DE102016211425A1 - Vorrichtung zum Betreiben einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs, Elektromaschineneinrichtung und Kraftfahrzeug - Google Patents

Vorrichtung zum Betreiben einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs, Elektromaschineneinrichtung und Kraftfahrzeug Download PDF

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Thomas Saile
Ingo Koehler
Simon Riedel
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Betreiben einer Elektromaschine (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schaltung, die die Elektromaschine (2) mit einem Energiespeicher (4) verbindet, wobei die Schaltung (3) einen Hauptschalter (13) und eine Brückenschaltung (5) für die Elektromaschine (2) aufweist, und wobei zwischen der Brückenschaltung (5) und dem Hauptschalter (13) ein Zwischenkreis (10) mit wenigstens einem parallel zur Energiequelle (4) geschalteten Zwischenkreiskondensator (12) ausgebildet ist. Es ist vorgesehen, dass in einer Versorgungsleitung (8) der Schaltung (3) zwischen dem Hauptschalter (13) und dem Zwischenkreis (10) ein Filter (15) zwischengeschaltet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Elektromaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schaltung, die die Elektromaschine mit einem Energiespeicher verbindet, wobei die Schaltung einen Hauptschalter und eine Brückenschaltung für die Elektromaschine aufweist, und wobei zwischen der Brückenschaltung und dem Hauptschalter ein Zwischenkreis mit wenigstens einem parallel zur Energiequelle geschalteten Zwischenkreiskondensator ausgebildet ist.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Elektromaschineneinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Elektromaschine und einem Energiespeicher, zwischen denen die oben genannte Vorrichtung geschaltet ist.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Elektromaschineneinrichtung.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen der eingangs genannten Art bereits bekannt. Es ist üblich, die Phasen einer Elektromaschine mittels einer Brückenschaltung anzusteuern. Bekannte Brückenschaltungen weisen insbesondere parallel geschaltete Halbbrücken mit jeweils zwei Halbleiterschaltern auf, wobei jede Halbbrücke mit einer Phase der Elektromaschine verbunden beziehungsweise verbindbar ist, um durch die Betätigung der Halbleiterschalter die Phasen der Elektromaschine individuell anzusteuern. Der Brückenschaltung ist in der Regel ein Zwischenkreis mit zumindest einem Zwischenkreiskondensator vorgeschaltet, der als Entstörkomponente, beispielweise für Oberschwingungen, zwischen gepulsten Strömen der Brückenschaltung und dem Versorgungsstrom aus der Versorgungsleitung dient. Zwischen Zwischenkreis und Energiespeicher ist außerdem ein Hauptschalter in einer Versorgungsleitung beziehungsweise Zuleitung zu dem Zwischenkreis angeordnet, mittels dessen die Energieversorgung zu dem Zwischenkreis und der Brückenschaltung hergestellt oder getrennt werden kann. Entsteht aufgrund eines Fehlers ein Kurzschluss in der Brückenschaltung, so steigt der Strom innerhalb der Brückenschaltung schnell an, wodurch ein Schalten einzelner Halbleiterschalter der Brückenschalter nur noch außerhalb eines eigentlich zulässigen Strombereichs des jeweiligen Halbleiterschalters möglich ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein Schalten des Hauptschalters noch möglich ist, wenn einer der Halbleiterschalter der Brückenschaltung einen Kurzschluss aufweist. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass in der Versorgungsleitung der Schaltung zwischen dem Hauptschalter und dem Zwischenkreis ein Filter zwischengeschaltet ist. Durch den Filter in der Versorgungsleitung beziehungsweise Zuleitung wird eine Entkopplung vom Kurzschlussstrom im Zwischenkreis und Brückenschaltung zu der Versorgungsleitung erreicht. Der Strom in der Versorgungsleitung kann bei Erkennen eines Kurzschlussstroms in wenigstens einer Phase der Elektromaschine noch bei einem zulässigen Strom für den Hauptschalter geschaltet werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Filter eine Induktivität aufweist. Durch die Induktivität wird der Strom in der Versorgungsleitung vorteilhaft auf einen zulässigen Strom für den Hauptschalter begrenzt.
  • Optional ist vorgesehen, dass zwischen Hauptschalter und Filter ein Verpolschutz zwischengeschaltet ist. Dieser gewährleistet, dass durch den Kurzschluss die Polarität der Schaltung nicht gewechselt wird, sodass insbesondere der Energiespeicher vor Beschädigungen geschützt ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zwischenkreis zwei parallel geschaltete Zwischenkreiskondensatoren aufweist, wobei der Filter in der Versorgungsleitung zwischen den Zwischenkreiskondensatoren angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich eine vorteilhafte Auslegung der Schaltung.
  • Insbesondere ist vorgesehen, dass die Brückenschaltung als B6-Brücke ausgebildet ist. Die Brückenschaltung weist somit bevorzugt drei Halbbrücken mit jeweils zwei Halbleiterschaltern, insbesondere MOSFETs, auf.
  • Die erfindungsgemäße Elektromaschineneinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 zeichnet sich durch eine zwischen Elektromaschine und Energiespeicher geschaltete Vorrichtung aus, die der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht. Es ergeben sich hierbei die bereits genannten Vorteile.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Elektromaschineneinrichtung aus. Es ergeben sich die bereits genannten Vorteile.
  • Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige
  • Figur eine Elektromaschineneinrichtung eines Kraftfahrzeugs in einer vereinfachten Darstellung.
  • Die einzige Figur zeigt in einer vereinfachten Schaltungsdarstellung eine Elektromaschinenanordnung für ein hier nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug. Die Elektromaschinenanordnung weist eine Vorrichtung 1 zum Betreiben einer Elektromaschine 2 auf, die gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel drei elektrische Phasen U, V, W umfasst. Durch eine Schaltung 3 der Vorrichtung 1 ist die Elektromaschine 2 mit einem Energiespeicher 4 elektrisch wirkverbunden beziehungsweise wirkverbindbar.
  • Die Schaltung 3 weist eine Brückenschaltung 5 auf, die für jede Phase U, V, W der Elektromaschine 2 jeweils eine Halbbrücke 5_1, 5_2 und 5_3 aufweist. Jede der Halbbrücken 5_1, 5_2 und 5_3 weist jeweils zwei in Reihe geschaltete Halbleiterschalter 6 auf. Jedem Halbleiterschalter 6 ist dabei eine Freilaufdiode 7 zugeschaltet. Jede der Halbbrücken 5_1, 5_2 und 5_3 ist dabei mit einer der Phasen U, V, W zwischen den jeweiligen Halbleiterschaltern 6 verbunden. Jede Halbbrücke 5_1, 5_2 und 5_3 ist außerdem mit einer von dem Energiespeicher 4 kommenden Versorgungsleitung 8 und mit einer Massenleitung 9 verbunden.
  • Der Brückenschaltung 5 ist weiterhin ein Zwischenkreis 10 vorgeschaltet, welcher mindestens einen Zwischenkreiskondensator 12 aufweist, dem optional ein zweiter Zwischenkreiskondensator 11 parallel geschaltet ist, der außerdem parallel zu der Energiequelle 4 geschaltet ist, also zwischen Versorgungsleitung 8 und Massenleitung 9, liegt. Der Zwischenkreis 10 ist in der Versorgungsleitung 8 durch einen Hauptschalter 13 und einen optionalen Verpolschutz 14 mit dem Energiespeicher 4 verbunden. Zwischen dem Hauptschalter und der Zwischenkreiskondensator 12 ist außerdem in der Versorgungsleitung 8 ein Filter 15 in Form einer Induktivität angeordnet.
  • Die elektrische Versorgung der Elektromaschine 2 erfolgt somit über den Hauptschalter 13, den optionalen Verpolschutz 14, die nachgeschaltete Induktivität 15 auf den Zwischenkreiskondensator 12 und die Brückenschaltung 5. Bei einem Kurzschluss in einer der Halbbrücken 5_1, 5_2 und 5_3 beziehungsweise in einem der Halbleiterschalter 6 steigt der Strom aufgrund der niederohmigen Anbindung der Brückenschaltung 5 an den Zwischenkreis 10 sehr schnell an, wodurch ein Schalten der einzelnen Halbleiterschalter 6 beziehungsweise MOSFETs nur noch außerhalb ihres zulässigen Strombereichs möglich wäre. Durch den vorteilhaften Filter 15 wird gewährleistet, dass der Stromanstieg über die Zuleitung und den Hauptschalter 13 mit einem reduzierten Stromgradienten erfolgt, wodurch ein Schalten des Hauptschalters 13 noch im zulässigen Strombereich des Hauptschalters 13 möglich ist. Dadurch ist gewährleistet, dass die verbleibenden Halbleiterschalter 6 der Brückenschaltung 5 durch den Kurzschluss nicht beschädigt und die nicht vom Kurzschluss betroffenen Halbbrücken weiter betrieben werden können. Dabei wird die Halbbrücke mit dem Kurzschluss nicht mehr zum Betreiben der Elektromaschine verwendet. Dadurch kann ein zweiphasiger Betrieb aufrechterhalten werden.

Claims (7)

  1. Vorrichtung (1) zum Betreiben einer Elektromaschine (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einer Schaltung, die die Elektromaschine (2) mit einem Energiespeicher (4) verbindet, wobei die Schaltung (3) einen Hauptschalter (13) und eine Brückenschaltung (5) für die Elektromaschine (2) aufweist, und wobei zwischen der Brückenschaltung (5) und dem Hauptschalter (13) ein Zwischenkreis (10) mit wenigstens einem parallel zur Energiequelle (4) geschalteten Zwischenkreiskondensator (12) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Versorgungsleitung (8) der Schaltung (3) zwischen dem Hauptschalter (13) und dem Zwischenkreis (10) ein Filter (15) zwischengeschaltet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (15) eine Induktivität aufweist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Hauptschalter (13) und Filter (15) ein Verpolschutz (14) zwischengeschaltet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreis (10) zwei parallel geschaltete Zwischenkreiskondensatoren (11, 12) aufweist, wobei der Filter (15) zwischen den Zwischenkreiskondensatoren in der Versorgungsleitung (8) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung (5) als B6-Brücke mit drei jeweils zwei Halbleiterschalter (6) aufweisenden Halbbrücken (5_1, 5_2, 5_3) ausgebildet ist.
  6. Elektromaschineneinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Elektromaschine (2) und einem Energiespeicher (4), gekennzeichnet durch eine zwischen der Elektromaschine (2) und dem Energiespeicher (4) geschaltete Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Kraftfahrzeug mit einer Elektromaschineneinrichtung nach Anspruch 6.
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