041956A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020200780A1 (de) | 2019-03-29 | 2020-10-08 | Robert Bosch Gmbh | Schutzvorrichtung für eine treiberschaltung und verfahren zum schutz einer treiberschaltung |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109842095B (zh) | 2019-02-25 | 2021-06-11 | 阳光电源股份有限公司 | 一种功率变换系统、控制器和控制方法 |
DE102019107741A1 (de) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | Wabco Europe Bvba | Steuereinheit für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einer elektromechanisch aktuierten Bremseinheit sowie Fahrzeug damit und Verfahren dafür |
CN110138227A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-08-16 | 一巨自动化装备(上海)有限公司 | 一种基于Flyback的紧急电源的母线电压放电电路 |
CN112959964B (zh) | 2021-03-27 | 2022-11-22 | 华为数字能源技术有限公司 | 一种电机控制模块的供电系统及车辆 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004057693A1 (de) * | 2004-11-30 | 2006-06-01 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zur schnellen Entladung eines Kondensators |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5201192B2 (ja) * | 2010-10-15 | 2013-06-05 | 株式会社デンソー | 回転機の制御装置 |
DE102011081173A1 (de) * | 2011-08-18 | 2013-02-21 | Robert Bosch Gmbh | Betriebszustandsschaltung für Wechselrichter und Verfahren zum Einstellen von Betriebszuständen eines Wechselrichters |
JP2015019515A (ja) * | 2013-07-11 | 2015-01-29 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | 放電制御装置 |
-
2015
- 2015-09-09 DE DE102015217175.2A patent/DE102015217175A1/de active Pending
-
2016
- 2016-07-27 CN CN201680034183.6A patent/CN107710589B/zh active Active
- 2016-07-27 WO PCT/EP2016/067922 patent/WO2017041956A1/de active Application Filing
-
2018
- 2018-03-07 US US15/914,892 patent/US10256746B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004057693A1 (de) * | 2004-11-30 | 2006-06-01 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zur schnellen Entladung eines Kondensators |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020200780A1 (de) | 2019-03-29 | 2020-10-08 | Robert Bosch Gmbh | Schutzvorrichtung für eine treiberschaltung und verfahren zum schutz einer treiberschaltung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107710589B (zh) | 2020-08-04 |
US10256746B2 (en) | 2019-04-09 |
US20180198365A1 (en) | 2018-07-12 |
WO2017041956A1 (de) | 2017-03-16 |
CN107710589A (zh) | 2018-02-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3481675B1 (de) | Batterieanordnung für ein kraftfahrzeug | |
DE112017000286T5 (de) | Leistungsumrichtvorrichtung | |
DE102015217175A1 (de) | Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter eines Fahrzeugs | |
EP2480426B1 (de) | Wechselrichter für eine elektrische maschine und verfahren zum betreiben eines wechselrichters für eine elektrische maschine | |
DE102015207117A1 (de) | Umrichter mit redundanter Schaltungstopologie | |
DE102017116107B3 (de) | Topologie für ein Fahrzeug, Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs | |
DE102016207195A1 (de) | System zum aktiven Kurzschließen von Phasen eines Wechselrichters und Kraftfahrzeugantrieb | |
EP3894266A1 (de) | Schaltungsanordnung für ein kraftfahrzeug, insbesondere für ein hybrid- oder elektrofahrzeug | |
DE102015206627A1 (de) | Selbstsichernder Umrichter | |
DE102010042328A1 (de) | Verfahren zum Überwachen des Ladebetriebs eines Energiespeichers in einem Fahrzeug und Ladesystem zum Laden eines Energiespeichers in einem Fahrzeug | |
DE102016103041A1 (de) | Leistungsumwandlungsvorrichtung | |
EP3463968A1 (de) | Fahrzeugbordnetz mit wechselrichter, energiespeicher, elektrischer maschine und gleichstrom-übertragungsanschluss | |
DE102017221758A1 (de) | Elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems | |
DE102014212935A1 (de) | Vorrichtung zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung mit seriellem Stack-Umrichter sowie Antriebsanordnung | |
DE102013203734B4 (de) | Modularer Hochfrequenz-Umrichter | |
DE102006051831A1 (de) | Unterseeboot | |
DE102011080058A1 (de) | Leistungselektronikgerät, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug | |
EP2570291A1 (de) | Antriebssystem eines batteriebetriebenen Fahrzeugs mit einer stromrichtergespeisten permanent erregten Synchronmaschine | |
EP2552727B1 (de) | Wechselrichter für eine elektrische maschine und verfahren zum betreiben eines wechselrichters für eine elektrische maschine | |
DE102013218679A1 (de) | Antriebssteuerung | |
EP2648328B1 (de) | Schutz eines Stromrichters mit Zwischenkreis vor Beschädigungen durch die Gegenspannung der angeschlossenen Synchronmaschine | |
DE102018203363A1 (de) | Fahrzeuggeräteschaltung mit Halbleiter-Schaltelementen für Hochvoltspannung sowie Kraftfahrzeug und Betriebsverfahren | |
DE102014016239A1 (de) | Gleichspannungswandler für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines derartigen Gleichspannungswandlers | |
DE102019207048B4 (de) | Stromrichteranordnung, Fahrzeug mit einer Stromrichteranordnung und Verfahren zum Betreiben einer Stromrichteranordnung | |
DE102013224891B4 (de) | Schaltungsanordnung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R012 | Request for examination validly filed |