DE102018005382A1 - Verfahren und Einrichtung zum Steuern von wenigstens zwei an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Energiewandlern sowie System hiermit - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Steuern von wenigstens zwei an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Energiewandlern sowie System hiermit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von wenigstens zwei an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis (12) angeschlossenen Energiewandlern (14, 16), mittels denen jeweilige elektrische Einrichtungen (18, 20) mit dem Gleichspannungszwischenkreis (12) energietechnisch gekoppelt werden, zu welchem Zweck die Energiewandler (14, 16) jeweils wenigstens ein in einem Schaltbetrieb betriebenes Schaltelement aufweisen, das in geeigneter Weise mit wenigstens einer jeweiligen Induktivität und/oder wenigstens einer jeweiligen Kapazität zusammenwirkt, um die gewünschte Energiewandlungsfunktionalität des jeweiligen Energiewandlers bereitzustellen, wobei jeder der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) durch den Schaltbetrieb des jeweils wenigstens einen Schaltelements gleichspannungszwischenkreisseitig einen Rippelstrom bewirkt, wobei der Schaltbetrieb der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) derart eingestellt wird, dass sich die durch die wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) bewirkten jeweiligen Rippelströme zumindest teilweise kompensieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern von wenigstens zwei an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Energiewandlern, mittels denen jeweilige elektrische Einrichtungen mit dem Gleichspannungszwischenkreis energietechnisch gekoppelt werden, zu welchem Zweck die Energiewandler jeweils wenigstens ein in einem Schaltbetrieb betriebenes Schaltelement aufweisen, das in geeigneter Weise mit wenigstens einer jeweiligen Induktivität und/oder wenigstens einer jeweiligen Kapazität zusammenwirkt, um die gewünschte Energiewandlungsfunktionalität des jeweiligen Energiewandlers bereitzustellen, wobei jeder der wenigstens zwei Energiewandler durch den Schaltbetrieb des jeweils wenigstens einen Schaltelements gleichspannungszwischenkreisseitig einen Rippelstrom bewirkt. Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zum Steuern von wenigstens zwei an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Energiewandlern, mittels denen jeweilige elektrische Einrichtungen mit dem Gleichspannungszwischenkreis energietechnisch gekoppelt sind, wobei die Energiewandler jeweils wenigstens ein in einem Schaltbetrieb betreibbares Schaltelement aufweisen, das in geeigneter Weise mit wenigstens einer jeweiligen Induktivität und/oder wenigstens einer jeweiligen Kapazität zusammenwirkt, um die gewünschte Energiewandlungsfunktionalität des jeweiligen Energiewandlers bereitzustellen, wobei jeder der wenigstens zwei Energiewandler durch den Schaltbetrieb des jeweils wenigstens einen Schaltelements gleichspannungszwischenkreisseitig einen Rippelstrom bewirkt. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein System mit wenigsten zwei an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen Energiewandlern, mittels denen jeweilige elektrische Einrichtungen mit dem Gleichspannungszwischenkreis energietechnisch gekoppelt sind, wobei die Energiewandler jeweils wenigstens ein in einem Schaltbetrieb betreibbares Schaltelement aufweisen, das in geeigneter Weise mit wenigstens einer jeweiligen Induktivität und/oder wenigstens einer jeweiligen Kapazität zusammenwirkt, um die gewünschte Energiewandlungsfunktionalität des jeweiligen Energiewandlers bereitzustellen, wobei jeder der wenigstens zwei Energiewandler durch den Schaltbetrieb des jeweils wenigstens einen Schaltelements gleichspannungszwischenkreisseitig einen Rippelstrom bewirkt.
  • Gattungsgemäße Verfahren, Einrichtungen sowie auch Systeme sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es diesbezüglich eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Energiewandler werden eingesetzt, um elektrische Energie in vorgebbarer Weise zu wandeln, um zum Beispiel die am jeweiligen Energiewandler angeschlossene elektrische Einrichtung mit dem Gleichspannungszwischenkreis energietechnisch koppeln zu können, sodass zwischen der jeweiligen elektrischen Einrichtung und dem Gleichspannungszwischenkreis elektrische Energie ausgetauscht werden kann. Die Energiewandlungsfunktionalität des Energiewandlers ist häufig bidirektional ausgebildet, sodass ein Energiefluss sowohl von der elektrischen Einrichtung zum Gleichspannungszwischenkreis als auch in umgekehrter Richtung ermöglicht ist. Darüber hinaus gibt es Energiewandler, die lediglich einen unidirektionalen Energiefluss erlauben.
  • Energiewandler werden für eine Vielzahl von Energiewandlungsfunktionen in der Elektrotechnik genutzt. Derartige Energiewandler dienen zum Beispiel bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen dazu, elektrische Energie für unterschiedlichste Antriebs- und/oder Versorgungsfunktionen bereitzustellen. Die elektrische Energie wird bei Kraftfahrzeugen häufig durch eine Batterie nach Art eines Akkumulators bereitgestellt, die am Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist. Der Energiewandler kann zum Beispiel als Gleichspannungswandler, insbesondere als DC/DC-Wandler oder dergleichen ausgebildet sein. Darüber hinaus kann der Energiewandler jedoch auch als Wechselrichter ausgebildet sein, der ein ein- oder mehrphasiges Wechselspannungsnetz bereitstellt. Der Energiewandler kann dem Grunde nach mit einem einzigen Schaltelement ausgerüstet sein. Er kann jedoch auch, ja nach Funktion und Schaltungsstruktur, zwei oder mehrere Schaltelemente aufweisen.
  • Das wenigstens eine Schaltelement der Energiewandler kann mittels einer Steuereinheit mit einem entsprechenden Schaltsignal beaufschlagt sein, mittels dem es zum Zwecke des Energiewandelns durch den Energiewandler im vorgesehenen Schaltbetrieb betrieben werden kann. Die Steuereinheit kann eine separate Einheit für jeden Energiewandler sein und vorzugsweise von diesen umfasst sein. Darüber hinaus kann natürlich für zwei oder auch mehrere Energiewandler eine gemeinsame Steuereinheit vorgesehen sein. Bei mehreren Schaltelementen kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass entsprechende individuelle Schaltsignale für die einzelnen Schaltelemente vorgesehen sind. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Schaltsignal auch dazu genutzt werden kann, zwei oder mehrere der Schaltelemente gemeinsam zu steuern. Dies ist unter anderem abhängig von einer Schaltungsstruktur der wenigstens zwei Energiewandler. Die Energiewandler können die gleiche Schaltungsstruktur aufweisen, jedoch brauchen sie nicht unbedingt die gleiche Schaltungsstruktur aufzuweisen.
  • Ein Schaltelement ist vorzugsweise ein steuerbarer elektronischer Halbleiterschalter wie ein Transistor, der in einem Schaltbetrieb betrieben wird, ein Thyristor, Kombinationsschaltungen hiervon, vorzugsweise mit parallelgeschalteten Inversdioden, ein Gate-Turn-Off-Thyristor (GTO), ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor (IGBT), Kombinationen hiervon oder dergleichen. Der Transistor kann ein bipolarer Transistor sein oder er kann ein Feldeffekttransistor sein, insbesondere ein Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor (MOSFET).
  • Wird ein Transistor als Schaltelement genutzt, ist dieser in einem Schaltbetrieb zu betreiben. Dies bedeutet, dass in einem eingeschalteten Schaltzustand zwischen den eine Schaltstrecke bildenden Anschlüssen des Transistors ein sehr kleiner elektrischer Widerstand bereitgestellt wird, sodass ein hoher Stromfluss bei sehr kleiner Restspannung möglich ist. In einem ausgeschalteten Schaltzustand ist hingegen die Schaltstrecke des Transistors hochohmig, das heißt, sie stellt einen hohen elektrischen Widerstand bereit, sodass auch bei hoher, an der Schaltstrecke anliegender elektrischer Spannung im Wesentlichen kein oder nur ein sehr geringer, insbesondere vernachlässigbarer Stromfluss vorliegt. Hiervon unterscheidet sich ein Linearbetrieb bei Transistoren, der aber bei getakteten Energiewandlern in der Regel nicht zum Einsatz kommt.
  • Das Schaltelement weist zur Realisierung der Steuerfunktionalität wenigstens einen Steueranschluss auf, an dem es mit dem von der Steuereinheit bereitgestellten Schaltsignal beaufschlagbar ist, sodass die gewünschte Schaltfunktion des Schaltelements realisiert werden kann. Dadurch kann die gewünschte Energiewandlungsfunktionalität des jeweiligen der wenigstens zwei Energiewandler realisiert werden. Das Schaltsignal ist insbesondere ein binäres Schaltsignal, welches zwei Zustandswerte einnehmen kann, die den gewünschten Schaltzuständen des Schaltelements zugeordnet sind. Beispielsweise kann das Schaltsignal eine Impulsfolge aufweisen, mittels der der Steueranschluss beaufschlagt wird. Dies ist vor allem bei Thyristoren, GTO oder dergleichen zweckmäßig. Darüber hinaus kann bei Transistoren vorgesehen sein, dass das Schaltsignal ein Rechtecksignal ist, wobei ein jeweiliger Schaltzustand des Transistors einem der Potentiale des Rechtecksignals zugeordnet werden kann.
  • Die wenigstens eine jeweilige Induktivität kann durch eine elektrische Spule, einen Transformator, Kombinationen hiervon oder dergleichen gebildet sein. Die wenigstens eine jeweilige Kapazität kann durch einen elektrischen Kondensator gebildet sein. Darüber hinaus können auch Schaltungsstrukturen mit einer Mehrzahl von Kondensatoren vorgesehen sein, die beispielsweise nach Art einer Reihenschaltung, einer Parallelschaltung oder auch einer Matrixschaltung miteinander verschaltet sein können. Die wenigstens zwei Energiewandler weisen in der Regel eine Schaltungsstruktur auf, bei denen das Schaltelement elektrisch mit der wenigstens einen jeweiligen Induktivität und/oder der wenigstens einen jeweiligen Kapazität elektrisch gekoppelt ist, um die gewünschte Energiewandlungsfunktionalität bereitstellen zu können.
  • Gattungsgemäße Systeme können insbesondere bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, und zwar beispielsweise als elektrisches Bordnetz, das die elektrischen Einrichtungen und elektrischen Einheiten umfassen kann. Das elektrische Bordnetz dient dazu, die elektrischen Einrichtungen und elektrischen Einheiten miteinander in vorgebbarer Weise elektrisch zu koppeln. Am elektrischen Bordnetz ist zumindest ein Teil der elektrischen Einrichtungen beziehungsweise elektrischen Einheiten angeschlossen. Das elektrische Bordnetz dient somit der Verteilung der elektrischen Energie innerhalb des Kraftfahrzeugs.
  • Bedingt durch den bestimmungsgemäßen Betrieb der wenigstens zwei Energiewandler wird der Gleichspannungszwischenkreis mit jeweiligen Rippelströmen beaufschlagt, die vom jeweiligen Schaltbetrieb der wenigstens zwei Energiewandler bewirkt sind. Diese Rippelströme können nicht nur am Gleichspannungszwischenkreis angeschlossene elektrische Einrichtungen beziehungsweise elektrische Einheiten ungünstig beanspruchen, sondern sie können darüber hinaus auch Störungen im bestimmungsgemäßen Betrieb hervorrufen, beispielsweise indem Verluste durch Umladungen entstehen, die Lebensdauer von Bauteilen reduziert wird und/oder dergleichen.
  • Es kann ferner festgestellt werden, dass sich der Rippelstrom in der Regel mit zunehmender Leistung des jeweiligen Energiewandlers entsprechend erhöht. Der Rippelstrom braucht jedoch nicht nur von der Leistung des Energiewandlers abhängig zu sein, sondern er kann darüber hinaus auch von weiteren schaltungstechnischen Gegebenheiten abhängig sein, beispielsweise einem Ausgangskondensator, einer Taktrate des Energiewandlers und/oder dergleichen. Es ist deshalb wünschenswert, den Rippelstrom möglichst gering zu halten.
  • Zu diesem Zweck lehrt zum Beispiel die US 6,392,905 B1 ein Verfahren und eine Schaltung zum Reduzieren eines Batterierippelstroms in einem Multiwechselrichtersystem einer elektrischen Maschine. Dabei ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine, die hier eine dreiphasige elektrische Maschine ist, doppelte, elektrisch getrennte Wicklungen aufweist, die an individuelle Halbbrückenschaltungen von zwei unabhängigen Wechselrichtern angeschlossen sind. Die Wechselrichter werden hinsichtlich des Schaltbetriebs synchronisiert und invertiert betrieben, sodass sich gleichspannungsseitige Rippelströme aufheben können. Die Lehre der US 6,392,905 B1 erfordert jedoch eine entsprechend spezifisch ausgebildete elektrische Maschine.
  • Die Erfindung befasst sich mit der Aufgabe, unabhängig von der vorgenannten Spezialanwendung ein Rippelstromaufkommen in einem Gleichspannungszwischenkreis zu reduzieren.
  • Als Lösung werden mit der Erfindung ein Verfahren, eine Einrichtung sowie ein System gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
  • Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Schaltbetrieb der wenigstens zwei Energiewandler derart eingestellt wird, dass sich die durch die wenigstens zwei Energiewandler bewirkten jeweiligen Rippelströme zumindest teilweise kompensieren.
  • Bezüglich einer gattungsgemäßen Einrichtung wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Einrichtung ausgebildet ist, den Schaltbetrieb der wenigstens zwei Energiewandler derart einzustellen, dass sich die durch die wenigstens zwei Energiewandler bewirkten jeweiligen Rippelströme zumindest teilweise kompensieren.
  • Bezüglich eines gattungsgemäßen Systems wird insbesondere vorgeschlagen, dass wenigstens einer der wenigstens zwei Energiewandler ausgebildet ist, seinen Schaltbetrieb abhängig von einem dem Energiewandler zugeführten Synchronisationssignal einzustellen.
  • Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, die wenigstens zwei Energiewandler, die gemeinsam am Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen sind, hinsichtlich ihres Schaltbetriebs derart einzustellen, dass sich die durch die jeweiligen Energiewandler erzeugen Rippelströme zumindest teilweise aufheben. Eine vollständige Kompensation kann beispielsweise dann erreicht werden, wenn die Energiewandler etwa die gleichen Rippelströme erzeugen, die jedoch dann entsprechend in der Phase verschoben sind, sodass eine Kompensationswirkung realisiert werden kann. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Vielmehr basiert der Gedanke der Erfindung insbesondere auch darauf, dass bereits eine teilweise Kompensation der Rippelströme vorteilhaft erreicht werden kann. Es braucht also keine vollständige Kompensation erreicht werden zu können. Dadurch eröffnet sich durch die Erfindung eine Reihe möglicher neuer Anwendungsfelder, indem nämlich an einem Gleichspannungszwischenkreis angeschlossene Energiewandler hinsichtlich ihres Schaltbetriebs, beispielsweise ihrer Taktrate, einer Phasenlage und/oder dergleichen, derart gesteuert werden können, dass eine möglichst günstige Kompensation der am Gleichspannungszwischenkreis überlagerten Rippelströme erreicht werden kann. Dadurch können die Auswirkungen der Rippelströme insgesamt auf den Gleichspannungszwischenkreis und somit auch auf die am Gleichspannungszwischenkreis angeschlossenen elektrischen Einrichtungen beziehungsweise elektrischen Einheiten reduziert werden.
  • Insbesondere bei Fahrzeugen mit elektrischen Antriebseinrichtungen kann vorgesehen sein, dass jeder Wechselrichter einen charakteristischen Rippelstrom in einem Frequenzbereich aufgrund der Taktung seiner Schaltelemente erzeugt. Diese Störungen können negative Effekte auf andere Komponenten und insbesondere auch auf die Batterie haben, die zum Beispiel als Hochvoltbatterie ausgebildet sein kann. Solche Störungen können dem Grunde nach kaum vermieden werden und sind nur aufwendig zu reduzieren, zum Beispiel in dem im Gleichspannungszwischenkreis ein Kondensator angeordnet wird, der einen entsprechend großen Kapazitätswert aufweist. Bei Kraftfahrzeugen, die in der Regel mehrere Antriebseinrichtungen aufweisen, kann somit durch Überlagerung der Rippelströme erreicht werden, dass sich die durch die jeweiligen Rippelströme am Gleichspannungszwischenkreis erzeugten Störungen minimieren beziehungsweise verstärken. Dadurch, dass gemäß der Erfindung die jeweiligen Schaltbetriebe der Energiewandler, beispielsweise der Wechselrichter, synchronisiert werden, können die hierdurch verursachten Störungen ausgeglichen beziehungsweise reduziert werden, sodass zum Beispiel auch eine Beaufschlagung der Hochvoltbatterie mit Rippelstrom reduziert werden kann.
  • Durch Synchronisation des Schaltbetriebs der wenigstens zwei Energiewandler kann ein Zeitpunkt einer Störausstrahlung angepasst werden, beispielsweise mittels eines Gegentaktzyklusses, sodass Spannungs- und/oder Stromspitzen reduziert werden können. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass ein Kommunikationsnetzwerk genutzt wird, an welchem die Energiewandler angeschlossen sind, beispielsweise ein CAN-BUS, wobei ein geeignetes Synchronisationssignal hierzu genutzt wird. Darüber hinaus können auch Signalflanken von Signalen genutzt werden, die an den Energiewandlern über das Kommunikationsnetzwerk bereitgestellt sein können. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, einen oder mehrere Stromsensoren zu nutzen, um die jeweiligen Ströme, insbesondere die Rippelströme zu erfassen, und entsprechende Synchronisationssignale für die Energiewandler bereitzustellen. Es kann auch vorgesehen sein, dass energiewandlerseitig eine entsprechende Detektionseinheit vorhanden ist, mit der zum Beispiel eine Flanke eines Steuersignals detektiert werden kann, um eine geeignete Synchronisation durchführen zu können. Insbesondere wird vorgeschlagen, dass wenigstens einer der Energiewandler ausgebildet ist, seinen Schaltbetrieb abhängig von einem dem Energiewandler zugeführten Synchronisationssignal einstellen zu können. Dadurch kann sich auf besonders einfache Weise eine entsprechen Synchronisation im Sinne der Erfindung erreichen lassen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Blockschaltbilddarstellung für ein Bordnetz eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs mit zwei an einem Gleichspannungszwischenkreis gemeinsam angeschlossenen Wechselrichtern, an denen jeweilige elektrische Maschinen eines Antriebsstrangs angeschlossen sind;
    • 2 eine schematische Diagrammdarstellung eines Spannungs-ZeitDiagramms für eine Zwischenkreisgleichspannung bei Betrieb eines ersten der beiden Wechselrichter gemäß 1;
    • 3 eine schematische Diagrammdarstellung eines Spannungs-ZeitDiagramms für eine Zwischenkreisgleichspannung, bei dem nun der zweite Wechselrichter gemäß 1 betrieben wird;
    • 4 eine schematische Diagrammdarstellung eines Spannungs-ZeitDiagramms, bei dem beide Wechselrichter gemeinsam und hinsichtlich ihres Schaltbetriebs synchronisiert betrieben werden;
    • 5 eine schematische Blockschaltbilddarstellung wie 1, bei der die Synchronisierung gemäß einem Master-Slave-Betrieb erfolgt;
    • 6 eine schematische Blockschaltbilddarstellung wie 1, bei der eine Synchronisierung über einen gemeinsamen CAN-BUS erfolgt;
    • 7 eine schematische Blockschaltbilddarstellung wie 1, bei der eine Synchronisation über eine Anschaltflanke in Bezug auf die Hochvoltbatterie erfolgt;
    • 8 eine schematische Diagrammdarstellung eines Spannungs-ZeitDiagramms zur Darstellung eines Synchronisationssignals für die Blockschaltbilddarstellung gemäß 7;
    • 9 eine schematische Diagrammdarstellung eines Spannungs-ZeitDiagramms eines Signals auf dem CAN-BUS gemäß 6 zur Ableitung von Synchronisationssignalen.
  • 1 zeigt in einer schematischen Blockschaltbilddarstellung ein Bordnetz 10 als System eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs, welches einen Gleichspannungszwischenkreis 12 aufweist, an dem eine Hochvoltbatterie 22 angeschlossen ist. Die Hochvoltbatterie 22 ist vorliegend zum Bereitstellen einer Gleichspannung in einem Bereich von etwa 450 Volt ausgebildet. An den Gleichspannungszwischenkreis 12 sind jeweilige Wechselrichter 14, 16 angeschlossen, die ein jeweiliges nicht weiter bezeichnetes dreiphasiges Wechselspannungsnetz bereitstellen, an welchem jeweilige elektrische Maschinen 18, 20 angeschlossen sind. Die elektrischen Maschinen 18, 20 dienen zum Antrieb des Kraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine 18 dient zum Antreiben einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs, wohingegen die elektrische Maschine 20 zum Antreiben einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs dient. Das Kraftfahrzeug ist vorliegend ein Elektrofahrzeug.
  • Mit den Bezugszeichen 24, 26 sind entsprechende Spannungen am Gleichspannungszwischenkreis bezeichnet, die einem jeweiligen der Wechselrichter 14, 16 zugeordnet werden können, wenn dieser jeweils alleine betrieben wird. Die 2 und 3 zeigen entsprechende Spannungsverläufe in jeweiligen schematischen Spannungs-Zeit-Diagrammen. Um die Bezüge zwischen diesen beiden Diagrammdarstellungen herstellen zu können, sind jeweilige Zeitpunkte t1 und t2 dargestellt.
  • Aus den 2 und 3 ist ersichtlich dass der Schaltbetrieb der Wechselrichter 14, 16 so abgestimmt ist, dass deren Rippelströme, die jeweilige entsprechende Rippelspannungen 24, 26 bewirken, wenn sie alleine am Gleichspannungszwischenkreis 12 im Betrieb sind, kompensieren können.
  • Da die Leistungen der elektrischen Maschinen 18, 20 nicht gleich sind, sind auch die Amplitudenwerte der Rippelspannungen 24, 26 unterschiedlich. So ist die Amplitude der Rippelspannung 26 aufgrund der größeren Leistung der elektrischen Maschine 20 größer als die Amplitude der Rippelspannung 24, die durch die elektrische Maschine 18 verursacht wird. Durch die Synchronisation des Schaltbetriebs der Wechselrichter 14, 16 und deren gegenphasige Ausrichtung kann jedoch eine zumindest teilweise Kompensation der Rippelströme beziehungsweise der Rippelspannungen 24, 26 erreicht werden, wenn die elektrischen Maschinen 18, 20 gemeinsam betrieben werden. Dies zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung 4 anhand des Graphen 28. Zu erkennen ist in 4, dass aufgrund des synchronisierten Betriebs gemäß der Erfindung die Amplitude der Rippelspannung 28 erheblich kleiner als die Amplituden der Rippelspannungen 24, 26 ist, die bei einem jeweiligen alleinigem Betrieb einer einzigen der Maschinen 18, 20 auftritt.
  • Um die Synchronisation des Schaltbetriebs der Wechselrichter 14, 16 erreichen zu können, ist gemäß einer ersten Ausgestaltung in 5 vorgesehen, dass der Wechselrichter 14 in einem Masterbetrieb und der Wechselrichter 16 in einem Slavebetrieb betrieben wird. Zu diesem Zweck ist ein Stromsensor 32 vorgesehen, der den gleichspannungsseitigen Rippelstrom des Wechselrichters 14 erfasst. Ein entsprechendes Signal ist über dem Stromsensor als ein schematisch skizziertes Stromsignal dargestellt. Dieses wird nun genutzt, um den Wechselrichter 16 hinsichtlich des Schaltbetriebs zu synchronisieren, wie dies anhand der im Bereich des Wechselrichters 16 dargestellten schematischen Diagrammdarstellungen gezeigt ist. Auf diese Weise kann ein synchronisierter Schaltbetrieb bezüglich der Wechselrichter 14, 16 erreicht werden, sodass die teilweise Kompensation in Bezug auf den Rippelstrom, wie gemäß 4 dargestellt ist, erreicht werden kann.
  • 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung gemäß der Erfindung, bei der die Wechselrichter 14, 16 an einen gemeinsamen CAN-BUS 34 angeschlossen sind. Über den CAN-BUS 34 können die Wechselrichter 14, 16 in geeigneter Weise von einer zentralen Steuereinheit, die in den Fig. nicht dargestellt ist, gesteuert werden. Die Steuereinheit kann zum Beispiel Teil einer ebenfalls nicht dargestellten, übergeordneten Kraftfahrzeugsteuerung sein. Über den CAN-BUS 34 erhalten die Wechselrichter 14, 16 entsprechende Synchronisierungssignale, um den Schaltbetrieb entsprechend einstellen zu können.
  • 9 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung in einem Spannungs-Zeit-Diagramm eine Abwandlung der Synchronisation gemäß 6, bei der aus Datensignalen, wie es anhand des Graphen 36 schematisch dargestellt ist, Synchronisationssignale durch Flankendetektion, zum Beispiel zum Zeitpunkt t3 erzeugt werden können. Durch die mittels Flankendetektion erzeugten Synchronisationssignale können die Wechselrichter 14, 16 hinsichtlich ihres Schaltbetriebs entsprechend synchronisiert werden, um eine zumindest teilweise Kompensation in Bezug auf den Rippelstrom zu erreichen, wie dies anhand von 4 zuvor bereits erläutert ist.
  • 7 zeigt eine schematische Blockschilddarstellung für eine weitere Ausgestaltung gemäß der Erfindung, die auf der Blockschilddarstellung gemäß 1 basiert. Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 1 ist bei der Ausgestaltung gemäß 7 vorgesehen, dass die Hochvoltbatterie 22 eine Schalteinheit 30 aufweist, mit der die Hochvoltbatterie 22 ihre nicht weiter bezeichneten galvanischen Zellen abhängig von einem Schaltzustand der Schalteinheit 30 elektrisch mit dem Gleichspannungszwischenkreis 12 koppeln kann.
  • 8 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Spannungs-Zeit-Diagramm, bei dem mittels eines Graphen 38 ein zeitlicher Verlauf einer Zwischenkreisgleichspannung U1 dargestellt ist. Mit UV ist ein Spannungsvergleichswert einer Zwischenkreisgleichspannung mit einer gestrichelten Linie in dem Diagramm dargestellt, wenn die Schalteinheit 30 gemäß 7 eingeschaltet wird. Zu erkennen ist, dass mit dem Einschalten der Schalteinheit 30 die elektrische Spannung U1 gemäß dem Graphen 38 ansteigt. Erreicht die elektrische Spannung U1 am Gleichspannungszwischenkreis 12 den Spannungsvergleichswert Uv, was aus 8 zum Zeitpunkt t4 erfolgt, wird ein entsprechendes Synchronisationssignal an die Wechselrichter 14, 16 ausgegeben, sodass diese ihren Schaltbetrieb entsprechend einstellen können.
  • Die Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Bordnetz
    12
    Gleichspannungszwischenkreis
    14
    Energiewandler
    16
    Energiewandler
    18
    Elektrische Maschine
    20
    Elektrische Maschine
    22
    Hochvoltbatterie
    24
    Elektrische Spannung
    26
    Elektrische Spannung
    28
    Elektrische Spannung
    30
    Schalteinheit
    32
    Stromsensor
    34
    CAN-BUS
    36
    Graph
    38
    Graph
    t1
    Zeitpunkt
    t2
    Zeitpunkt
    t3
    Zeitpunkt
    t4
    Zeitpunkt
    U1
    Elektrische Spannung
    Uv
    Spannungsvergleichswert
  • 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 Patentliteratur
    • US 6392905 B1 [0012]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Steuern von wenigstens zwei an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis (12) angeschlossenen Energiewandlern (14, 16), mittels denen jeweilige elektrische Einrichtungen (18, 20) mit dem Gleichspannungszwischenkreis (12) energietechnisch gekoppelt werden, zu welchem Zweck die Energiewandler (14, 16) jeweils wenigstens ein in einem Schaltbetrieb betriebenes Schaltelement aufweisen, das in geeigneter Weise mit wenigstens einer jeweiligen Induktivität und/oder wenigstens einer jeweiligen Kapazität zusammenwirkt, um die gewünschte Energiewandlungsfunktionalität des jeweiligen Energiewandlers bereitzustellen, wobei jeder der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) durch den Schaltbetrieb des jeweils wenigstens einen Schaltelements gleichspannungszwischenkreisseitig einen Rippelstrom bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltbetrieb der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) derart eingestellt wird, dass sich die durch die wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) bewirkten jeweiligen Rippelströme zumindest teilweise kompensieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Schaltbetrieb der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) mit einer gleichen Taktrate erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltbetrieb der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) synchronisiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einer der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) in einem Masterbetrieb betrieben wird, in dem dessen Schaltbetrieb unabhängig von den anderen der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) eingestellt wird, und die anderen der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) in einem Slavebetrieb betrieben werden, in dem diese ihren jeweiligen Schaltbetrieb abhängig vom Schaltbetrieb des im Masterbetrieb betriebenen Energiewandlers (14, 16) einstellen.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Rippelströme erfasst wird und der jeweilige Schaltbetrieb von wenigstens einem der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) abhängig von dem wenigstens einen erfassten Rippelstrom eingestellt wird.
  6. Einrichtung zum Steuern von wenigstens zwei an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis (12) angeschlossenen Energiewandlern (14, 16), mittels denen jeweilige elektrische Einrichtungen (18, 20) mit dem Gleichspannungszwischenkreis (12) energietechnisch gekoppelt sind, wobei die Energiewandler (14, 16) jeweils wenigstens ein in einem Schaltbetrieb betreibbares Schaltelement aufweisen, das in geeigneter Weise mit wenigstens einer jeweiligen Induktivität und/oder wenigstens einer jeweiligen Kapazität zusammenwirkt, um die gewünschte Energiewandlungsfunktionalität des jeweiligen Energiewandlers (14, 16) bereitzustellen, wobei jeder der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) durch den Schaltbetrieb des jeweils wenigstens einen Schaltelements gleichspannungszwischenkreisseitig einen Rippelstrom bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ausgebildet ist, den Schaltbetrieb der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) derart einzustellen, dass sich die durch die wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) bewirkten jeweiligen Rippelströme zumindest teilweise kompensieren.
  7. System (10) mit wenigstens zwei an einem gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis (12) angeschlossenen Energiewandlern (14, 16), mittels denen jeweilige elektrische Einrichtungen (18, 20) mit dem Gleichspannungszwischenkreis (12) energietechnisch gekoppelt sind, wobei die Energiewandler (14, 16) jeweils wenigstens ein in einem Schaltbetrieb betreibbares Schaltelement aufweisen, das in geeigneter Weise mit wenigstens einer jeweiligen Induktivität und/oder wenigstens einer jeweiligen Kapazität zusammenwirkt, um die gewünschte Energiewandlungsfunktionalität des jeweiligen Energiewandlers (14, 16) bereitzustellen, wobei jeder der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) durch den Schaltbetrieb des jeweils wenigstens einen Schaltelements gleichspannungszwischenkreisseitig einen Rippelstrom bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der wenigstens zwei Energiewandler (14, 16) ausgebildet ist, seinen Schaltbetrieb abhängig von einem dem Energiewandler (14, 16) zugeführten Synchronisationssignal einzustellen.
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WO2022013123A1 (de) * 2020-07-16 2022-01-20 Avl Software And Functions Gmbh Verfahren zur ansteuerung von elektrischen maschinen

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