DE102020207124A1 - Anordnung mit einem Wechselrichter - Google Patents

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DE102020207124A1 DE102020207124.1A DE102020207124A DE102020207124A1 DE 102020207124 A1 DE102020207124 A1 DE 102020207124A1 DE 102020207124 A DE102020207124 A DE 102020207124A DE 102020207124 A1 DE102020207124 A1 DE 102020207124A1
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Cedric Schreiner
Günter Fambach
Fabian Hartmann
Volker Grimm
Manuel Schwab
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    • G01R31/52Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Abstract

Es wird eine Anordnung mit einem Wechselrichter für einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei am Gleichstromeingang des Wechselrichters eine Gleichstromsensorik zur Ermittlung eines in den Wechselrichter fließenden Gleichstroms vorgesehen ist, wobei die Gleichstromsensorik mit einem Prozessor zur Ermittlung einer den Gleichstrom kennzeichnenden Größe verbunden ist, wobei der Prozessor in Abhängigkeit von der Größe und wenigstens einem weiteren Parameter am Wechselrichter oder an einem am Wechselrichter angeschlossenen Elektromotor einen Kurzschluss im Wechselrichter bestimmt und in Abhängigkeit von dieser ersten Bestimmung eine Nachricht versendet.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Anordnung mit einem Wechselrichter und einem Verfahren zum Betreiben dieser Anordnung nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
  • Aus DE 10 2018 105 505 A1 ist es bspw. bekannt, dass ein Kurzschluss in einer Traktionsbatterieanordnung mittels einer Strombilanz erkannt wird.
  • Die Anordnung mit dem Wechselrichter bzw. das Verfahren zum Betreiben dieser Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass durch die Bestimmung des Kurzschlusses in Abhängigkeit von der Bestimmung des in den Wechselrichter hineinfließenden Gleichstrom und von einem weiteren Parameter, der am Wechselrichter oder an einem am Wechselrichter angeschlossenen Elektromotor ermittelt wird, überhaupt ein Kurzschluss im Wechselrichter zuverlässig erkannt wird. Dabei zielt die erfindungsgemäße Anordnung insbesondere auf einen schleichenden Kurzschluss, der sich langsam entwickelt und immer größer wird. Bei dieser Konstellation ist es schwierig, allein aus der Größe, mithin den in den Wechselrichter hineinfließenden Gleichstrom, einen Kurzschluss zuverlässig zu erkennen, denn solch ein schleichender Kurzschluss ist ähnlich zu einem Normalbetrieb. Daher wird durch den Parameter eine zweite Prüfbedingung eingeführt, die die Bestimmung des Kurzschlusses zuverlässig absichert. Sollte solch ein schleichender Kurzschluss nicht zuverlässig erkannt werden, ist die Gefahr eines Brandes im Wechselrichter gegeben.
  • Daher wird eine Anordnung mit einem Wechselrichter für einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei am Gleichstromeingang des Wechselrichters eine Gleichstromsensorik zur Ermittlung eines in den Wechselrichter fließenden Gleichstroms vorgesehen ist, wobei die Gleichstromsensorik mit einem Prozessor zur Ermittlung einer den Gleichstrom kennzeichnenden Größe verbunden ist, wobei der Prozessor in Abhängigkeit von der Größe und wenigstens einem weiteren Parameter am Wechselrichter oder an einem am Wechselrichter angeschlossenen Elektromotor einen Kurzschluss im Wechselrichter bestimmt und in Abhängigkeit von dieser ersten Bestimmung eine Nachricht versendet. Entsprechend wird ein Verfahren zum Betreiben dieser Anordnung vorgeschlagen.
  • Unter der Anordnung wird ein Wechselrichter mit angeschlossenen Komponenten wie der Gleichstromsensorik, zumindest einem Prozessor und zumindest einem Elektromotor verstanden. Der Wechselrichter wird dabei auch als Leistungselektronik verstanden.
  • Der Wechselrichter ist eine Anordnung, die Gleichstrom in Wechselstrom wandelt. Der Gleichstrom wird über einen sogenannten Zwischenkreis und die Zwischenkreiskondensatoren bereitgestellt und dann von einer Schaltung mit den Leistungsschaltern in einen Wechselstrom gewandelt. Dies geschieht durch ein sogenanntes Zerhacken des Gleichstroms. Der Wechselstrom wird dann zur Ansteuerung bzw. zum Antrieb beispielsweise von einem Elektromotor verwendet. Dieser Wechselstrom besteht vorliegend aus drei Phasen und daher sind drei Leistungsschaltergruppen dafür nämlich zur Erzeugung der jeweiligen Phase vorgesehen.
  • Unter elektrischem Antrieb ist ein rein elektrischer Antrieb eines Fahrzeugs, bspw. eines Personenkraftwagens, oder ein sogenannter Hybridantrieb eines Fahrzeugs, also ein Antrieb mit wenigstens einem Elektromotor und einem Verbrennungsmotor zu verstehen.
  • Unter einem Gleichstromeingang ist eine elektrische Zuführung in den Wechselrichter zu verstehen, über den Gleichstrom in den Wechselrichter gelangt. Dabei wird damit der Zwischenkreis gespeist.
  • Die Gleichstromsensorik ermittelt meßtechnisch den in den Wechselrichter hineinfließenden Gleichstrom. Dabei können alle möglichen Meßprinzipien zur Erfassung eines Gleichstroms zum Einsatz gelangen. Diese Gleichstromsensorik ist mit einem Prozessor verbunden, der den Messwert als Größe aufnimmt, dabei kann der Prozessor auch die letztliche Bestimmung des Gleichstroms übernehmen.
  • Unter der Größe wird der Messwert des Gleichstroms selbst verstanden oder eine davon abgeleitete Größe wie bspw. die Leistung, die in den Wechselrichter hineingegeben wird, aber auch jede andere von dem Messwert abgeleitete Größe kann darunter verstanden werden.
  • Der Prozessor ist bspw. ein Mikrocontroller, ein Mikroprozessor oder jede andere geeignete Rechnerarchitektur, der geeignet ist, die Größe und den wenigstens einen Parameter zu verarbeiten und die erste Bestimmung auszuführen.
  • Der wenigstens eine Parameter wird am Wechselrichter und/oder am Elektromotor ermittelt. Es handelt sich dabei vorzugsweise um eine vom Wechselstrom abgeleitete Größe wie der Wechselstrom selbst oder die Ausgangsleistung des Wechselrichters oder die mechanische Leistung des Elektromotors. Wie in den abhängigen Ansprüchen ausgeführt ist ein Grundgedanke der Erfindung, die Größe durch den Parameter in ihrer Bedeutung für die erste Bestimmung abzusichern. Dies kann bspw. dazu genutzt werden, den Gleichstrom, der letztlich der Zwischenkreisgleichstrom ist, über den Parameter nochmals zu bestimmen, um dadurch festzustellen, ob die Größe auf einem richtig gemessen Messwert beruht.
  • Für die erste Bestimmung wird aus der Größe und dem Parameter ermittelt, ob ein Kurzschluss im Wechselrichter vorliegt oder nicht. Dies kann durch Schwellwertabfragen oder den Vergleich mit abgespeicherten Werten bspw. aus einem Look-Up-Table geschehen, wobei zum Beispiel eines oder mehrere Modelle abgespeichert sind, wie sich bspw. ein zeitlicher Verlauf des Gleichstroms zu einem typischen Kurzschlussverhalten verhält. Entspricht also der Verlauf solch einem Kurzschluss oder nicht.
  • Die Nachricht, die der Prozessor versendet, wird üblicherweise im Kurzschlussfall versendet, so dass bspw. das Batteriesteuergerät die Gleichstromschütze öffnet, um einen Schaden zu minimieren. Die Nachricht kann jedoch auch periodisch versendet werden, wobei dann auch mitgeteilt, dass alles in Ordnung ist, wenn kein Kurzschluss erkannt wurde. Für das Versenden ist der Prozessor mit einer Schnittstelle verbunden, die die Datenübertragung der Nachricht ermöglicht. Dies kann bspw. ein CAN-Bus-Interface sein oder eine andere leitungsgebundene Datenübertragungsschnittstelle. Es sind auch Übertragungen per Funk möglich.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch angegeben Stromrichters für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug angegeben.
  • Dabei ist es vorgesehen, dass die Gleichstromsensorik als magnetoresistive Gleichstromsensorik ausgebildet ist. Solch eine Sensorik kann eine galvanische Entkopplung zwischen dem zu messenden Strom und dem Messstrom aufweisen und sie beruht auf dem anisotropen magnetoresistiven Effekt (AMR). Weiterhin kann die Sensorik eine erste Signalverarbeitung aufweisen.
  • Darüber hinaus ist vorgesehen, dass der Prozessor so eingerichtet ist, dass der Prozessor die Größe anhand des wenigstens einen weiteren Parameters plausibilisiert und den Kurzschluss in Abhängigkeit von der Größe und der Plausibilisierung bestimmt. Plausibilisierung heißt vorliegend demnach, dass die Größe als richtig beurteilt wird und anhand der Größe der Kurzschluss zuverlässig bestimmt wird.
  • Weiterhin ist vorgesehen, dass der Prozessor die Plausibilisierung durch eine zweite Bestimmung des Gleichstroms oder der den Gleichstrom kennzeichnenden Größe in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Parameter ausführt. Damit wird durch den Parameter der Gleichstrom oder die Größe noch einmal bestimmt, um die Größe zu plausibilisieren.
  • Außerdem ist vorgesehen, dass der Prozessor die zweite Bestimmung anhand einer Leistungsbilanz ausführt, indem der Prozessor eine erste Verlustleistung von Eingangsleitungen in den Wechselrichter, eine zweite Verlustleistung des Wechselrichters, eine dritte Verlustleistung von Wechselstromleitungen zwischen dem Wechselrichter und dem Elektromotor, eine vierte Verlustleistung des Elektromotors und eine mechanische Ausgangsleistung des Elektromotors in Bezug auf eine Eingangsleistung in den Wechselrichter setzt. Durch das Auswerten einer Leistungsbilanz, wobei die in den Wechselrichter eingeprägte Leistung mit der Verlustleistung des Wechselrichters durch Wärme etc. und der Ausgangsleistung und wiederum mit der Verlustleistung des Elektromotors und seiner mechanischen Ausgangsleistung verglichen wird, kann auf den Gleichstrom geschlossen werden. Dabei wird auch noch die Verlustleistung der stromführenden Leitungen in und aus dem Wechselrichter berücksichtigt. Es kann vorgesehen sein, dass die erste oder/und die dritte Verlustleistung auf Null gesetzt werden, weil sie keine entscheidende Rolle spielen.
  • Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass der Prozessor die mechanische Ausgangsleistung anhand eines Drehmoments und einer Drehzahl des Elektromotors bestimmt. Diese Werte können durch entsprechende Sensoren ermittelt werden.
  • Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Prozessor die vierte Verlustleistung anhand von Kupferverlusten des Elektromotors bestimmt. Dabei wird der in den Elektromotor fließende Strom sowie anhand eines Modells der ohmsche Widerstand berücksichtigt, d.h. der ohmsche Widerstand ist abgespeichert und wird bspw. anhand von einem oder mehreren Parametern verändert, bspw. anhand einer abgespeicherten Kennlinie. Dabei wird in Abhängigkeit von der Temperatur und der Drehzahl des Rotors der Widerstand bestimmt. Auch der Skin-Effekt wird vorliegend berücksichtigt.
  • Darüber hinaus ist es vorgesehen, dass der Prozessor die zweite Verlustleistung in Abhängigkeit von den Wechselströmen bestimmt. Dabei wird wiederum ein Modell verwendet. Im Prozessor ist ein Kennfeld hinterlegt, das in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz, Spannung und Höhe der Ströme die zweite Verlustleistung bestimmt.
  • Außerdem ist es vorgesehen, dass der Prozessor die zweite Bestimmung anhand einer Strombilanz ausführt, indem der Prozessor einen weiteren Gleichstrom anhand eines Invertergleichstroms und eines Maschinengleichstroms bestimmt, wobei der Invertergleichstrom in Abhängigkeit von der zweiten Verlustleistung und einer Eingangsgleichspannung am Wechselrichter bestimmt wird und wobei der Maschinengleichstrom in Abhängigkeit von der Wechselströmen und einem Tastverhältnis, mit dem Leistungsschalter im Wechselrichter angesteuert werden, bestimmt wird.
  • Außerdem ist es vorgesehen, dass der Prozessor die zweite Verlustleistung in Abhängigkeit von den Wechselströmen und/oder einer Schaltfrequenz für die Leistungsschalter und/oder einer Temperatur bestimmt wird
  • Weiterhin ist es vorgesehen, dass der Prozessor den zweiten Gleichstrom auf einen Nullwert setzt, wenn die Leistungsschalter nicht angesteuert sind und wenn der Elektromotor keine Drehzahl aufweist. Damit wird eine Kalibrierung erreicht.
  • Darüber hinaus ist vorgesehen, dass der Prozessor den Kurzschluss in Abhängigkeit von einer Dauer des Kurzschlusses und/oder einer Zahl von Kurzschlussbestimmungen in einer vorgegebenen Zeit erkennt. Damit wird erreicht, dass kurzzeitige Ereignisse, die einen Kurzschluss anzeigen, noch nicht zu einer Maßnahme gegen diesen Kurzschluss führen, sondern dies erfolgt erst dann, wenn der Kurzschluss sich auch über die Zeit als solcher bestätigt. Eine Höhe des Gleichstroms kann vorliegend ebenso auf die Beurteilung Einfluss nehmen. Bei einem hohen Strom kann schnell auf einen Kurzschluss, bei niedrigem Strom langsam auf einen Kurzschluss erkannt werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen
    • 1 eine erste schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung;
    • 2 eine zweite schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung;
    • 3 eine schematische Darstellung der Leistungsbilanz;
    • 4 eine schematische Darstellung der Strombilanz und
    • 5 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt eine erste schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung. Über ein Hochvoltgleichspannungsnetz HVN, an das bspw. die Hochvoltbatterie angeschlossen ist, wird die Anordnung mit elektrischer Energie versorgt. Dazu sind Zuleitungen ZLW von dem Anschluss an das Hochvoltgleichspannungsnetz HVN an den Wechselrichter WR vorgesehen. Diese Zuleitungen ZLW weisen üblicherweise ohmsche Verluste auf. In den Zuleitungen ZLW ist weiterhin eine Gleichstromsensorik GSS vorgesehen, um den in den Wechselrichter WR fließenden Gleichstrom IDC zu messen. Am Eingang des Wechselrichters WR liegt die Gleichspannung UDC an. Damit wird in den Wechselrichter die Leistung PDC=IDC*UDC eingeprägt. Die Gleichstromsensorik GSS ist über eine Datenleitung mit einem Mikrocontroller µC als dem Prozessor verbunden. Über diese Datenleitung wird die den Strom IDC kennzeichnende Größe übertragen. Der Mikrocontroller µC verarbeitet diese Größe weiter. Sie dient insbesondere zur Feststellung, ob vorliegend ein Kurzschluss vorliegt oder nicht. Dazu können Signalanalysen bzw. eine Mustererkennung verwendet werden. Um dies abzusichern bzw. zu plausibilisieren, wird die Größe mit einem aus den Wechselstromgrößen des Wechselrichters WR bzw. Elektromotors EM bzw. der mechanischen Größen des Elektromotors EM bestimmten Gleichstroms verglichen. Im Idealfall ist der gemessene Gleichstrom und der bestimmte Gleichstrom identisch. Es wird ein Intervall um den gemessenen Gleichstrom gelegt, um bei dem bestimmten Gleichstrom auf eine Identität mit dem gemessenen Gleichstrom zu schließen. Ergibt sich dann, dass ein Kurzschluss vorliegt und auch für eine vorgegebene Zeit, dann ergeht eine Nachricht vom Mikrocontroller µC über den CAN-Bus CAN an andere Steuergeräte oder nur ein Gerät, dass ein Kurzschluss vorliegt. Diese Steuergeräte werden dann Maßnahmen einleiten, um einen Schaden durch den Kurzschluss zu verhindern oder zu eliminieren.
  • Der Microcontroller µC ist mit dem Wechselrichter WR in Verbindung, um Messwerte des Wechselrichters wie Ströme, Spannungen und Temperaturen zu erfassen. Die Ansteuerung des Wechselrichters WR erfolgt ebenfalls über diese Verbindung, um aus dem Gleichstrom Wechselstrom zu formen.
  • An dem Wechselrichter WR sind ausgangsseitig Verbindungsleitungen VLM zum Elektromotor EM vorgesehen, über die die drei Phasen des Wechselstroms geleitet werden. Der Mikrocontroller µC erhält bspw. über Stromsensoren die Wechselströme kennzeichnenden Werte iWR , um die Ansteuerung zu verbessern und um erfindungsgemäß den Gleichstrom, der in den Wechselrichter WR hineinfließt, zu bestimmen.
  • Weiterhin ist der Mikrocontroller µC mit dem Elektromotor EM verbunden, um bspw. Messwerte von einer Drehzahl- und Drehmomentsensorik zu erfassen. Der Mikrocontroller µC kann durch mehrere Prozessoren auch ersetzt werden. Diese Prozessoren sind dann miteinander verbunden.
  • In 2 wird eine zweite Darstellung der erfindungsgemäßen Anordnung gezeigt. Vorliegend werden die Leistungen an der Anordnung gezeigt, die in die Komponenten aufgeprägt bzw. ausgegeben werden sowie die Verlustleistungen, die auftreten können. Wiederum ist die Anordnung über den Anschluss ZLW an das Hochvoltgleichspannungsnetz HVN angeschlossen. Der Anschluss ZLW mit seinen Leitungen hat durch ohmsche Verluste die Verlustleistung PIdc-cable , wobei am Wechselrichter WR die Leistung Peldc=Idc*Udc anliegt. Der Gleichstrom Idc wird erfindungsgemäß untersucht, inwieweit er auf einen Kurzschluss deutet, insbesondere einen schleichenden Kurzschluss. Wird die Spannung Udc nicht unmittelbar am Wechselrichter WR, sondern am Anschluss zwischen dem Hochvoltgleichspannungsnetz HVN und den Zuleitungen ZLW gemessen, ist die Verlustleistung PIdc-cable an den Zuleitungen abzuziehen in der Leistungsbilanz.
  • Im Wechselrichter WR ist die Verlustleistung PIinv bspw. durch Wärmeentwicklung in der Leistungselektronik in der Leistungsbilanz zu berücksichtigen. Auch die Leitungen zur Führung der Wechselstromphasen aus dem Wechselrichter WR zum Elektromotor EM generieren eine ohmsche Verlustleistung PIac-cable , während mit Pelac die Ausgangsleistung des Wechselrichters WR durch den Wechselstrom bezeichnet wird.
  • Der Elektromotor EM weist eine Verlustleistung PIem und eine mechanische Ausgangsleistung Pmech auf. Diese Verlustleistung PIem ist vor allem auf die ohmschen Verluste in den Wicklungen zurückzuführen.
  • Hiermit kann nun eine Leistungsbilanz aufgestellt werden und damit aus der Wechselstromleistung bzw. der mechanischen Leistung auf den Gleichstrom IDS geschlossen werden und damit die Plausibilisierung, ob der gemessene IDS korrekt ist. Die einzelnen Verlustleistungen können schon im Voraus bestimmt werden oder anhand gemessener und abgespeicherter Werte ermittelt werden.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung der Leistungsbilanz. Im Block 34 wird die mechanische Leistung Pmech aus den Parametern 35 und 36 bestimmt. Parameter 35 ist das Motordrehmoment, das über einen Drehmomentsensor ermittelbar ist. Alternativ kann das Drehmoment aus den gemessenen Wechselströmen und dem gemessenen Winkel des Rotors bei einer permanent erregten Elektromaschine ermittelt werden. Bei einer Asynchronmaschine kann dies aus der Drehzahl und den Wechselströmen ermittelt werden. Parameter 36 ist die Geschwindigkeit des Motors, die aus der Drehzahl bestimmt. Hierfür ist bspw. ein Drehzahlsensor vorgesehen.
  • Der Summand 33 addiert die mechanische Leistung Pmech des Elektromotors EM mit der Verlustleistung PIem des Elektromotors EM. Diese Verlustleistung PIem wird im Block 37 aus den ohmschen Verlusten im Elektromotor EM bestimmt. Dazu werden die Wechselströme der drei Phasen und Parameter des Stators verwendet. Wie oben beschrieben, wird dazu ein Modell verwendet, um die Kupferverluste im Elektromotor zu bestimmen. Zusätzlich können noch Eisenverluste des Elektromotors berücksichtigt werden. Dabei kann dann in Abhängigkeit von der Drehzahl ein Verlustdrehmoment bestimmt werden. Auch hier ist ein Modell bzw. Kennlinie hinterlegt. Andere Größen, die auch eine Verlustleistung bewirken, sind vorliegend vernachlässigt worden. Dazu gehören Wirbelströme, Harmonische, Reibung und magnetische Verluste.
  • Die Summe aus dem Summand 33 Pelac stellt die Ausgangsleistung des Wechselrichters WR dar. Diese Leistung Pelac wird mit dem Summand 32 mit der Verlustleistung des Wechselrichters PIinv addiert, um die Leistung Peldc zu bestimmen, die in den Wechselrichter WR eingegeben wird. Die Verlustleistung PIinv wird im Block 30 bestimmt. Diese Verlustleistung PIinv wird aus den Wechselströmen und ggfs. der Schaltfrequenz des Wechselrichters WR bestimmt.
  • Aus der Leistung Peldc und der Spannung Udc wird im Operator durch Division den Strom Idc berechnet. Dabei kann die Spannung als fester oder gemessener Wert verwendet werden. Der berechnete Strom Idc wird dann dazu verwendet, den gemessenen Strom Idc zu plausibilisieren.
  • Die vorliegend gezeigte Bestimmung der Leistungsbilanz wird im Mikrocontroller µC durchgeführt anhand der oben genannten Sensorwerte oder gespeicherten Werte.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung der Strombilanz, die ebenfalls im Mikrocontroller µC durchgeführt wird. Im Block 43 wird mit den Wechselströmen Iwr und der Schaltfrequenz die Verlustleistung Pinverter des Wechselrichters WR bestimmt. Aber auch andere Eingangsgrößen wie die Temperatur im Wechselrichter WR können vorliegend verwendet werden.
  • Mit dem Divisor 42 wird aus der Verlustleistung Pinverter und der Spannung Udc der Stromverlust Idcinv bestimmt. Dieser Stromverlust Idcinv wird durch den Summand 41 mit dem Maschinenstrom Idcm zum berechneten Wert Idc addiert.
  • Der Maschinenstrom Idcm ist der Gleichstrom, der letztlich in Wechselstrom umgewandelt wird. Dieser wird aus den Wechselströmen IWR und dem Tastgrad DC der Pulsweitenmodulation, mit der die Leistungsschalter im Wechselrichter WR angesteuert werden, in Block 40 bestimmt. Dabei werden die Gleichstromanteile der drei Phasen aufaddiert. Der Tastgrad ist das Verhältnis von Ansteuerung und Nichtansteuerung der Leistungsschalter in einem Takt.
  • 5 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Block 50 wird der Gleichstrom Idcm gemessen und im Block 51 wird der Strom auf einen der oben beschriebenen Weisen aus den Wechselstromparametern bzw. den mechanischen Größen des Elektromotors bestimmt. Im Block 52 wird die beiden Stromwerte verglichen, ob sie zumindest weitgehend übereinstimmen. In Block 53 wird dann die Entscheidung getroffen, ob eine Übereinstimmung vorliegt. Dies kann durch ein entsprechendes Intervall um den gemessenen Wert geschehen, um leichte Abweichungen zu unterdrücken. Liegt keine Übereinstimmung vor, wird zurück zu den Blöcken 50 und 51 gesprungen. Liegt jedoch eine Übereinstimmung vor, wird in Block 54 geprüft, ob ein Kurzschluss vorliegt, bspw. anhand von vorabgespeicherten Modellen. In Block 55 wird geprüft, ob diese Kurzschlusserkennung nicht nur ein einmaliges Ereignis ist, sondern sich über die Zeit bestätigt. In Block 56 wird geprüft, ob beides erfüllt ist, ist das der Fall, dann wird in Block 57 eine Nachricht bspw. an das Batteriesteuergerät gesendet, so dass Schutzmaßnahmen ergriffen werden können. Auch eine Anzeige an den Fahrer kann so erfolgen, damit ein Werkstattbesuch zeitnah erfolgt. Liegt jedoch kein Kurzschluss vor, dann wird zu den Blöcken 50 und 51 zurückgesprungen.
  • Dieses Verfahren läuft auf dem Mikrocontroller µC ab.
  • Bezugszeichenliste
  • HVN
    Hochvoltgleichspannungsnetz
    ZLW
    Anschluss an den Wechselrichter
    Idc
    Gleichstrom
    Udc
    Gleichspannung
    GSS
    Gleichspannungssensorik
    WR
    Wechselrichter
    VLM
    Verbindungsleitungen Wechselrichter Elektromotor
    Iwr
    Wechselströme
    µC
    Mikrocontroller
    CAN
    CAN-Bus
    EM
    Elektromotor
    Peldc
    Eingangsleistung
    PIdc-cable
    Verlustleistung Zuleitung
    PIinv
    Verlustleistung Wechselrichter
    PIac-cable
    Verlustleistung Verbindungsleitung
    Pelac
    elektrische Ausgangsleistung des Wechselrichters
    PIem
    Verlustleistung Elektromotor
    Pmech
    mechanische Ausgangsleistung
    30-37
    Operatoren
    40-43
    Operatoren
    DC
    Tastverhältnis, Tastgrad
    FS
    Schaltfrequenz
    Pinverter
    Verlustleistung Wechselrichter
    50-57
    Verfahrensschritte
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102018105505 A1 [0002]

Claims (14)

  1. Anordnung mit einem Wechselrichter (WR) für einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug, wobei am Gleichstromeingang (ZVL) des Wechselrichters (WR) eine Gleichstromsensorik (GSS) zur Ermittlung eines in den Wechselrichter (WR) fließenden Gleichstroms (Idc) vorgesehen ist, wobei die Gleichstromsensorik (GSS) mit einem Prozessor (µC) zur Ermittlung einer den Gleichstrom (Idc) kennzeichnenden Größe verbunden ist, wobei der Prozessor (µC) in Abhängigkeit von der Größe und wenigstens einem weiteren Parameter am Wechselrichter (WR) oder an einem am Wechselrichter (WR) angeschlossenen Elektromotor (EM) einen Kurzschluss im Wechselrichter (WR) bestimmt und in Abhängigkeit von dieser ersten Bestimmung eine Nachricht versendet.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstromsensorik (GSS) als magnetoresistive Gleichstromsensorik ausgebildet ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (µC) so eingerichtet ist, dass der Prozessor (µC) die Größe anhand des wenigstens einen weiteren Parameters plausibilisiert und den Kurzschluss in Abhängigkeit von der Größe und der Plausibilisierung bestimmt.
  4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (µC) die Plausibilisierung durch eine zweite Bestimmung des Gleichstroms (Idc) oder der den Gleichstrom (Idc) kennzeichnenden Größe in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Parameter ausführt.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (µC) die zweite Bestimmung anhand einer Leistungsbilanz ausführt, indem der Prozessor (µC) eine erste Verlustleistung (PIinv) des Wechselrichters (WR), eine zweite Verlustleistung (PIem) des Elektromotors und eine mechanische Ausgangsleistung (Pmech) des Elektromotors (EM) in Bezug auf eine Eingangsleistung (Peldc) in den Wechselrichter setzt.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (µC) die mechanische Ausgangsleistung (Pmech) anhand eines Drehmoments und einer Drehzahl des Elektromotors (EM) bestimmt.
  7. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (Pmech) die zweite Verlustleistung (PIem) anhand von Kupferverlusten des Elektromotors bestimmt.
  8. Anordnung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (µC) die erste Verlustleistung (PIinv) in Abhängigkeit von den Wechselströmen bestimmt.
  9. Anordnung nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor zusätzlich für die Leistungsbilanz eine dritte Verlustleistung (PIdc-cable) von Eingangsleitungen (ZVL) in den Wechselrichter (WR) und eine vierte Verlustleistung (PIac-cable) von Wechselstromleitungen (VLM) zwischen dem Wechselrichter und dem Elektromotor in bezug auf die Eingangsleistung berücksichtigt.
  10. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (µC) die zweite Bestimmung anhand einer Strombilanz ausführt, indem der Prozessor einen weiteren Gleichstrom anhand eines Invertergleichstroms und eines Maschinengleichstroms bestimmt, wobei der Invertergleichstrom in Abhängigkeit von der zweiten Verlustleistung und einer Eingangsgleichspannung am Wechselrichter (WR) bestimmt wird und wobei der Maschinengleichstrom in Abhängigkeit von den Wechselströmen pro Phase und einem jeweiligen Tastverhältnis, mit dem Leistungsschalter im Wechselrichter (WR) angesteuert werden, bestimmt wird.
  11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (µC) die zweite Verlustleistung in Abhängigkeit von den Wechselströmen und/oder einer Schaltfrequenz für die Leistungsschalter und/oder einer Temperatur bestimmt wird.
  12. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (µC) den zweiten Gleichstrom auf einen Nullwert setzt, wenn die Leistungsschalter nicht angesteuert sind und wenn der Elektromotor (EM) keine Drehzahl aufweist.
  13. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessor (µC) den Kurzschluss in Abhängigkeit von einer Dauer des Kurzschlusses und/oder einer Zahl von Kurzschlussbestimmungen und/oder einer Höhe des Gleichstroms in einer vorgegebenen Zeit erkennt.
  14. Verfahren zum Betreiben einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1-13.
DE102020207124.1A 2020-06-08 2020-06-08 Anordnung mit einem Wechselrichter Pending DE102020207124A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102018105505A1 (de) 2018-03-09 2019-09-12 Man Truck & Bus Ag Verfahren zur Erkennung einer Fehlfunktion, insbesondere eines Kurzschlussstroms, in einer Traktionsbatterieanordnung

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DE102018105505A1 (de) 2018-03-09 2019-09-12 Man Truck & Bus Ag Verfahren zur Erkennung einer Fehlfunktion, insbesondere eines Kurzschlussstroms, in einer Traktionsbatterieanordnung

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