DE102020132571B3 - Active intermediate circuit discharge - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aktiven Entladung eines Hochvolt-Zwischenkreises eines Elektrofahrzeugs.The present invention relates to a method and a device for actively discharging a high-voltage intermediate circuit of an electric vehicle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur aktiven Entladung eines Hochvolt-Zwischenkreises eines Elektrofahrzeugs.The present invention relates to a method and a device for actively discharging a high-voltage intermediate circuit of an electric vehicle.

Aus Sicherheitsgründen ist gefordert, den Zwischenkreis von Elektrofahrzeugen innerhalb weniger Sekunden aktiv auf eine ungefährliche Spannung entladen zu können. Dies kann z. B. in einem Crash-Fall notwendig sein, um die Gefahr eines elektrischen Schlags deutlich zu reduzieren. Dazu wird in zumindest einer Hochvoltkomponente eine aktive Entladung implementiert. Diese entlädt die Energie des HV-Zwischenkreises z. B. über einen Entladewiderstand, welcher aktiv parallel zu der HV-Spannung geschaltet wird. Alternativ wird auch vorgeschlagen, die Halbbrücken des Inverters kurzzuschließen (z.B. gepulst), um die Energie abzubauen.For safety reasons, it is necessary to be able to actively discharge the intermediate circuit of electric vehicles to a harmless voltage within a few seconds. This can e.g. B. in a crash may be necessary to significantly reduce the risk of electric shock. For this purpose, an active discharge is implemented in at least one high-voltage component. This discharges the energy of the HV intermediate circuit, e.g. B. via a discharge resistor, which is actively connected in parallel to the HV voltage. Alternatively, it is also proposed to short-circuit the half-bridges of the inverter (e.g. pulsed) in order to dissipate the energy.

Bei der Variante mit dem passiven Entladewiderstand sind zusätzliche Bauelemente notwendig, welche zusätzliche Kosten und Bauraum zur Folge haben. Des Weiteren muss die aktive Entladung immer separat geprüft bzw. diagnostiziert werden. Das Entladen über den Inverter hat zwar keine zusätzlichen Kosten zur Folge, jedoch ergeben sich aufgrund der geringen Impedanz im Kurzschlusspfad schnell sehr hohe Ströme. Diese Ströme dürfen zu keiner Beschädigung führen, sowie müssen die auftretenden Abschaltspannungen im Pulsbetrieb im zulässigen Bereich bleiben. Dies erhöht die Komplexität der Entladelogik.In the variant with the passive discharge resistor, additional components are required, which result in additional costs and installation space. Furthermore, the active discharge must always be checked and diagnosed separately. Although discharging via the inverter does not result in any additional costs, very high currents quickly result due to the low impedance in the short-circuit path. These currents must not cause any damage, and the switch-off voltages that occur in pulsed operation must remain within the permissible range. This increases the complexity of the discharge logic.

Die KR 20 200 005 281 A offenbart ein Zwischenkreiskondensator-Entladungssystem eines Wechselrichters zum Antreiben eines Motors mit einem Zwischenkreiskondensator, der durch Laden eine Zwischenkreisspannung an seinen beiden Anschlüssen bildet; einem Wechselrichter mit einem Eingangsanschluss, an den die Zwischenkreisspannung angelegt wird, mehreren Schaltvorrichtungen und einem Ausgangsanschluss, der Wechselspannung ausgibt, die durch Umwandeln der Zwischenkreisspannung durch Unterbrechungssteuerung der mehreren Schaltvorrichtungen gebildet wird; einem Motor, der unter Verwendung der vom Wechselrichter ausgegebenen Wechselspannung arbeitet; einem Entladungswiderstand und einem Schalter, die an einem Ort in Reihe geschaltet sind, an dem der Zwischenkreiskondensator und eine Stromschleife gebildet werden können; einer ersten Entladesteuereinheit, die das Kurzschließen / Öffnen der Schaltvorrichtung steuert, um die dem Motor bereitgestellte Wechselspannung anzupassen, um die Ladeleistung des Zwischenkreiskondensators mit dem Motor zu verbrauchen, wenn eine Zwangsentladung auf dem Zwischenkreiskondensator erforderlich ist; und einer zweiten Entladesteuereinheit, die den Schalter kurzschließt, um eine Stromschleife zwischen dem Entladungswiderstand und dem Zwischenkreiskondensator zu bilden, wenn eine Zwangsentladung des Zwischenkreiskondensators erforderlich ist und der Wechselrichter und der Motor elektrisch offen sind.the KR 20 200 005 281 A discloses an intermediate circuit capacitor discharge system of an inverter for driving a motor with an intermediate circuit capacitor which forms an intermediate circuit voltage at its two terminals by charging; an inverter having an input terminal to which the intermediate circuit voltage is applied, a plurality of switching devices, and an output terminal that outputs AC voltage formed by converting the intermediate circuit voltage through interrupting control of the plurality of switching devices; a motor that operates using the AC voltage output from the inverter; a discharge resistor and a switch connected in series at a location where the intermediate circuit capacitor and a current loop can be formed; a first discharge control unit that controls the short-circuiting/opening of the switching device to adjust the AC voltage supplied to the motor to consume the charging power of the intermediate circuit capacitor with the motor when a forced discharge on the intermediate circuit capacitor is required; and a second discharge control unit that shorts the switch to form a current loop between the discharge resistor and the link capacitor when forced discharge of the link capacitor is required and the inverter and the motor are electrically open.

Aus der EP 2 712 759 A2 geht eine Spannungsentladevorrichtung hervor, die eine Batterie, einen Wechselrichter, der eine von der Batterie gelieferte Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung umwandelt, um die umgewandelte Wechselstrom leistung auszugeben, einen Motor, der von der über den Wechselrichter abgegebenen Wechselstrom leistung angetrieben wird, ein Hauptrelais, das zwischen der Batterie und dem Wechselrichter angeordnet ist zum Umschalten der von der Batterie gelieferten Gleichstromversorgung in den Wechselrichter und eine Steuereinheit, die ein Schlüssel-Aus-Signal des Fahrzeugs erfasst, um eine Zwischenkreisspannung des Wechselrichters zu entladen, wenn das Schlüssel-Aus-Signal erkannt wird, umfasst. Die Steuereinheit entlädt die Zwischenkreisspannung durch Anlegen einer ersten oder zweiten Zwangsentladungslogik, die sich je nach Fahrzustand des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt unterscheiden, zu dem das Schlüssel-Aus-Signal erfasst wird.From the EP 2 712 759 A2 discloses a voltage discharge device that includes a battery, an inverter that converts DC power supplied from the battery into AC power to output the converted AC power, a motor that is driven by the AC power output through the inverter, a main relay that between the battery and the inverter for switching the DC power supplied from the battery to the inverter; and a control unit which detects a key-off signal of the vehicle to discharge an intermediate circuit voltage of the inverter when the key-off signal is detected is included. The control unit discharges the intermediate circuit voltage by applying a first or second forced discharge logic, which differ depending on the driving condition of the vehicle at a time when the key-off signal is detected.

Die WO 2012 / 123 847 A2 offenbart eine fremderregte Synchronmaschine mit einem Erregerkreis an der Seite des Rotors, die eine Erregerwicklung und eine Stromversorgung für die Erregerwicklung sowie ein Schaltelement zum Anschließen der Stromversorgung der Erregerwicklung umfasst. Ferner umfasst die Synchronmaschine eine erste statorseitige Primärwicklung und eine erste rotorseitige Sekundärwicklung. Darüber hinaus kann die Synchronmaschine a) einen Abgriff der ersten rotorseitigen Sekundärwicklung umfassen, der mit einem Steuerelement des Schaltelements verbunden ist, oder b) eine zweite rotorseitige Sekundärwicklung, die mit der ersten statorseitigen Primärwicklung gekoppelt und mit einem Steuerelement des Schaltelements verbunden ist.WO 2012/123 847 A2 discloses a separately excited synchronous machine with an excitation circuit on the side of the rotor, which includes an excitation winding and a power supply for the excitation winding and a switching element for connecting the power supply to the excitation winding. Furthermore, the synchronous machine includes a first stator-side primary winding and a first rotor-side secondary winding. In addition, the synchronous machine can include a) a tap of the first secondary winding on the rotor side, which is connected to a control element of the switching element, or b) a second secondary winding on the rotor side, which is coupled to the first primary winding on the stator side and is connected to a control element of the switching element.

Die DE 10 2018 201 321 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung aus einer elektrischen Maschine und einem Gleichrichter, bei der die elektrische Maschine über Phasenanschlüsse mit dem Gleichrichter verbunden und der Gleichrichter über Gleichspannungsanschlüsse in ein Bordnetz eines Fahrzeugs eingebunden ist, in einem generatorischen Betrieb, wobei eine Größe (Uz) überwacht wird, die eine an einer Zwischenkreiskapazität anliegende Spannung charakterisiert, und wobei, wenn die überwachte Größe (Uz) einen vorgegebenen Schwellwert (U) überschreitet, elektrische Energie aus dem Zwischenkreis in wenigstens eine in der Anordnung befindliche Last (L) überführt wird, um die überwachte Größe (Uz) oder die an der Zwischenkreiskapazität anliegende Spannung zu reduzieren.the DE 10 2018 201 321 A1 relates to a method for operating an arrangement of an electrical machine and a rectifier, in which the electrical machine is connected to the rectifier via phase connections and the rectifier is integrated into an on-board network of a vehicle via DC voltage connections, in generator mode, with a variable (Uz) is monitored, which characterizes a voltage present at an intermediate circuit capacitance, and wherein, if the monitored variable (Uz) exceeds a predetermined threshold value (U), electrical energy is transferred from the intermediate circuit to at least one load (L) in the arrangement in order to the monitored quantity (Uz) or the one at the DC link capacity to reduce applied voltage.

Die EP 2 433 830 A1 offenbart ein Verfahren und eine Steuerung zum Bereitstellen elektrischer Energie aus einer angetriebenen Drehstrom-Synchronmaschine mit einem mehrphasigen Umrichter, der obere Schalter und untere Schalter und wenigstens einen in oder an einem Zwischenkreis des Umrichters angeordneten Zwischenkreis-Kondensator umfasst. Durch einen aktiven Kurzschluss, bei dem alle oberen Schalter oder alle unteren Schalter geschlossen werden, wird bei einem abgeschleppten Kraftfahrzeug oder bei einem Fahrzeug, das fremd (hybrid oder am Rollenprüfstand) angetrieben wird oder ausrollt und/oder über keine einsatzfähige Zwischenkreisspannungsversorgung verfügt, ein sicherer Zustand herbeigeführt, bei dem hohe Spannungen im Zwischenkreis verhindert und Bremsmomente reduziert werden.the EP 2 433 830 A1 discloses a method and a control for providing electrical energy from a driven three-phase synchronous machine with a multi-phase converter, which comprises upper switches and lower switches and at least one intermediate circuit capacitor arranged in or on an intermediate circuit of the converter. An active short-circuit, in which all upper switches or all lower switches are closed, results in a safer short-circuit in a towed motor vehicle or in a vehicle that is driven externally (hybrid or on the roller dynamometer) or is coasting and/or does not have a usable intermediate circuit voltage supply State brought about in which high voltages in the intermediate circuit are prevented and braking torques are reduced.

Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die möglichst wenige zusätzliche Bauelemente erfordert und sicherstellt, dass die auftretenden Entladeströme zu keiner Beschädigung führen und die auftretenden Abschaltspannungen im zulässigen Bereich bleiben.Against this background, the object of the invention is to provide a method and a device that requires as few additional components as possible and ensures that the discharge currents that occur do not cause any damage and that the turn-off voltages that occur remain within the permissible range.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 4. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Abbildungen.The object is achieved according to the invention by a method having the features of claim 1 and a device having the features of claim 4. Configurations and developments of the invention result from the dependent claims, the description and the figures.

Die Erfindung schlägt vor, die Erregerwicklung (den Rotor) einer fremderregten Synchronmaschine (FSM) zum Entladen des Zwischenkreises zu verwenden. Dazu wird der Zwischenkreis bei nicht bestromtem Stator über die Erregerwicklung kurzgeschlossen.The invention proposes using the field winding (the rotor) of a separately excited synchronous machine (FSM) to discharge the intermediate circuit. For this purpose, the intermediate circuit is short-circuited via the field winding when the stator is not energized.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur aktiven Entladung eines Hochvolt-Zwischenkreises (HV-Zwischenkreis) eines Elektrofahrzeugs, bei dem der Hochvolt-Zwischenkreis über eine Erregerwicklung des Rotors einer fremderregten Synchronmaschine (FSM) bei nicht bestromtem Stator der FSM kurzgeschlossen wird.The invention relates to a method for actively discharging a high-voltage intermediate circuit (HV intermediate circuit) of an electric vehicle, in which the high-voltage intermediate circuit is short-circuited via an excitation winding of the rotor of a separately excited synchronous machine (FSM) when the stator of the FSM is not energized.

In einem alternativen Verfahren zur aktiven Entladung eines Hochvolt-Zwischenkreises (HV-Zwischenkreis) eines Elektrofahrzeugs wird der Hochvolt-Zwischenkreis durch Kurzschließen einer Halbbrücke einer Erregerschaltung des Rotors einer fremderregten Synchronmaschine (FSM) entladen.In an alternative method for actively discharging a high-voltage intermediate circuit (HV intermediate circuit) of an electric vehicle, the high-voltage intermediate circuit is discharged by short-circuiting a half-bridge of an excitation circuit of the rotor of a separately excited synchronous machine (FSM).

Erfindungsgemäß erfolgt die Entladung des HV-Zwischenkreises durch gepulsten Kurzschluss der Erregerwicklung. Dadurch lässt sich der Entladestrom aktiv über die Pulsdauer und die Pulsfrequenz begrenzen. Erfindungsgemäß ist beim Entladevorgang die Dauer des ersten Pulses größer als die der darauffolgenden Pulse. In einer Ausführungsform beträgt die Dauer des ersten Pulses das Zweifache bis Fünffache der Dauer der nachfolgenden Pulse, beispielsweise das Dreifache. Dies hat den Vorteil, dass der Strom zu Beginn der Entladephase schneller ansteigt. In einer weiteren Ausführungsform wird nach dem ersten Puls ein fixes Puls-Pausen-Verhältnis eingestellt. In einer anderen Ausführungsform wird mit fallender Zwischenkreisspannung das Puls-Pausen-Verhältnis schrittweise vergrößert. Damit ist es möglich, den Entladestrom weitgehend konstant zu halten.According to the invention, the HV intermediate circuit is discharged by means of a pulsed short circuit in the field winding. This allows the discharge current to be actively limited via the pulse duration and the pulse frequency. According to the invention, the duration of the first pulse during the discharging process is greater than that of the subsequent pulses. In one embodiment, the duration of the first pulse is two to five times the duration of the subsequent pulses, for example three times. This has the advantage that the current rises faster at the beginning of the discharge phase. In a further embodiment, a fixed mark-to-space ratio is set after the first pulse. In another embodiment, the mark-to-space ratio is gradually increased as the intermediate circuit voltage falls. This makes it possible to keep the discharge current largely constant.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur aktiven Entladung eines Hochvolt-Zwischenkreises (HV-Zwischenkreis) eines Elektrofahrzeugs nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Vorrichtung umfasst eine fremderregte Synchronmaschine, deren Rotor mindestens eine Erregerwicklung umfasst, deren Anschlüsse über Schaltelemente mit den Anschlüssen eines Zwischenkreiskondensators des Hochvolt-Zwischenkreises verbunden sind.The invention also relates to a device for actively discharging a high-voltage intermediate circuit (HV intermediate circuit) of an electric vehicle using the method according to the invention. The device includes an externally excited synchronous machine, the rotor of which includes at least one field winding whose connections are connected via switching elements to the connections of an intermediate circuit capacitor of the high-voltage intermediate circuit.

In einer Ausführungsform umfassen die Schaltelemente eine erste und eine zweite Halbbrücke, die jeweils zwei in Reihe geschaltete elektronische Schalter mit jeweils einer zum Schalter parallel geschalteten Diode aufweisen. In einer Ausführungsform sind die elektronischen Schalter Halbleiterschalter, beispielsweise Transistoren wie MOS-FETs oder IGBTs.In one embodiment, the switching elements include a first and a second half-bridge, each of which has two series-connected electronic switches, each with a diode connected in parallel with the switch. In one embodiment, the electronic switches are semiconductor switches, for example transistors such as MOSFETs or IGBTs.

In einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine stromgeregelte Ansteuerlogik zur Ansteuerung der elektronischen Schalter. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Zweipunktregler zur Ansteuerung der elektronischen Schalter. In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung einen Rotorstromsensor, der einen Messwert des aktuellen Entladestroms an die Ansteuerlogik bzw. den Zweipunktregler übermittelt. Ein solcher Rotorstromsensor ist i.d.R. bereits in der FSM vorhanden.In one embodiment, the device includes current-controlled control logic for controlling the electronic switches. In another embodiment, the device includes a two-point controller for controlling the electronic switches. In a further embodiment, the device includes a rotor current sensor, which transmits a measured value of the current discharge current to the control logic or the two-point controller. Such a rotor current sensor is usually already present in the FSM.

Zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Lösung zählt, dass keine zusätzlichen Bauteile notwendig sind und die Impedanz im Kurzschlusspfad im Vergleich zu einem Kurzschluss des Inverters deutlich größer ist, jedoch nicht so groß, dass die geforderten Entladezeiten nicht eingehalten werden können. Die größere Impedanz hat zur Folge, dass der Strom zum einen nicht so schnell ansteigt und aufgrund des Rotorwiderstandes auch begrenzt ist. Somit lassen sich die auftretenden Ströme und Abschaltspannungen deutlich einfacher beherrschen, was die Entladelogik stark vereinfacht.The advantages of the solution according to the invention include the fact that no additional components are required and the impedance in the short-circuit path is significantly higher than in a short-circuit of the inverter, but not so high that the required discharge times cannot be met. The larger impedance means that the current does not rise as quickly and is also limited due to the rotor resistance. This makes it much easier to control the currents and cut-off voltages that occur, which greatly simplifies the discharge logic.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vor anstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigen:

  • 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 2 einen beispielhaften Verlauf des Entladestroms und der Zwischenkreisspannung über die Zeit in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
The invention is shown schematically using embodiments in the drawings and is further described with reference to the drawings. Show it:
  • 1 an embodiment of the device according to the invention;
  • 2 an exemplary course of the discharge current and the intermediate circuit voltage over time in an embodiment of the method according to the invention.

1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die beiden Pole einer Erregerwicklung 10 einer FSM (nicht dargestellt) mit einer Induktivität L und einem ohmschen Widerstand R sind über eine erste Halbbrücke 20 und eine zweite Halbbrücke 30 mit den Anschlüssen eines Kondensators 40 eines Hochvolt-Zwischenkreises verbunden. Die erste Halbbrücke 20 ist aus den in Reihe geschalteten Schaltelementen 21 und 22 gebildet, die jeweils einen elektronischen Schalter und eine parallel dazu geschaltete Diode umfassen, die zweite Halbbrücke 30 ist aus den in Reihe geschalteten Schaltelementen 31 und 32 gebildet, die ebenfalls jeweils einen elektronischen Schalter und eine parallel dazu geschaltete Diode umfassen. 1 shows an embodiment of the device according to the invention. The two poles of an excitation winding 10 of an FSM (not shown) with an inductance L and an ohmic resistance R are connected via a first half-bridge 20 and a second half-bridge 30 to the terminals of a capacitor 40 of a high-voltage intermediate circuit. The first half-bridge 20 is formed from the series-connected switching elements 21 and 22, each of which comprises an electronic switch and a diode connected in parallel thereto; the second half-bridge 30 is formed from the series-connected switching elements 31 and 32, which also each have an electronic Switches and a diode connected in parallel include.

Durch Schalten einer Brückendiagonale (z.B. 21 und 32) baut sich ein Strom in der Erregerwicklung 10 auf und der Zwischenkreiskondensator 40 wird entladen.By switching a bridge diagonal (e.g. 21 and 32), a current builds up in the field winding 10 and the intermediate circuit capacitor 40 is discharged.

2 zeigt einen beispielhaften Verlauf des Entladestroms und der Zwischenkreisspannung in der in 1 gezeigten Vorrichtung über die Zeit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im oberen Diagramm ist der Verlauf des Steuersignals 50 für die Steuerelemente 21 und 32 und der resultierende Verlauf des Entladestroms 60 in der Erregerwicklung 10 über die Zeit gezeigt. Im unteren Signal ist die korrespondierende Spannung 70 am Zwischenkreiskondensator 40 über die Zeit dargestellt. 2 shows an example of the course of the discharge current and the intermediate circuit voltage in the in 1 shown device over time when carrying out the method according to the invention. The top diagram shows the course of the control signal 50 for the control elements 21 and 32 and the resulting course of the discharge current 60 in the field winding 10 over time. The lower signal shows the corresponding voltage 70 at the intermediate circuit capacitor 40 over time.

In dem gezeigten Beispiel wird die Diagonale 21 und 32 mit einem gepulsten Steuersignal 50 angesteuert, um den Entladestrom 60 aktiv zu begrenzen. Der erste Puls ist dabei deutlich länger als die darauffolgenden. Dies hat den Vorteil, dass der Entladestrom 60 zu Beginn der Entladephase schneller ansteigt. Nach dem ersten Puls wird ein pulsweitenmoduliertes (PWM) Steuersignal 50 mit fixem Puls-Pausen-Verhältnis an der Diagonale 21 und 32 angelegt.In the example shown, the diagonals 21 and 32 are controlled with a pulsed control signal 50 in order to actively limit the discharge current 60 . The first pulse is significantly longer than the following ones. This has the advantage that the discharge current 60 rises faster at the start of the discharge phase. After the first pulse, a pulse width modulated (PWM) control signal 50 with a fixed mark-to-space ratio is applied to the diagonals 21 and 32 .

In einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform des Verfahrens wird mit fallender Zwischenkreisspannung 70 das Puls-Pausen-Verhältnis schrittweise angepasst, um den Entladestrom 60 relativ konstant zu halten. Hierfür werden die Schaltelemente 21, 32 über eine stromgeregelte Ansteuerlogik (nicht dargestellt) oder einen einfachen Zweipunktregler (nicht dargestellt) angesteuert. Der dazu notwendige Rotorstromsensor (nicht dargestellt) ist i.d.R. bereits vorhanden.In another (not shown) embodiment of the method, the mark-to-space ratio is adjusted step-by-step as the intermediate circuit voltage 70 falls, in order to keep the discharge current 60 relatively constant. For this purpose, the switching elements 21, 32 are controlled via a current-controlled control logic (not shown) or a simple two-point controller (not shown). The rotor current sensor required for this (not shown) is usually already available.

In einer anderen (nicht dargestellten) Ausführungsform des Verfahrens wird der Zwischenkreiskondensator 40 über einen Dauerpuls vollständig entladen. Hierbei ist sicherzustellen, dass der Entladestrom nicht zu stark ansteigt, indem die Kapazität des Zwischenkreiskondensators 40, die Zwischenkreisspannung und die Rotorimpedanz L entsprechend ausgelegt werden.In another (not shown) embodiment of the method, the intermediate circuit capacitor 40 is completely discharged via a continuous pulse. In this case, it must be ensured that the discharge current does not increase too much by designing the capacitance of the intermediate circuit capacitor 40, the intermediate circuit voltage and the rotor impedance L accordingly.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Erregerwicklungexcitation winding
2020
erste Halbbrückefirst half bridge
2121
elektronischer Schalterelectronic switch
2222
elektronischer Schalterelectronic switch
3030
zweite Halbbrückesecond half bridge
3131
elektronischer Schalterelectronic switch
3232
elektronischer Schalterelectronic switch
4040
Zwischenkreiskondensatorintermediate circuit capacitor
5050
Steuersignal [V]Control signal [V]
6060
Entladestrom [A]discharge current [A]
7070
Zwischenkreisspannung [V]DC link voltage [V]

Claims (7)

Verfahren zur aktiven Entladung eines HV-Zwischenkreises eines Elektrofahrzeugs, bei dem der HV-Zwischenkreis über eine Erregerwicklung (10) eines Rotors einer FSM bei nicht bestromtem Stator der FSM kurzgeschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladung des HV-Zwischenkreises durch gepulsten Kurzschluss der Erregerwicklung (10) erfolgt, wobei die Dauer des ersten Pulses größer ist als die der darauffolgenden Pulse.Method for actively discharging an HV intermediate circuit of an electric vehicle, in which the HV intermediate circuit is short-circuited via an excitation winding (10) of a rotor of an FSM when the stator of the FSM is not energized, characterized in that the discharge of the HV intermediate circuit is carried out by pulsed short-circuiting of the Erre winding (10), the duration of the first pulse being greater than that of the subsequent pulses. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem nach dem ersten Puls ein fixes Puls-Pausen-Verhältnis eingestellt wird.procedure after claim 1 , in which a fixed mark-to-space ratio is set after the first pulse. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem mit fallender Spannung des HV-Zwischenkreises das Puls-Pausen-Verhältnis schrittweise vergrößert wird.procedure after claim 1 , in which the mark-to-space ratio is gradually increased as the voltage of the HV intermediate circuit falls. Vorrichtung zur aktiven Entladung eines HV-Zwischenkreises eines Elektrofahrzeugs nach dem Verfahren eines der Ansprüche 1 bis 3, umfassend eine fremderregte Synchronmaschine, deren Rotor mindestens eine Erregerwicklung (10) enthält, deren Anschlüsse über Schaltelemente (20, 30) mit den Anschlüssen eines Zwischenkreiskondensators (40) des Hochvolt-Zwischenkreises verbunden sind.Device for the active discharge of a HV intermediate circuit of an electric vehicle according to the method of one of Claims 1 until 3 , comprising a separately excited synchronous machine, the rotor of which contains at least one field winding (10) whose connections are connected via switching elements (20, 30) to the connections of an intermediate circuit capacitor (40) of the high-voltage intermediate circuit. Vorrichtung nach Anspruch 4, worin die Schaltelemente (20, 30) eine erste Halbbrücke (20) und eine zweite Halbbrücke (30) umfassen, die jeweils zwei in Reihe geschaltete elektronische Schalter (21, 22, 31, 32) mit jeweils einer zum Schalter parallel geschalteten Diode aufweisen.device after claim 4 , wherein the switching elements (20, 30) comprise a first half-bridge (20) and a second half-bridge (30), each of which has two electronic switches (21, 22, 31, 32) connected in series, each having a diode connected in parallel with the switch . Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, welche eine stromgeregelte Ansteuerlogik zur Ansteuerung der elektronischen Schalter (21, 22, 31, 32) umfasst.device after claim 4 or 5 , which includes a current-controlled control logic for controlling the electronic switches (21, 22, 31, 32). Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, welche einen Zweipunktregler zur Ansteuerung der elektronischen Schalter (21, 22, 31, 32) umfasst.device after claim 4 or 5 , which includes a two-point controller for controlling the electronic switches (21, 22, 31, 32).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102022112558A1 (en) 2022-05-19 2023-11-23 Audi Aktiengesellschaft Motor vehicle with a separately excited synchronous machine and method for actively discharging a capacitor in a high-voltage network

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2433830A1 (en) 2010-09-28 2012-03-28 Brusa Elektronik AG Method and control for providing electrical energy from a driven alternating current synchronous machine
EP2712759A2 (en) 2012-09-28 2014-04-02 LSIS Co., Ltd. Voltage discharging device of vehicle and voltage discharging method thereof
DE102018201321A1 (en) 2018-01-29 2019-08-01 Robert Bosch Gmbh A method of operating an assembly of an electric machine and a rectifier
KR20200005281A (en) 2018-07-06 2020-01-15 현대자동차주식회사 System and method for discharging direct current link capacitor of inverter for driving motor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2433830A1 (en) 2010-09-28 2012-03-28 Brusa Elektronik AG Method and control for providing electrical energy from a driven alternating current synchronous machine
EP2712759A2 (en) 2012-09-28 2014-04-02 LSIS Co., Ltd. Voltage discharging device of vehicle and voltage discharging method thereof
DE102018201321A1 (en) 2018-01-29 2019-08-01 Robert Bosch Gmbh A method of operating an assembly of an electric machine and a rectifier
KR20200005281A (en) 2018-07-06 2020-01-15 현대자동차주식회사 System and method for discharging direct current link capacitor of inverter for driving motor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022112558A1 (en) 2022-05-19 2023-11-23 Audi Aktiengesellschaft Motor vehicle with a separately excited synchronous machine and method for actively discharging a capacitor in a high-voltage network

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