DE102020123731A1 - Method for operating a drive device for a motor vehicle and corresponding drive device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, die über eine elektrische Traktionsmaschine verfügt, welche über einen Wechselrichter und einen Zwischenkreis (2) an eine Traktionsbatterie elektrisch angeschlossen ist, wobei in dem Zwischenkreis (2) ein Stützkondensator (6) mit einer Stützkondensatorkapazität vorliegt. Dabei ist vorgesehen, dass zum Abbauen einer in dem Zwischenkreis (2) vorliegenden Zwischenkreisspannung auf einen Spannungsgrenzwert bei von dem Zwischenkreis (2) elektrisch entkoppelter Traktionsbatterie der Zwischenkreis (2) mit einem elektrisch parallel zu dem Stützkondensator (6) angeordneten Entladekondensator (8) mit einer Entladekondensatorkapazität verbunden wird, die größer ist als die Stützkondensatorkapazität. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for operating a drive device (1) for a motor vehicle, which has an electric traction machine which is electrically connected to a traction battery via an inverter and an intermediate circuit (2), a backup capacitor ( 6) with a backup capacitor capacitance. In order to reduce an intermediate circuit voltage present in the intermediate circuit (2) to a voltage limit value when the traction battery is electrically decoupled from the intermediate circuit (2), the intermediate circuit (2) is provided with a discharge capacitor (8) arranged electrically in parallel with the backup capacitor (6). connected to a discharge capacitor capacitance that is greater than the backup capacitor capacitance. The invention also relates to a drive device (1) for a motor vehicle.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über eine elektrische Traktionsmaschine verfügt, welche über einen Wechselrichter und einen Zwischenkreis an eine Traktionsbatterie elektrisch angeschlossen ist, wobei in dem Zwischenkreis ein Stützkondensator mit einer Stützkondensatorkapazität vorliegt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for operating a drive device for a motor vehicle that has an electric traction machine that is electrically connected to a traction battery via an inverter and an intermediate circuit, with a backup capacitor having a backup capacitor capacitance being present in the intermediate circuit. The invention also relates to a drive device for a motor vehicle.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere ein äußerst rasches Abbauen einer in dem Zwischenkreis vorliegenden Zwischenkreisspannung ermöglicht, beispielsweise im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs.The object of the invention is to propose a method for operating a drive device for a motor vehicle which has advantages over known methods, in particular enabling an extremely rapid reduction of an intermediate circuit voltage present in the intermediate circuit, for example in the event of an accident of the motor vehicle.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass zum Abbauen einer in dem Zwischenkreis vorliegenden Zwischenkreisspannung auf einen Spannungsgrenzwert bei von dem Zwischenkreis elektrisch entkoppelter Traktionsbatterie der Zwischenkreis mit einem elektrisch parallel zu dem Stützkondensator angeordneten Entladekondensator mit einer Entladekondensatorkapazität verbunden wird, die größer ist als die Stützkondensatorkapazität.According to the invention, this is achieved with a method for operating a drive device for a motor vehicle with the features of claim 1 . It is provided that in order to reduce an intermediate circuit voltage present in the intermediate circuit to a voltage limit value when the traction battery is electrically decoupled from the intermediate circuit, the intermediate circuit is connected to a discharge capacitor which is arranged electrically in parallel with the backup capacitor and has a discharge capacitor capacitance which is greater than the backup capacitor capacitance.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.
Die Antriebseinrichtung dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Zum Erzeugen des Antriebsdrehmoments weist die Antriebseinrichtung zumindest ein Antriebsaggregat auf, nämlich die elektrische Traktionsmaschine. Die Traktionsmaschine wird zum Bereitstellen des Antriebsdrehmoments zumindest zeitweise mit elektrischem Strom beaufschlagt, welcher in der Traktionsbatterie zwischengespeichert ist. Die Traktionsbatterie ist ebenso wie die Traktionsmaschine Bestandteil der Antriebseinrichtung.The drive device is used to drive the motor vehicle, ie to provide a drive torque aimed at driving the motor vehicle. To generate the drive torque, the drive device has at least one drive unit, namely the electric traction machine. In order to provide the drive torque, the traction machine is at least intermittently charged with electric current, which is temporarily stored in the traction battery. Like the traction machine, the traction battery is part of the drive system.
Zur effizienten Zwischenspeicherung des elektrischen Stroms liegt die Traktionsbatterie bevorzugt in Form einer Hochvoltbatterie vor. Das bedeutet, dass eine Quellenspannung der Traktionsbatterie mindestens 200 V, mindestens 400 V, mindestens 600 V oder mindestens 800 V beträgt. In jedem Fall ist die Quellenspannung größer als 100 V. Der in der Traktionsbatterie zwischengespeicherte elektrische Strom liegt in Form von Gleichstrom vor. Zum Betreiben der Traktionsmaschine wird hingegen Wechselstrom beziehungsweise Drehstrom benötigt. Aus diesem Grund ist die Traktionsmaschine über den Wechselrichter an die Traktionsbatterie elektrisch angeschlossen. Der Wechselrichter ist wiederum über den Zwischenkreis an die Traktionsbatterie angeschlossen, sodass umgekehrt die Traktionsmaschine über den Wechselrichter an den Zwischenkreis angeschlossen ist. Der Zwischenkreis liegt als Gleichstromkreis vor und verfügt entsprechend über zwei elektrische Pole, welche an unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisende elektrische Anschlüsse der Traktionsbatterie angeschlossen sind.The traction battery is preferably in the form of a high-voltage battery for efficient temporary storage of the electrical power. That is, a source voltage of the traction battery is 200V or more, 400V or more, 600V or more, or 800V or more. In any case, the source voltage is greater than 100 V. The electrical current temporarily stored in the traction battery is in the form of direct current. On the other hand, alternating current or three-phase current is required to operate the traction machine. For this reason, the traction machine is electrically connected to the traction battery via the inverter. The inverter is in turn connected to the traction battery via the intermediate circuit, so that conversely the traction machine is connected to the intermediate circuit via the inverter. The intermediate circuit is in the form of a direct current circuit and accordingly has two electrical poles which are connected to electrical connections of the traction battery which have different electrical potentials.
Um eine Schwankung der in dem Zwischenkreis vorliegenden Zwischenkreisspannung während des Betriebs der Traktionsmaschine und entsprechend des Wechselrichters zu vermeiden oder zumindest zu verringern, verfügt der Zwischenkreis über den Stützkondensator. Über den Stützkondensator sind die beiden Pole des Zwischenkreises elektrisch aneinander angeschlossen. Der Stützkondensator ist hierbei dem Wechselrichter elektrisch parallel geschaltet. Der Stützkondensator weist die Stützkondensatorkapazität auf, welche derart gewählt ist, dass die vorstehend erwähnten Schwankungen der Zwischenkreisspannung zumindest verringert oder sogar gänzlich verhindert werden.In order to avoid or at least reduce a fluctuation in the intermediate circuit voltage present in the intermediate circuit during operation of the traction machine and, accordingly, of the inverter, the intermediate circuit has the back-up capacitor. The two poles of the intermediate circuit are electrically connected to one another via the backup capacitor. The back-up capacitor is electrically connected in parallel with the inverter. The backup capacitor has the backup capacitor capacitance, which is selected in such a way that the above-mentioned fluctuations in the intermediate circuit voltage are at least reduced or even completely prevented.
Das Vorliegen des Stützkondensators bedeutet jedoch auch, dass in dem Zwischenkreis eine nicht unerhebliche Menge an elektrischer Energie zwischengespeichert ist, zumindest solange die elektrische Traktionsmaschine betrieben wird. Es kann notwendig sein, beispielsweise im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs oder im Vorfeld eines solchen Unfalls, die Zwischenkreisspannung deutlich zu verringern, nämlich bis auf oder sogar unter den Spannungsgrenzwert. Zu diesem Zweck kann die elektrische Energie aus dem Zwischenkreis und insbesondere dem Stützkondensator abgeführt werden. Hierdurch wird eine von dem elektrischen Strom ausgehende Gefährdung für das Kraftfahrzeug und/oder einen Benutzer des Kraftfahrzeugs deutlich verringert.However, the presence of the back-up capacitor also means that a not inconsiderable amount of electrical energy is temporarily stored in the intermediate circuit, at least as long as the electric traction machine is being operated. It may be necessary, for example in the event of an accident involving the motor vehicle or in the run-up to such an accident, to increase the intermediate circuit voltage significantly reduce, namely to or even below the voltage limit. For this purpose, the electrical energy can be discharged from the intermediate circuit and in particular from the back-up capacitor. As a result, the danger emanating from the electrical current for the motor vehicle and/or a user of the motor vehicle is significantly reduced.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, die in dem Zwischenkreis vorliegende elektrische Energie in thermische Energie umzuwandeln, beispielsweise mithilfe wenigstens eines Entladewiderstands und/oder durch entsprechendes Betreiben des Wechselrichters. Die hierbei anfallende thermische Energie macht es jedoch notwendig, das zum Abbauen der elektrischen Energie verwendete Bauteil vergleichsweise groß und temperaturfest zu dimensionieren. Beispielsweise muss also der Entladewiderstand beziehungsweise der Wechselrichter entsprechend ausgelegt sein. Zudem ist die auf diese Art und Weise aus dem Zwischenkreis entfernte elektrische Energie für eine weitere Nutzung verloren.For example, provision can be made for the electrical energy present in the intermediate circuit to be converted into thermal energy, for example with the aid of at least one discharge resistor and/or by correspondingly operating the inverter. However, the resulting thermal energy makes it necessary to dimension the component used to dissipate the electrical energy to be comparatively large and temperature-resistant. For example, the discharge resistor or the inverter must be designed accordingly. In addition, the electrical energy removed from the intermediate circuit in this way is lost for further use.
Aus diesem Grund ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, zum Abbauen der Zwischenkreisspannung den Entladekondensator zu verwenden. Dieser wird zum Abbauen der Zwischenkreisspannung elektrisch mit dem Zwischenkreis verbunden, sodass er elektrisch parallel zu dem Stützkondensator an den Zwischenkreis angeschlossen ist. Nach dem elektrischen Verbinden des Entladekondensators mit dem Zwischenkreis wird der Entladekondensator mit der in dem Zwischenkreis vorliegenden elektrischen Energie aufgeladen. Vor dem Abbau beziehungsweise zu Beginn des Abbauens wird die Traktionsbatterie elektrisch von dem Zwischenkreis getrennt. Entsprechend wird aus der Traktionsbatterie keine weitere elektrische Energie dem Zwischenkreis zugeführt, sondern in dem Zwischenkreis liegt lediglich die zu Beginn des Abbauens vorliegende elektrische Energie beziehungsweise Ladung vor.For this reason, it is provided according to the invention to use the discharge capacitor to reduce the intermediate circuit voltage. This is electrically connected to the intermediate circuit in order to reduce the intermediate circuit voltage, so that it is electrically connected to the intermediate circuit in parallel with the backup capacitor. After the discharge capacitor has been electrically connected to the intermediate circuit, the discharge capacitor is charged with the electrical energy present in the intermediate circuit. Before dismantling or at the beginning of dismantling, the traction battery is electrically separated from the intermediate circuit. Accordingly, no further electrical energy is supplied to the intermediate circuit from the traction battery, but only the electrical energy or charge present at the beginning of the dissipation is present in the intermediate circuit.
Die in dem Zwischenkreis vorliegende elektrische Ladung verteilt sich nachfolgend auf den Stützkondensator und den Entladekondensator. Entsprechend sinkt die in dem Zwischenkreis vorliegende Zwischenkreisspannung. Die Entladekondensatorkapazität des Entladekondensators ist größer als die Stützkondensatorkapazität und derart gewählt, dass die Zwischenkreisspannung aufgrund des Ladens des Entladekondensators bis unter den Spannungsgrenzwert abfällt. Entsprechend ist die Entladekondensatorkapazität in Abhängigkeit von der Stützkondensatorkapazität gewählt, um die Zwischenkreisspannung ausgehend von der zu Beginn des Abbauens vorliegenden Zwischenkreisspannung bis auf oder sogar unter den Spannungsgrenzwert zu verringern.The electrical charge present in the intermediate circuit is then distributed to the backup capacitor and the discharge capacitor. The intermediate circuit voltage present in the intermediate circuit drops accordingly. The discharge capacitor capacitance of the discharge capacitor is greater than the backup capacitor capacitance and is selected in such a way that the intermediate circuit voltage drops below the voltage limit value due to the charging of the discharge capacitor. Accordingly, the discharge capacitor capacitance is selected as a function of the backup capacitor capacitance in order to reduce the intermediate circuit voltage, starting from the intermediate circuit voltage present at the start of dissipation, down to or even below the voltage limit value.
Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht ein äußerst rasches Abbauen der Zwischenkreisspannung, ohne dass hierbei ein Umwandeln der elektrischen Energie in thermische Energie vorgenommen wird. Vielmehr wird die in dem Zwischenkreis vorliegende elektrische Energie beziehungsweise Ladung zum Laden des Entladekondensators verwendet, wodurch die Spannung ohne die Entstehung von thermischer Energie rasch absinkt. Die Verwendung des Entladekondensators ermöglicht zudem ein rasches Entladen des Stützkondensators beziehungsweise ein rasches Abbauen der Zwischenkreisspannung mehrfach hintereinander, ohne dass ein negativer Einfluss aufgrund von thermischer Energie zu erwarten ist. Der Entladekondensator liegt beispielsweise in Form eines Super-Caps oder eines Ultra-Caps vor. Bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Entladekondensator als Doppelschichtkondensator oder Lithium-Ionen-Kondensator.The procedure described enables the intermediate circuit voltage to be reduced extremely quickly without the electrical energy being converted into thermal energy. Rather, the electrical energy or charge present in the intermediate circuit is used to charge the discharge capacitor, as a result of which the voltage drops rapidly without the generation of thermal energy. The use of the discharge capacitor also enables rapid discharging of the support capacitor or rapid reduction of the intermediate circuit voltage several times in succession, without a negative influence due to thermal energy having to be expected. The discharge capacitor is in the form of a super-cap or an ultra-cap, for example. An embodiment of the discharge capacitor as a double-layer capacitor or lithium-ion capacitor is preferred.
Über die Entladekondensatorkapazität kann auf einfache Art und Weise festgelegt werden, wie weit die Zwischenkreisspannung verringert werden soll. Zudem ermöglicht eine entsprechende Wahl der Entladekondensatorkapazität das Einstellen einer gewünschten Zeitspanne, innerhalb welcher die Zwischenkreisspannung bis auf oder unter den Spannungsgrenzwert verringert wird, insbesondere ausgehend von einer Quellenspannung der Traktionsbatterie. Beispielsweise ist die Entladekondensatorkapazität derart gewählt, dass die Zwischenkreisspannung innerhalb von höchstens fünf Sekunden oder weniger als fünf Sekunden bis unter den Spannungsgrenzwert abgebaut wird.The discharge capacitor capacitance can be used to determine in a simple manner how far the intermediate circuit voltage is to be reduced. In addition, an appropriate selection of the discharge capacitor capacity enables a desired time span to be set, within which the intermediate circuit voltage is reduced to or below the voltage limit value, in particular starting from a source voltage of the traction battery. For example, the discharge capacitor capacity is selected in such a way that the intermediate circuit voltage is reduced to below the voltage limit value within a maximum of five seconds or less than five seconds.
Als Spannungsgrenzwert wird beispielsweise eine Spannung von höchstens 60 V, höchstens 45 V oder höchstens 30 V verwendet. Ein solcher Spannungsgrenzwert stellt sicher, dass es nach dem Abbauen der Zwischenkreisspannung nicht zu einer Beschädigung des Kraftfahrzeugs aufgrund der in dem Zwischenkreis vorliegenden elektrischen Energie und/oder zu einer Gefährdung des Benutzers des Kraftfahrzeugs durch diese elektrische Energie kommen kann.A voltage of at most 60 V, at most 45 V or at most 30 V, for example, is used as the voltage limit value. Such a voltage limit value ensures that, after the intermediate circuit voltage has been reduced, the motor vehicle cannot be damaged due to the electrical energy present in the intermediate circuit and/or the user of the motor vehicle cannot be endangered by this electrical energy.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Spannungsgrenzwert ein Wert verwendet wird, der höchstens 20 %, höchstens 15 % oder höchstens 10 % einer Quellenspannung der Traktionsbatterie beträgt. Für den vorstehend erwähnten Spannungsgrenzwert von höchstens 30 V ergibt sich somit eine Quellenspannung der Traktionsbatterie von mindestens 150 V, mindestens 225 V oder mindestens 300 V. Für den Spannungsgrenzwert von 45 V ergibt sich eine Quellenspannung von mindestens 225 V, mindestens 300 V oder mindestens 450 V. Für den bevorzugten Spannungsgrenzwert von 60 V ergibt sich hingegen eine Quellenspannung von mindestens 300 V, mindestens 450 V oder mindestens 600 V. Trotz der hohen Quellenspannung wird durch die niedrige Wahl des Spannungsgrenzwerts die erläuterte Beschädigung beziehungsweise Verletzungsgefahr deutlich verringert oder sogar gänzlich beseitigt.A development of the invention provides that a value which is at most 20%, at most 15% or at most 10% of a source voltage of the traction battery is used as the voltage limit value. A source voltage of the traction battery of at least 150 V, at least 225 V or at least 300 V results for the above-mentioned voltage limit value of at most 30 V. For the voltage limit value of 45 V there results a source voltage of at least 225 V, at least 300 V or at least 450 V. For the preferred voltage limit of 60 V, however, a source voltage of at least 300 V, at least 450 V or at least results 600 V. Despite the high source voltage, the damage or risk of injury explained is significantly reduced or even completely eliminated by the low selection of the voltage limit value.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass für die Stützkondensatorkapazität ein Wert verwendet wird, der um einen Faktor von mindestens 5, mindestens 7,5 oder mindestens 10 größer ist als die Stützkondensatorkapazität. Die in dem Stützkondensator vorliegende Ladungsmenge Q ergibt sich aus der Stützkondensatorkapazität und der Zwischenkreisspannung vor beziehungsweise zu Beginn des Abbauens, insbesondere also aus der Quellenspannung der Traktionsbatterie. Hierbei kommt die Beziehung Q = CU zum Einsatz, wobei Q für die Ladungsmenge, C für die Kapazität und U für die Spannung steht. Geht man davon aus, dass sich die in dem Stützkondensator befindliche Ladungsmenge verlustfrei auf den Stützkondensator und den Entladekondensator verteilt, so kann die Beziehung
Geht man davon aus, dass der Spannungsgrenzwert 10 % der Quellenspannung der Traktionsbatterie entspricht, so muss die Entladekondensatorkapazität um einen Faktor von neun größer sein als die Stützkondensatorkapazität, um den Stützkondensator so weit zu entladen, dass die Zwischenkreisspannung ausgehend von der Quellenspannung bis auf den Spannungsgrenzwert verringert wird. Für andere Spannungsverhältnisse können sich andere Werte ergeben. Die als Mindestwerte angegebenen Faktoren stellen für unterschiedliche Spannungsverhältnisse ein zuverlässiges Entladen des Stützkondensators und entsprechend eine zuverlässige Verringerung der Zwischenkreisspannung auf den Spannungsgrenzwert sicher.Assuming that the voltage limit corresponds to 10% of the source voltage of the traction battery, the discharge capacitor capacitance must be greater than the backup capacitor capacitance by a factor of nine in order to discharge the backup capacitor to such an extent that the intermediate circuit voltage, starting from the source voltage, reaches the voltage limit is reduced. Other values may result for other voltage ratios. The factors specified as minimum values ensure reliable discharge of the backup capacitor for different voltage ratios and correspondingly reliable reduction of the intermediate circuit voltage to the voltage limit value.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zu Beginn des Abbauens der Zwischenkreisspannung der Wechselrichter derart eingestellt wird, dass die Traktionsmaschine elektrisch von dem Zwischenkreis getrennt ist. Es soll also nicht lediglich die Traktionsbatterie von dem Zwischenkreis elektrisch getrennt werden, sondern zusätzlich auch die Traktionsmaschine. Auf diese Art und Weise wird verhindert, dass während eines generatorischen Betreibens der Traktionsmaschine zusätzliche elektrische Energie beziehungsweise Ladung dem Zwischenkreis zugeführt wird. Hierdurch wird eine Erhöhung der Zwischenkreisspannung zuverlässig vermieden.A development of the invention provides that at the beginning of the dissipation of the intermediate circuit voltage, the inverter is set in such a way that the traction machine is electrically isolated from the intermediate circuit. So not only the traction battery should be electrically separated from the intermediate circuit, but also the traction machine. This prevents additional electrical energy or charge from being supplied to the intermediate circuit during generator operation of the traction machine. This reliably prevents an increase in the intermediate circuit voltage.
Selbstverständlich kann es vorgesehen sein, dass zusätzlich zu dem Anbinden des Entladekondensators an den Zwischenkreis der Wechselrichter zum Umsetzen der in dem Zwischenkreis vorliegenden elektrischen Energie in thermische Energie angesteuert wird, sodass die elektrische Energie einerseits in Richtung des Wechselrichters und andererseits in Richtung des Entladekondensators abgeführt wird. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht eine besonders rasche Verringerung der Zwischenkreisspannung.Of course, it can be provided that in addition to the connection of the discharge capacitor to the intermediate circuit, the inverter is controlled to convert the electrical energy present in the intermediate circuit into thermal energy, so that the electrical energy is discharged in the direction of the inverter on the one hand and in the direction of the discharge capacitor on the other . Such a procedure enables the intermediate circuit voltage to be reduced particularly quickly.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Stromstärke des dem Entladekondensator zugeführten elektrischen Stroms mittels eines mit dem Entladekondensator in Reihe geschalteten Begrenzungswiderstand begrenzt wird. Der Entladekondensator ist also nicht unmittelbar an den Zwischenkreis elektrisch angeschlossen, sondern lediglich mittelbar über den Begrenzungswiderstand. Der Begrenzungswiderstand ist derart gewählt, dass einerseits ein hinreichend rasches Verringern der Zwischenkreisspannung auf den Spannungsgrenzwert sichergestellt ist, andererseits jedoch die Stromstärke des bei dem Laden des Entladekondensators fließenden elektrischen Stroms höchstens einer bestimmten Maximalstromstärke entspricht. Die Maximalstromstärke ist bevorzugt derart gewählt, dass auch bei wiederholtem Entladen des Stützkondensators mithilfe des Entladekondensators keine Beschädigungen des Entladekondensators auftreten. Hierdurch wird die Dauerfestigkeit der Antriebseinrichtung verbessert.A development of the invention provides that a current strength of the electric current fed to the discharge capacitor is limited by means of a limiting resistor connected in series with the discharge capacitor. The discharge capacitor is therefore not electrically connected directly to the intermediate circuit, but only indirectly via the limiting resistor. The limiting resistor is selected such that on the one hand a sufficiently rapid reduction in the intermediate circuit voltage to the voltage limit value is ensured, but on the other hand the amperage of the electric current flowing when the discharge capacitor is charged corresponds at most to a specific maximum amperage. The maximum current intensity is preferably selected in such a way that the discharge capacitor is not damaged even if the back-up capacitor is repeatedly discharged using the discharge capacitor. This improves the fatigue strength of the drive device.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass nach dem Abbau der Zwischenkreisspannung der in dem Entladekondensator zwischengespeicherte elektrische Strom wenigstens einem Stromverbraucher zugeführt wird. Vorzugsweise weist der Stromverbraucher eine Nennspannung auf, welche dem Spannungsgrenzwert entspricht. Beispielsweise ist es vorgesehen, den Entladekondensator nach dem Abbauen der Zwischenkreisspannung auf den Spannungsgrenzwert elektrisch von dem Zwischenkreis zu trennen und mit dem Stromverbraucher zu verbinden. Die in dem Entladekondensator enthaltene elektrische Energie geht also nicht verloren, sondern wird einer sinnvollen Verwendung zugeführt.A further development of the invention provides that after the reduction in the intermediate circuit voltage, the electric current temporarily stored in the discharge capacitor is fed to at least one current consumer. The current consumer preferably has a nominal voltage which corresponds to the voltage limit value. For example, provision is made to electrically separate the discharge capacitor from the intermediate circuit after the reduction of the intermediate circuit voltage to the voltage limit value and to connect it to the current consumer. Those in the discharge capacitor The electrical energy contained is not lost, but is used sensibly.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Entladekondensator zumindest zeitweise über einen Entladewiderstand entladen wird. Das Entladen des Entladekondensators erfolgt vorzugsweise nach dem Abbauen der Zwischenspannung auf den Spannungsgrenzwert. Es kann vorgesehen sein, den Entladekondensator nach dem Abbauen der Zwischenkreisspannung von dem Zwischenkreis elektrisch zu trennen und stattdessen mit dem Entladewiderstand elektrisch zu verbinden, sodass die in dem Entladekondensator enthaltene elektrische Energie über den Entladewiderstand abgebaut und hierbei in thermische Energie umgesetzt wird.A development of the invention provides that the discharge capacitor is discharged at least temporarily via a discharge resistor. The discharging capacitor is preferably discharged after the intermediate voltage has been reduced to the voltage limit value. Provision can be made to electrically separate the discharge capacitor from the intermediate circuit after the reduction in the intermediate circuit voltage and instead to electrically connect it to the discharge resistor, so that the electrical energy contained in the discharge capacitor is reduced via the discharge resistor and thereby converted into thermal energy.
Selbstverständlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der Entladekondensator bereits während des Abbauens der Zwischenkreisspannung elektrisch mit dem Entladewiderstand verbunden ist, sodass die Zwischenkreisspannung teilweise mittels des Entladekondensators und teilweise mittels des Entladewiderstands abgebaut wird. Die Verwendung des Entladewiderstands ermöglicht zum einen eine rasche Wiederverwendung des Entladekondensators zum Abbauen der Zwischenkreisspannung und zum anderen ein rascheres Abbauen der Zwischenkreisspannung als allein mittels des Entladekondensators möglich ist.However, provision can of course also be made for the discharge capacitor to be electrically connected to the discharge resistor while the intermediate circuit voltage is being reduced, so that the intermediate circuit voltage is reduced partially by means of the discharging capacitor and partially by means of the discharging resistor. The use of the discharge resistor makes it possible, on the one hand, to quickly reuse the discharge capacitor to reduce the intermediate circuit voltage and, on the other hand, to reduce the intermediate circuit voltage more quickly than is possible using the discharge capacitor alone.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Entladekondensator während seines Entladens von dem Zwischenkreis elektrisch getrennt wird. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Hierdurch wird erreicht, dass zeitlich parallel zu dem Entladen des Entladekondensators ein normaler Betrieb der Antriebseinrichtung möglich ist. Beispielsweise ist es also vorgesehen, nach dem Abbauen der Zwischenkreisspannung den Zwischenkreis elektrisch von dem Entladekondensator zu trennen und stattdessen elektrisch mit der Traktionsbatterie zu verbinden, sodass nachfolgend die Zwischenkreisspannung in Richtung der Quellenspannung erhöht wird, insbesondere bis auf die Quellenspannung. Eine derartige Vorgehensweise ist insbesondere vorgesehen, falls das Abbauen der Zwischenkreisspannung in Abhängigkeit von einem Unfallrisiko des Kraftfahrzeugs erfolgt, ohne dass der Unfall tatsächlich auftritt. Hierdurch ist eine rasche Inbetriebnahme der Traktionsmaschine nach dem Abbauen der Zwischenkreisspannung sichergestellt.A development of the invention provides that the discharge capacitor is electrically isolated from the intermediate circuit while it is being discharged. This has already been pointed out above. The result of this is that normal operation of the drive device is possible parallel to the discharging of the discharging capacitor. For example, after the reduction of the intermediate circuit voltage, provision is made to electrically separate the intermediate circuit from the discharge capacitor and instead to electrically connect it to the traction battery, so that the intermediate circuit voltage is subsequently increased in the direction of the source voltage, in particular up to the source voltage. Such a procedure is provided in particular if the intermediate circuit voltage is reduced as a function of a risk of an accident in the motor vehicle without the accident actually occurring. This ensures that the traction machine can be started up quickly after the intermediate circuit voltage has been reduced.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass nach dem Abbauen der Zwischenkreisspannung mittels des Entladekondensators der Entladekondensator von dem Zwischenkreis elektrisch getrennt wird, und der Entladekondensator mittels des Entladewiderstands entladen wird, sofern eine Quellenspannung des Entladekondensators größer ist als ein Kondensatorspannungsgrenzwert. Eine derartige Vorgehensweise ist insbesondere vorteilhaft, falls das Abbauen der Zwischenkreisspannung nicht nur bis auf den Spannungsgrenzwert erfolgt, sondern bis auf eine kleinere Spannung. Bei einer derartigen Auslegung des Entladekondensators ist es möglich, den Entladekondensator für mehrere aufeinanderfolgende Entladevorgänge des Stützkondensators zu verwenden, also zum mehrfachen Abbauen der Zwischenkreisspannung auf den Spannungsgrenzwert beziehungsweise unter diesen.A development of the invention provides that after the reduction of the intermediate circuit voltage by means of the discharge capacitor, the discharge capacitor is electrically isolated from the intermediate circuit and the discharge capacitor is discharged by means of the discharge resistor if a source voltage of the discharge capacitor is greater than a capacitor voltage limit value. Such a procedure is particularly advantageous if the reduction in the intermediate circuit voltage does not only take place down to the voltage limit value, but down to a lower voltage. With such a design of the discharging capacitor, it is possible to use the discharging capacitor for a number of successive discharging processes of the back-up capacitor, that is to say for multiple reductions in the intermediate circuit voltage to the voltage limit value or below it.
Das Entladen des Entladekondensators mittels des Entladewiderstands erfolgt bevorzugt lediglich dann, sofern die Quellenspannung des Entladekondensators zu groß ist beziehungsweise größer ist als der Kondensatorspannungsgrenzwert. Dieser ist vorzugsweise kleiner als der Spannungsgrenzwert und insbesondere derart gewählt, dass stets sichergestellt ist, dass die Zwischenkreisspannung mittels des Entladekondensators auf den Spannungsgrenzwert abgebaut werden kann. Weist der Entladekondensator also eine Quellenspannung auf, welche so nah an dem Spannungsgrenzwert liegt, dass zu erwarten ist, dass die Zwischenkreisspannung während eines nachfolgenden Abbauens nicht mehr bis auf den Spannungsgrenzwert abgesenkt werden kann, so soll der Entladekondensator mittels des Entladewiderstands zumindest so weit entladen werden, dass während des nächsten Abbauens der Zwischenkreisspannung diese bis auf den Spannungsgrenzwert erfolgen kann. Hierdurch ist stets ein zuverlässiges Abbauen der Zwischenkreisspannung bis auf den Spannungsgrenzwert sichergestellt.The discharging capacitor is preferably only discharged by means of the discharging resistor if the source voltage of the discharging capacitor is too high or is greater than the capacitor voltage limit value. This is preferably smaller than the voltage limit value and selected in particular in such a way that it is always ensured that the intermediate circuit voltage can be reduced to the voltage limit value by means of the discharge capacitor. If the discharge capacitor has a source voltage that is so close to the voltage limit value that it is to be expected that the intermediate circuit voltage can no longer be reduced to the voltage limit value during a subsequent dissipation, the discharge capacitor should be discharged at least to this extent by means of the discharge resistor that during the next reduction of the intermediate circuit voltage this can take place down to the voltage limit value. This ensures that the intermediate circuit voltage is always reliably reduced down to the voltage limit value.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, mit einer elektrischen Traktionsmaschine, welche über einen Wechselrichter und einen Zwischenkreis an eine Traktionsbatterie elektrisch angeschlossen ist, wobei in dem Zwischenkreis ein Stützkondensator mit einer Stützkondensatorkapazität vorliegt. Dabei ist die Antriebseinrichtung dazu vorgesehen und ausgestaltet, zum Abbauen einer in dem Zwischenkreis vorliegenden Zwischenkreisspannung auf einen Spannungsgrenzwert bei von dem Zwischenkreis elektrisch entkoppelter Traktionsbatterie den Zwischenkreis mit einem elektrisch parallel zu dem Stützkondensator angeordneten Entladekondensator mit einer Entladekondensatorkapazität zu verbinden, die größer ist als die Stützkondensatorkapazität.The invention also relates to a drive device for a motor vehicle, in particular for carrying out the method according to the statements in this description, with an electric traction machine which is electrically connected to a traction battery via an inverter and an intermediate circuit, with a backup capacitor having a Backup capacitor capacity is present. The drive device is provided and configured to reduce an intermediate circuit voltage present in the intermediate circuit to a voltage limit value when the traction battery is electrically decoupled from the intermediate circuit by connecting the intermediate circuit to a discharge capacitor which is arranged electrically in parallel with the backup capacitor and has a discharge capacitor capacitance which is greater than the backup capacitor capacitance .
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.The advantages of such a configuration of the drive device or such a procedure have already been pointed out senior Both the drive device and the method for operating it can be further developed according to the statements made within the scope of this description, so that reference is made to them in this respect.
Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren 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. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind.The features and feature combinations described in the description, in particular the features and feature combinations described in the following description of the figures and/or shown in the figures, can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the leave invention. The invention is therefore also to be considered to include embodiments that are not explicitly shown or explained in the description and/or the figures, but result from combinations of features from the explained embodiments or can be derived from them.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
-
1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
-
1 a schematic representation of a region of a drive device for a motor vehicle.
Die
Der Zwischenkreis 2 weist einen ersten Pol 4 und einen zweiten Pol 5 auf, welche sich durch unterschiedliche elektrische Potentiale auszeichnen. Der erste Pol 4 ist beispielsweise an einen ersten elektrischen Anschluss und der zweite Pol 5 an einen zweiten elektrischen Anschluss der Traktionsbatterie elektrisch angeschlossen. In dem Zwischenkreis 2 liegt ein Stützkondensator 6 vor, über welchen die beiden Pole 4 und 5 elektrisch aneinander angeschlossen sind. Zudem sind die beiden Pole 4 und 5 über eine elektrische Schaltung 7 aneinander angeschlossen, welche zumindest über einen Entladekondensator 8 verfügt.The intermediate circuit 2 has a
Der Entladekondensator 8 ist über einen elektrischen Schalter 9 an den Zwischenkreis 2 elektrisch angeschlossen. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Entladekondensator 8 einerseits unmittelbar mit dem zweiten Pol 5 elektrisch verbunden und andererseits über den Schalter 9 an den ersten Pol 4 angeschlossen. Vorzugsweise ist der Schalter 9 über einen Begrenzungswiderstand 10 an den ersten Pol 4 des Zwischenkreises 2 elektrisch angeschlossen.The
Der Schalter 9 ist mittels eines Steuergeräts 11 ansteuerbar. Das bedeutet, dass das Steuergerät 11 an dem Schalter 9 einen Schaltzustand einstellen kann beziehungsweise einstellt, welcher aus mehreren Schaltzuständen ausgewählt ist. In einem ersten Schaltzustand ist der Entladekondensator 8 elektrisch von dem Zwischenkreis 2, insbesondere dem ersten Pol 4, elektrisch separiert. In einem zweiten Schaltzustand ist er hingegen mit dem Zwischenkreis 2, nämlich beiden Polen 4 und 5 des Zwischenkreises 2, elektrisch verbunden.The
Es kann vorgesehen sein, dass der Entladekondensator 8 in der ersten Schalteinstellung des Schalters 9 mit einem elektrischen Anschluss 12 gekoppelt und in der zweiten Schalteinstellung von dem Anschluss 12 entkoppelt ist. Weiterhin weist die Antriebseinrichtung 1 einen Anschluss 13 auf, welcher permanent mit dem zweiten Pol 5 elektrisch verbunden ist. An den Anschlüssen 12 und 13 stellt der Entladekondensator 8 in geladenem Zustand elektrischen Strom mit einer bestimmten Spannung bereit. Beispielsweise ist ein Stromverbraucher elektrisch an die Anschlüsse 12 und 13 angeschlossen.It can be provided that the
Zusätzlich oder alternativ weist die elektrische Schaltung 7 einen Entladewiderstand 14 auf, welcher elektrisch zwischen den beiden Anschlüssen 12 und 13 angeordnet ist. Beispielsweise ist der Entladewiderstand 14 einerseits unmittelbar an dem Anschluss 13 angeschlossen und auf der anderen Seite über einen elektrischen Schalter 15 an den Anschluss 12. Der Schalter 15 ist bevorzugt mittels des Steuergeräts 11 einstellbar. In dem hier dargestellten ersten Schaltzustand des Schalters 5 ist der Entladewiderstand 14 von dem Anschluss 12 elektrisch getrennt. In einem zweiten Schaltzustand ist er hingegen mit dem Anschluss 12 verbunden, sodass über den Entladewiderstand 14 in dem Entladekondensator 8 vorliegende elektrische Energie abgebaut, insbesondere in thermische Energie umgewandelt werden kann.In addition or as an alternative, the electrical circuit 7 has a
Die Schaltung 7 dient dem Abbau einer in den Zwischenkreis vorliegenden Zwischenkreisspannung auf einen Spannungsgrenzwert. Hierzu wird zunächst die Traktionsbatterie von dem Zwischenkreis 2 entkoppelt, beispielsweise durch entsprechendes Einstellen des wenigstens einen Schützes 3. Anschließend wird der Entladekondensator 8 elektrisch parallel zu dem Stützkondensator 6 mit dem Zwischenkreis 2 elektrisch verbunden, insbesondere durch entsprechendes Einstellen des Schalters 9. In dem Stützkondensator 6 zwischengespeicherte elektrische Energie verteilt sich nachfolgend auf den Stützkondensator 6 und den Entladekondensator 8, wodurch die Zwischenkreisspannung abfällt. Eine Kapazität des Entladekondensators 8, welche auch als Stützkondensatorkapazität bezeichnet wird, ist derart gewählt, dass die Zwischenkreisspannung bis auf einen Spannungsgrenzwert abfällt, welcher vorzugsweise höchstens 20 %, höchstens 15 % oder höchstens 10 % einer Quellenspannung der Traktionsbatterie beträgt.The circuit 7 serves to reduce an intermediate circuit voltage present in the intermediate circuit to a voltage limit value. For this purpose, the traction battery is first decoupled from the intermediate circuit 2, for example by adjusting the at least one
Die beschriebene Ausgestaltung der Antriebseinrichtung 1 und das dazugehörige Verfahren stellen ein rasches und zuverlässiges Abbauen der Zwischenkreisspannung sicher, ohne dass die in dem Stützkondensator 6 vorliegende elektrische Energie ausschließlich in thermische Energie umgesetzt wird. Vielmehr wird sie zumindest teilweise dem Entladekondensator 8 zugeführt, aus welchem sie nachfolgend anderen Einsatzzwecken zugeführt werden kann. Das bedeutet, dass die in dem Entladekondensator 8 vorliegende Energie nicht verloren ist, sondern sinnvoll genutzt werden kann.The configuration of the drive device 1 described and the associated method ensure rapid and reliable reduction of the intermediate circuit voltage without the electrical energy present in the back-up capacitor 6 being converted solely into thermal energy. Rather, it is at least partially supplied to the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Antriebseinrichtungdrive device
- 22
- Zwischenkreisintermediate circuit
- 33
- Schützcontactor
- 44
- 1. Pol1 Pole
- 55
- 2. Pol2 Pol
- 66
- Stützkondensatorbackup capacitor
- 77
- Schaltungcircuit
- 88th
- Entladekondensatordischarge capacitor
- 99
- Schaltercounter
- 1010
- Begrenzungswiderstandlimiting resistor
- 1111
- Steuergerätcontrol unit
- 1212
- Anschlussconnection
- 1313
- Anschlussconnection
- 1414
- Entladewiderstanddischarge resistance
- 1515
- Schaltercounter
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 10330284 A1 [0002]DE 10330284 A1 [0002]
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Citations (2)
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DE10330284A1 (en) | 2003-07-04 | 2005-02-03 | Siemens Ag | Overvoltage limiter for a traction converter |
DE102016007481A1 (en) | 2016-06-18 | 2017-02-09 | Daimler Ag | Discharge device and vehicle |
-
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- 2020-09-11 DE DE102020123731.6A patent/DE102020123731A1/en active Pending
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