-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, das als Antriebsmaschine eine permanenterregte Synchronmaschine mit Wicklungen aufweist, während einem Fremdantrieb des Kraftfahrzeugs, wobei die Synchronmaschine über einen eine Schaltanordnung und einen Kondensator in einem Zwischenkreis aufweisenden Umrichter an ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist und die Schaltanordnung über eine an das Bordnetz angeschlossene Steuereinrichtung ansteuerbar ist, wobei
- - die permanenterregte Synchronmaschine während des Fremdantriebs als Generator betrieben wird,
- - durch die Synchronmaschine erzeugte und in dem Kondensator gespeicherte Energie zum Betrieb der Steuereinrichtung und der Schaltanordnung bei Überschreiten eines ersten Schwellwerts für die Spannung in dem Zwischenkreis bereitgestellt wird und
- - die Schaltanordnung bei Überschreiten eines zweiten Schwellwerts für die Spannung in dem Zwischenkreis zum Kurzschließen der Wicklungen der Synchronmaschine angesteuert wird.
-
Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
-
Moderne Elektrokraftfahrzeuge nutzen als Antriebsmaschine häufig permanenterregte Synchronmaschinen (PSM). Eine permanenterregte Synchronmaschine weist im Stator oder im Rotor einen Permanentmagneten auf, wobei zugeordnete Wicklungen dann im Rotor oder Stator angeordnet sind. Probleme können auftreten, wenn das Kraftfahrzeug mit der permanenterregten Synchronmaschine fremdangetrieben wird, insbesondere während eines Abschleppvorgangs. Bei einem solchen Abschleppvorgang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Elektrokraftfahrzeugs, mit einer permanenterregten Synchronmaschine wird die Synchronmaschine üblicherweise in einem generatorischen Modus, also als Generator, betrieben, so dass über die Wicklungen ein Strom in den Hochspannungs-Zwischenkreis des Umrichters, der der Synchronmaschine zugeordnet ist, eingespeist wird.
-
Aus Sicherheitsgründen soll bei abgetrennter Hochspannungsbatterie (HV-Batterie) die im Zwischenkreis resultierende Spannung gering gehalten werden, weshalb üblicherweise die Leistungsschalter des Umrichters (Pulswechselrichters) genutzt werden, um einen Kurzschluss herbeizuführen, insbesondere also einen Kurzschluss der Wicklungen selbst beziehungsweise einen Kurzschluss zu einem Massepotential. Ein solcher Kurzschluss wird auch aktiver Kurzschluss (AKS) genannt, insbesondere, nachdem die Treiber der Leistungsschalter für seine Dauer mit Energie versorgt werden müssen. Für die Ansteuerung der Leistungsschalter der Schaltanordnung des Umrichters ist mithin eine Energieversorgung notwendig, insbesondere in einem Niedrigspannungsanteil des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs, aus dem die der Schaltanordnung zugeordnete Steuereinrichtung sowie üblicherweise auch die Treiber der Leistungsschalter betrieben werden.
-
Um im Fall einer fehlenden Energieversorgung im Bordnetz des Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei einer gerissenen Verbindung und/oder bewusst abgeklemmten Batterien, dennoch eine Energieversorgung sicherzustellen wurde vorgeschlagen, die von der Synchronmaschine als Generator erzeugte Energie zu nutzen, um den Kurzschluss herbeizuführen. Konkret kann also vorgesehen sein, dass dann, wenn die Synchronmaschine Energie in das Bordnetz einspeist, baldmöglich die Schaltanordnung des Umrichters aktiviert wird, um den Kurzschluss herbeizuführen. Dann wird jedoch keine Energie mehr in den Zwischenkreis eingespeist, so dass dieser sich entlädt. Der Kurzschluss wird dabei solange aktiv gehalten, bis die Zwischenkreisspannung soweit gefallen ist, dass die Spannungsversorgung, insbesondere also der wenigstens eine Treiber der Leistungsschalter, keine Energie mehr für den aktiven Kurzschluss bereitstellen kann. Dann beginnt sich der Kondensator des Zwischenkreises wieder aufzuladen, und der Zyklus beginnt erneut.
-
Durch das permanente Abwechseln von Ladebetrieb über die permanenterregte Synchronmaschine und Entladebetrieb über die Spannungsversorgung der Schaltanordnung ergibt sich ein Pulsbetrieb für die Spannungsversorgung und die zugehörige Ansteuerelektronik des Umrichters, vorliegend in Form der Steuereinrichtung. Dabei ist zu beachten, dass jedes Mal eine bestimmte Anlaufzeit benötigt wird, bis eine stabile Spannungsversorgung an den Treibern der Leistungsschalter für die Aktivierung des Kurzschlusses zur Verfügung gestellt werden kann. Insbesondere muss zunächst eine hinreichende Anlaufspannung bereitgestellt werden, damit beispielsweise ein Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) einem Niedrigspannungsanteil des Bordnetzes elektrische Energie aus dem Hochspannungsbordnetz bereitstellen kann; die Steuereinrichtung muss in Betrieb genommen werden, insbesondere also Controller hochgefahren werden, der aktuelle Fremdantriebzustand muss festgestellt werden und die entsprechenden Steuerbefehle müssen generiert und umgesetzt werden. Damit diese Anlaufzeit, die letztlich bestimmt, wie hoch die Spannung im Zwischenkreis angestiegen ist, möglichst niedrig gehalten werden kann, ist heutzutage eine spezielle Auslegung der Steuereinrichtung und der Schaltanordnung notwendig, die ein schnelles Anlaufen bei äußerst niedrigen Spannungen im Zwischenkreis ermöglichen sollen. Dies erschwert die Auslegung und erhöht somit Kosten und Bauraum im Kraftfahrzeug.
-
EP 2 433 830 A1 betrifft ein Verfahren und eine Steuerung zum Bereitstellen elektrischer Energie aus einer angetriebenen Drehstrom-Synchronmaschine. Dabei ist der Drehstrom-Synchronmaschine ein mehrphasiger Umrichter zugeordnet, der obere Schalter und untere Schalter und wenigstens einen in oder an einem Zwischenkreis des Umrichters angeordneten Zwischenkreiskondensator aufweist. Durch einen aktiven Kurzschluss, bei dem alle oberen Schalter oder alle unteren Schalter geschlossen werden, wird bei einem abgeschleppten Kraftfahrzeug oder einem Fahrzeug, das fremd (hybrid oder am Rollenprüfstand) angetrieben wird oder ausrollt und/oder über keine einsatzfähige Zwischenkreisspanungsversorgung verfügt, ein sicherer Zustand herbeigeführt, bei dem hohe Spannungen im Zwischenkreis verhindert und Bremsmomente reduziert werden. Dabei wird konkret vorgeschlagen, die im Kondensator gespeicherte Energie über verschiedene Verbraucher, insbesondere auch die oberen oder unteren Schalter, solange zu entladen, bis die Treiber für die Schalter nicht mehr versorgt werden können und der aktive Kurzschluss unterbrochen wird. So wird ein periodischer Kurzschluss generiert, dessen Sequenz sich über interne und externe Verbraucher, Systemkapazität und Motortyp ergibt. Problematisch ist hierbei, dass, nachdem die Spannung im Zwischenkreis so niedrig ist, dass die Treiber nicht mehr betrieben werden können, ein neuer Anlaufzeitraum benötigt wird, während dem bei der Spannungswiederkehr die Spannung im Zwischenkreis zu weit ansteigen kann.
-
DE 10 2010 031 583 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer elektrischen Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug beim Abschleppen, wobei ein Antriebselektromotor direkt mit einer Antriebsachse gekoppelt ist. Durch eine Kurzschlusseinrichtung ist der Antriebsmotor kurzschließbar. Die Kurzschlusseinrichtung weist einen Temperatursensor zur Erfassung von dessen Betriebstemperatur auf, wobei bei Betätigung einer Parksperreinrichtung zwecks deren Entsperrung geprüft wird, ob das Hochvolt-Bordnetz in ordnungsgemäßem Zustand ist und in diesem Fall die Parksperreinrichtung entsperrt und die Kurzschlusseinrichtung aktiviert wird. Die Kurzschlusseinrichtung wird deaktiviert, wenn der Temperatursensor eine unzulässig hohe Temperatur erfasst. So soll unabhängig von der späteren Verfügbarkeit des Niedervolt-Bordnetzes ein sicheres Abschleppen eines Elektrofahrzeugs ohne nennenswerten baulichen Mehraufwand ermöglicht werden,.
-
DE 10 2016 210 238 A1 betrifft ein Verfahren und eine Schutzvorrichtung zur Drehmomentbegrenzung für eine elektrische Maschine. Dabei soll bei einem Fehler an einer permanenterregten Synchronmaschine das Fahrzeug in einen sicheren Zustand bezüglich des elektrischen Antriebs gebracht werden.
-
Hierzu wird vorgeschlagen, im aktiven Kurzschlussbetrieb wenigstens einen aktuellen Istwert wenigstens eines Phasenstroms der Maschine zu detektieren, aus diesem Istwert eine aktuelle Drehzahlinformation abzuleiten, diese mit einer vorgebbaren Drehzahlschwelle zu vergleichen und dann, wenn die aktuelle Drehzahlinformation eine Drehzahl anzeigt, die die vorgebbare Drehzahlschwelle unterschreitet, ein Umschaltsignal zum Umschalten vom aktiven Kurzschlussbetrieb in den Freilauf zu erzeugen. Mit dem Umschaltsignal wird der Umrichter angesteuert.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine erhöhte Sicherheit bei Elektro-Kraftfahrzeugen mit einer permanenten Synchronmaschine bei Fremdantrieb, insbesondere beim Abschleppen, zu erreichen, wenn keine Versorgung durch eine Batterie im Bordnetz gegeben ist.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Schaltanordnung bei Unterschreiten eines dritten Schwellwerts für die Spannung in dem Zwischenkreis, wobei der dritte Schwellwert höher als der erste Schwellwert und höher als eine zum Aufrechterhalten des Schaltzustandes der Schaltanordnung notwendige Mindestspannung gewählt ist, bei vorliegendem aktiven Kurzschluss zum Beenden des Kurzschlusses angesteuert wird.
-
Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung davon ausgegangen, dass keine weitere elektrische Energiequelle im Bordnetz zur Verfügung steht, insbesondere keine Batterien in das Bordnetz einspeisen. Insbesondere ist weder eine Hochspannungsbatterie eines Hochspannungsanteiles des Bordnetzes noch eine Niedrigspannungsbatterie eines Niedrigspannungsanteiles des Bordnetzes angeschlossen. In diesem Kontext wird vorgeschlagen, das Ansteuerverhalten des aktiven Kurzschlusses ausgehend von dem im Stand der Technik Bekannten anzupassen. Dabei ist die grundlegende Idee, den aktiven Kurzschluss gepulst auszuführen, so dass die rückgespeiste Energie der permanenterregten Synchronmaschine geregelt werden kann und somit die Zwischenkreisspannung auf einen relativ konstanten, ungefährlichen Wert gehalten werden kann. Dies kann beispielsweise über einen einfachen Zweipunktregler als Teil der Steuereinrichtung umgesetzt werden, der dann auf den zweiten und den dritten Schwellwert regelt. Fällt die Spannung unter den dritten Schwellwert, wird der aktive Kurzschluss des Umrichters deaktiviert. Steigt die Spannung im Zwischenkreis wieder auf eine obere Schwelle, den zweiten Schwellwert, an, wird der automatische Kurzschluss wieder aktiviert. Wesentlich hierbei ist, dass die Spannungsversorgung für die Schaltanordnung des Umrichters und die Steuereinrichtung immer aktiv bleiben, nachdem der erste Schwellwert nicht mehr unterschritten wird.
-
Mit anderen Worten kann durch die vorliegende Erfindung die Spannung im Zwischenkreis, also die Hochspannung, in einem ungefährlichen Wertebereich gehalten werden. Das hat den Vorteil, dass die Spannungsversorgung inklusive Ansteuerelektronik immer aktiv bleibt und sich somit die Einschaltzyklen drastisch reduzieren. Insbesondere entfällt die Totzeit, die sich aufgrund der Anlaufzeit der Steuereinrichtung und der Spannungsversorgung, insbesondere des wenigstens einen Treibers, ergibt. Bei einer dreiphasigen Synchronmaschine ist es dabei üblich, drei Treiber vorzusehen. Diese Totzeit ist nur beim erstmaligen Anlaufen vorhanden, da dann ja die Steuereinrichtung aktiviert werden muss und die zum Betrieb der Schaltanordnung notwendige Versorgungsspannung, die Mindestspannung überschreitend, bereitgestellt werden muss. Zu allen späteren Zeitzyklen jedoch ist ein äußerst schneller Wechsel zwischen Aktivieren und Deaktivieren des aktiven Kurzschlusses (AKS) gegeben. Dies liegt darin begründet, dass die Steuereinrichtung nach ihrer ersten Aktivierung aktiv gehalten wird und die Schaltanordnung während dieses Zeitraums jederzeit ansteuerbar verbleibt.
-
Durch den gesteuerten, gepulsten Betrieb entsteht also eine Art Pulsweitenmodulation, die aufgrund der ständig aktiven Komponenten eine definierte Frequenz aufweist, die bevorzugt hoch gewählt wird. So sehen vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung beispielsweise vor, dass der zweite und der dritte Schwellwert zur Einstellung einer in einem Frequenzbereich liegenden Pulsfrequenz gewählt werden, insbesondere auch dynamisch, mithin abhängig von der aktuellen Fremdantriebsleistung, die sich in der durch die Synchronmaschine in den Zwischenkreis eingespeisten Energie äußert. Der Frequenzbereich kann dabei ein Unterbereich zwischen 50 und 1000 Hertz sein, bevorzugt zwischen 500 und 1000 Hertz. Bei der Wahl hoher Frequenzen werden dabei auch zu starke Momentenunterschiede an der Synchronmaschine vermieden, die zu einem Ruckeln des Kraftfahrzeugs führen könnten, beispielsweise beim Abschleppen. Denn der AKS führt letztlich zu einer Art Leerlauf. Zudem liegen bei hohen Pulsfrequenzen der zweite und der dritte Schwellwert nahe beieinander, so dass sich eine im Wesentlichen konstante Zwischenkreisspannung auf (bzw. um) einen insbesondere vordefinierten Wert ergeben kann, beispielsweise einen vordefinierten Wert im Bereich von 40 bis 60 Volt, insbesondere von 50 V. Auch andere Vorgehensweisen, um die Pulsfrequenz bewusst hoch zu halten, sind dabei denkbar.
-
In zweckmäßiger Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung an einem Niedrigspannungsanteil des Bordnetzes, der über einen Gleichspannungswandler mit einem Hochspannungsanteil des Bordnetzes, an das die Synchronmaschine angeschlossen ist, verbunden ist, angeschlossen ist. Üblicherweise ist an den Niedrigspannungsanteil des Bordnetzes, dessen Niedrigspannung niedriger ist als die Hochspannung des Hochspannungsanteils des Bordnetzes, auch eine Batterie angeschlossen, die im vorliegenden Fall jedoch nicht die notwendige elektrische Energie liefern kann, um den aktiven Kurzschluss herbeizuführen und insbesondere auch die Steuereinrichtung zu betreiben. Dies kann aufgrund eines Unfalls oder eines gezielten Abklemmens der Fall sein. Nachdem allerdings der Niedrigspannungsanteil üblicherweise über einen Gleichspannungswandler mit dem Hochspannungsanteil des Bordnetzes verbunden ist, ist es möglich, im Hochspannungsanteil vorliegende, hier von der Synchronmaschine erzeugte, elektrische Energie an den Niedrigspannungsanteil, dessen Niedrigspannung beispielsweise 12 V betragen kann, weiterzugeben. Der dritte Schwellwert für die Spannung im Zwischenkreis ist dabei zweckmäßigerweise auch so gewählt, dass der Gleichspannungswandler kontinuierlich in Betrieb bleiben kann, mithin auch hier Totzeiten entfallen, so dass letztlich ein kontinuierliches Vorliegen elektrischer Energie im Niedrigspannungsanteil des Bordnetzes sichergestellt werden kann.
-
Zweckmäßigerweise kann die Schaltanordnung mehrere, insbesondere sechs, Leistungsschalter, insbesondere Feldeffekttransistoren und/oder IGBTs, aufweisen, denen wenigstens ein Treiber zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung zugeordnet ist, der insbesondere aus dem Niedrigspannungsanteil gespeist wird. Kann der wenigstens eine Treiber, insbesondere die drei Treiber, aus dem Niedrigspannungsanteil mit der Versorgungsspannung (Gatespannung) beaufschlagt werden, lässt sich mithin der aktive Kurzschluss komplett aus dem Niedrigspannungsanteil steuern. Der wenigstens eine Treiber kann dabei als Teil der Steuereinrichtung verstanden werden und beispielsweise als ein einziger IC realisiert sein. Der Umrichter kann, insbesondere bei einer Dreiphasigkeit der permanenterregten Synchronmaschine, sechs Leistungsschalter aufweisen, die in zwei Gruppen mit jeweils drei Schaltern aufgeteilt sein können, wobei beispielsweise drei Halbbrücken vorgesehen sein können, bei denen jeder Diode ein Leistungsschalter parallel geschaltet ist. Insgesamt können beispielsweise drei Halbbrücken bei drei Phasen eingesetzt werden.
-
Zweckmäßigerweise kann der zweite Schwellwert kleiner als eine beim ersten Anlaufen des Bordnetzes durch den Fremdantrieb auftretende Spitzenspannung gewählt werden. Es hat sich gezeigt, dass beim ersten Anlaufen, bei dem mithin zunächst die elektrische Energie erst erzeugt werden muss, um den Niedrigspannungsanteil des Bordnetzes zu versorgen, die Steuereinrichtung beziehungsweise ihren wenigstens einen Controller hochzufahren und die Versorgungsspannung für die Schaltanordnung bereitzustellen, zu noch recht hohen Spannungen, beispielsweise von über 60 V, im Zwischenkreis führen kann. Nachdem dieser längere Zeitraum durch Totzeiten und dergleichen bestimmt werden, die am Ende nicht mehr vorliegen, ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft möglich, den zweiten Schwellwert insgesamt deutlich niedriger zu wählen, als diese Spitzenspannung, beispielsweise bei 45 bis 55 V oder dergleichen, so dass insbesondere auch ein recht kleiner Spannungsbereich im weiteren Verlauf erreicht werden kann.
-
Konkret kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der erste Schwellwert im Bereich von 20 bis 40 V und/oder der zweite Schwellwert im Bereich von 50 bis 60 V und/oder der dritte Schwellwert im Bereich von 35 bis 50 V gewählt wird. Beispielsweise sind also Ausgestaltungen denkbar, in denen sich beim Wechsel zwischen aktivem Kurzschluss und deaktiviertem Kurzschluss die Spannung des Zwischenkreises zwischen 45 V (dritter Schwellwert) und 55 V (zweiter Schwellwert) bewegt oder dergleichen. Mithin kann die Spannung im Zwischenkreis und somit im Hochspannungsanteil des Bordnetzes annähernd konstant in ungefährlichen Spannungsbereichen gehalten werden.
-
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend als Antriebsmaschine eine permanenterregte Synchronmaschine mit Wicklungen, wobei die Synchronmaschine über einen eine Schaltanordnung und einen Kondensator in einem Zwischenkreis aufweisenden Umrichter an ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist und die Schaltanordnung über eine an das Bordnetz angeschlossene Steuereinrichtung ansteuerbar ist, welche sich dadurch auszeichnet, dass die Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchen mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine Prinzipskizze relevanter Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
- 2 einen Verlauf der Spannung im Zwischenkreis gemäß dem Stand der Technik, und
- 3 einen Verlauf der Spannung im Zwischenkreis gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 zeigt eine Prinzipskizze für die Erfindung relevanter Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Bei dem Kraftfahrzeug 1 handelt es sich um ein Elektrokraftfahrzeug 1, das als Antriebsmotor eine permanenterregte Synchronmaschine 2 nutzt. Diese weist, wie grundsätzlich bekannt, einen permanentmagnetisierten Rotor oder Stator und hier nicht näher dargestellte zugeordnete Wicklungen am Stator oder Rotor auf, die auch als Motorwicklungen bezeichnet werden können. Die Synchronmaschine 2 arbeitet im vorliegenden Ausführungsbeispiel dreiphasig, so dass er über einen Umrichter 3 mit einem Hochspannungsanteil 5 eines Bordnetzes 4 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist. Der Hochspannungsanteil 5 des Bordnetzes 4 ist über einen Gleichspannungswandler 6 mit einem Niedrigspannungsanteil 7 des Bordnetzes 4 verbunden, an das in diesem Fall eine auch für den Umrichter 3 zuständige Steuereinrichtung 8 und eine Niedrigspannungsbatterie 9 angeschlossen sind.
-
Der Umrichter 3 umfasst drei Halbbrücken, deren Dioden jeweils Leistungsschalter 11 bis 16 einer Schaltanordnung des Umrichters 3 parallel geschaltet sind. Die Leistungsschalter 11 bis 13 bilden dabei eine erste Schaltergruppe, die Leistungsschalter 14 bis 16 eine zweite Schaltergruppe. Im Zwischenkreis des Umrichters 3 ist ferner ein Kondensator 17 (Zwischenkreiskondensator) vorgesehen.
-
Die Leistungsschalter 11 sind beispielsweise als Feldeffekttransistoren (FET) oder als IGBTs ausgeführt. Über entsprechende Treiber, vorliegend einer pro Phase, also drei Treiber, kann eine Versorgungsspannung/Gatespannung bereitgestellt werden, um den Schaltzustand des jeweiligen Leistungsschalters 11 bis 16 zu steuern. Die Schalteranordnung kann vorliegend von der auch die drei Treiber umfassenden Steuereinrichtung 8 derart angesteuert werden, dass ein aktiver Kurzschluss (AKS) herbeigeführt wird. Dies geschieht vorliegend durch das Schließen aller Schalter 11 bis 13 der ersten Schaltergruppe oder das Schließen aller Schalter 14 bis 16 der zweiten Schaltergruppe. In jedem Fall sind dann die Windungen der permanenterregten Synchronmaschine 2 kurzgeschlossen, so dass bei Fremdantrieb, insbesondere bei Abschleppen des Kraftfahrzeugs 1, und vorliegendem aktiven Kurzschluss der Kondensator 17 nicht aufgeladen wird, das bedeutet, es entsteht keine Hochspannung im Zwischenkreis.
-
Dies ist immer dann problematisch, wenn im Kraftfahrzeug 1 keine Energie für die Steuereinrichtung 8 und die Treiber der Leistungsschalter 11 bis 16 bereitsteht. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn auf Grund eines Unfalls oder gezielt die Batterie 9 nicht mehr an den Niedrigspannungsanteil 7 des Bordnetzes 4 angeschlossen ist.
-
In diesem Fall wurde im Stand der Technik vorgeschlagen, wie durch 2 näher erläutert wird, die von der Synchronmaschine 2 selbst zurückgespeiste Energie zu nutzen, um die Steuereinrichtung 8 und die Schaltanordnung zu betreiben. Ist eine gewisse Anlaufspannung 18 als erster Schwellwert erreicht, kann der Gleichspannungswandler 6 die Energie aus dem Hochspannungsanteil 5 in den Niedrigspannungsanteil 7 übertragen und die Steuereinrichtung 8 beziehungsweise ihr wenigstens einer Controller kann hochgefahren werden, wobei zudem die Versorgungsspannung für die Treiber der Leistungsschalter 11 bis 16 bereitgestellt wird. Dies nimmt einen gewissen Zeitraum 19 in Anspruch, vgl. 2, während dem die Spannung im Zwischenkreis (UZK) eine Spitzenspannung 20 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt kann die Steuereinrichtung 8, die festgestellt hat, dass ein Abschleppfall vorliegt, die Schalteranordnung, hier konkret die Treiber, ansteuern, um die Schalter 11 bis 13 beziehungsweise 14 bis 16 der ersten beziehungsweise zweiten Schaltergruppe zu schließen, so dass der aktive Kurzschluss hergestellt wird. Entsprechend, wie aus 2 ersichtlich ist, sinkt die Spannung im Zwischenkreis nun wieder ab. Der aktive Kurzschluss wird gemäß dem Stand der Technik so lange aktiv gehalten, bis die Zwischenkreisspannung soweit gefallen ist, dass nicht mehr hinreichende Energie für die Treiber und somit den aktiven Kurzschluss bereitgestellt werden kann, so dass ab diesem Zeitpunkt insbesondere wieder die komplette Anlaufzeit 19 benötigt wird, bis der aktive Kurzschluss wieder aktiviert werden kann, erneut unter Erreichen der Spitzenspannung 20.
-
Von diesem Konzept wird gemäß der vorliegenden Erfindung nun abgewichen, wie durch 3 näher erläutert werden soll. Dort ist wiederum die Spannung im Zwischenkreis (UZK) gegen die Zeit (t) gezeigt, wobei allerdings die Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 8 modifiziert ist. Vor dem ersten Aktivieren des aktiven Kurzschlusses ist die Situation noch genau wie in 2. Im Zwischenkreis wird langsam mittels des Kondensators 17 eine Spannung aufgebaut, wobei bei Erreichen der Anlaufspannung 18 (entspricht dem ersten Schwellwert 21) erneut wieder die Anlaufzeit 19 benötigt wird, um alle notwendigen Komponenten zu starten und vorzubereiten, hier insbesondere den Niedrigspannungsanteil 7 mit elektrischer Energie zu versorgen, die Steuereinrichtung 8 hochzufahren und die Spannungsversorgung für die Treiber der Leistungsschalter 11 bis 16 bereit zu stellen. Auf diese Weise wird vor diesem ersten Aktivieren des aktiven Kurzschlusses wiederum die Spitzenspannung 20 erzielt. Ab diesem Zeitpunkt werden jedoch die Steuereinrichtung 8 und die Spannungsversorgung für die Treiber aktiv gehalten und es wird innerhalb der Steuereinrichtung 8 ein Zweipunktregler realisiert, der die Spannung im Zwischenkreis zwischen einem zweiten Schwellwert 22 und einem dritten Schwellwert 23 hält. Der zweite Schwellwert 22 ist dabei bereits niedriger als die Spitzenspannung 20 gewählt, da diese nicht mehr erreicht werden muss, nachdem alle wichtigen Komponenten aktiv gehalten werden und somit Totzeiten wegfallen. Der dritte Schwellwert 23 ist niedrigere als der zweite Schwellwert 22 gewählt, aber ersichtlich deutlich höher als der erste Schwellwert 21, so dass weder die Schaltanordnung noch die Steuereinrichtung 8 aus Mangel an elektrischer Energie deaktiviert werden, sondern ein gezieltes Deaktivieren des aktiven Kurzschlusses stattfindet, sobald die Zwischenkreisspannung den dritten Schwellwert 23 unterschreitet. Der Kondensator 17 wird wieder aufgeladen, bis die Zwischenkreisspannung den zweiten Schwellwert erreicht beziehungsweise überschreitet, wonach der aktive Kurzschluss durch Ansteuerung mittels der Steuereinrichtung 8 wieder aktiviert wird. Dies setzt sich fort, so dass die Zwischenkreisspannung in einem eng begrenzten Bereich gehalten werden kann, beispielsweise zwischen 45 V und 55 V. Auf diese Weise kann nicht nur die Sicherheit im Abschleppfall (oder sonstigen fremdangetriebenen Fall) erhöht werden, sondern die Spannungsversorgung inklusive Ansteuerelektronik kann immer aktiv bleiben, so dass sich die Einschaltzyklen drastisch reduzieren. Totzeiten aufgrund der Anlaufzeiten, insbesondere der Spannungsversorgung für die Treiber, ergeben sich lediglich vor dem ersten Aktivieren, vgl. Anlaufzeit 19.
-
Wie 3 zu entnehmen ist, ergibt sich eine Art gepulster Betrieb des aktiven Kurzschlusses, der als eine Pulsweitenmodulation mit einer bestimmten Pulsfrequenz verstanden werden kann. Der zweite und der dritte Schwellwert 22, 23 können, insbesondere auch dynamisch, so gewählt werden, dass die Pulsfrequenz in einem bestimmten Frequenzbereich liegt, bevorzugt bei als Unterbereich von 500 bis 1000 Hertz. Dann erfolgt ein äußerst schneller Aktivierungs-Deaktivierungszyklus des aktiven Kurzschlusses, so dass die Spannung im Zwischenkreis im Wesentlichen konstant bleibt und Momentensprünge an der Synchronmaschine 2 weniger wahrnehmbar gehalten werden.
-
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
-
- EP 2433830 A1 [0007]
- DE 102010031583 A1 [0008]
- DE 102016210238 A1 [0009]
