DE102020114204A1

DE102020114204A1 - Aktive Entladung eines Fahrzeug-Zwischenkreiselements mit Pulsweitenmodulation

Info

Publication number: DE102020114204A1
Application number: DE102020114204.8A
Authority: DE
Inventors: Daniel Eckstein; Patrick Augustin; Julian Körner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-05-27
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2021-12-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine aktive Entladeschaltung (1) für eine Fahrzeug-Entladevorrichtung, zum Entladen eines Fahrzeug-Zwischenkreises (2), die Entladeschaltung (1) aufweisend einen Anschluss zum Anschließen an zumindest ein Zwischenkreiselement (3) des Fahrzeug-Zwischenkreises (2); eine zu dem Anschluss parallel geschaltete Schaltungsanordnung mit zumindest einem Entladeelement (5) und zumindest einem Schaltelement (6), wobei das zumindest eine Schaltelement (6) ausgestaltet ist, in einem geschlossenen Schaltzustand das Entladeelement (5) mit dem Anschluss elektrisch zu kontaktieren und in einem geöffneten Schaltzustand das Entladeelement (5) mit dem Anschluss nicht elektrisch zu kontaktieren; und eine Steuereinheit (7), wobei die Steuereinheit (7) ausgestaltet ist, während eines Entladens des zumindest einen Zwischenkreiselements (3) die Schaltzustände bei dem Schaltelement (6) mit Pulsweitenmodulation einzustellen.Dies kann eine verbesserte aktive Entladung eines Zwischenkreiselements (3) ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine aktive Entladeschaltung für eine Fahrzeug-Entladevorrichtung, zum Entladen eines Fahrzeug-Zwischenkreises.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum aktiven Entladen eines Fahrzeug-Zwischenkreises, mit einer aktiven Entladeschaltung für eine Fahrzeug-Entladevorrichtung.
Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, bei welchen im Antriebssystem Spannungen größer als 60 Volt vorgesehen sind, müssen aus Sicherheitsgründen in kurzer Zeit aktiv entladen werden, um eine Gefahr durch gefährliche elektrische Spannungen bei Wartung oder Unfall an Personen zu vermeiden. Hierbei werden die Zwischenkreiskondensatoren in der Leistungselektronik des Fahrzeugs entladen, welche als schnelle Energiespeicher für den Betrieb von Pulswechselrichtern benötigt werden.
Gemäß Stand der Technik werden bei aktiven Entladeschaltungen ein oder mehrere Widerstände verwendet, welche mittels Halbleiterschalter parallel zu einem Zwischenkreiskondensator eingeschaltet werden, um die Zwischenkreiskapazität zu entladen. Beim Entladevorgang ist der Fahrzeugantrieb vom Batteriesystem getrennt, d. h. ein Batterieschütz ist in einem geöffneten Schaltzustand, damit die Zwischenkreiskapazität nicht durch das Batteriesystem nachgeladen werden kann. Ein Batterieschütz ist ein Schalter zum Schutz der Batterie. Der Schalter kann elektrisch oder mechanisch oder mit einer Kombination hiervon betätigt werden.
Während der Entladung nimmt die Spannung der Zwischenkreiskapazität kontinuierlich ab, bis diese einen unkritischen Wert, z. B. einen Wert kleiner als 60V, erreicht und die Entladeschaltung wieder deaktiviert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte aktive Entladung eines Zwischenkreiselements zur Verfügung zu stellen. Insbesondere sollen bei gleicher Entladezeit das/die Entladeelement(e) kleiner dimensioniert werden können, ohne während eines Entladens zu sehr zu erhitzen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt insbesondere durch eine aktive Entladeschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Ein Aspekt betrifft eine aktive Entladeschaltung für eine Fahrzeug-Entladevorrichtung, zum Entladen eines Fahrzeug-Zwischenkreises. Die Entladeschaltung weist auf: einen Anschluss zum Anschließen an zumindest ein Zwischenkreiselement des Fahrzeug-Zwischenkreises; eine zu dem Anschluss parallel geschaltete Schaltungsanordnung mit zumindest einem Entladeelement und zumindest einem Schaltelement, wobei das zumindest eine Schaltelement ausgestaltet ist, in einem geschlossenen Schaltzustand das Entladeelement mit dem Anschluss elektrisch zu kontaktieren und in einem geöffneten Schaltzustand das Entladeelement mit dem Anschluss nicht elektrisch zu kontaktieren; und eine Steuereinheit, wobei die Steuereinheit ausgestaltet ist, während eines Entladens des zumindest einen Zwischenkreiselements die Schaltzustände bei dem Schaltelement mit Pulsweitenmodulation (PWM) einzustellen.
Ein Aspekt betrifft ein Verfahren zum aktiven Entladen eines Fahrzeug-Zwischenkreises, mit der aktiven Entladeschaltung für eine Fahrzeug-Entladevorrichtung. Hierbei operiert das zumindest eine Schaltelement zwischen zwei Schaltzuständen wie folgt:

- in einem geschlossenen Schaltzustand kontaktiert es das Entladeelement mit dem Anschluss elektrisch und
- in einem geöffneten Schaltzustand kontaktiert es das Entladeelement mit dem Anschluss nicht elektrisch.

Die Steuereinheit stellt während eines Entladens des zumindest einen Zwischenkreiselements die Schaltzustände bei dem Schaltelement mit Pulsweitenmodulation ein. Das Verfahren kann wie nachstehend anhand der aktiven Entladevorrichtung beschrieben aus- und weitergebildet sein.
Ein Fahrzeug-Zwischenkreis koppelt als Energiespeicher mehrere elektrische Netze auf einer zwischengeschalteten Strom- oder Spannungsebene über Umrichter elektrisch. Beispielsweise kann es sich bei dem Fahrzeug-Zwischenkreis um eine Schaltungsanordnung mit einem Kondensator als Zwischenkreiselement handeln, welche einen Motor mit Energie speist. Der Kondensator kann wiederum durch eine Batterie gespeist werden. Über den Kondensator kann der Motor kurzfristig, z. B. im Fall eines Anfahrens, mit zusätzlicher Energie versorgt werden. Umgekehrt kann der Zwischenkreis mit seiner Schaltungsanordnung während eines Motorbetriebs anfallende Spannungsspitzen, z. B. angefallen durch einen Bremsvorgang, glätten.
Bei dem öffneten Schaltzustand ist eine elektrische Kontaktierung aufgehoben oder unterbrochen.
Das Entladeelement kann ein Widerstand sein.
Nachfolgend werden eine vorteilige Grundidee der Erfindung und einzelne Aspekte des beanspruchten Gegenstandes der Ausführungsformen erläutert und weiter nachfolgend bevorzugte modifizierte Ausführungsformen beschrieben. Erläuterungen, insbesondere zu Vorteilen und Definitionen von Merkmalen, sind dem Grunde nach beschreibende und bevorzugte, jedoch nicht limitierende Beispiele. Sofern eine Erläuterung limitierend ist, wird dies ausdrücklich erwähnt.
Eine vorteilige Grundidee ist es also, den Entladevorgang pulsweitenmoduliert zu steuern. Hierbei erfolgt eine aktive Entladung durch einen oder mehrere Widerstände. Die Pulsweitenmodulation (PWM) wird auch als Pulsbreitenmodulation (PBM), Pulsdauermodulation (PDM), Pulslängenmodulation (PLM) oder Unterschwingungsverfahren bezeichnet.
Die PWM ist eine digitale Modulationsart, bei der eine technische Größe, z. B. die elektrische Spannung, zwischen zwei Werten wechselt. Dabei wird bei konstanter Frequenz ein Rechteckimpuls moduliert, dessen Weite, Breite bzw. Länge variiert. Das Verhältnis zwischen Impuls und Pause wird als Tastverhältnis oder Tastgrad bezeichnet. Bei der PWM hat das modulierte Signal eine feste Amplitude. Dafür ist die Impulsdauer abhängig von der Amplitude des Informationssignals. Je positiver das Informationssignal, desto länger dauert der Impuls. Je negativer das Informationssignal, desto kürzer ist der Impuls.
Für die pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Schaltelements können beispielsweise zwei Transistoren zwei Surface Mount Device (SMD)-Widerstände, d. h. oberflächenmontierte Widerstände, und Kondensatoren verwendet werden. Im Vergleich zu bisher bekannten Entladeschaltungen können Widerstände mit geringerer maximaler Verlustleistung gewählt werden.
Die bei der Entladung auftretende Leistung kann durch die pulsweitenmodulierte Steuerung gleichmäßig über eine gesamte Entladedauer verteilt werden. Hierbei kann mit Vorteil erzielt werden, dass sich das/die Entladeelement(e) bei der Entladeschaltung lediglich halb so viel erwärmen wie bei Entladeschaltungen des Standes der Technik.
Es kann eine Kosteneinsparung aufgrund einer kleineren Dimensionierung und/oder weniger verwendeten Entladeelementen ermöglicht werden. Alternativ oder zusätzlich kann bei großen Leistungswiderständen ein kostengünstigeres Modell des/der Entladeelemente verwendet werden.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit ausgestaltet ist, die Schaltzustände bei dem zumindest einen Schaltelement abhängig von einer Zwischenkreisspannung an dem zumindest einen Zwischenkreiselement mit Pulsweitenmodulation einzustellen. Anhand der Zwischenkreisspannung kann bemessen werden, wie viel Leistung auf die Leistungsschaltung, insbesondere dessen Entladeelement(e) beaufschlagt würde. Eine pulsweitenmodulierte Steuerung des/der Schaltelement(s/e) kann eine kostengünstige Lösung zur Steuerung in der Entladeschaltung sein.
Eine weitergebildete Ausführungsform kann sein, dass die aktive Entladeschaltung aufweist ein Messelement zum Messen der Zwischenkreisspannung an dem Zwischenkreiselement und zum Ausgeben eines Messsignals der Zwischenkreisspannung an die Steuereinheit. Beispielsweise kann das Messelement zum Messen einer Hochvolt- (HV-) Spannung an dem Zwischenkreiselement und zum Ausgeben eines HV-Messsignals der Zwischenkreisspannung an die Steuereinheit ausgestaltet sein. Der Begriff „Hochvolt“, kurz: „HV“, bezieht sich auf Systeme, welche mit Wechselspannungen in einem Bereich von 30 V bis 1 kV oder mit Gleichspannungen über 60 V bis 1,5 kV betrieben werden. Diese Ausführungsform kann kostengünstig implementierbar zur Messung einer Spannung sein, da beispielsweise HV-Spannungsmesselemente für andere Zwecke bereits am Fahrzeug installiert sein können.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation bei einer höheren Zwischenkreisspannung niedriger ist als ein Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation bei einer niedrigeren Zwischenkreisspannung. Ein Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation definiert ein Verhältnis zwischen einer Ein- und einer Ausschaltdauer des Schaltelements. Somit kann vorteilhafterweise bei noch höheren Spannungen an einem Zwischenkreiselement, wie z. B. einer Zwischenkreiskapazität, das Entladeelement mit gegenüber bekannten Lösungen vergleichsweise weniger Leistung beaufschlagt werden und mit fortschreitender Entladedauer und damit einhergehender abfallender Spannung an der Zwischenkreiskapazität das Entladeelement mit gegenüber bekannten Lösungen vergleichsweise mehr Leistung beaufschlagt werden. Insgesamt kann sich hierdurch eine über die Entladedauer gut gleichverteilte Beaufschlagung des/der Entladeelement(s/e) mit Leistung aus dem/den Zwischenkreiselement(en) ergeben.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Steuerelement ausgestaltet ist, das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation derart einzustellen, dass während des Entladens eine Temperaturerhöhung an dem zumindest einen Entladeelement sich wie eine von einer Entladezeit abhängige Sättigungsfunktion verhält. Dies ist eine mögliche Ausführungsform, bei der die bezüglich der vorgenannten Ausführungsform erwähnten Vorteile besonders auftreten können.
Eine weitergebildete Ausführungsform kann sein, dass das Steuerelement ausgestaltet ist, das Tastverhältnis (d) der Pulsweitenmodulation abhängig von einem Entladewiderstandswert (R) des zumindest einen Entladeelements, einer maximalen Leistung (P_max) des zumindest einen Zwischenkreiselements und der Zwischenkreisspannung (V(t)) einzustellen. Dies ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform, bei der eine besonders gute Gleichverteilung der Leistung erzielt werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass das Steuerelement ausgestaltet ist, das Tastverhältnis (d) der Pulsweitenmodulation gemäß folgendem Verhältnis einzustellen $d = R \cdot P_{m a x} / V {(t)}^{2} .$
Hiermit kann eine Gleichverteilung gemäß einer Sättigungsfunktion erzielt werden. Dabei kann eine besonders gute zeitlich verteilte Leistungsbeaufschlagung auf die Entladeschaltung realisiert werden.
Gemäß einer modifizierten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die maximale Leistung (P_max) des zumindest einen Zwischenkreiselements gemäß folgenden Verhältnis definiert ist $P_{m a x} = E_{m a x} / t_{E} = (0,5 \cdot C \cdot V_{m a x}^{2}) / t_{E},$
wobei C eine Zwischenkreiskapazität des zumindest einen Zwischenkreiselements ist, V_max eine maximale Zwischenkreisspannung des zumindest einen Zwischenkreiselements ist, Emax eine maximale Energie des Zwischenkreiselements ist, und t_E eine maximale Entladezeit des zumindest einen Zwischenkreiselements ist. Bei einer Kombination dieser Ausführungsform mit der vorgenannten Ausführungsform können Synergien auftreten und eine zeitliche Verteilung einer Leistungsbeaufschlagung kann besonders gut erzielt werden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

1: eine Anordnung mit einer aktiven Entladeschaltung gemäß Stand der Technik;
2: eine Anordnung mit einer aktiven Entladeschaltung;
3: ein zeitlicher Verlauf einer Energie eines Zwischenkreiselements und einer Zwischenkreisspannung bei der Anordnung gemäß 1;
4: ein zeitlicher Verlauf einer Energie eines Zwischenkreiselements und einer Zwischenkreisspannung bei der Anordnung gemäß 2;
5: ein zeitlicher Verlauf einer Temperaturveränderung bei der Anordnung gemäß 1; und
6: ein zeitlicher Verlauf einer Temperaturveränderung bei der Anordnung gemäß 2.

1 zeigt eine Anordnung mit einer aktiven Entladeschaltung gemäß Stand der Technik. Die Anordnung umfasst eine aktive Entladeschaltung 1 für eine Fahrzeug-Entladevorrichtung zum Entladen eines Fahrzeug-Zwischenkreises 2.
Die Entladeschaltung 1 weist auf einen Anschluss zum Anschließen an ein Zwischenkreiselement 3 des Fahrzeug-Zwischenkreises 2, und eine zu dem Anschluss parallel geschaltete Schaltungsanordnung mit einem Entladeelement 5 und einem Schaltelement 6 auf, wobei das Schaltelement 6 ausgestaltet ist, in einem geschlossenen Schaltzustand das Entladeelement 5 mit dem Anschluss elektrisch zu kontaktieren und in einem geöffneten Schaltzustand das Entladeelement 5 mit dem Anschluss nicht elektrisch zu kontaktieren. Die Anordnung umfasst weiterhin ein Batterieschütz 9, welches während des Entladens des Zwischenkreiselements 3 eine Hochvolt-Batterie 10 von dem Zwischenkreiselement 3 trennt. Ein Batterieschütz ist ein Schalter zum Schutz der Batterie. Der Schalter kann elektrisch oder mechanisch oder mit einer Kombination hiervon betätigt werden. Mit einem Schütz sind beispielsweise Schaltvorgänge aus der Ferne über Steuerleitungen mit relativ geringem Leiterquerschnitt möglich. Schütze gibt es für unterschiedliche Montagearten, beispielsweise für Hutschienenmontage, Montageplatte oder in Gehäusen mit Bohrungen zur Einzelmontage.
Weiterhin umfasst die Anordnung eine Steuereinheit 7, welche das Schaltelement 6 mit einem Steuersignal S ansteuert und dieses damit veranlasst, zwischen den beiden vorgenannten Schaltzuständen zu schalten.
2 zeigt eine Anordnung mit einer aktiven Entladeschaltung. Die Anordnung der 2 umfasst die Elemente der Anordnung der 1. Das Zwischenkreiselement 3 ist eine Zwischenkreiskapazität, d. h. es verhält sich wie ein Kondensator. Das Schaltelement 6 ist ein Halbleiterschalter. Bei der Anordnung der 2 ist die Steuereinheit 7 ausgestaltet, während eines Entladens des Zwischenkreiselements 3 die Schaltzustände bei dem Schaltelement 6 mit Pulsweitenmodulation (PWM) einzustellen. Die Steuereinheit 7 gibt zu diesem Zweck Steuersignale S an das Schaltelement 6 aus.
Die Steuereinheit 7 ist ausgestaltet, ein Tastverhältnis (d) der Pulsweitenmodulation gemäß folgendem Verhältnis einzustellen $d = R \cdot P_{m a x} / V {(t)}^{2} .$
In anderen Worten ist das Steuerelement 7 ausgestaltet, das Tastverhältnis (d) der Pulsweitenmodulation abhängig von einem Entladewiderstandswert (R) des Entladeelements 5, einer maximalen Leistung (P_max ) des Zwischenkreiselements 3 und der Zwischenkreisspannung (V(t)) einzustellen. Hierbei ist die maximale Leistung (P_max ) des Zwischenkreiselements 3 gemäß folgenden Verhältnis definiert $P_{m a x} = E_{m a x} / t_{E} = (0,5 \cdot C \cdot V_{m a x}^{2}) / t_{E},$
wobei C eine Zwischenkreiskapazität des Zwischenkreiselements 3 ist, V_max eine maximale Zwischenkreisspannung des Zwischenkreiselements 3 ist, Emax eine maximale Energie des Zwischenkreiselements ist, und t_E eine maximale Entladezeit des Zwischenkreiselements 3 ist.
Zusätzlich zu den Elementen der Anordnung der 1 weist die Anordnung der 2 ein Messelement 8 auf. Das Messelement 8 ist zum Messen einer Hochvolt- (HV-) Spannung an dem Zwischenkreiselement 3 und zum Ausgeben eines HV-Messsignals M der Zwischenkreisspannung V(t) (siehe 4 und 6) an die Steuereinheit 7 ausgestaltet.
3 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Energie E eines Zwischenkreiselements 3 und einer Zwischenkreisspannung V(t) (siehe auch 5) bei der Anordnung gemäß 1. Auf der x-Achse ist entsprechend die Zeit t für das Entladen des Zwischenkreiselements 3 aufgetragen, auf der linken y-Achse sind Werte der Zwischenkreisspannung V(t) aufgetragen und auf der rechten y-Achse sind Werte der Energie E des Zwischenkreiselements 3 aufgetragen. Die zeitlichen Verläufe beider Werte zeigen einen höchsten Wert zum Beginn des Entladens zu einem Zeitpunkt t=0 und fallen kontinuierlich während eines weiteren Entladens des Zwischenkreiselements 3 ab. Hierbei ist eine Abnahmerate bei der Energie E und der Zwischenkreisspannung V(t) zu Beginn des Entladens am höchsten und nimmt mit fortschreitender Entladedauer ab. Entsprechend tritt zu einem Beginn des Entladens bei einem Zeitpunkt t=0 ein sehr hoher Entladestrom auf, welcher mit einem Fortschreiten des Entladevorgangs kontinuierlich abnimmt. Weiterhin liegt gleichzeitig, während ein hoher Entladestrom auftritt, auch eine hohe Zwischenkreisspannung V(t) an dem Entladeelement 5 an. Beides führt zu einer Erhitzung des Entladeelements 5, was in Bezug auf 5 näher erläutert ist.
4 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer Energie E eines Zwischenkreiselements und einer Zwischenkreisspannung V(t) bei der Anordnung gemäß 2. Auf der x-Achse ist die Zeit t aufgetragen, auf der linken y-Achse sind Werte der Zwischenkreisspannung V(t) aufgetragen und auf der rechten y-Achse sind Werte der Energie E des Zwischenkreiselements 3 aufgetragen. Zu einem Zeitpunkt t=0 sind die Energie des Zwischenkreiselements 3 und die Zwischenkreisspannung V(t) am höchsten. Entsprechend wird in einem ersten Zeitabschnitt, exemplarisch markiert und versehen mit einem Bezugszeichen I, ein niedrigeres Tastverhältnis gewählt, um das Schaltelement 6 pulsweitenmoduliert anzusteuern. In einem zweiten Zeitabschnitt, exemplarisch markiert und versehen mit einem Bezugszeichen II, wird ein höheres Tastverhältnis gewählt, um das Schaltelement 6 pulsweitenmoduliert anzusteuern. Die Energie E des Zwischenkreiselements 3 nimmt bei der Anordnung der 2 größtenteils linear und damit gleichmäßig ab. Die Zwischenkreisspannung V(t) nimmt ebenfalls bei der Anordnung der 2 gleichmäßiger ab als bei der Anordnung der 1.
5 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer relativen Temperaturveränderung T des Entladeelements 5 bei der Anordnung gemäß 1, wobei die Temperaturveränderung relativ zu einer Temperatur des Entladeelements 5 vor dem Entladen ist. Entsprechend ist auf der x-Achse eine Zeit t des Entladens aufgetragen und auf der y-Achse Werte einer Temperaturveränderung des Entladeelements 5, welches bei der Anordnung der 1 verwendet wird, gegenüber einer Temperatur des Entladeelements 5 vor dem Entladen. Es ist ersichtlich, dass in einem Zeitfenster zwischen 0,2 s und 0,4 s einer Entladezeit t ein Höchsttemperaturwert bei dem Entladeelement 5 erreicht wird, welcher im Anschluss mit fortschreitender Entladezeit t abnimmt. Hierbei ist eine Temperaturdifferenz zwischen dem Höchsttemperaturwert und einem niedrigsten Temperaturwert zu Beginn der Entladezeit 93 Kelvin.
6 zeigt einen zeitlichen Verlauf einer relativen Temperaturveränderung T des Entladeelements 5 bei der Anordnung gemäß 2, wobei die Temperaturveränderung relativ zu einer Temperatur des Entladeelements 5 vor dem Entladen ist. Entsprechend ist auf der x-Achse eine Zeit t des Entladens aufgetragen und auf der y-Achse Werte einer Temperaturveränderung des Entladeelements 5, welches bei der Anordnung der 2 verwendet wird, gegenüber einer Temperatur des Entladeelements 5 vor dem Entladen. Es ist ersichtlich, dass in einem Zeitfenster zwischen 1 s und 1,8 s einer Entladezeit t ein Höchsttemperaturwert bei dem Entladeelement 5 erreicht wird, welcher im Anschluss mit fortschreitender Entladezeit t abnimmt. Hierbei ist eine Temperaturdifferenz zwischen dem Höchsttemperaturwert und einem niedrigsten Temperaturwert zu Beginn der Entladezeit 43 Kelvin. In einem Zeitraum zwischen 1,8 s und 2 s der Entladezeit t nimmt die Temperatur des Entladeelements 5 ab. Die Temperaturerhöhung am Entladeelement 5, welches ein Entladewiderstand ist, ist hiermit wesentlich geringer bei einer Anordnung der 2 als bei einer Anordnung gemäß der 1.
Bezugszeichenliste

1: aktive Entladeschaltung
2: Fahrzeug-Zwischenkreis
3: Zwischenkreiselement
5: Entladeelement
6: Schaltelement
7: Steuereinheit
8: Messelement
9: Batterieschütz
10: Hochvolt-Batterie
I: erster Zeitraum der Entladezeit mit einem niedrigen PWM-Tastverhältnis
II: zweiter Zeitraum der Entladezeit mit einem hohen PWM-Tastverhältnis
C: Zwischenkreiskapazität des Zwischenkreiselements
d: Tastverhältnis
E: Energie des Zwischenkreiselements
Emax: maximale Energie des Zwischenkreiselements
M: Messsignal
Pmax: maximale Leistung des Zwischenkreiselements
R: Entladewiderstandswert des Entladeelements
S: Steuersignal
t: Entladezeit des Zwischenkreiselements
tE: maximale Entladezeit des Zwischenkreiselements
T: Temperatur des Entladeelements während des Entladevorgangs
Vmax: maximale Spannung des Zwischenkreiselements
V(t): Zwischenkreisspannung

Claims

Aktive Entladeschaltung (1) für eine Fahrzeug-Entladevorrichtung, zum Entladen eines Fahrzeug-Zwischenkreises (2), die Entladeschaltung (1) aufweisend einen Anschluss zum Anschließen an zumindest ein Zwischenkreiselement (3) des Fahrzeug-Zwischenkreises (2); eine zu dem Anschluss parallel geschaltete Schaltungsanordnung mit zumindest einem Entladeelement (5) und zumindest einem Schaltelement (6), wobei das zumindest eine Schaltelement (6) ausgestaltet ist, - in einem geschlossenen Schaltzustand das Entladeelement (5) mit dem Anschluss elektrisch zu kontaktieren und - in einem geöffneten Schaltzustand das Entladeelement (5) mit dem Anschluss nicht elektrisch zu kontaktieren; und eine Steuereinheit (7), wobei die Steuereinheit (7) ausgestaltet ist, während eines Entladens des zumindest einen Zwischenkreiselements (3) die Schaltzustände bei dem Schaltelement (6) mit Pulsweitenmodulation, PWM, einzustellen.
Aktive Entladeschaltung (1) nach dem vorgehenden Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (7) ausgestaltet ist, die Schaltzustände bei dem zumindest einen Schaltelement (6) abhängig von einer Zwischenkreisspannung (V(t)) an dem zumindest einen Zwischenkreiselement (3) mit Pulsweitenmodulation einzustellen.
Aktive Entladeschaltung (1) nach dem vorgehenden Anspruch 2, aufweisend ein Messelement (8) zum Messen der Zwischenkreisspannung (V(t)) an dem Zwischenkreiselement (3) und zum Ausgeben eines Messsignals (M) der Zwischenkreisspannung (V(t)) an die Steuereinheit (7).
Aktive Entladeschaltung (1) nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei ein Tastverhältnis (d) der Pulsweitenmodulation bei einer höheren Zwischenkreisspannung (V(t)) niedriger ist als ein Tastverhältnis (d) der Pulsweitenmodulation bei einer niedrigeren Zwischenkreisspannung (V(t)).
Aktive Entladeschaltung (1) nach dem vorgehenden Anspruch 4, wobei das Steuerelement (7) ausgestaltet ist, das Tastverhältnis (d) der Pulsweitenmodulation derart einzustellen, dass während des Entladens eine Temperaturerhöhung an dem zumindest einen Entladeelement (5) sich wie eine von einer Entladezeit abhängige Sättigungsfunktion verhält.
Aktive Entladeschaltung (1) nach dem vorgehenden Anspruch 4 oder 5, wobei das Steuerelement (7) ausgestaltet ist, das Tastverhältnis (d) der Pulsweitenmodulation abhängig von einem Entladewiderstandswert (R) des zumindest einen Entladeelements (5), einer maximalen Leistung (P_max) des zumindest einen Zwischenkreiselements (3) und der Zwischenkreisspannung (V(t)) einzustellen.
Aktive Entladeschaltung (1) nach dem vorgehenden Anspruch 6, wobei das Steuerelement (7) ausgestaltet ist, das Tastverhältnis (d) der Pulsweitenmodulation gemäß folgendem Verhältnis einzustellen $d = R \cdot P_{m a x} / V {(t)}^{2} .$
Aktive Entladeschaltung (1) nach dem vorgehenden Anspruch 6 oder 7, wobei die maximale Leistung (P_max) des zumindest einen Zwischenkreiselements (3) gemäß folgenden Verhältnis definiert ist $P_{m a x} = E_{m a x} / t_{E} = (0,5 \cdot C \cdot V_{m a x}^{2}) / t_{E},$
wobei C eine Zwischenkreiskapazität des zumindest einen Zwischenkreiselements (3) ist, V_max eine maximale Zwischenkreisspannung des zumindest einen Zwischenkreiselements (3) ist, und t_E eine maximale Entladezeit des zumindest einen Zwischenkreiselements (3) ist.
Antriebsinverter für eine Fahrzeug-Entladevorrichtung oder Fahrzeug-Entladevorrichtung oder leistungselektronische Schaltung, aufweisend die aktive Entladeschaltung (1) nach zumindest einem der vorgehenden Ansprüche. 1 bis 8.
Verfahren zum aktiven Entladen eines Fahrzeug-Zwischenkreises, mit der aktiven Entladeschaltung (1) für eine Fahrzeug-Entladevorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei das zumindest eine Schaltelement (6) - in einem geschlossenen Schaltzustand das Entladeelement (5) mit dem Anschluss elektrisch kontaktiert und - in einem geöffneten Schaltzustand das Entladeelement (5) mit dem Anschluss nicht elektrisch kontaktiert; und wobei die Steuereinheit (7) während eines Entladens des zumindest einen Zwischenkreiselements (3) die Schaltzustände bei dem Schaltelement (6) mit Pulsweitenmodulation einstellt.