DE102016217874A1

DE102016217874A1 - Verfahren zur Strommessung an einem Wechselrichter, Strommessvorrichtung und Wechselrichtereinheit damit

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Publication number: DE102016217874A1
Application number: DE102016217874.1A
Authority: DE
Inventors: Christoph Sudan; Erick Maximiliano Haas Rugel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-09-19
Filing date: 2016-09-19
Publication date: 2018-03-22

Abstract

Die vorliegende Anmeldung offenbart ein Verfahren zur Strommessung an einem Wechselrichter für einen elektrischen Fahrantrieb eines Fahrzeugs, wobei der Wechselrichter eine Brückenschaltung (21) mit mehreren Schalterpaaren (A, B, C) von jeweils zwei Halbleiterschaltelementen (37), die jeweils zwischen Polen (24, 25) eines Gleichspannungsbusses (23) in Reihe geschaltet sind, aufweist, wobei ein Strom über wenigstens einem Shunt (27) abgetastet wird, der zwischen einem Hauptstromanschluss wenigstens eines der Halbleiterschaltelemente (37) und einem ausgewählten Pol (25) von den zwei Polen (24, 25) des Gleichspannungsbusses (23) angeschlossen ist. Ferner werden eine entsprechend ausgebildete Strommessvorrichtung (29) und eine damit ausgestattete Wechselrichtereinheit beschrieben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Strommessung an einem Wechselrichter, eine Strommessvorrichtung und eine Wechselrichtereinheit damit.
STAND DER TECHNIK
Zur Ansteuerung von elektrischen Maschinen werden 3-phasige Wechselrichter (Inverter) eingesetzt. Für die Regelung (etwa des Drehmoments) müssen die Phasenströme erfasst werden (z. B. mittels Hall-Effekt-Sensoren).
In der Technik sind Antriebs-Wechselrichter für Elektromaschinen mit einem Zwischenkreiskondensator auf der DC-Seite und AC-seitiger Strommessung bekannt. In 1A ist ein Schaltbild einer solchen Anordnung gezeigt. Ein Wechselrichter 1 zur Ansteuerung eines 3-Phasen-Wechselstrommotors 2 wird über einen primärseitigen DC-Bus 3 mit einem ersten (beispielsweise positiven) Pol 4 und einem zweiten (beispielsweise negativen) Pol 5 mit Gleichstrom einer Spannung V_BUS versorgt. Zwischen den Polen 4, 5 ist ein Zwischenkreiskondensator 6 angeschlossen. Der Wechselrichter weist eine sogenannte B6-Brückenschaltung 1 mit sechs Halbleiterschaltelementen 7 in drei Schalterpaaren A, B, C und sechs Sperrdioden 8 auf. Die Halbleiterschaltelement 7 können beispielsweise Thyristoren, IGBTs oder dergleichen sein. Dabei sind jeweils zwei der Halbleiterschaltelemente 7 in Reihe zwischen den Primärseiten 4, 5 angeschlossen, wobei der Verbindungspunkt der zwei Halbleiterschaltelemente 7 eines Paares A, B, C eine der drei sekundärseitigen Phasen u, v, w definiert. Der Motor 2 ist mit den Phasen u, v, w der Sekundärseite verbunden. Eine Strommessvorrichtung 9 ist zwischen der Brückenschaltung 1 und dem Motor 2 angeordnet und weist Stromsensoren (nicht näher dargestellt) zur Erfassung eines Stroms in den drei Phasen u, v, w auf.
In 1B ist eine konstruktive Umsetzung der Anordnung von 1A in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben skizziert. Zur Montage kommt folgende Anordnungsweise zum Einsatz:

– Shunt in Phase-Leg;
– Mess-PCB auf Leg;
– Leg an Modul;
– Modul in Inverter;
– Treiber- mit Mess-PCB.

Alternativ ist folgende Montageart denkbar:

– Shunt in Phase-Leg;
– Leg an Modul;
– Modul in Inverter;
– Mess-PCB auf Leg;
– Treiber- mit Mess-PCB;
– KALIBRIERUNG.

1C zeigt ein Schaltbild einer Phase der Brückenschaltung 1 des Wechselrichters mit einem Teil der Strommessvorrichtung 9 für diese Phase. Wie in 1C gezeigt, werden die Halbleiterschaltelemente 7 jeweils durch eine Gate-Ansteuerungsschaltung 10 (Gate Drive Circuit) angesteuert, die jeweils durch eine schwebende Stromversorgung 11 Floating Power Supply) bzw. eine Stromversorgung 12 (Power Supply) versorgt werden. Die Strommessvorrichtung 9 weist einen Shunt (Strommesswiderstand) R_SHUNT und eine Abtastschaltung 14 auf. Die Abtastschaltung 14 weist einen integrierten Schaltkreis bzw. Stromsensorschaltkreis 15, eine Sensorbeschaltung 16, einen Shunt-Kontaktierungsanschluss 17 und einen NV-Ausgangsanschluss 18 auf. Der Stromsensorschaltkreis 15 ist als ein Analog-Digital-Wandler ausgebildet. Bei dieser Anordnung soll eine Phasenstrommessung mittels Delta-Sigma-Modulation beispielsweise durch eine isolierte Messung, da sich die Clock-Leitung und die 1bit-Datenleitung gegenüber anderen Bussystemen einfach (und damit kostengünstig) galvanisch trennen lassen.
Die Strommessung einer solchen Phasenstrommessung erfordert eine galvanische Trennung, da die Potentiale der AC-Phasen u, v, w mit der Schaltfrequenz zwischen HV+ und HV– springen. Dadurch sind die Bandbreite und die Genauigkeit der Messung begrenzt. Für die Messung der drei Phasenströme sind drei, mindestens aber zwei Stromsensoren erforderlich.
Da die Phasenspannung durch den Betrieb der B6-Brücke ständig von DC+ auf DC– springt ist hier eine Entkopplung erforderlich. Bei Spannungen von bis zu etwa 20 V können z. B. Instrumentierverstärker eingesetzt werden (keine galvanische Trennung). Bei Spannungen von Traktionsinvertern von einigen 100 V wird in der Regel eine galvanische Trennung bevorzugt.
Für kleine Potentialsprünge ist vorgeschlagen worden, einen Strom am Fußpunkt (Emitterseite) der B6-Brücke zu messen. Bei Traktionsinvertern mit höheren Potentialsprüngen ist dies bislang nicht in Betracht gezogen worden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, ein Verfahren zur Strommessung an einem Wechselrichter für einen elektrischen Fahrantrieb eines Fahrzeugs, eine Strommessvorrichtung und eine Wechselrichtereinheit damit zu finden, welche einen insgesamt einfacheren, dichteren und kostengünstigeren Aufbau sowie eine Verbesserung der Bandbreite und Messgenauigkeit ermöglichen. Eine spezielle Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Strommessung an einem Wechselrichter für einen elektrischen Fahrantrieb eines Fahrzeugs, eine Strommessvorrichtung und eine Wechselrichtereinheit damit zu finden, welche nur einen Stromsensor erfordern. Eine weiterführende Aufgabe der Erfindung besteht darin, Das Verfahren, die Strommessvorrichtung und die Wechselrichtereinheit an die Verwendung anzupassen.
Die Aufgabe wird wenigstens in Teilaspekten mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Im Sinne der Erfindung ist ein Wechselrichter ein Umrichter, der einen Gleichstrom in einen Wechselstrom um richtet. Als Halbleiterschaltelement der Brückenschaltung kommen beispielsweise, aber nicht nur, ein Thyristor, Bipolartransistor, IGBT, FET oder dergleichen, oder eine Gruppe davon in Betracht. Dabei ist der Hauptstrom ein durch das Schaltelement zu schaltende Strom. Unter einem Gleichspannungsbus ist eine für alle Paare gemeinsame Gleichspannungsquelle zu verstehen, Pole sind dabei jeweilige Zuleitungen eines der Versorgungspotentiale (positiv, negativ oder Masse). Dabei ist ein Paar als zwei gleich bzw. im Wesentlichen gleich aufgebaute Seiten einer Phase zu verstehen, wobei der Phasenpunkt sich zwischen den zwei Halbleiterschaltelementen befindet. D. h., jede Phase wird an dem Verbindungspunkt der zwei Halbleiterschaltelemente des Schalterpaars bereitgestellt. Ein Shunt ist im Sinne der Erfindung ein niederohmiger Messwiderstand zur Messung eines elektrischen Stroms, wobei der durch einen Stromfluss bewirkte (meist geringe) Spannungsabfall abgreifbar bzw. abtastbar ist.
Die Erfindung ist auf Wechselrichter für einen elektrischen Fahrantrieb eines Fahrzeugs, also sogenannte Traktionsinverter, gerichtet, die daraufhin ausgelegt sind, den Antriebsmotor mit einer hohen Wechselspannung zu versorgen. Als Fahrzeuge sind insbesondere Kraftfahrzeuge wie etwa Motorräder, PKW oder LKW oder Schienenfahrzeuge zu verstehen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine emitterseitige Strommessung an einem Traktionsinverter eingeführt, was einen insgesamt einfacheren, dichteren und kostengünstigeren Aufbau sowie eine Verbesserung der Bandbreite und Messgenauigkeit ermöglicht. Bei der Fußpunktmessung, bei der ein Strom über einem Shunt abgetastet wird, der zwischen einem Verbindungspunkt (Fußpunkt) der busseitigen Hauptstromanschlüsse jeweils eines der Halbleiterschaltelemente der Schalterpaare und dem ausgewählten Pol angeschlossen ist, wird nur ein Stromsensor benötigt.
Die Verbindungspunkte der busseitigen Hauptstromanschlüsse der Halbleiterschaltelemente können jeweils mit einem Pol eines Zwischenkreiskondensators elektrisch zusammenfallen. Wenn der Shunt mit einem Zwischenkreiskondensator baulich integriert ist, kann diese Schaltung besonders einfach und kostengünstig verwirklicht und die Montage und der Anschluss vereinfacht werden.
Besonders vorteilhaft ist eine Kombination der Fußpunktmessung mit einer Ansteuerung der Brückenschaltung, die auf dem niedrigeren Buspotential (HV–) liegt, da sie im Gegensatz zu einer Ansteuerung aus dem Niedervolt-Spannungskreis des Fahrzeugs (üblicherweise +12 V mit Karosserie als Masse) nicht galvanisch getrennt sein muss.
Bei Abtastung mehrerer Ströme mehrerer Shunts, die zwischen dem busseitigen Hauptstromanschluss jeweils eines Halbleiterschaltelements der Schalterpaare und dem ausgewählten Pol angeschlossen sind, kann eine Verfeinerung der Strommessung, bei der die abgetasteten Ströme eindeutig einer Phase zugeordnet werden können, ermöglich werden. Dabei können die abgetasteten Ströme auch addiert werden.
Die Brückenschaltung kann mit PWM-Modulation angesteuert werden, und die Abtastung des wenigstens einen Shunts kann mit der PWM-Modulation der Ansteuerung der Brückenschaltung synchronisiert werden. Dabei wird vorteilhafterweise berücksichtigt, dass man während und unmittelbar/kurz nach der Schaltflanke nicht messen kann.
Nach den Erfahrungen der Erfinder hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Hauptstromanschluss jeweils ein Emitteranschluss ist und wenn der ausgewählte Pol derjenige unter den Polen mit dem niedrigeren (insbesondere negativen) Potential ist. Dies liegt daran, dass NPN-IGBTs als Halbleiterschaltelemente weit verbreitet sind. NPN-Transistoren verfügen aufgrund der Elektronenmobilität über deutlich bessere Eigenschaften gegenüber der Löchermobilität eines PNP-Transistors. Dadurch ergibt sich die LowSide-Messung, bzw. die Anordnung der Ansteuerelektronik auf Emitterseite in der Regel als vorteilhaft. Grundsätzlich ist auch der Aufbau einer Brückenschaltung mit PNP-Transistoren denkbar, und grundsätzlich ist auch die Strommessung auf der Kollektorseite (high-side) denkbar.
Die erfindungsgemäße Strommessvorrichtung und die erfindungsgemäße Wechselrichtereinheit weisen die gleichen Vorteile wie das Verfahren auf. Eine Wechselrichtereinheit ist eine baulich in sich abgeschlossene Einheit, die einen Wechselrichter aufweist.
Durch einen Verbinder mit Anschlussfahnen für die Hauptstromanschlüsse (bei npn-Transistoren und low-side-Strommessung insbesondere: die Emitter) kann ein Verbindungspunkt (insbesondere: der Fußpunkt) der Brückenschaltung in einem Bauteil verwirklicht werden. Der Verbinder kann ein Blech sein. Wenn der Querschnitt des Shunts geringer als der des Verbinders bzw. der Polzuführung ist, kann der zu messende Strom fokussiert werden, was auch die Messgenauigkeit und das Ansprechverhalten verbessern kann. Insbesondere bei Fußpunktmessung aller Emitterströme kann eine solche Bauweise vorteilhaft dazu beitragen, die Ströme aller Schalterpaare gleichmäßig und reproduzierbar abzutasten.
Durch eine Führung der Emitterströme durch Stromleitelemente können Stromverdrängungseffekte weiter minimiert werden.
Durch eine zu dem Shunt hin weisende Sicke der anderen Polzuführung, die nicht mit dem Shunt verbunden ist, kann ein weiterer Stromleitungs- und -vergleichmäßigungseffekt erzielt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen zeigt bzw. zeigen
1A ein Schaltbild einer Strommessvorrichtung an einem Wechselrichter nach dem Stand der Technik, 1B eine perspektivische Darstellung einer konstruktiven Umsetzung der Anordnung von 1A, und 1C ein Schaltbild einer Strommessvorrichtung für eine Phasenstrommessung;
2A ein Schaltbild einer Strommessvorrichtung an einem Wechselrichter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und 2B eine perspektivische Darstellung einer konstruktiven Umsetzung der Anordnung von 2A;
3 ein Schaltbild einer Strommessvorrichtung für eine emitterseitige Strommessung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein Schaltbild einer Strommessvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 eine perspektivische Ansicht einer Anbindung eines Shunts bei Phasenstrommessung;
6 eine perspektivische Ansicht einer Anbindung eines Shunts bei emitterseitiger Strommessung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7A und 8A jeweils eine perspektivische Ansicht einer Anordnung einer ersten Polzuführung und eines zweiter Polzuführung mit Shunt, 7B und 8B jeweilige Verläufe einer Stromdichte über eine Breite der zweiten Polzuführung, und 7C und 8C Draufsichten auf eine Ebene der zweiten Polzuführung mit Shunt und Emitterverbinder gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
9A zeigt eine Schnittansicht einer Strommessvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und 9B und 9C Varianten dieses Ausführungsbeispiels in Draufsicht;
10A und 10B Schaltbilder jeweiliger Abtastschaltungen mit Sensorschaltkreisen in weiteren Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
11 in einer Einzelheit die Anordnung eines Shunts in dem Gesamtaufbau von 10;
12A eine perspektivische Darstellung eines beispielhaften Shunts, wie er im Markt erhältlich ist, 12B den Shunt von 12A in einer Draufsicht, und 12C und 12D Ausführungsvarianten davon;
13 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Verbindungstechnik;
14 eine schematische Draufsicht einer konstruktiven Umsetzung einer Phasenstrommessung gemäß 1A, 1C;
15A ein Schaltbild einer Wechselrichtereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und 15B eine beispielhafte konstruktive Umsetzung davon;
16 eine beispielhafte konstruktive Umsetzung der Anordnung von 2B;
17A ein Schaltbild einer Wechselrichtereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und 17B eine beispielhafte konstruktive Umsetzung davon;
18A bis 18C beispielhafte konstruktive Umsetzungen von Kontaktierungen in der Anordnung von 17B;
19 Ergebnisse von Strommessungen durch die Schaltung von 1A;
20 bis 22 Ergebnisse von Strommessungen durch die Schaltung von 15A; und
23 bis 25 Ergebnisse von Strommessungen durch verschiedene Schaltungen von 2A.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben werden. Es versteht sich, dass die Darstellung in den Figuren rein schematisch zu verstehen ist und dass ihnen weder absolute noch relative Größenverhältnisse zu entnehmen sind, es sei denn, es wäre ausdrücklich darauf hingewiesen.
2A zeigt ein Schaltbild einer Wechselrichtereinheit für einen Fahrantrieb eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Wechselrichter weist eine B6-Brückenschaltung 21 ähnlich dem Wechselrichter in dem in 1A gezeigten Beispiel des Stands der Technik auf. Ebenso erhält die Brückenschaltung 21 eine Gleichspannung VBUS von einem primärseitigen DC-Bus 23 mit ersten (beispielsweise positiven) Pol 24 und einem zweitem (beispielsweise negativen) Pol 25 und versorgt einen Dreiphasen-Wechselstrommotor 22 über drei sekundärseitige Phasen u, v, w. Zwischen dem zweiten Pol 25 und einem Fußpunkt 26 des Wechselrichters ist ein Shunt 27 eingebunden, und über dem Shunt 27 ist ein Stromsensor 28 parallel angeschlossen. Der Shunt 27 und der Stromsensor 28 bilden eine Strommessvorrichtung 29. Obschon in der Figur nicht explizit dargestellt, kann auch die Wechselrichtereinheit dieses Ausführungsbeispiels einen Zwischenkreiskondensator (kurz auch: ZKK) wie den Zwischenkreiskondensator 6 in 1A aufweisen.
Anstelle des in der Figur gezeigten Wandlertyps kann auch ein Wandler eingesetzt werden, der sich derzeit in Entwicklung befindet und folgende Eigenschaften bzw. Voraussetzungen aufweist:

– Full-Scale-(FS)-Messbereich +/–50 mV,
– Messbereich mit Dynamik +/–40 mV
– Integrierter Linearregler (Spannungsregler) LDO und Bandgap Referenz
– Gain kalibrierbar
– Integrierter Temperatursensor für Temperaturkompensation
– Sehr genaue Referenzspannung über die Temperatur (Bandgab-Referenz)
– Galvanische Trennung

2B zeigt eine beispielhafte konstruktive Umsetzung dieser Anordnung in einer perspektivischen Ansicht von schräg oben. Dabei kommt die folgende Montageweise zur Anwendung:

– Shunt in ZKK-Frame;
– Mess-PCB auf Frame;
– Frame in ZKK;
– ZKK in Inverter;
– Treiber- mit Mess-PCB.

Die nachstehende TABELLE 1 zeigt einen Vergleich der Anordnung von 1A, 1B und 2A, 2B für beispielhafte Auslegungswerte.

	Fign. 1A, 1B	Fign. 2A, 2B
Prinzip	Phasen-Shunt (3 ADC)	Fußpunkt-Shunt (1 ADC)
Messzeitpunkt	kontinuierlich	T1 ... T6, je 1 Strom
Messbare Ströme	alle	2 von 3 je Periode
Max. Messbereich	+/–50 mV für +/–1400 Ap
Nenn-Messbereich	+/–25 mV für +/–700 Ap (~ 480 Arms)	+/–25 mV für +/–700 Ap (~ 375 Arms)
Widerstand	35 μΩ
Material	ZERANIN
Querschnitt Stromschiene	17 mm × 3 mm	180 mm × 0,5 mm (z. B. Integration in ZKK-Blech)
Shunt Größe (LBD)	4 mm × 17 mm × 2 mm	5 mm × 90 mm × 0,5 mm
Verluste bei 480 Arms	3 × 8 W	5 W

TABELLE 1

Die Darstellung in TABELLE 1 spiegelt eine beispielhafte Konstellation wider und kann in anderen Anwendungen und Weiterentwicklungen abgeändert werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. ZERANIN ist ein eingetragenes Warenzeichen der Firma Isabellenhütte. Beispielsweise steht ZERANIN-30 für Widerstandsdrähte einer CuMn7Sn-Legierung. Selbstverständlich kann auch ein anderes Widerstandsmaterial verwendet werden, wobei vorzugsweise eine Cu-Legierung mit geringem thermischen Widerstandskoeffizienten ausgewählt wird.
3 zeigt ein Schaltbild einer Phase des Wechselrichters dieses Ausführungsbeispiels mit einem Teil der Strommessvorrichtung 29 für eine Phase (u, v, oder w). Wie in 3 gezeigt, bilden die zwei Halbleiterschaltelement 37 dieser Phase ein Schalterpaar (A, B oder C). Die Halbleiterschaltelement 37 werden jeweils durch eine Gate-Ansteuerungsschaltung 30 (Gate Drive Circuit) gesteuert, die jeweils durch eine schwebende Stromversorgung 31 Floating Power Supply) bzw. eine Stromversorgung 32 (Power Supply) versorgt werden. Die Strommessvorrichtung 29 weist den Shunt R_SHUNT 27 und die Abtastschaltung 28 auf. Die Abtastschaltung 28 weist einen integrierten Schaltkreis bzw. Sensorschaltkreis 35, eine Sensorbeschaltung 36, einen Shunt-Kontaktierungsanschluss 38 und einen NV-Ausgangsanschluss 39 auf. Für den Sensorschaltkreis 35 kommt vorzugsweise ein Delta Sigma Wandler zum Einsatz, der eine besonders hohe Empfindlichkeit aufweist. Dies ermöglicht die Verwendung eines Shunts mit besonders kleinem Widerstandswert, was dazu führt, dass an diesem eine besonders kleine Verlustleistung abfällt. Dies wirkt sich positiv auf den Wirkungsgrad aus. Aufbau und Anschluss der Sensorbeschaltung 36 können nach Bedarf ausgewählt sein. Die in 3 enthaltene Isolation Barrier ist nicht zwingend vorzusehen. Sie kann auch entfallen, wenn an einer anderen Stelle der Signalverarbeitungskette eine galvanische Trennung erfolgt.
Im Gegensatz zur Phasenstrommessung mittels Delta-Sigma ADC im Stand der Technik gemäß 1A, 1C wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Fußpunkt-Messung mittels Delta-Sigma ADC vorgenommen. Zu den Eigenschaften des Wandlers sei auf die Ausführungen zu 1C verwiesen. Es sei darauf hingewiesen, dass eine solche emitterseitige Strommessung sowohl für jedes einzelne Paar von Halbleiterschaltelementen 37 an dem Emitter des mit dem zweiten (negativen) Pols 25 des DC-Busses 23 verbundenen Halbleiterschaltelements 37 als Einzelpaar-Emittermessung oder bezüglich eines gemeinsamen Sammelpunkts aller Paare von Halbleiterschaltelementen 37 (sog. Fußpunkt der Brückenschaltung 21) als Fußpunktmessung erfolgen kann.
4 zeigt ein Schaltbild einer Strommessvorrichtung 28 mit Shunt 27 und einem Stromsensorschaltkreis 35 eines anderen Typs. Dieser Schaltkreis weist eine Kodierseite 41 und eine Dekodierseite 42 auf. Die Kodierseite 41 ist über ein Eingangsnetz 43 mit dem Shunt 27 verbunden. Die Dekodierseite 42 ist mit einem Ausgangsnetz 44 mit einem integrierten Schaltkreis 45 beispielsweise des Typs HCPL-0872 oder einem Digitalfilter verbunden, der wiederum mit einem Prozessor 46 wie etwa einer Micracantraller-Einheit (MCU) oder einem digitalen Signalprozessor (DSP) gekoppelt ist. Die MCU bzw. der DSP enthalten mindestens einen Prozessorkern (Recheneinheit, Speicher etc.) und Peripherie wie ADCs, Timer, Kommunikationsschnittstellen (SPI, CAN-Bus etc.)
5A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anbindung eines Shunts bei Phasenstrammessung gemäß 1A–1C.
Gemäß der Darstellung in 5A ist der Shunt 13 durch ein Widerstandsmaterial 50 in einer Stromschiene 51 jeder Phase u, v, w verwirklicht. Die Anbindung kann beispielsweise durch Elektronenstrahlschweißen erfolgen. Freie Enden des Phasenanschlusses sind mittels Lötens oder Silberleitklebers mit entsprechenden Anschlussbereichen der Platine 53, welche den Shunt-Kontaktierungsanschluss 17 (1C) der Abtastschaltung 14 bilden, verbunden. Die Platine 53 trägt die Messschaltung. Zwischen den freien Enden des Phasenanschlusses ist ein abgekröpfter Bereich ausgebildet, in welchem der Shunt 13 (Widerstandsmaterial 50) eingebunden ist. Der abgekröpfte Bereich mit dem Shunt ist zur Abführung von in dem Shunt entstehender Wärme über ein Wärmeleitpad (GapPad) 52 mit einem Gehäuse mit Kühlung verbunden. Das (elektrisch isolierte) Wärmeleitpad 52 entspricht einem GapPad A2000 oder 2200SF mit einer Auflagefläche von 17 mm × 20 mm und einem Wärmewiderstand R_th von 1,5 K/W.
In einer alternativen Art der Befestigung der Platine 54 an dem Phasenanschluss können freie Enden des Phasenanschlusses mittels Pressfit mit den Anschlussbereichen der Platine verbunden sein.
Wie schon erwähnt sind drei Shunts in den Phasenanschlüssen integriert. Die Auslegungswerde können wie folgt sein:

– I_rms,max = 480 A,
– I_p = +/–700 A
– bei 70 μΩ
– Verlustleistung je Phase 16 W → 48 W gesamt
– Pegel = 50 mVp

6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anbindung eines Shunts 27 im ZKK bei emitterseitiger Strommessung, hier Fußpunktmessung.
Gemäß der Darstellung in 6 ist der Shunt 27 durch ein Widerstandsmaterial 60 verwirklicht, das zwischen einer Polzuführung 61 des zweiten Pols 25 des DC-Busses 23 und einem Emitterverbinder 62 angeordnet ist. Die Polzuführung 61 und der Emitterverbinder 62 können Teil einer Platine sein. Die Anbindung des Widerstandsmaterials 60 kann beispielsweise durch Löten oder Kleben nach Versilberung erfolgen. Der Emitterverbinder 62 weist eine Reihe von Anschlussfingern 63 zum Anschluss der Emitter der Halbleiterschaltelement 37 auf. Ferner sind auf dem Emitterverbinder 62 mehrere Stromfallen bzw. Stromleitelemente 64 für Stromschatten angeordnet.
7A und 8A zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht einer Anordnung einer ersten Polzuführung 71 des ersten Pols 24 (HV+) und eines zweiter Polzuführung 61 des zweiten Pols 25 (HV–) mit Shunt 27 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. 7B und 8B zeigen Verläufe einer Stromdichte j über eine Breite x der zweiten Polzuführung 61. 7C und 8C zeigen in einer Ebene der zweiten Polzuführung 61 geschnittene Draufsichten mit Shunt 27 und Emitterverbinder 62.
Der Shunt ist mit der zweiten Polzuführung 61 verbunden. Die erste Polzuführung 71 weist eine Sicke 72 auf, die oberhalb des Shunts 27 angeordnet ist und zu diesem hin weist. Die Sicke 72 ist in dem Ausführungsbeispiel von 7A breiter als in dem Ausführungsbeispiel von 8A, insbesondere in etwa so breit wie der Shunt 27. Wie in 7B, 8B gezeigt, resultieren hieraus unterschiedliche Verläufe 73, 81 des Stromflusses. Insbesondere ist der Verlauf 73 bei breiter Sicke 72 gemäß 7A verteilter über die Breite des Shunts 27, während der Verlauf 81 bei schmaler Sicke 72 gemäß 8A mehr auf die Mitte des Shunts 27 konzentriert ist.
Gemäß der Darstellung in 7C weist der Emitterverbinder 62 in diesem Ausführungsbeispiel eine einzelne Stromfalle 64 auf, während gemäß der Darstellung in 8C der Emitterverbinder 62 in diesem Ausführungsbeispiel drei Stromfallen 64 aufweist, die jeweils die Wege 74, 82 des Stromflusses von den Anschlussfingern 63 der Emitterverbinder 62 zu den Shunts 27 beeinflussen. Es ist anzumerken, dass die Stromflusswege 74, 82 auch frequenzabhängig sind und die Stromfalle(-n) 64 in Form, Anzahl und Anordnung daraufhin ausgelegt sein können.
9A zeigt eine Schnittansicht einer Strommessvorrichtung 29 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 9B und 9C zeigen in Draufsicht Varianten dieses Ausführungsbeispiels.
Gemäß der Darstellung in 9 ist der Shunt 27 zwischen gegenüberliegenden Seiten der Polzuführung 61 und des Emitterverbinders 62 angeschlossen. Eine Platine 91 trägt die Abtastschaltung 28 mit Sensorschaltkreis 35 und weiteren Bestandteilen der Sensorbeschaltung (36 in 3; hier nicht näher dargestellt), einen Stecker 92 und Kelvin-Kontakte 93. Die Kelvin-Kontakte 93 ragen in Ausnehmungen 94, die in den gegenüberliegenden Seiten der Polzuführung 61 und des Emitterverbinders 62 ausgebildet sind, und liegen an den dort frei liegenden Seiten des Shunts 27 an.
Wie in den 9B und 9C gezeigt, können die Ausnehmungen 94 verschiedene Formen aufweisen, etwa rechteckig oder halbrund.
10A zeigt ein Schaltbild einer analogen Abtastschaltung 28 mit Shunt 27 eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die Abtastschaltung 28 ist gemäß der Darstellung in 10A aufgebaut und arbeitet so, dass eine an dem Shunt 27 anliegende schwimmende Potenzialdifferenz mittels eines ersten Operationsverstärker OP1 abgegriffen wird, durch den Operationsverstärker OP1 zwei auf Masse als Bezugspotenzial liegende Stromquellen angesteuert werden und die dadurch an den beiden Widerständen in Bezug auf Masse abfallenden Spannungen durch einen zweiten Operationsverstärker OP2 abgegriffen und zu einer auf Masse bezogenen Potenzialdifferenz VOUT umgesetzt werden.
10B zeigt ein Schaltbild einer Abtastschaltung 28 Shunt 27 eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Dies ist eine alternative Ausgestaltung für die in 3 enthaltene Abtastschaltung 28.
Beide Typen erfüllen bei entsprechender Beschaltung die Anforderungen

– Messen von bipolaren Strömen
– Hoher CMRR (Masseversatz auf HV–)
– Linearität, Gain
– Etc.

11 zeigt in einer Einzelheit die Anordnung eines Shunts 27 der vorliegenden Erfindung.
12A zeigt eine perspektivische Darstellung eines beispielhaften Shunts 27 vom Typ ISA-WELD BAS 8420 des Herstellers Isabellenhütte, wie er im Markt erhältlich ist. Zu Anwendungen und Eigenschaften des Shunttyps wird auf das Datenblatt des Herstellers verwiesen, dem auch die Abbildung entnommen ist.
12B zeigt den Shunt 27 von 12A in einer Draufsicht, und 12C und 12D zeigen Ausführungsvarianten davon. Der Shunt 27 von 12A weist eine Größe von 20 mm × 84 mm bei einem Widerstandswert von 100 μΩ und einer Belastbarkeit von 15 W auf. Die Kontaktierung kann durch Schraubkontakte erfolgen. Der Shunt von 12A ist eine Kompaktvariante von gleichen Anschlusswerten bei einer Größe von 20 mm × 45 mm. Der Shunt von 12B ist eine weitere Kompaktvariante mit einer Größe von 12 mm × 40 mm bei einem Widerstandswert von 300 μΩ und einer Belastbarkeit von 5 W. Die Kompaktvarianten eignen sich auch zur Anbindung mittels Clinch-Verbindung (etwa der TOX^®-Clinch-Technik des Herstellers TOX^®PRESSOTECHNIK).
13 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung der TOX^®-Clinch-Verbindungsechnik des Herstellers TOX^®PRESSOTECHNIK zur Verbindung zweier Bleche 151, 152 mittels eines Stempels 153 und einer Matrize 154.
14 zeigt eine schematische Draufsicht einer konstruktiven Umsetzung einer Phasenstrommessung gemäß 1A, 1C. Ein Schaltmodul 161 mit dem Wechselrichter 1 ist mit einem Phasenanschluss 162 verbunden, der seinerseits mittels einer Clinch-Verbindung 163 mit einer Stromschiene 164 der Phase u, v oder w verbunden ist. In dem Phasenanschluss 162 ist der Shunt 13 eingebunden. Eine Platine 165 trägt die Abtastschaltung 14 mit dem Sensorschaltkreis 15, der Sensorbeschaltung 16 (1C, hier nicht näher dargestellt) und dem 4-poligen NV-Anschlusstecker 18 und einen HV-Anschluss 166 zur Verbindung mit der schwebenden Stromversorgung 11 (1C).
15A zeigt ein Schaltbild einer Wechselrichtereinheit für einen Fahrantrieb eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei handelt es sich um eine Abwandlung der Schaltung von 2B. Der Wechselrichter dieses Ausführungsbeispiels weist wie gehabt eine B6-Brückenschaltung 21 mit drei Schalterpaaren A, B, C auf und erhält eine Gleichspannung V_BUS von dem primärseitigen DC-Bus 23 mit erstem (positiven) Pol 24 und einem zweitem (negativen) Pol 25. Jedem Schalterpaar A, B, C entspricht sekundärseitig eine Phase u, v, w, welche den Dreiphasen-Wechselstrommotor 22 versorgen. Jedem Schalterpaar A, B, C ist emitterseitig vor dem zweiten Pol 24 ein Shunt 27 in Reihe nachgeschaltet, und über jedem Shunt 27 ist ein Stromsensor 28 parallel angeschlossen. Die Gesamtheit der Shunts 27 und Stromsensoren 28 bilden die Strommessvorrichtung 29. Eine solche Strommessung kann auch als eine Einzelpaar-Emitterstrommessung bezeichnet werden.
15B zeigt eine beispielhafte konstruktive Umsetzung der Anordnung von 15A. Dabei kommt folgende Montageart zur Anwendung:

– Shunt in Emitter-Leg
– Mess-PCB auf Leg
– Leg an Modul
– Modul in Inverter
– Treiber- mit Mess-PCB

Alternativ ist auch folgende Montageart denkbar:

– Shunt in Emitter-Leg
– Leg an Modul
– Modul in Inverter
– Mess-PCB auf Leg
– Treiber- mit Mess-PCB

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei Shunts 27 im ZKK (Minuspfad der drei LS-Emitter-Anschlüsse) integriert. Die Auslegungswerde sind:

– I_rms,max = 375 A,
– I_p = +/–700 A
– bei 70 μΩ
– Verlustleistung je Phase 10 W → 30 W gesamt
– 50 mVp Pegel

16 zeigt eine beispielhafte konstruktive Umsetzung der Anordnung von 2B.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist nur ein Shunt 27 im ZKK (Fußpunkt der Brückenschaltung 21) integriert. Die Auslegungswerde sind:

Bei dieser Ausführung muss mit einer Erhöhung der Streuinduktivität gerechnet werden.
17A zeigt ein Schaltbild einer Wechselrichtereinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei handelt es sich um eine Abwandlung der Schaltung von 15A. Im Unterschied dazu werden die Ausgänge der drei Stromsensoren 28 auf einen Messbus 201 geführt, der einen gesamten Mess-Strom I_BUS führt. Die Gesamtheit der Shunts 27 und Stromsensoren 28 mit Messbus 201 bilden die Strommessvorrichtung 29. Eine solche Strommessung kann auch als eine zusammengeführte Einzelpaar-Emitterstrommessung bezeichnet werden.
17B zeigt eine beispielhafte konstruktive Umsetzung der Anordnung von 17A.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind drei Shunts 27 im ZKK (Minuspfad der drei LS-Emitter-Anschlüsse) integriert. Die Auslegungswerde sind:

– I_rms,max = 375 A,
– I_p = +/–700 A
– bei 3 × 210 μΩ
– Verlustleistung je Phase 3,3 W → 10 W gesamt
– 50 mVp Pegel

18A bis 18C zeigen beispielhafte konstruktive Umsetzungen von Kontaktierungen in der Anordnung von 17B. Darin gezeigt sind der Shunt 27, das Gehäuse 101, das Schaltmodul 102, die Polzuführungen 61 und 71, eine HV-DC-Verbindung 210, eine Kühlanbindung 211, und eine Flex-Folie 212 mit Shunt-Signalen, die auch der elektrischen und thermischen Anbindung des Shunts 27 sowie der Isolation dient, eine Shunt-Kontaktierung 213 am Shunt 27 und eine Isolierfolie 214.
19 zeigt das Ergebnis einer Strommessung durch die Schaltung von 1A, d. i. eine Messung der Phasenströme der einzelnen Phasen u, v, w des Wechselrichters d. h., bei bloßer Phasenstrommessung. Die gemessenen Phasenströme im Zeitverlauf sind durch Kurven 221, 224, 227 dargestellt, die zugehörigen rms-Werte durch Kurven 222, 225, 228 und die zugehörigen Mittelwerte durch Kurven 223, 226, 229.
20 zeigt das Ergebnis einer Strommessung durch die Schaltung von 15A, d. i. eine Messung der Emitterströme der einzelnen Schalterpaare A, B, C. Die gemessenen Emitterströme im Zeitverlauf sind durch Kurven 231, 234, 237 dargestellt, die zugehörigen rms-Werte durch Kurven 232, 235, 238 und die zugehörigen Mittelwerte durch Kurven 233, 236, 239.
21 zeigt eine Darstellung der abgetasteten Emitterströme in dem gleichen Fall, und 22 zeigt zum Vergleich eine Abtastung der tatsächlichen Phasenströme. Die abgetasteten Emitterströme im Zeitverlauf sind durch Kurven 241, 242, 243 dargestellt, die zugehörigen Phasenströme durch Kurven 251, 252, 253.
Wie in 21, 22 ersichtlich, können durch synchrone Abtastung der Emitter-Shunts können im Schaltzustand T0 alle Phasenströme gleichzeitig gemessen werden. Ein Offsetabgleich ist bei T3 möglich (in jeder PWM-Periode).
Es ist zu bemerken, dass die Schalterpaare A, B, C dabei den Phasen u, v, w des Wechselrichters bzw. der Brückenschaltung 21 (15A) entsprechen.
23 zeigt zum Vergleich das Ergebnis einer Strommessung durch die Schaltung von 2A, d. i. eine Messung des Fußpunktstroms am Fußpunkt aller drei Emitterseiten der Schalterpaare A, B, C. Der Fußpunktstrom kann auch als Zwischenkreis-Ausgangsstrom verstanden werden, während ein am Kopfpunkt, d. i. auf der Kollektorseite des Wechselrichters, ein Zwischenkreis-Eingangsstrom vorliegt. Die gemessenen Eingangs- und Ausgangströme im Zeitverlauf sind durch Kurven 261, 264 dargestellt, die zugehörigen rms-Werte durch Kurven 262, 265 und die zugehörigen Mittelwerte durch Kurven 263, 266. Zur Messung des Eingangsstroms für Testzwecke (d. h., zur Erstellung des Diagramms von 23) war kollektorseitig eine ähnliche Stromess-Schaltung wie auf der Emitterseite eingebunden.
24 zeigt eine Darstellung des abgetasteten Fußpunktstroms in dem gleichen Fall, und 25 zeigt zum Vergleich eine Abtastung der tatsächlichen Phasenströme. Der abgetastete Fußpunktstrom ist durch eine Kurve 270 dargestellt, die jeweiligen Phasenströme durch Kurven 281, 282, 283.
Wie in 24, 25 ersichtlich, können durch synchrone Abtastung des Fußpunkt-Shunts in jeder PWM Periode 2 von 3 Phasenströmen aufgrund der bekannten Schaltzustände gemessen werden. Kritisch sind kleine Modulationsgrade (kurzes Abtastfenster). Bei kleinen Drehzahlen und hohen Strömen treten nur geringe Verluste im Shunt auf. Es ist eine hohe Bandbreite der Strommessung erforderlich.
Mit der erfindungsgemäßen Strommessung können eine Erhöhung der Messgenauigkeit <1% FS über Lebensdauer und Temperatur bei End-of-Line-Kalibrierung und laufender Offset-Kompensation im Betrieb, eine Reduktion des Bauraumbedarfs und der Kosten, eine Erhöhung der Bandbreite auf <500 kHz für synchrone Abtastung bei Fußpunktmessung sowie Automotive AECQ erzielt werden.
Als Bestandteile der konstruktiven Ausführung kommen folgende kostensensitive Bestandteile mit entsprechenden Kostenfaktoren zum Einsatz:

– Kupfer (Verschnitt)
– Widerstandsmaterial (in etwa wie Cu)
– Verbindungstechnik (Elektronenstrahlschweißen: Länge)
– Einpressmuttern
– PCB + Delta-Sigma

Die Kosten einer solchen Wechselrichtereinheit setzen sich erfahrungsgemäß zu etwa folgenden Anteilen zusammen:

– 40% Shunt (Material + Schweißen, Stanzen etc.)
– 40% PCB
– 20% Fertigungskosten (Löten PCB, Kalibrierung etc.)

Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben. Die in den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelheiten sind für die Ausführung der Erfindung nur insoweit erforderlich, als sie auch in den Ansprüchen beansprucht sind.
In der vorstehenden Beschreibung wurde der zweite (negative) Pol 25 als ausgewählter Pol im Sinne der beanspruchten Erfindung festgelegt.
Die oben beschriebenen Vorrichtungen sind eine apparative Umsetzung eines Verfahrens zur Strommessung an einem Wechselrichter.
Alle genannten Zahlenwerte und konstruktiven Details sind, sofern nicht explizit beansprucht, rein beispielhaft und schränken die Erfindung, deren Umfang durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, in keiner Weise ein.
Bezugszeichenliste

1: Brückenschaltung
2: Dreiphasen-Wechselstrommotor
3: Gleichspannungsbus (DC-Bus)
4: Erster Pol (HV+)
5: Zweiter Pol (HV–)
6: Zwischenkreiskondensator
7: Halbleiterschaltelement
8: Sperrdiode
9: Strommessvorrichtung
10: Gate-Ansteuerungsschaltung
11: Schwebende Stromversorgung
12: Stromversorgung
13: Shunt-Widerstand
14: Abtastschaltung
15: integrierter Schaltkreis (Sensorschaltkreis)
16: Sensorbeschaltung
17: Shunt-Kontaktierungsanschluss
18: NV-Ausgangsanschluss
21: Brückenschaltung
22: Dreiphasen-Wechselstrommotor
23: Gleichspannungsbus (DC-Bus)
24: Erster Pol (HV+)
25: Zweiter Pol (HV–)
27: Shunt-Widerstand
28: Abtastschaltung
29: Strommessvorrichtung
30: Gate-Ansteuerungsschaltung
31: Schwebende Stromversorgung
32: Stromversorgung
33: Shunt-Widerstand
34: Abtastschaltung
35: integrierter Schaltkreis (Sensorschaltkreis)
36: Sensorbeschaltung
37: Halbleiterschaltelement
38: Shunt-Kontaktierungsanschluss
39: NV-Ausgangsanschluss
41: Kodierseite
42: Dekodierseite
43: Eingangsnetz
44: Ausgangsnetz
45: integrierter Schaltkreis
46: Prozessor
50: Widerstandsmaterial
51: Stromschiene
52: Wärmeleitpad
53: Platine
60: Widerstandsmaterial
61: (zweite) Polzuführung (HV–)
62: Emitterverbinder
63: Anschlussfahne
64: Stromfalle (Stromführungselement)
71: erste Polzuführung (HV+)
72: Sicke
73: Stromdichtenverlauf
74: Stromflussweg
81: Stromdichtenverlauf
82: Stromflussweg
91: Platine
92: Stecker
93: Kelvin-Kontakt
94: Ausnehmung
101: Gehäuse und Kühlanbindung
102: Schaltmodul
106: Zwischenkreis-Kondensator
140: Widerstandsmaterial
141: Anschlussplatte
142: Kontaktierungsloch
151: erstes Formteil
152: zweites Formteil
153: Stempel
154: Matrize
161: Schaltmodul
162: Phasenanschluss 14×1, 48 Arms, 10 s
163: Clinch-Verbindung zur Stromschiene
165: Platine
166: Anschluss für HV-Versorgung 15 V float, 1 p
201: Messbus
211: Kühlanbindung
212: Flex-Folie – zur elektrischen und thermischen Anbindung/Isolation – zur Leitung von Shunt-Signalen
213: Flex-Folienkontaktierung am Shunt
214: Isolierfolie
221–229: Phasenstromformkurven
231–239: Einzelpaar-Emitterstrom kurven
241–243: Einzelpaar-Emitterstrom-Abtastkurven
251–253: Phasenstromkurven bei Abtastung der Einzelpaar-Emitterströme
261–266: Fußpunktstrom kurven
270: Fußpunktstromkurve
281–283: Phasenstromkurven bei Abtastung des Fußpunktstroms
3~: 3-Phasen
j: Stromdichte [A/m²]
u, v, w: Phasen (Sekundär)
A, B, C: Schalterpaare
AC: Wechselstrom (engl. Alternating Current)
DC: Gleichstrom (engl. Direct Current)
DSP: Digitaler Signalprozessor
HV: Hochvolt
LDO: Integrierter Linearregler (Spannungsregler)
M: Motor
MCU: Microcontroller-Einheit
PCB: Leiterplatte (engl. Printed Circuit Board)
PWM: Pulsbreitenmodulation (engl. Pulse Width Modulation)
R_th: Wärmewiderstand [K/W]
V_BUS: Bus-Versorgungsspannung (HV+/HV–)
ZKK: Zwischenkreiskondensator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Typs HCPL-0872 [0052]
Typ ISA-WELD BAS 8420 [0069]

Claims

Verfahren zur Strommessung an einem Wechselrichter für einen elektrischen Fahrantrieb eines Fahrzeugs, wobei der Wechselrichter eine Brückenschaltung (21) mit mehreren Schalterpaaren (A, B, C) von jeweils zwei Halbleiterschaltelementen (37), die jeweils zwischen Polen (24, 25) eines Gleichspannungsbusses (23) in Reihe geschaltet sind, aufweist, wobei ein Strom über wenigstens einem Shunt (27) abgetastet wird, der zwischen einem Hauptstromanschluss wenigstens eines der Halbleiterschaltelemente (37) und einem ausgewählten Pol (25) von den zwei Polen (24, 25) des Gleichspannungsbusses (23) angeschlossen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom über einem Shunt (27) abgetastet wird, der zwischen einem Verbindungspunkt (27) der busseitigen Hauptstromanschlüsse jeweils eines der Halbleiterschaltelemente (37) mehrerer, insbesondere aller Schalterpaare (A, B, C) und dem ausgewählten Pol (25) angeschlossen ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Ströme mehrerer Shunts (27) abgetastet werden, die zwischen dem busseitigen Hauptstromanschluss jeweils eines Halbleiterschaltelements (37) mehrerer, insbesondere aller Schalterpaare (A, B, C) und dem ausgewählten Pol (25) angeschlossen sind.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetasteten Ströme addiert werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brückenschaltung in PWM-Modulation angesteuert wird und die Abtastung des wenigstens einen Shunts (27) mit der PWM-Modulation der Ansteuerung der Brückenschaltung syhchronisiert wird.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschaltelemente (37) durch ein Buspotential des Gleichspannungsbusses (23) angesteuert werden.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptstromanschluss jeweils ein Emitteranschluss ist.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ausgewählte Pol (25) derjenige unter den Polen (24, 25) mit dem niedrigeren Potential ist.
Strommessvorrichtung (29) zur Strommessung an einem Wechselrichter für einen elektrischen Fahrantrieb eines Fahrzeugs, wobei der Wechselrichter eine Brückenschaltung (21) mit mehreren Schalterpaaren (A, B, C) von jeweils zwei Halbleiterschaltelementen (37), die jeweils zwischen Polen (24, 25) eines Gleichspannungsbusses (23) in Reihe geschaltet sind, aufweist, wobei die Strommessvorrichtung (29) wenigstens einen Shunt (27), der zwischen einem Hauptstromanschluss wenigstens eines der Halbleiterschaltelemente (37) und einem ausgewählten Pol (25) von den zwei Polen (24, 25) des Gleichspannungsbusses (23) angeschlossen oder anschließbar ist, und wenigstens eine Abtastschaltung (28), die mit Messanschlüssen des wenigstens einen Shunts (27) verbunden oder verbindbar ist, zum Abtasten eines Stroms über dem wenigstens einen Shunt (27) aufweist, wobei die Strommessvorrichtung (29) vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Strommessvorrichtung (29) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Shunt (27) eine Abtastvorrichtung (28) vorgesehen ist.
Strommessvorrichtung (29) gemäß Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastvorrichtung (28) einen Sensorschaltkreis (35) aufweist, welcher vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt ist, welche die Typen AMC1204, AMC1204B, AD8210, LT1199 aufweist.
Strommessvorrichtung (29) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Shunt (27) zwischen einer Polzuführung (61), die mit dem ausgewählten Pol (25) verbunden ist, und einem Verbinder (62), der mit dem Hauptstromanschluss des wenigstens einen der Halbleiterschaltelemente (37) verbunden ist, angeschlossen ist, wobei der wenigstens eine Shunt (27) einen geringeren Querschnitt als die Polzuführung (61) und/oder der Verbinder (62) aufweist.
Strommessvorrichtung (29) gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbinder (62) eine Vielzahl von Anschlussfahnen (63) zur Verbindung mit jeweils einem Hauptstromanschluss mehrerer, vorzugsweise aller, der Halbleiterschaltelemente (39) aufweist, wobei der Verbinder (62) ferner wenigstens ein Stromleitelement (64) aufweist, welches ausgebildet ist, Ströme von den jeweiligen Anschlussfahnen (63) auf definierten, vorzugsweise getrennten oder im Wesentlichen getrennten Wegen, zu dem Shunt (27) zu leiten.
Strommessvorrichtung (29) gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine andere Polzuführung (71), die mit dem anderen Pol (24) als dem ausgewählten Pol (25) verbunden ist, wenigstens abschnittweise parallel zu der Polzuführung (61) verläuft und wenigstens eine zu dem wenigstens einen Shunt (27) hin weisende Sicke (72) aufweist.
Strommessvorrichtung (29) gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Polzuführung (61) und der Verbinder (62) jeweilige Ausnehmungen (94) im Bereich des Anschlusses des wenigstens einen Shunt (27) aufweisen, und der der wenigstens eine Shunt (27) mittels in die Ausnehmungen (94) ragender Kelvin-Kontakte (93) mit einer Abtastschaltung (28) zur Strommessung verbunden ist.
Wechselrichtereinheit, aufweisend einen Wechselrichter für einen elektrischen Fahrantrieb eines Fahrzeugs, wobei der Wechselrichter eine Brückenschaltung (21) mit mehreren Schalterpaaren (A, B, C) von jeweils zwei Halbleiterschaltelementen (37), die zur Bereitstellung einer Phase (u, v, w) eines Wechselstroms zwischen Polen (24, 25) eines Gleichspannungsbusses (23) in Reihe geschaltet sind, aufweist, und eine Strommessvorrichtung (29) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Wechselrichtereinheit gemäß Anspruch 16, weiter gekennzeichnet durch eine Ansteuerungsschaltung zur Ansteuerung der Halbleiterschaltelemente (37).
Wechselrichtereinheit gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Shunt (27) mit einem Zwischenkreiskondensator des Gleichspannungsbusses (23) integriert ist.