DE102018122549A1

DE102018122549A1 - Verfahren zur Messung der Stromaufnahme einer dreiphasigen Leistungselektronik und Schaltung hierfür

Info

Publication number: DE102018122549A1
Application number: DE102018122549.0A
Authority: DE
Inventors: Victor Ritzhaup; Holger Wernerus
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2018-09-14
Filing date: 2018-09-14
Publication date: 2020-03-19
Anticipated expiration: 2038-09-15
Also published as: DE102018122549B4; KR20200031989A; CN110907695B; CN110907695A

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Messung der Stromaufnahme einer dreiphasigen Leistungselektronik, wobei ein erstes Strommesssignal (Curr_A) einer ersten Phase, ein zweites Strommesssignal (Curr_B) einer zweiten Phase und ein drittes Strommesssignal (Curr_C) einer dritten Phase erzeugt wird, ein Gesamtstromsignal (CurrDC) erzeugt wird, indem das erste Strommesssignal (Curr_A) über einen ersten Widerstand (Ra1), das zweite Strommesssignal (Curr_B) über einen zweiten Widerstand (Rb1) und das dritte Strommesssignal (Curr_C) über einen dritten Widerstand (Rc1) in einem Knotenpunkt zusammengeführt werden, wobei der erste Widerstand (Ra1), der zweite Widerstand (Rb1) und der dritte Widerstand (Rc1) gleich groß sind, das so gebildete Gesamtstromsignal (CurrDC) vom dem Knotenpunkt über einen Filter einem Sensor zugeführt wird. Zudem wird eine Schaltung zur Messung der Stromaufnahme einer dreiphasigen Leistungselektronik beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Stromaufnahme einer dreiphasigen Leistungselektronik sowie eine Schaltung hierfür.
Batteriebetriebene Fahrzeuge sowie Hybridfahrzeuge haben einen elektrischen Antrieb, der von einer Fahrzeugbatterie gespeist wird. Der Elektromotor derartiger Fahrzeuge ist oft ein dreiphasiger Gleichstrommotor, beispielsweise ein permanenterregter Gleichstrommotor. Auch in herkömmlichen Verbrennungsfahrzeugen werden zunehmend Elektromotoren verwendet, etwa für Gebläse zur Unterstützung eines Turboladers (e-Turbo).
Eine feldorientierte Regelung von solchen Elektromotoren erfordert eine hochfrequente Messung der Zweigströme in einer Leistungselektronik, über die der Elektromotor gespeist wird. Dadurch ergibt sich die Anforderung einer sehr geringen Filterung, damit auch schnelle Stromänderungen noch mit ausreichender Genauigkeit gemessen werden können. Die Gesamtstromaufnahme von herkömmlichen Systemen wird dann durch Aufsummieren von Messwerten der einzelnen Zweigströme ermittelt. Wenn die einzelnen Zweigströme nicht zu genau derselben Zeit gemessen werden, kann dadurch die Genauigkeit der so ermittelten Gesamtstromstärke beeinträchtigt werden, insbesondere bei raschen Lastwechseln.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Weg aufzuzeigen, wie die Stromaufnahme einer dreiphasigen Leistungselektronik mit größerer Genauigkeit und geringem Aufwand ermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren werden zunächst Strommesssignale der einzelnen Phasen der Leistungselektronik bestimmt. Diese Strommesssignale können beispielsweise für jede Phase mit einer Halbbrücke gewonnen werden. Geeignete Halbbrücken sind in herkömmlichen Endstufen in der Regel enthalten, so dass so für jede in die Leistungselektronik eingespeiste Phase ein Strommesssignal gewonnen werden kann. Es ist aber auch möglich, für ein erfindungsgemäßes Verfahren ein Strommesssignal der von der Leistungselektronik einem Verbraucher, insbesondere einem Elektromotor, zur Verfügung gestellten Phasen zu verwenden.
Erfindungsgemäß werden die Strommesssignale der einzelnen Phasen jeweils über einen elektrischen Widerstand in einem Kontenpunkt zusammengeführt und so ein Gesamtstromsignal gebildet. Die Widerstände, über welche die einzelnen Stromsignale zu dem Kontenpunkt geleitet werden sind dabei gleich groß, d.h. stimmen im Rahmen ihrer Fertigungstoleranzen überein. Das so gebildete Gesamtstromsignal ist das arithmetische Mittel der Strommesssignale der einzelnen Phasen; eventuell vorhandene Blindanteile mitteln sich heraus.
Das Gesamtstromsignal wird dann über ein Filter einem Sensor zugeführt, der dann die Gesamtstromstärke misst. Der Sensor kann dazu ein Spannungssensor sein, der die an ihm anliegende Spannung misst. Das Filter ist bevorzugt ein Tiefpass, kann aber beispielsweise auch ein Bandpassfilter sein.
Das Filter ist so zu wählen, dass es Störsignale oberhalb einer Grenzfrequenz entfernt. Störsignale können beispielsweise durch die Frequenz einer Pulsweitenmodulation, die Drehfrequenz des Elektromotors oder andere Störungen erzeugt wird. Bevorzugt liegt die Grenzfrequenz des Filters bei 50 Hz oder mehr.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine Brückenschaltung zur Bestimmung eines Strommesssignals der einzelnen Phasen einer Leistungselektronik; und
2 eine Schaltung zur Messung eines aus den Strommesssignalen der einzelnen Phasen einer Leistungselektronik gebildeten Gesamtstromsignals.

1 zeigt schematisch die wesentlichen Elemente einer Endstufe zur Stromversorgung eines Elektromotors. Die Endstufe liefert die Phasen A, B, C an einen angeschlossenen Elektromotor. Zur Ansteuerung sind Elektromotors sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel drei Halbrücken vorgesehen. Über die dazugehörenden Widerstände R1, R2, R3 wird der Strom in jeder Halbbrücke gemessen, indem ein entsprechendes Spannungssignal von einer Messschaltung erfasst wird.
Die in den Halbbrücken gewonnenen Spannungssignale werden von einer Messschaltung erfasst und daraus Messsignale erzeugt, die den Strom durch die jeweilige Halbbrücke angegeben. Die von der Messschaltung erzeugten Messsignale werden deshalb als Strommesssignale bezeichnet und sind in 1 als Curr_A, Curr_B und Curr_C angegeben.
2 zeigt schematisch, wie aus den Strommesssignalen Curr_A, Curr_B und Curr_C der einzelnen Phasen A, B, C ein Gesamtstromsignal gewonnen werden kann, nämlich indem die Strommesssignale Curr_A, Curr_B und Curr_C auf einem Knotenpunkt zusammengeführt werden und dann über einen Tiefpass oder ein anderes Filter einem Sensor zugeführt werden, der das Gesamtstromsignal CurrDC erfasst. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Strommesssignale Curr_A, Curr_B und Curr_C über Widerstände Ra1, Rb1 bzw. Rc1 in dem Knotenpunkt zusammen geführt, die Teil des Filters sind.
Wie 2 zeigt wird das Strommesssignal Curr_A der ersten Phase A über den Widerstand Ra1 zu dem Knotenpunkt geführt, das Strommesssignal Curr_B der zweiten Phase B über den Widerstand Rb1 zu dem Knotenpunkt geführt und Strommesssignal Curr_C der dritten Phase C über den Widerstand Rc1 zu dem Knotenpunkt geführt. Die Widerstände Ra1, Rb1 und Rc1 sind dabei im Rahmen ihrer Fertigungstoleranzen gleich groß. In dem Knotenpunkt wird somit eine Überlagerung der Strommesssignale der einzelnen Phasen gebildet. Eventuell vorhandene Blindanteile der Strommesssignale der einzelnen Phasen mitteln sich in dem Kontenpunkt also vorteilhaft heraus.
In dem System vorkommende Frequenzen, die nicht dem Nutzsignal entsprechen sowie Störsignale, können aus dem am Kontenpunkt anliegenden Gesamtstromsignal vor dessen Messung herausgefiltert werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wir als Filter ein Tiefpass verwendet, der durch einen dem Stromsensor parallel geschalteten Kondensator C2 gebildet wird. Die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters ist so zu wählen, dass Störsignale, die auf der Pulsweitenmodulationsfrequenz, mit welcher die Leistungselektronik gespeist wird, sowie der Drehzahl des Motors und gegebenenfalls weiteren im System vorkommenden Störfrequenzen beruhen, herausgefiltert werden. Beispielsweise kann der Tiefpass Signale oberhalb einer Grenzfrequenz von 50 Hz oder mehr dämpfen. Vorteilhaft ist für viele Anwendungen, wenn der Tiefpass eine Grenzfrequenz von 50 Hz oder mehr aufweist.
Mit der vorstehend beschriebenen Schaltung lässt sich die Leistung einer Leistungselektronik und damit eines von ihr gespeisten Elektromotors sehr gut regeln. Dazu wird zunächst bei inaktiver Leistungselektronik das Gesamtstromsignal CurrDC gemessen. Der so gewonnene Wert wird gespeichert und dann bei späteren Messungen des Gesamtstromsignals CurrDC als Null-Offset verwendet, um diese zu korrigieren. Das Gesamtstromsignal wird dann bei aktiver Leistungselektronik regelmäßig gemessen, um den Null-Offset korrigiert und so der Gesamtstrom der Leistungselektronik berechnet, wobei ggf. Verstärkungsfaktoren der Strommessschaltung und die Größe der Widerstände R1, R2, R3 berücksichtigt werden. Aus dem Gesamtstrom kann dann durch Multiplikation mit der betreffenden Spannung die von der Leistungselektronik aufgenommene Leistung berechnet werden.

Claims

Verfahren zur Messung der Stromaufnahme einer dreiphasigen Leistungselektronik, wobei ein erstes Strommesssignal (Curr_A) einer ersten Phase, ein zweites Strommesssignal (Curr_B) einer zweiten Phase und ein drittes Strommesssignal (Curr_A) einer dritten Phase erzeugt wird, ein Gesamtstromsignal (CurrDC) erzeugt wird, indem das erste Strommesssignal (Curr_A) über einen ersten Widerstand (Ra1), das zweite Strommesssignal (Curr_B) über einen zweiten Widerstand (Rb1) und das dritte Strommesssignal (Curr_A) über einen dritten Widerstand (Rc1) in einem Knotenpunkt zusammengeführt werden, wobei der erste Widerstand (Ra1), der zweite Widerstand (Rb1) und der dritte Widerstand (Rc1) gleich groß sind, das so gebildete Gesamtstromsignal (CurrDC) gefiltert und dann einem Sensor zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter ein Tiefpass ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dass das Filter einen mit dem Messgerät in Reihe und einen zu dem Messgerät parallel geschalteten Kondensator (C2) aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Filter Signale oberhalbhalb einer Grenzfrequenz von 50 Hz oder mehr dämpft.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik einen Elektromotor speist, vorzugsweise einen permanenterregten Gleichstrommotor.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei inaktiver Leistungselektronik das Gesamtstromsignal gemessen und der so gewonnene Wert zur Korrektur eine bei aktiver Leistungselektronik gewonnenen Werts des Gesamtstromsignals verwendet wird.
Schaltung zur Messung der Stromaufnahme einer dreiphasigen Leistungselektronik, mit einem ersten Eingang für ein Strommesssignal der ersten Phase, einem zweiten Eingang für ein Strommesssignal der zweiten Phase, einem dritten Eingang für ein Strommesssignal der dritten Phase, wobei der erste Eingang über einen ersten Widerstand (Ra1) mit einem Knotenpunkt verbunden ist, der zweite Eingang über einen zweiten Widerstand (Rb1) mit dem Knotenpunkt und der dritte Eingang über einen dritten Widerstand (Rc1) mit dem Knotenpunkt verbunden ist, wobei der erste Widerstand (Ra1), der zweite Widerstand (Rb1) und der dritte Widerstand (Rc1) gleich groß sind, und mit einem Sensor, der über einen Tiefpass mit dem Knotenpunkt verbunden ist.