DE102018123207A1 - Steuerungseinrichtung für einen Wechselrichter, Wechselrichter für ein Fahrzeug, Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters - Google Patents

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Abstract

Steuerungseinrichtung (2) für einen Wechselrichter (1), der drei Halbbrücken (9u, 9v, 9w) jeweils mit einem an ein erstes Gleichspannungspotential (10) angeschlossenen ersten Leistungsschaltelement (11u, 11v, 11w) und mit einem an ein zweites Gleichspannungspotential (12) angeschlossenen zweiten Leistungsschaltelement (13u, 13v, 13w) umfasst, wobei die Steuerungseinrichtung (2) zum Ansteuern der Leistungsschaltelemente (11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w) zum Wandeln einer zwischen den Gleichspannungspotentialen (10, 12) vorliegenden Gleichspannung in einen mehrphasigen Wechselstrom in einem normalen Betriebsmodus und zum Überführen des Wechselrichters (1) aus dem normalen Betriebsmodus in einen sicheren Betriebsmodus eingerichtet ist, wobei die Steuerungseinrichtung (2) ferner dazu eingerichtet ist, die Leistungsschaltelemente (11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w) im sicheren Betriebsmodus wechselweise zum Schalten einphasiger aktiver Kurzschlüsse und zum Schalten zweiphasiger aktiver Kurzschlüsse anzusteuern.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungseinrichtung für einen Wechselrichter, der drei Halbbrücken jeweils mit einem an ein erstes Gleichspannungspotential angeschlossenen ersten Leistungsschaltelement und mit einem an ein zweites Gleichspannungspotential angeschlossenen zweiten Leistungsschaltelement umfasst, wobei die Steuerungseinrichtung zum Ansteuern der Leistungsschaltelemente zum Wandeln einer zwischen den Gleichspannungspotentialen vorliegenden Gleichspannung in einen mehrphasigen Wechselstrom in einem normalen Betriebsmodus und zum Überführen des Wechselrichters aus dem normalen Betriebsmodus in einen sicheren Betriebsmodus eingerichtet ist.
  • Daneben betrifft die Erfindung einen Wechselrichter für ein Fahrzeug, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters.
  • Wechselrichter dienen dazu, eine an einem Gleichspannungseingang anliegende Gleichspannung in einen mehrphasigen Wechselstrom zu wandeln. Insbesondere im Hinblick auf die Verwendung eines Wechselrichters zur Versorgung einer elektrischen Maschine in einem Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs besteht die Anforderung, den Wechselrichter aus diesem normalen Betriebsmodus in einen sicheren Betriebsmodus zu überführen. Dies kann nach Fehlern im Antriebsstrang oder zum Schutz des Antriebsstrangs erforderlich sein.
  • Es wurde bereits vorgeschlagen, den sicheren Betriebsmodus durch einen Freilauf (Safe Pulse Off - SPO) oder durch einen vollständigen aktiven Kurzschluss (Active Short Circuit - ASC) zu realisieren. Je nach verwendetem Verfahren können eine unerwünscht hohe Zwischenkreisspannung und/oder unerwünscht hohe Phasenströme und/oder unerwünschte Bremsmomente auftreten, die durch in Induktivitäten der elektrischen Maschine gespeicherte Energie beim Überführen des Wechselrichters aus dem normalen Betriebsmodus in den sicheren Betriebsmodus verursacht werden. Um der unerwünschten Zwischenkreisspannung bzw. den unerwünschten Phasenströmen entgegenzutreten, ist es bekannt, die Komponenten des Wechselrichters überdimensioniert auszulegen, was für den normalen Betriebsmodus weder erforderlich ist noch eine Verbesserung des Betriebsverhaltens nach sich zieht. Als ein Beispiel für eine solche Überdimensionierung ist die Verwendung von Hochtemperaturmagneten oder der Einsatz von Halbleitern mit höherer Stromtragfähigkeit als benötigt, zu nennen. Herkömmliche Wechselrichter sind dementsprechend teuer und materialaufwendig.
  • Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Möglichkeit zur Realisierung eines sicheren Betriebsmodus anzugeben, wobei insbesondere hohe Phasenströme und eine hohe Zwischenkreisspannung vermieden werden sollen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Steuerungseinrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, dass die Steuerungseinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, die Leistungsschaltelemente im sicheren Betriebsmodus wechselweise zum Schalten einphasiger aktiver Kurzschlüsse und zum Schalten zweiphasiger aktiver Kurzschlüsse anzusteuern.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass beim Schalten eines einphasigen bzw. eines zweiphasigen Kurzschlusses zwar auch transiente Phasenströme entstehen können. Deren Charakteristika unterscheiden sich jedoch erheblich. Die Erfindung macht sich diesen Unterschied zu Nutze und schaltet wechselweise zwischen dem einphasigen aktiven Kurzschluss in dem zweiphasigen aktiven Kurzschluss, sodass die Erzeugung hoher Phasenströme derart begrenzt werden kann, dass sie unterhalb zulässiger Maximalwerte für den Betrieb des Wechselrichters bzw. eines den Wechselrichter aufweisenden Antriebsstrangs liegen.
  • Vorteilhafterweise klingen bei der Ansteuerung durch die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung die durch Induktivitäten der elektrischen Maschine induzierten Phasenströme zügig ab, ohne dabei die maximal zulässigen Werte zu überschreiten. So kann eine Überdimensionierung von Komponenten des Wechselrichters bzw. eines den Wechselrichter aufweisenden Antriebsstrangs, vermieden werden. Es wird somit ein hohes Sicherheitsniveau ohne teure Komponenten, wie Hochtemperaturmagneten und/oder besonders strombeständige Leistungsschaltelemente, erzielt. Gleichzeitig lässt sich das wechselweise Schalten verhältnismäßig sich leicht implementieren und ist in weiten Teilen unabhängig vom letzten Betriebszustand im normalen Betriebsmodus. Dies zieht weitere Vorteile, wie eine Reduktion der Kosten, des Entwicklungsaufwands, des Bauraums, insbesondere für einen Zwischenkreiskondensator, sowie einen Verzicht auf die Verwendung komplexer Bauelemente und eine lange Haltbarkeit und Robustheit des Antriebsstrangs nach sich.
  • Zweckmäßigerweise umfassen die Leistungsschaltelemente Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT) oder Leistungs-MOSFET. Das erste und das zweite Gleichspannungspotential sind unterschiedlich. Dabei ist typischerweise das erste Gleichspannungspotential niedriger als zweite Gleichspannungspotential. Das erste Gleichspannungspotential kann jedoch auch höher als das zweite Gleichspannungspotential sein. Bevorzugt ist die Steuerungseinrichtung ferner dazu eingerichtet, den Wechselrichter aus dem normalen Betriebsmodus in den sicheren Betriebsmodus zu überführen, wenn sie ein das Überführen anzeigendes Steuersignal, insbesondere von einem externen Steuergerät, erhält.
  • Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung ist bevorzugt ferner dazu eingerichtet, beim Schalten eines einphasigen aktiven Kurzschlusses jeweils ein erstes Leistungsschaltelement zum Leiten anzusteuern und beim Schalten eines zweiphasigen aktiven Kurzschlusses jeweils zwei erste Leistungsschaltelemente zum Leiten anzusteuern. Folglich werden sowohl die einphasigen als auch die zweiphasigen Kurzschlüsse von an dasselbe Gleichspannungspotential angeschlossenen Leistungsschaltelementen durchgeführt. Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, das beim Schalten des einphasigen aktiven Kurzschlusses zum Leiten angesteuerte erste Leistungsschaltelement beim Schalten des zweiphasigen aktiven Kurschlusses nicht zum Leiten anzusteuern.
  • Typischerweise werden die nicht zum Leiten angesteuerten Leistungsschaltelemente zum Sperren angesteuert.
  • Die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung kann mit Vorteil ferner dazu eingerichtet sein, die Leistungsschaltelemente beim Beginn des sicheren Betriebsmodus zuerst zum Schalten eines einphasigen aktiven Kurzschlusses anzusteuern. Dies ermöglicht ein besonders rasches Abklingen der in den Wicklungen der elektrischen Maschine gespeicherten Energie bereits zu Beginn des sicheren Betriebsmodus.
  • Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Steuerungseinrichtung ferner zum Ermitteln von Phasenstromwerten des mehrphasigen Wechselstroms und zum Auswählen eines Leistungsschaltelements für den ersten einphasigen aktiven Kurzschluss eingerichtet ist, dessen Halbbrücke beim Überführen in den sicheren Betriebsmodus den betragsmäßig größten Phasenstrom führt. So wird vorteilhafterweise die elektrische Energie derjenigen Phase zuerst umgewandelt, die zum Zeitpunkt der Anforderung des sicheren Zustandes den betragsmäßig höchsten Phasenstrom aufweist.
  • Gemäß einer besonderen Ausgestaltungsform ist die erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung ferner dazu eingerichtet, die einphasigen aktiven Kurzschlüsse jeweils für eine erste Zeitspanne und die zweiphasigen aktiven Kurzschlüsse jeweils für eine von der ersten Zeitspanne abweichende zweite Zeitspanne zu schalten. Besonders bevorzugt beträgt die erste Zeitspanne bzw. die zweite Zeitspanne höchstens 45 %, besonders bevorzugt höchstens 40 %, der Summe der ersten und der zweiten Zeitspanne. Dadurch kann die Steuerungseinrichtung flexibel an Designbesonderheiten des Wechselrichters und/oder der elektrischen Maschine angepasst werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Wechselrichter drei weitere Halbbrücken jeweils mit ersten Leistungsschaltelementen und mit zweiten Leistungsschaltelement aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, die Leistungsschaltelemente der weiteren Halbbrücken im sicheren Betriebsmodus zum Schalten einphasiger aktiver Kurzschlüsse anzusteuern, wenn die Leistungsschaltelemente der ersten Halbbrücken zum Schalten des zweiphasigen aktiven Kurzschlusses angesteuert werden, und zum Schalten zweiphasiger aktiver Kurzschlüsse anzusteuern, wenn die Leistungsschaltelemente der ersten Halbbrücken zum Schalten des einphasigen aktiven Kurzschlusses angesteuert werden. So können bei sechs- oder mehrphasigen Wechselströmen die Stromflüsse im sicheren Betriebsmodus besonders ausgeglichen verteilt werden.
  • Daneben betrifft die Erfindung einen Wechselrichter für ein Fahrzeug, umfassend drei Halbbrücken mit jeweils einem an ein erstes Gleichspannungspotential angeschlossenen ersten Leistungsschaltelement und mit einem an ein zweites Gleichspannungspotential angeschlossenen zweiten Leistungsschaltelement und eine erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine, die zum Antreiben des Fahrzeugs eingerichtet ist, und einen erfindungsgemäßen Wechselrichter, der zum Versorgen der elektrischen Maschine eingerichtet ist
  • Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters, der drei Halbbrücken jeweils mit einem an ein erstes Gleichspannungspotential angeschlossenen ersten Leistungsschaltelement und mit einem an ein zweites Gleichspannungspotential angeschlossenen zweiten Leistungsschaltelement umfasst, aufweisend folgende Schritte:
    • - Ansteuern der Leistungsschaltelemente in einem normalen Betriebsmodus zum Wandeln einer zwischen den Gleichspannungspotentialen vorliegenden Gleichspannung in einen mehrphasigen Wechselstrom;
    • - Überführen des Wechselrichters aus dem normalen Betriebsmodus in einen sicheren Betriebsmodus; und
    • - wechselweises Schalten einphasiger aktiver Kurzschlüsse und zweiphasiger aktiver Kurzschlüsse durch die Leistungsschaltelemente im sicheren Betriebsmodus.
  • Sämtliche Ausführung zur erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung lassen sich analog auf den erfindungsgemäßen Wechselrichter, das erfindungsgemäße Fahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren übertragen, sodass auch mit diesen die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
    • 1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Wechselrichters mit einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerungseinrichtung;
    • 2 ein Pulsdiagramm über die Zeit für die Ansteuerung von Leistungsschaltelementen des in 1 gezeigten Wechselrichters;
    • 3 Verläufe von Phasenströmen und einem Drehmoment beim Betrieb des in 1 gezeigten Wechselrichters;
    • 4 eine Ortskurve der Phasenströme in dq-Koordinaten beim Betrieb des in 1 gezeigten Wechselrichters;
    • 5 Verläufe von Phasenströmen und einem Drehmoment beim Betrieb eines Wechselrichters nach dem Stand der Technik;
    • 6 eine Ortskurve von Raumzeigerströmen beim Betrieb des Wechselrichters nach dem Stand der Technik; und
    • 7 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
  • 1 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Wechselrichters 1 mit einem Ausführungsbeispiel einer Steuerungseinrichtung 2.
  • Daneben umfasst der Wechselrichter 1 einen Gleichspannungseingang 3, einen Wechselspannungsausgang 4, eine Leistungseinheit 5 sowie einen Zwischenkreiskondensator 6, der parallel zum Gleichspannungseingang 3 geschaltet ist. Der Wechselrichter 1 wandelt eine am Gleichspannungseingang 3 anliegende, durch eine Hochvoltbatterie 7 bereitgestellte Spannung U in einen an seinem Wechselstromausgang 4 bereitgestellten mehrphasigen, hier dreiphasigen, Wechselstrom. An den Wechselstromausgang 4 ist eine elektrische Maschine 8, hier exemplarisch in Form einer permanenterregten, Synchronmaschine angeschlossen.
  • Die Leistungseinheit 5 umfasst drei Halbbrücken 9u, 9v, 9w, die jeweils aus einer Reihenschaltung von mit einem ersten Gleichspannungspotential 10 des Gleichspannungseingangs 3 verbundenen ersten Leistungsschaltelementen 11u, 11v, 11w und mit einem zweiten Gleichspannungspotential 12 des Gleichspannungseingangs 3 verbunden zweiten Leistungsschaltelementen 13u, 13v, 13w gebildet sind. Exemplarisch ist in 1 das erste Gleichspannungspotential 10 das zum Anschluss an einen Minuspol der Hochvoltbatterie 7 vorgesehene Potential und das zweite Gleichspannungspotential 12 das zum Anschluss an einen Pluspol der Hochvoltbatterie 7 vorgesehene Potential. Es können jedoch auch ohne weitere Änderungen oder Einschränkungen das zum Anschluss an den Minuspol vorgesehene Potential und die damit verbundenen Leistungsschaltelemente als zweites Gleichspannungspotential bzw. als zweite Leistungsschaltelemente und das zum Anschluss an den Pluspol vorgesehene Potential und die damit verbundenen Leistungsschaltelemente als erstes Gleichspannungspotential bzw. als erste Leistungsschaltelemente verwendet werden.
  • Jedes Leistungsschaltelement 11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w umfasst einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) 14 und eine dazu parallel geschaltete Freilaufdiode 15. Alternativ dazu kann ein jeweiliges Leistungsschaltelement 11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w durch einen Leistungs-MOSFET realisiert sein. Ein Mittelangriff 16 einer jeweiligen Halbbrücke 11u, 11v, 11w ist mit dem Wechselspannungsausgang 4 verbunden, an dem Phasenströme Iu , Iv , Iw des mehrphasigen Wechselstrom für die elektrische Maschine 8 bereitgestellt werden.
  • Die Steuerungseinrichtung 2 ist dazu eingerichtet, die Leistungsschaltelemente 11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w in einem normalen Betriebsmodus zum Wandeln der am Gleichspannungseingang 3 anliegenden Gleichspannung U in den am Wechselstromausgang 4 anliegenden mehrphasigen Wechselstrom anzusteuern. Zur Ansteuerung ist die Steuerungseinrichtung 2 mit einem Steuereingang 17 eines jeweiligen Leistungsschaltelements 11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w verbunden.
  • Bei einem durch ein externes Steuergerät 18 erkannten Fehlerfall wird die Überführung des Wechselrichters 1 aus dem normalen Betriebsmodus in einen sicheren Betriebsmodus initiiert. Die Steuerungseinrichtung ist dazu eingerichtet, die Leistungsschaltelemente 11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w im sicheren Betriebsmodus wechselweise zum Schalten einphasigen aktiver Kurzschlüsse und zum Schalten zweiphasiger aktiver Kurzschlüsse anzusteuern. Diese Schaltstrategie wendet die Steuerungseinrichtung an, sobald sie ein die Überführung in den sicheren Betriebsmodus anzeigendes Signal 19 vom Steuergerät 18 erhält.
  • Ein einphasiger aktiver Kurzschluss zeichnet sich allgemein dadurch aus, dass ein erstes Leistungsschaltelement 11u, 11v, 11w oder ein zweites Leistungsschaltelement 13u, 13v, 13w zum Leiten angesteuert wird, während alle übrigen Leistungsschaltelemente 11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w zum Sperren angesteuert werden. Im Unterschied dazu werden bei einem zweiphasigen aktiven Kurzschluss allgemein zwei erste Leistungsschaltelemente 11u, 11v, 11w oder zwei zweite Leistungsschaltelemente 13u, 13v, 13w zum Leiten angesteuert, während alle übrigen Leistungsschaltelemente 11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w zum Sperren angesteuert werden.
  • 2 ist ein Pulsdiagramm über die Zeit t für die Ansteuerung der Leistungsschaltelemente 11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w des Wechselrichters 1. Dabei sind ein Pulsverlauf 20u dem ersten Leistungsschaltelement 11u, ein Pulsverlauf 20v dem ersten Leistungsschaltelement 11v und ein Pulsverlauf 20w dem ersten Leistungsschaltelement 11w zugeordnet. Desgleichen sind ein Pulsverlauf 21u dem zweiten Leistungsschaltelement 13u, ein Pulsverlauf 20v dem zweiten Leistungsschaltelement 21v und ein Pulsverlauf 21w dem zweiten Leistungsschaltelement 13w zugeordnet.
  • Zu einem Zeitpunkt to erhält die Steuerungseinrichtung 2 das Signal 19 und beendet daraufhin den für Zeitpunkte t < t0 gezeigten normalen Betriebsmodus. Die Steuerungseinrichtung 2 ermittelt zunächst anhand von für den normalen Betriebsmodus vorgegebenen Sollwerten, welcher Phasenstrom Iu , Iv , Iw zum Zeitpunkt to betragsmäßig am größten ist. Vorliegend handelt es sich dabei um den Phasenstrom Iw (vgl. 3). Mittels der diesem Phasenstrom zugeordneten Halbbrücke 9w wird zunächst für eine erste Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt to und einem Zeitpunkt t1 ein einphasiger aktiver Kurzschluss geschaltet. Dazu steuert die Steuerungseinrichtung 2 das erste Leistungsschaltelement 11w zum Leiten und die übrigen Leistungsschaltelemente 11u, 11v, 13u, 13v, 13w zum Sperren an.
  • Danach steuert die Steuerungseinrichtung 2 für eine zweite Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2 die beiden anderen ersten Leistungsschaltelemente 11u, 11v zum Leiten an und die übrigen Leistungsschaltelemente 11w, 13u, 13v, 13b zum Sperren an. Diese Pulsfolge nach dem Zeitpunkt t2 periodisch fortgesetzt.
  • 3 zeigt Verläufe der Phasenströme Iu , Iv , Iw und eines Drehmoments M der elektrischen Maschine 8 über die Zeit t, wobei die Zeitachsen in 3 gegenüber jener in 2 um den Faktor 10 gestaucht sind. 2 zeigt mithin das Pulsdiagramm über die Dauer ca. 1 ms, wohingegen 3 die Verläufe über eine Dauer von ca. 10 ms zeigt. Die gezeigten Strom- und Drehmomentwerte ergeben sich aus einer rein exemplarisch gewählten Konfiguration.
  • Ersichtlich führt die zuvor beschriebene Schaltstrategie zu einem raschen Abklingen der Phasenströme Iu , Iv , Iw , wobei schädliche Stromspitzen vermieden werden. Ebenso ist aus dem Verlauf des Drehmoments M zu entnehmen, dass ab das Drehmoment M ab dem Zeitpunkt to im zügig auf einen Wert um 0 Nm zurückgeführt wird und nur unwesentliche Bremsmomente auftreten.
  • 4 ist eine Ortskurve von Raumzeigerströmen Id, Iq , die sich aus einer dq-Transformation der Phasenströme Iu , Iv , Iw ergeben. Ersichtlich werden die Raumzeigerströme Id, Iq auf sehr direktem Weg nah an den Nullvektor geführt, um den sicheren Zustand zu realisieren.
  • Zum Vergleich zeigen 5 Verläufe der Phasenströme Iu , Iv , Iw und des Drehmoments M über die Zeit t und 6 eine Ortskurve der Raumzeigerströme Id, Iq in dq-Koordinaten, wenn anstelle des Wechsels zwischen dem einphasigen aktiven Kurzschluss und dem zweiphasigen aktiven Kurzschluss wie im Stand der Technik bekannt ein vollständiger, also dreifacher, aktiver Kurzschluss geschaltet wird. Ersichtlich kommt es dabei zu erheblichen Überschwingungen der Phasenströme Iu , Iv , Iw und zu unerwünschten Drehmomentänderungen. Auch die Ortskurve zeigt, dass sich die Raumzeigerströme Id, Iq nur gedämpft-oszillierend einem stationären Zustand mit einer q-Komponente nahe Null nähern.
  • Während bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel die Zeitspannen, während welcher der einphasige aktive Kurzschluss bzw. der zweiphasige aktive Kurzschluss geschaltet wird, im Wesentlichen gleich lang waren, ist es im Rahmen anderer Ausführungsbeispiel möglich, dass das Verhältnis der Zeitspannen davon abweicht, beispielsweise ein Verhältnis von 60: 40 gewählt wird.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, weist der in 1 gezeigte Wechselrichter 1 insgesamt sechs Halbbrücken zur Bereitstellung eines sechsphasigen Wechselstroms für die elektrische Maschine 8 auf. In diesem Fall werden die ersten drei Halbbrücken 9u, 9v, 9w im sicheren Betriebsmodus wie zuvor beschrieben angesteuert und die weiteren drei Halbbrücken (nicht gezeigt) derart abweichend, dass zunächst der zweiphasige aktive Kurzschluss und dann der einphasige aktive Kurzschluss geschaltet wird. Die Schaltstrategie zwischen den ersten Halbbrücken 9u, 9v, 9w und den weiteren drei Halbbrücken ist mithin gegenläufig.
  • 7 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 22, das analog zu 1 einen Wechselrichter 1 gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele, eine elektrische Maschine 8, eine Hochvoltbatterie 7 sowie ein Steuergerät 18, welches als übergeordnetes Steuergerät ein Signal 19 zum Aktivieren eines sicheren Betriebsmodus bereitstellt, umfasst.

Claims (10)

  1. Steuerungseinrichtung (2) für einen Wechselrichter (1), der drei Halbbrücken (9u, 9v, 9w) jeweils mit einem an ein erstes Gleichspannungspotential (10) angeschlossenen ersten Leistungsschaltelement (11u, 11v, 11w) und mit einem an ein zweites Gleichspannungspotential (12) angeschlossenen zweiten Leistungsschaltelement (13u, 13v, 13w) umfasst, wobei die Steuerungseinrichtung (2) zum Ansteuern der Leistungsschaltelemente (11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w) zum Wandeln einer zwischen den Gleichspannungspotentialen (10, 12) vorliegenden Gleichspannung in einen mehrphasigen Wechselstrom in einem normalen Betriebsmodus und zum Überführen des Wechselrichters (1) aus dem normalen Betriebsmodus in einen sicheren Betriebsmodus eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (2) ferner dazu eingerichtet ist, die Leistungsschaltelemente (11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w) im sicheren Betriebsmodus wechselweise zum Schalten einphasiger aktiver Kurzschlüsse und zum Schalten zweiphasiger aktiver Kurzschlüsse anzusteuern.
  2. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 1, welche ferner dazu eingerichtet ist, beim Schalten eines einphasigen aktiven Kurzschlusses jeweils ein erstes Leistungsschaltelement (11u, 11v, 11w) zum Leiten anzusteuern und beim Schalten eines zweiphasigen aktiven Kurzschlusses jeweils zwei erste Leistungsschaltelemente (11u, 11v, 11w) zum Leiten anzusteuern.
  3. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 2, welche ferner dazu eingerichtet ist, das beim Schalten des einphasigen aktiven Kurzschlusses zum Leiten angesteuerte erste Leistungsschaltelement (11u, 11v, 11w) beim Schalten des zweiphasigen aktiven Kurschlusses nicht zum Leiten anzusteuern.
  4. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ferner dazu eingerichtet ist, die Leistungsschaltelemente (11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w) beim Beginn des sicheren Betriebsmodus zuerst zum Schalten eines einphasigen aktiven Kurzschlusses anzusteuern.
  5. Steuerungseinrichtung nach Anspruch 4, welche ferner zum Ermitteln von Phasenstromwerten des mehrphasigen Wechselstroms und zum Auswählen eines Leistungsschaltelements (11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w) für den ersten einphasigen aktiven Kurzschluss eingerichtet ist, dessen Halbbrücke (9u, 9v, 9w) beim Überführen in den sicheren Betriebsmodus den betragsmäßig größten Phasenstrom führt.
  6. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche ferner dazu eingerichtet ist, die einphasigen aktiven Kurzschlüsse jeweils für eine erste Zeitspanne und die zweiphasigen aktiven Kurzschlüsse jeweils für eine von der ersten Zeitspanne abweichende zweite Zeitspanne zu schalten.
  7. Steuerungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wechselrichter (1) drei weitere Halbbrücken jeweils mit ersten Leistungsschaltelementen und mit zweiten Leistungsschaltelement aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung (2) ferner dazu eingerichtet ist, die Leistungsschaltelemente der weiteren Halbbrücken im sicheren Betriebsmodus zum Schalten einphasiger aktiver Kurzschlüsse anzusteuern, wenn die Leistungsschaltelemente (11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w) der ersten Halbbrücken (9u, 9v, 9w) zum Schalten des zweiphasigen aktiven Kurzschlusses angesteuert werden, und zum Schalten zweiphasiger aktiver Kurzschlüsse anzusteuern, wenn die Leistungsschaltelemente (11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w) der ersten Halbbrücken (9u, 9v, 9w) zum Schalten des einphasigen aktiven Kurzschlusses angesteuert werden.
  8. Wechselrichter (1) für ein Fahrzeug (22), umfassend drei Halbbrücken (9u, 9v, 9w) mit jeweils einem an ein erstes Gleichspannungspotential (10) angeschlossenen ersten Leistungsschaltelement (11u, 11v, 11w) und mit einem an ein zweites Gleichspannungspotential (12) angeschlossenen zweiten Leistungsschaltelement (13u, 13v, 13w) und eine Steuerungseinrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  9. Fahrzeug (22), umfassend eine elektrische Maschine (8), die zum Antreiben des Fahrzeugs (22) eingerichtet ist, und einen Wechselrichter (1) nach Anspruch 8, der zum Versorgen der elektrischen Maschine (8) eingerichtet ist.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters (1), der drei Halbbrücken (9u, 9v, 9w) jeweils mit einem an ein erstes Gleichspannungspotential (10) angeschlossenen ersten Leistungsschaltelement (11u, 11v, 11w) und mit einem an ein zweites Gleichspannungspotential (12) angeschlossenen zweiten Leistungsschaltelement (13u, 13v, 13w) umfasst, aufweisend folgende Schritte: -Ansteuern der Leistungsschaltelemente (11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w) in einem normalen Betriebsmodus zum Wandeln einer zwischen den Gleichspannungspotentialen (10, 12) vorliegenden Gleichspannung in einen mehrphasigen Wechselstrom; - Überführen des Wechselrichters (1) aus dem normalen Betriebsmodus in einen sicheren Betriebsmodus; und - wechselweises Schalten einphasiger aktiver Kurzschlüsse und zweiphasiger aktiver Kurzschlüsse durch die Leistungsschaltelemente (11u, 11v, 11w, 13u, 13v, 13w) im sicheren Betriebsmodus.
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