DE102016213170A1

DE102016213170A1 - Wechselrichter mit Überstromerkennung

Info

Publication number: DE102016213170A1
Application number: DE102016213170.2A
Authority: DE
Inventors: Christoph Neeb; Stephan Werker; Philipp Karutz
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2016-07-19
Publication date: 2018-01-25
Also published as: KR20180009691A; KR101892974B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter, umfassend eine Leistungsendstufe, die mehrere Halbbrückenschaltungen mit Halbleiterschaltern umfasst, und eine erste Messeinheit, die eingerichtet ist, die Gesamteingangsspannung des Wechselrichters und die Gesamteingangsstromstärke des Wechselrichters zu messen und die Gesamteingangsleistung des Wechselrichters basierend auf der Gesamteingangsspannung und der Gesamteingangsstromstärke zu berechnen. Der Wechselrichter umfasst weiterhin eine zweite Messeinheit, die eingerichtet ist, jeweilige Brückenströme in den Halbbrückenschaltungen zu messen. Zusätzlich umfasst der Wechselrichter eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, einen Überstromfehler des Wechselrichters zu erkennen, wenn die Gesamteingangsleistung einen Schwellwert übersteigt, wobei der Schwellwert basierend auf den Brückenströmen bestimmt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselrichter für einen elektrischen Kompressor, der zum Beispiel in einer Klimaanlage eines Fahrzeugs verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
1 zeigt einen elektrischen Kompressor gemäß dem Stand der Technik. Der elektrische Kompressor umfasst eine Leistungsendstufe, eine Wechselrichter-Steuereinheit und einen Motor. Die Leistungsendstufe umfasst eine Brückenschaltung (sogenannte B6-Brücke) von Leistungshalbleitern (zum Beispiel IGBTs oder Leistung-MOSFETs) und einen Zwischenkreiskondensator C. Die Leistungsendstufe wandelt eine von einer Hochspannungsbatterie bereitgestellte Gleichspannung (HV+, HV–) in eine Wechselspannung für den Motor um. Die Wechselrichter-Steuereinheit empfängt einen Geschwindigkeit-Sollwert von einer Fahrzeug-Steuereinheit und sendet entsprechende Schaltsignale an die Leistungsendstufe. Um die Leistungsendstufe korrekt zu regeln, empfängt die Wechselrichter-Steuereinheit verschiedene Messsignale (Strom- und Spannungswerte) von der Leistungsendstufe.
Weiterhin meldet die Wechselrichter-Steuereinheit die Leistungsaufnahme der Leistungsendstufe an die Fahrzeug-Steuereinheit basierend auf den Messsignalen.
Die Wechselrichter-Steuereinheit hat auch die Aufgabe, den Wechselrichter vor Überströmen zu schützen, die durch einen Kurzschluss oder eine Überlast verursachten. Hierzu sind in den Wechselrichter Strom- und Spannungssensoren an unterschiedlichen Stellen angeordnet.
Aus diesem Grund misst die Wechselrichter-Steuereinheit zum Beispiel die Gesamteingangsspannung über dem Zwischenkreiskondensator C und die Gesamteingangsstromstärke und berechnet daraus die Gesamteingangsleistung des Wechselrichters.
Weiterhin kann die Wechselrichter-Steuereinheit die einzelnen Phasenströme, die von der Leistungsendstufe an den Motor abgegeben werden, durch Hall-Sensoren messen. Solche Hall-Sensoren sind jedoch für hohe Spannungen (450 V oder mehr) zur Anwendung in Fahrzeugen nicht verfügbar. Die Verwendung von Hall-Sensoren weist auch den Nachteil auf, dass die Strommessung durch die parazitären Kapazitäten langsam ist und Überströme nicht schnell genug erkannt werden. Zusätzlich erlaubt die Verwendung von Hall-Sensoren zwischen der Leistungsendstufe und dem Motor keine Erfassung von Halbbrücken-Kurzschlüssen (zum Beispiel von HV+ zu HV– über die Leistung Halbleiter 1 und 2).
Die einzelnen Phasenströme können auch indirekt gemessen werden (siehe zum Beispiel US2002/117992 A1 , US 2004/125622 A1 , US 6049474 A , US 2003/173946 A1 , US 5969958 A , US 2010/128505 A1 ). Diese Verfahren weisen jedoch den Nachteil auf, dass die Änderung der Ströme und deren Amplitude bei niedriger Motorgeschwindigkeit zu klein werden, wodurch die Regelung gestört wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Überströme (insbesondere Brückenkurzschlüsse) in einem Wechselrichter zuverlässig zu erfassen.
Diese Aufgabe wird durch den im Patentanspruch 1 definierten Wechselrichter für einen elektrischen Kompressor gelöst.
Der Wechselrichter umfasst eine Leistungsendstufe, die mehrere Halbbrückenschaltungen mit Halbleiterschaltern umfasst, und eine erste Messeinheit, die eingerichtet ist, die Gesamteingangsspannung des Wechselrichters und die Gesamteingangsstromstärke des Wechselrichters zu messen und die Gesamteingangsleistung des Wechselrichters basierend auf der Gesamteingangsspannung und der Gesamteingangsstromstärke zu berechnen. Der Wechselrichter umfasst weiterhin eine zweite Messeinheit, die eingerichtet ist, jeweilige Brückenströme in den Halbbrückenschaltungen zu messen. Zusätzlich umfasst der Wechselrichter eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, einen Überstromfehler des Wechselrichters zu erkennen, wenn die Gesamteingangsleistung einen Schwellwert übersteigt, wobei der Schwellwert basierend auf den Brückenströmen bestimmt wird.
Folglich wird der Schwellwert nicht von vornherein festgelegt sondern an die gemessenen Brückenströme angepasst. Dadurch kann ein Überstromfehler schnell erkannt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit eingerichtet, die Leistungsendstufe mittels einer PWM-Steuerung zu steuern und den Schwellwert basierend auf einer Vielzahl von Phasenströmen, die in einer vorbestimmen Anzahl von PWM-Takten gemessen worden sind, zu bestimmen.
Dementsprechend werden die Phasenströme in einem bestimmten Zeitraum betrachtet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schwellwert basierend auf einem Effektivwert der gleitenden Mittelwerte der Vielzahl von Phasenströmen berechnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schwellwert weiterhin basierend auf der Gesamteingangsspannung berechnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schwellwert P_{in_limit} berechnet wird durch die Formel:
wobei

t den aktuellen PWM-Takt bezeichnet,
N die Anzahl von Halbbrücken ist,
k ein Umrechnungsfaktor von Phasenströmen auf Brückenströme ist,
n die vorbestimme Anzahl von PWM-Takten ist,
der Brückenstrom in der Halbbrücke ph_x ist,
c ein erlaubter Stromoffset ist und
V_in die Gesamteingangsspannung ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Messeinheit eingerichtet, die Phasenströme mittels eines Shunt-Widerstands auf der Niederspannungsseite der Halbbrückenschaltungen zu messen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit eingerichtet, ein Überstrom-Fehlersignal auszugeben, um alle Halbleiterschalter in der Leistungsendstufe zu öffnen, wenn ein Überstromfehler erkannt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit eingerichtet, einen Überstromfehler zu erkennen, wenn sich der Wechselrichter in einem geregelten Zustand befindet.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters für einen elektrischen Kompressor, der eine Leistungsendstufe umfasst, die mehrere Halbbrückenschaltungen mit Halbleiterschaltern umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte zum Messen der Gesamteingangsspannung des Wechselrichters und der Gesamteingangsstromstärke des Wechselrichters und zum Berechnen der Gesamteingangsleistung des Wechselrichters basierend auf der Gesamteingangsspannung und der Gesamteingangsstromstärke. Das Verfahren umfasst weiterhin die Schritte zum Messen jeweiliger Brückenströme in den Halbbrückenschaltungen und Erkennen eines Überstromfehlers des Wechselrichters, wenn die Gesamteingangsleistung einen Schwellwert übersteigt, wobei der Schwellwert basierend auf den Brückenströmen bestimmt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogrammprodukt, das computerlesbaren Code speichert, der einen Computer veranlasst, das Verfahren auszuführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Beispiel eines prinzipiellen Aufbaus eines Wechselrichters für einen elektrischen Kompressor gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt einen Wechselrichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt einen Wechselrichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Shunt-Widerstand verwendet wird.
4 zeigt Simulationsergebnisse der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik.
5 zeigt schematisch eine Überstrom-Fehlerbestimmung gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Dabei sind in den verschiedenen Zeichnungen gleiche oder entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.
Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die im Folgenden detailliert beschreiben werden, werden ausführlich mit Bezug auf Wechselrichter für einen elektrischen Kompressor beschrieben, der in einem Kältemittelverdichter eines Fahrzeugs verwendet wird. Jedoch wird angemerkt, dass die folgenden Beschreibung nur Beispiele enthält und nicht als die Erfindung einschränkend angesehen werden sollte.
2 zeigt einen Wechselrichter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Wechselrichter umfasst eine Leistungsendstufe 10, die mehrere Halbbrückenschaltungen mit Halbleiterschaltern 1, 2, 3, 4, 5, 6 umfasst. Jeweils zwei Halbleiterschalter bilden eine Halbbrücke (zum Beispiel Halbleiterschalter 1 und 2). Die Halbleiterschalter können zum Beispiel aus IGBTs Leistung-MOSFETs ausgebildet werden. Die einzelnen Halbbrücken geben jeweils einen Phasenstrom für einen Elektromotor aus, der Teil eines elektrischen Kompressors ist.
2 zeigt beispielhafter Weise eine sogenannte B6-Brücke, die einen Dreiphasen-Wechselstrom an den Motor ausgibt. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf drei Phasen beschränkt. Es kann eine beliebige Anzahl von Phasen bzw. Halbbrücken verwendet werden.
Die Leistungsendstufe 10 kann weiterhin einen Zwischenkreiskondensator C umfassen.
Die Leistungsendstufe 10 wird von einer Hochspannungsbatterie (HV+ und HV–) mit Spannung versorgt.
Der Wechselrichter umfasst weiterhin eine erste Messeinheit 20, die eingerichtet ist, die Gesamteingangsspannung V_in des Wechselrichters und die Gesamteingangsstromstärke I_in des Wechselrichters zu messen und die Gesamteingangsleistung P_in des Wechselrichters basierend auf der Gesamteingangsspannung und der Gesamteingangsstromstärke zu berechnen (P_in = V_in × I_in).
2 zeigt eine Ausführungsform der ersten Messeinheit 20, die die Gesamteingangsspannung V_in über dem Zwischenkreiskondensator C misst. Die Gesamteingangsspannung V_in kann jedoch auch an anderen Punkten des Wechselrichters gemessen werden.
Weiterhin wird in dieser Ausführungsform die Gesamteingangsstromstärke I_in auf der Niederspannungsseite HV– gemessen. Gegenüber einer Messung auf der Hochspannungsseite HV+ hat dies den Vorteil, dass auf der Niederspannungsseite keine isolierte Strommessung nötig ist.
Weiterhin umfasst der Wechselrichter eine zweite Messeinheit 30, die eingerichtet ist, jeweilige Brückenströme in den Halbbrückenschaltungen zu messen. Die Brückenströme werden bevorzugter Weise synchron gemessen. Der Brückenstrom in der durch die Halbleiterschalter 1 und 2 gebildeten Halbbrücke wird im Folgenden als I_ph1 bezeichnet. Der Brückenstrom in der durch die Halbleiterschalter 3 und 4 gebildeten Halbbrücke wird im Folgenden als I_ph2 bezeichnet. Der Brückenstrom in der durch die Halbleiterschalter 5 und 6 gebildeten Halbbrücke wird im Folgenden als I_ph3 bezeichnet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Messeinheit 30 eingerichtet, die Brückenströme mittels eines Shunt-Widerstands auf der Niederspannungsseite der Halbbrückenschaltungen zu messen. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Brückenstrom I_ph1 mittels eines Shuntwiderstands 31 gemessen wird. Der Spannungsabfall über dem Shuntwiderstand 31 wird durch einen Verstärker 32 verstärkt und an die Steuereinheit 40 ausgegeben. Auf die gleiche Weise können die Brückenströme I_ph2 und I_ph3 in den anderen Halbbrücken gemessen werden.
Die Messung der Brückenströme auf der Niederspannungsseite hat den Vorteil, dass keine isolierte Strommessung nötig ist.
2 zeigt den Fall, dass die Brückenströme in allen Halbbrücken gemessen werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Fall beschränkt und die Brückenströme können auch nur in einem Teil der Halbbrücken gemessen werden.
Der Wechselrichter umfasst weiterhin eine Steuereinheit 40, die eingerichtet ist, einen Überstromfehler des Wechselrichters zu erkennen, wenn die Gesamteingangsleistung P_in einen Schwellwert P_{in_limit} übersteigt, wobei der Schwellwert basierend auf den Brückenströmen I_ph1, I_ph2, I_ph3 bestimmt wird.
Folglich ist der Schwellwert nicht fest eingestellt, sondern wird an die gemessenen Brückenströme angepasst. Dadurch ist es möglich, Überströme schnell zu erkennen.
Die Steuereinheit 40 empfängt die Messsignale von der ersten Messeinheit 20 und der zweiten Messeinheit 30. Weiterhin sendet die Steuereinheit 40 Steuersignale an die Leistungsendstufe 10, um die Halbleiterschalter 1, 2, 3, 4, 5, 6 derart zu schalten, dass die Leistungsendstufe 10 einen Wechselstrom an den Motor ausgibt. Zusätzlich kommuniziert die Steuereinheit 40 mit einer nicht gezeigten Fahrzeug-Steuereinheit (vergleiche 1).
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsformen ist die Steuereinheit 40 eingerichtet, die Leistungsendstufe 10 mittels einer PWM-Steuerung zu steuern und den Schwellwert basierend auf einer Vielzahl von Brückenströmen, die in einer vorbestimmen Anzahl von PWM-Takten gemessen worden sind, zu bestimmen.
Folglich wird bei der Berechnung des Schwellwerts eine Vielzahl von in der Vergangenheit gemessenen Brückenströmen berücksichtigt. Dadurch ist es möglich, zu schnelle Abweichungen der Gesamteingangsleistung P_in zu erkennen und somit Überströme schnell zu detektieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schwellwert basierend auf einem Effektivwert der gleitenden Mittelwerte der Vielzahl von Brückenströmen berechnet. Ein Beispiel eines gleitenden Mittelwerts ist
wobei
der Brückenstrom in der Halbbrücke ph_x im PWM-Takt i ist, t den aktuellen PWM-Takt bezeichnet und n die vorbestimme Anzahl von PWM-Takten ist. Die Anzahl von PWM-Takten kann zum Beispiel n = 250 sein.
Der Effektivwert kann verwendet werden, um ein zu starkes Abweichen der Gesamteingangsleistung P_in von der in der Vergangenheit aufgenommenen Gesamteingangsleistung zu bestimmen. Hierdurch kann das Auftreten eines Überstroms schnell erkannt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schwellwert weiterhin basierend auf der Gesamteingangsspannung V_in berechnet.
Insbesondere kann der Effektivwert der Brückenströme mit der Gesamteingangsspannung V_in multipliziert werden. Dies ist vorteilhaft, da somit auch Variationen der Batteriespannung (zum Beispiel bei einer Rekuperation bei Bergabfahrten) erfasst werden können. Hierdurch kann eine fehlerhafte Erfassung eines Überstroms verhindert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schwellwert P_{in_limit} berechnet wird durch die Formel:
wobei

t den aktuellen PWM-Takt bezeichnet,
N die Anzahl von Halbbrücken ist,
k ein Umrechnungsfaktor von Brückenströmen auf Phasenströme ist,
n die vorbestimme Anzahl von PWM-Takten ist,
der Brückenstrom in der Halbbrücke ph_x ist,
c ein erlaubter Stromoffset ist und
V_in die Gesamteingangsspannung ist.

Im Beispiel der 2 ist N = 3. Die Anzahl von PWM-Takten Umrechnungsfaktors ist k = √ 2 . kann zum Beispiel n = 250 sein. Ein Beispiel des
Der erlaubte Stromoffset c stellt einen Wert dar, um den der gleitende Mittelwert der Phasenströmen sich verändern darf, ohne dass ein Überstrom erfasst wird. Der erlaubte Stromoffset c berücksichtigt auch die Leistungsaufnahme der weiteren Bauteile (z.B. µC) auf der Platine, auf der unter anderem die Meßeinheiten 20, 30 und die Steuereinheit 40 angeordnet sind. Der erlaubte Stromoffset c kann temperaturabhängig sein. Der erlaubte Stromoffset c ist festeingestellt.
Weiterhin wird mit der Gesamteingangsspannung V_in multipliziert. Über diese muss nicht gemittelt werden, da sich die Gesamteingangsspannung verglichen mit den Strömen langsam ändert. Beispielsweise ändert sich die Spannung in einer Größenordnung von 100ms und die Stromstärken in einer Größenordnung von µs bzw. ns. Durch diese Erkenntnis kann die Berechnung des Schwellwerts vereinfacht werden, da eine Mittelung über die Gesamteingangsspannung vermieden werden kann.
Die Steuereinheit 40 ist eingerichtet, ein Überstrom-Fehlersignal auszugeben, um alle Halbleiterschalter 1, 2, 3, 4, 5, 6 zu öffnen, wenn ein Überstromfehler erkannt wird. Hierdurch wird das Auftreten eines Brückenkurzschlusses verhindert.
4 zeigt Simulationsergebnisse, die durch Verwendung der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Formel zur Berechnung von P_{in_limit} erhalten wurden. Die linke Grafik in 4 zeigt eine Simulation ohne die erfindungsgemäße Berechnung von P_{in_limit}. Die rechte Grafik in 4 zeigt eine Simulation mit der erfindungsgemäßen Berechnung von P_{in_limit}.
Der obere Teil der beiden Grafiken stellt die Temperatur (°C) der Halbleiterschalter dar. Der untere Teil der beiden Grafiken stellt die drei Phasenströmen (A) dar. Die x-Achse stellt die Zeit in Sekunden dar.
4 zeigt ein Fall, bei dem kurz nach dem Zeitpunkt 0,45s eine plötzliche Erhöhung der Last des Motors um einen Faktor 2,4 auftritt. Die linke Grafik zeigt, dass dadurch die Temperatur der Halbleiterschalter innerhalb weniger Millisekunden auf über 240 °C steigt, da eine Überschreitung eines Schwellwerts von 40A im negativen Bereich nicht erkannt wird. Die Überschreitung dieses Schwellwerts wird erst erkannt, wenn ein Brückenstrom den Schwellwert von 40A im positiven Bereich überschreitet. Dies führt zu einer Zerstörung der Halbleiterschalter, die üblicherweise maximal auf 175 °C erwärmt werden können.
Andererseits erkennt die vorliegende Erfindung, die in der rechten Grafik gezeigt, den Überstrom sehr schnell (bereits zum Zeitpunkt 0,452s). Insbesondere wird ein Überstrom bereits erkannt, bevor ein Brückenstrom den Schwellwert von 40A im positiven Bereich überschreitet. Folglich kann ein Temperaturanstieg der Halbleiterschalter und somit deren Zerstörung verhindert werden.
Folglich kann durch die vorliegende Erfindung eine Schwellwertüberwachung von negativen Brückenströmen vermieden werden. Eine solche Überwachung benötigt zusätzliche Komponenten (z.B. Shunt-Widerstände und Komparatoren mit negativen Referenzspannungen) und Platinenplatz. Somit kann die vorliegende Erfindung die Verwendung von zusätzlichen Komponenten zur Überstromerkennung auf der Wechselrichter-Platine vermeiden.
5 zeigt schematisch eine Überstrom-Fehlerbestimmung, die von der Steuereinheit 40 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. Dabei werden die gemessene Gesamteingangsleistung P_in, die gemessene Gesamteingangsstromstärke I_in und die gemessenen Brückenströme I_ph1, I_ph2, I_ph3 verwendet. Die von der ersten Messeinheit 20 gemessene Gesamteingangsstromstärke I_in wird mit einem Gesamteingangsstromstärke-Schwellwert max_I_in mittels eines Komparators verglichen. Der Komparator eine logische 1 aus, wenn der Wert am „+“ Eingang größer als der Wert am “–„ Eingang ist.
Zusätzlich wird der maximale Brückenstrom mit einem Brückenstrom-Schwellwert max_I_ph mittels eines weiteren Komparators verglichen.
Der Gesamteingangsstromstärke-Schwellwert max_I_in und der Brückenstrom-Schwellwert max_I_ph sind vorbestimmte Werte, die für eine konkrete Kombination aus Wechselrichter und Motor durch Simulation/Experiment festgelegt werden.
Die Gesamteingangsleistung P_in wird mit dem erfindungsgemäß berechneten Schwellwert mittels eines zusätzlichen Komparators verglichen. Dieses Vergleichsergebnis wird um eine vorbestimmte Anzahl von PWM-Takten verzögert (beispielsweise ein PWM-Takt).
Die gezeigten Anschlüsse der Komparatoren sind nur Beispiele und können auch vertauscht sein. Die Ausgaben der drei Komparatoren werden von einer Logikschaltung kombiniert, sodass, wenn einer der Schwellwerte überschritten wird, die Logikschaltung ein Fehlersignal ausgibt. Die Logikschaltung kann ein NOR-Glied (oder XOR-Glied) sein.
Das Ergebnis dieser Kombination wird an eine Aufstart-Blindschaltung ausgegeben. Die Aufstart-Blindschaltung ist eingerichtet, einen durch die Ausgabe des NOR-Glieds angezeigten Überstromfehler während des Aufstarts des Wechselrichters (zum Beispiel die ersten 10.000 PWM-Takte) nicht weiterzuleiten. Hierdurch kann eine fehlerhafte Überstrombestimmung während des Aufstartens verhindert werden. Folglich ist die Steuereinheit 40 in dieser Ausführungsform eingerichtet ist, einen Überstromfehler zu erkennen, wenn sich der Wechselrichter in einem geregelten Zustand befindet.
Das Halteglied gibt einen erfassten Überstromfehler so lange aus, bis ein Resetsignal empfangen wird. Das Resetsignal wird von einem in der Steuereinheit 40 enthaltenen Mikrocontroller ausgegeben.
6 zeigt ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters für einen elektrischen Kompressor, der eine Leistungsendstufe umfasst, die mehrere Halbbrückenschaltungen mit Halbleiterschaltern umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte zum Messen S1 der Gesamteingangsspannung des Wechselrichters und der Gesamteingangsstromstärke des Wechselrichters und zum Berechnen S2 der Gesamteingangsleistung des Wechselrichters basierend auf der Gesamteingangsspannung und der Gesamteingangsstromstärke. Das Verfahren umfasst weiterhin die Schritte zum Messen S3 jeweiliger Brückenströme in den Halbbrückenschaltungen und Erkennen S4 eines Überstromfehlers des Wechselrichters, wenn die Gesamteingangsleistung einen Schwellwert übersteigt, wobei der Schwellwert basierend auf den Brückenströmen bestimmt wird.
Die oben beschriebenen Messeinheiten und Steuereinheiten können einen Bus, eine Verarbeitungseinheit, einen Speicher, ROM, und eine Kommunikationsschnittstelle umfassen. Der Bus kann eine Kommunikation zwischen den Komponenten ermöglichen. Die Verarbeitungseinheit kann einen Prozessor, einen Mikroprozessor oder eine Verarbeitungslogik umfassen, die Befehle interpretieren und ausführen können. Der Speicher kann einen RAM oder einen anderen Typ einer dynamischen Speichervorrichtung umfassen, die Informationen und Softwarebefehle zur Ausführung durch die Verarbeitungseinheit speichern kann.
Die Messeinheiten und Steuereinheiten können die vorangehenden beschriebenen Operationen und Verarbeitungen ausführen. Die Messeinheit und Steuereinheiten führen diese Operationen mittels der Verarbeitungseinheit aus, die Softwarebefehle ausführt, die in einem computerlesbaren Medium enthalten. Ein computerlesbares Medium kann als physikalische oder logische Speichervorrichtung definiert werden. Eine logische Speichervorrichtung kann einen Speicherbereich innerhalb eines einzelnen physikalischen Speichers sein oder über mehrere physikalische Speichervorrichtungen verteilt sein.
Die in dem Speicher enthaltenen Befehle können die Verarbeitungseinheit veranlassen, wenn auf einem Prozessor ausgeführt, dass der Prozessor die vorangehenden beschriebenen Operationen oder Verarbeitungen ausführt. Alternativ kann eine festverdrahtete Schaltung anstelle von oder in Kombination mit Softwarebefehlen verwendet werden, um die vorangehend beschriebenen Prozesse und/oder Verarbeitungen auszuführen. Folglich ist die vorangehende Implementation nicht auf eine spezifische Kombination von Hardware und Software beschränkt.
Wenn die Begriffe Messeinheit und Steuereinheit verwendet werden, wird dadurch keine Beschränkung dahingehend gemacht, wie diese Einheiten verteilt oder zusammengefasst sind. Das heißt, die Einheiten können in verschiedenen Software- und Hardwarekomponenten oder anderen Elementen verteilt sein, um die beschriebene Funktion zu implementieren. Eine Vielzahl von unterschiedlichen Elementen kann auch zusammengefasst werden, um die beschriebenen Funktionalitäten zu implementieren.
Die Elemente der Messeinheiten und Steuereinheiten können in Hardware, Software, Field Programmable Gate Array (FPGA), anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), Firmware oder dergleichen implementiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2002/117992 A1 [0007]
US 2004/125622 A1 [0007]
US 6049474 A [0007]
US 2003/173946 A1 [0007]
US 5969958 A [0007]
US 2010/128505 A1 [0007]

Claims

Wechselrichter für einen elektrischen Kompressor, wobei der Wechselrichter umfasst: eine Leistungsendstufe (10), die mehrere Halbbrückenschaltungen mit Halbleiterschaltern umfasst; eine erste Messeinheit (20), die eingerichtet ist, die Gesamteingangsspannung des Wechselrichters und die Gesamteingangsstromstärke des Wechselrichters zu messen und die Gesamteingangsleistung des Wechselrichters basierend auf der Gesamteingangsspannung und der Gesamteingangsstromstärke zu berechnen; eine zweite Messeinheit (30), die eingerichtet ist, jeweilige Brückenströme in den Halbbrückenschaltungen zu messen; und eine Steuereinheit (40), die eingerichtet ist, einen Überstromfehler des Wechselrichters zu erkennen, wenn die Gesamteingangsleistung einen Schwellwert übersteigt, wobei der Schwellwert basierend auf den Brückenströmen bestimmt wird.
Wechselrichter nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (40) eingerichtet ist, die Leistungsendstufe (10) mittels einer PWM-Steuerung zu steuern und den Schwellwert basierend auf einer Vielzahl von Brückenströmen, die in einer vorbestimmen Anzahl von PWM-Takten gemessen worden sind, zu bestimmen.
Wechselrichter nach Anspruch 2, wobei der Schwellwert basierend auf einem Effektivwert der gleitenden Mittelwerte der Vielzahl von Brückenströmen berechnet wird.
Wechselrichter nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schwellwert weiterhin basierend auf der Gesamteingangsspannung berechnet wird.
Wechselrichter nach Anspruch 4, wobei der Schwellwert P_{in_limit} berechnet wird durch die Formel:
wobei t den aktuellen PWM-Takt bezeichnet, N die Anzahl von Halbbrücken ist, k ein Umrechnungsfaktor von Phasenströmen auf Brückenströme ist, n die vorbestimme Anzahl von PWM-Takten ist,
der Brückenstrom in der Halbbrücke ph_x ist, c ein erlaubter Stromoffset ist und V_in die Gesamteingangsspannung ist.
Wechselrichter nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite Messeinheit (30) eingerichtet ist, die Phasenströme mittels eines Shunt-Widerstands auf der Niederspannungsseite der Halbbrückenschaltungen zu messen.
Wechselrichter nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit (40) eingerichtet ist, ein Überstrom-Fehlersignal auszugeben, um alle Halbleiterschalter in der Leistungsendstufe zu öffnen, wenn ein Überstromfehler erkannt wird.
Wechselrichter nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit (40) eingerichtet ist, einen Überstromfehler zu erkennen, wenn sich der Wechselrichter in einem geregelten Zustand befindet.
Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters für einen elektrischen Kompressor, der eine Leistungsendstufe umfasst, die mehrere Halbbrückenschaltungen mit Halbleiterschaltern umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Messen (S1) der Gesamteingangsspannung des Wechselrichters und der Gesamteingangsstromstärke des Wechselrichters; Berechnen (S2) der Gesamteingangsleistung des Wechselrichters basierend auf der Gesamteingangsspannung und der Gesamteingangsstromstärke; Messen (S3) jeweiliger Brückenströme in den Halbbrückenschaltungen; Erkennen (S4) eines Überstromfehlers des Wechselrichters, wenn die Gesamteingangsleistung einen Schwellwert übersteigt, wobei der Schwellwert basierend auf den Brückenströmen bestimmt wird.
Computerprogrammprodukt, das computerlesbaren Code speichert, der einen Computer veranlasst, das Verfahren auszuführen.