DE102021113493A1 - Verfahren zur Ermittlung eines durch wenigstens ein Schaltelement fließenden Stroms, elektrische Schaltungsanordnung und Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Ermittlung eines durch wenigstens ein Schaltelement fließenden Stroms, elektrische Schaltungsanordnung und Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Ermittlung eines durch wenigstens ein Schaltelement (S1 - S6) einer elektrischen Schaltungsanordnung (2) fließenden Stroms (IS1 - IS6), wobei der Strom bei eingeschaltetem Schaltelement (IS1 - IS6) durch eine schaltbare Strecke des Schaltelements (S1 - S6) fließt und dem Schaltelement (S1 - S6) ein Temperaturmessmittel (9) und ein Spannungsmessmittel (10) zugeordnet sind, wobei das Temperaturmessmittel (9) eine Temperatur des Schaltelements (S1 - S6) misst und das Spannungsmessmittel (10) eine über der schaltbaren Strecke des Schaltelements (S1 - S6) abfallende Spannung misst, wobei das Temperaturmessmittel (9) und das Spannungsmessmittel (10) mit einer Recheneinrichtung verbunden sind und die Recheneinrichtung einen Stromwert des Stroms aus einem die Temperatur des Schaltelements beschreibenden Temperaturmesswert des Temperaturmessmittels (9) und einem die Spannung über der schaltbaren Strecke beschreibenden Spannungsmesswert des Spannungsmessmittels (10) ermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines durch wenigstens ein Schaltelement einer elektrischen Schaltungsanordnung fließenden Stroms, wobei der Strom bei eingeschaltetem Schaltelement durch eine schaltbare Strecke des Schaltelements fließt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Schaltungsanordnung und ein Kraftfahrzeug.
  • Kraftfahrzeuge mit einem elektrischen Traktionsantrieb umfassen in der Regel einen Traktionsumrichter bzw. einen Antriebsinverter, welcher einen von einem Traktionsenergiespeicher des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einer Hochvoltbatterie, bereitgestellten Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Betrieb eines elektrischen Traktionsmotors wandelt. Beim Betrieb des Traktionsumrichters spielen die Phasenströme des Wechselstroms eine wichtige Rolle, da diese direkt verantwortlich für die Drehmomentbildung in der elektrischen Maschine sind. In der Regel finden die Phasenströme als Regelgröße unmittelbar Eingang in eine Regelung der elektrischen Maschine. Dabei ist es erforderlich, dass die Phasenströme präzise erfasst werden, um das Auftreten von Drehmomentabweichungen zu verhindern, da solche einen Betrieb einer elektrischen Maschine und insbesondere auch den Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs beeinträchtigen können.
  • Zur Messung der Phasenströme insbesondere bei Traktionsumrichtern ist es bekannt, Stromsensoren für die Phasenstrommessung zu verbauen. Eine bekannte Möglichkeit ist beispielsweise die Verwendung von Hall-Effekt-Sensoren, mittels denen die Phasenströme über eine Änderung des Magnetfelds in der Umgebung eines den Phasenstrom führenden Leiters erfasst werden können. Weiterhin ist es bekannt, dass mit Hilfe der gemessenen Phasenströme auch die Temperaturen der Schaltelemente eines Umrichters ermittelt werden können, um eine Erwärmung der Schaltelemente zu überwachen.
  • In US 2020/0112245 A1 wird ein dreiphasiger Umrichter beschrieben, dessen Betrieb durch eine Steuereinheit geregelt wird. Von einem Überhitzungsschutzgerät werden die von der Steuereinrichtung zur Regelung herangezogenen Stromstärken der Phasenströme sowie durch das Überhitzungsschutzgerät gemessene Drain-Source-Spannungen der Schaltelemente ausgewertet, um einen temperaturabhängigen Widerstand des Schaltelements zu bestimmen. Die aus dem Widerstand ermittelte Temperatur wird mit einem Grenzwert verglichen, um festzustellen, ob eine Überhitzung des Schaltelements vorliegt.
  • JP 2020072569 A beschreibt ein Verfahren zur Messung der Temperatur eines Halbleiterschaltelements auf Grundlage einer zeitweisen Änderung einer Gate-Spannung des Schaltelements und ohne Verwendung eines Temperatursensors. Ein Laststrom des Schaltelements wird dabei über einen Stromsensor ermittelt. Aus ebenfalls gemessenen und aufgezeichneten Werten einer Gate-Spannung des Schaltelements sowie den gemessenen Stromwerten wird anschließend die Temperatur des Halbleiterelements berechnet.
  • In US 2019/0250046 A1 wird ein dreiphasiger Inverter beschrieben, bei dem die erzeugten Phasenströme jeweils über einen Hall-Sensor gemessen werden. Aus dem gemessenen Laststrom sowie einer ermittelten Spannungsänderung einer ausgangsseitigen Spannung des Schaltelements wird anschließend eine Temperatur des Halbleiterbauelements ermittelt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung eines durch ein Schaltelement fließenden Stroms anzugeben, welches insbesondere ohne die Verwendung von Stromsensoren auskommt.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist es bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem Schaltelement ein Temperaturmessmittel und ein Spannungsmessmittel zugeordnet sind, wobei das Temperaturmessmittel eine Temperatur des Schaltelements misst und das Spannungsmessmittel eine über der schaltbaren Strecke des Schaltelements abfallende Spannung misst, wobei das Temperaturmessmittel und das Spannungsmessmittel mit einer Recheneinrichtung verbunden sind und die Recheneinrichtung einen Stromwert des Stroms aus einem die Temperatur des Schaltelements beschreibenden Temperaturmesswert des Temperaturmessmittels und einem die Spannung über der schaltbaren Strecke beschreibenden Spannungsmesswert des Spannungsmessmittels ermittelt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass keine Stromsensoren zur Messung des Stromwerts des im angeschalteten Zustand des Schaltelements fließenden Stroms, also eines durch das Schaltelement fließenden Laststroms, benötigt werden. Aus der mittels des Temperaturmessmittels bestimmten Temperatur des Schaltelements kann beispielsweise mit Hilfe einer in der Recheneinrichtung hinterlegten Zuordnungsvorschrift, beispielsweise einer Tabelle oder einer Rechenvorschrift, der elektrische Widerstand der schaltbaren Strecke des Schaltelements im angeschalteten Zustand ermittelt werden. Aus der gemessenen Temperatur bzw. dem Widerstand der schaltbaren Strecke und dem von dem Spannungsmessmittel gemessenen Spannungsabfall über der schaltbaren Strecke kann der durch das Schaltelement fließende Strom ermittelt werden. Je nach Ausführung des Schaltelements kann es sich bei der schaltbaren Strecke beispielsweise um eine Kollektor-Emitter-Strecke oder um eine Drain-Source-Strecke des Schaltelements handeln.
  • Das Schaltelement kann bei Betrieb der elektrischen Schaltungsanordnung insbesondere periodisch zwischen einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand umgeschaltet werden, wobei durch das Verfahren der bei eingeschaltetem Zustand durch die schaltbare Strecke fließende Laststrom ermittelt wird. Die Temperaturmessung wird hierbei zur Bestimmung eines Werts des elektrischen Widerstands der schaltbaren Strecke, also eines Kanalwiderstands des Schaltelements, herangezogen.
  • Der elektrische Widerstand der schaltbaren Strecke kann hierbei wie ein Shunt betrachtet werden und für die Strommessung durch die Bauelemente verwendet werden. Da dieser elektrische Widerstand von der Temperatur abhängig ist, kann durch die Temperaturmessung sowie gegebenenfalls durch die Berücksichtigung einer hinterlegten Zuordnungsvorschrift der aktuelle Widerstandswert der schaltbaren Strecke des Schaltelements ermittelt werden. Aus diesem kann mit Hilfe eines Spannungsmesswerts der über diesem Widerstand abfallenden Spannung, welcher insbesondere zu demselben Zeitpunkt wie der Temperaturmesswert aufgenommenen wird, der Strom, welcher durch die schaltbare Strecke des Schaltelements fließt, ermittelt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass hohe Herstellungskosten bei der Herstellung der elektrischen Schaltungsanordnung vermieden werden können, da keine kostenintensiven Stromsensoren verbaut werden müssen. Auf den Einsatz von Hall-Sensoren und/oder einer Shunt-Messschaltung sowie weiterer Auswerte- und Filterschaltungen kann somit vorteilhaft verzichtet werden. Insbesondere bei einer elektrischen Schaltungsanordnung, welche als mehrphasiger Inverter ausgebildet ist, wären mehrere dieser Stromsensoren für die Erfassung der Phasenströme erforderlich, so dass das Verfahren mit besonderem Vorteil bei mehrphasigen Invertern eingesetzt werden kann. Auch der Aufbau der elektrischen Schaltungsanordnung wird vereinfacht, da auf kostenintensive und bauraumintensive Verbindungen wie Stromschienen zwischen den Stromsensoren verzichtet werden kann und auch die Integration dieser Verbindemittel sowie der Stromsensoren entfällt.
  • Der Entfall dieser Komponenten ermöglicht weiterhin eine verbesserte Anbindung des Schaltelements an eine Kühlvorrichtung, da mehr Bauraum für einen möglichst großflächigen Kontakt zwischen dem wenigstens einen Schaltelement und einer Wärmesenke zur Verfügung steht. Außerdem vereinfachen sich die Montage und die Befestigung der elektrischen Schaltungsanordnung. Insbesondere gegenüber der Verwendung von Hallsensoren bietet die Strombestimmung unter Zuhilfenahme der Temperaturmessung eine höhere Robustheit und eine reduzierte Störanfälligkeit in einem hinsichtlich einer elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) relevanten Umfeld. Dies kann insbesondere bei einer elektrischen Schaltungsanordnung vorliegen, bei der das wenigstens eine Schaltelement getaktet betrieben wird. Durch den Verzicht auf Stromsensoren zur Messung der Phasenströme kann auch eine unerwünschte Beeinträchtigung der Strommessung durch Störungen, welche auf den getakteten Schaltbetrieb der Schaltelemente zurückgehen, vermieden werden, ohne dass dafür zusätzliche Filterschaltungen verbaut werden müssen.
  • Vorteilhaft reduziert sich auch der Aufwand bei der Entwicklung der elektrischen Schaltungsanordnung durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens, da keine Integration einer Stromsensoranbindung in die Montage der elektrischen Schaltungsanordnung miteinbezogen werden muss. Weiterhin kann auf die Erprobung unterschiedlicher Typen von Stromsensoren sowie auf eine Kalibrierung der Stromsensoren nach Fertigstellung der elektrischen Schaltungsanordnung verzichtet werden.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass von dem Temperaturmessmittel und dem Spannungsmessmittel fortlaufend Temperaturmesswerte und Spannungsmesswerte gemessen werden, aus denen von der Recheneinrichtung fortlaufend Stromwerte ermittelt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Bestimmung des Stromes z.B. auch in einer Regelung oder einer Steuerung der elektrischen Schaltungsanordnung eingesetzt werden kann.
  • Bei einem getakteten Schaltelement kann die Ermittlung der Temperaturmesswerte und Spannungsmesswerte insbesondere derart erfolgen, dass pro eingeschaltetem Zustand des Schaltelements wenigstens ein Temperaturmesswert und wenigstens ein Spannungsmesswert ermittelt werden. Auch die Ermittlung von mehreren Temperaturmesswerten und mehreren Spannungsmesswerten innerhalb eines einzelnen Schaltzustands, indem das Schaltelement eingeschaltet ist, ist möglich.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine elektrische Schaltungsanordnung verwendet wird, welche mehrere Schaltelemente, welchen jeweils ein Temperaturmessmittel und ein Spannungsmessmittel zugeordnet sind, aufweist, wobei die Recheneinrichtung für die Schaltelemente jeweils einen Stromwert des jeweils durch die schaltbare Strecke fließenden Stroms ermittelt.
  • Bei einer elektrischen Schaltungsanordnung, welche mehrere Schaltelemente, insbesondere zur Erzeugung eines mehrphasigen Ausgangsstroms, umfasst, kann den Schaltelementen jeweils ein eigenes Temperaturmessmittel sowie ein eigenes Spannungsmessmittel zugeordnet sein, so dass für jedes der Schaltelemente individuell die Temperatur sowie die über der schaltbaren Strecke abfallende Spannung ermittelbar ist. Durch die Recheneinrichtung kann für die entsprechenden Schaltelemente jeweils ein Stromwert des durch die schaltbare Strecke fließenden Stroms ermittelt werden.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine elektrische Schaltungsanordnung verwendet wird, welche als dreiphasiger Pulswechselrichter ausgebildet ist, wobei die Recheneinrichtung die drei Phasenströme aus den für wenigstens zwei der Schaltelemente ermittelten Stromwerten bestimmt.
  • Bei einem dreiphasigen Pulswechselrichter ist es grundsätzlich ausreichend, wenn für zwei der drei Phasen ein Phasenstrom ermittelt wird, da in der Regel der dritte Phasenstrom, insbesondere bei der Bestromung einer elektrischen Maschine, durch Rechnung ermittelt werden kann. Es ist jedoch auch möglich, dass die drei Phasenströme jeweils, z.B. an den High-Side-Transistoren der jeweiligen Phasen, gemessen werden.
  • Auch eine Messung an allen sechs Schaltelementen eines dreiphasigen Pulswechselrichters ist möglich. Vorteilhaft kann dadurch eine Redundanz bei der Stromwertbestimmung erzeugt werden. Dies verbessert insbesondere die Genauigkeit der Strombestimmung, so dass diese vorteilhaft zur Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Schaltanordnung und/oder einer mit der elektrischen Schaltungsanordnung verbundenen elektrischen Maschine verwendet werden können.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Stromwert in Abhängigkeit der Höhe einer im eingeschalteten Zustand an dem Schaltelement anliegenden Steuerspannung ermittelt wird. Neben der Temperatur kann zum Ermitteln des Widerstands auch die Steuerspannung herangezogen werden, da der elektrische Widerstand der schaltbaren Strecke auch von der angelegten Steuerspannung, beispielsweise einer Gate-Source-Spannung oder einer Basis-Emitter-Spannung, abhängen kann.
  • Leichte Schwankungen in der Steuerspannung können somit bei der Ermittlung des elektrischen Widerstands der schaltbaren Strecken und somit des Stromes berücksichtigt werden. Auch für die Abhängigkeit von einer im eingeschalteten Zustand an dem Schaltelement anliegenden Steuerspannung kann eine Zuordnungsvorschrift, beispielsweise eine Tabelle oder eine Rechenvorschrift, in der Recheneinrichtung hinterlegt sein und bei der Ermittlung des Stromwerts herangezogen werden.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine Recheneinrichtung verwendet wird, welche zum Betrieb einer Treiberschaltung der elektrischen Schaltungsanordnung eingerichtet ist, wobei durch die Treiberschaltung das Schaltelement, insbesondere in Abhängigkeit des ermittelten Stromwerts, geschaltet wird. Dies ermöglicht eine direkte Verwendbarkeit der Strommesswerte für eine Regelung der elektrischen Schaltungsanordnung bzw. einer mit der elektrischen Schaltungsanordnung verbundenen elektrischen Maschine. Weiterhin ist einer zum Betrieb einer Treiberschaltung der elektrischen Schaltungsanordnung eingerichteten Recheneinrichtung bereits der Schaltzustand der einzelnen Schaltelemente bekannt, so dass vorteilhaft der gesamte Aufbau zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens vereinfacht wird.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Temperaturmessmittel und das Spannungsmessmittel mit wenigstens einem Analog-Digital-Wandler verbunden sind und/oder einen Analog-Digital-Wandler umfassen, wobei der digitalisierte Temperaturmesswert und der digitalisierte Spannungsmesswert, insbesondere über eine galvanisch trennende Verbindung, an die Recheneinrichtung übermittelt werden.
  • Über den Analog-Digital-Wandler eines Temperaturmessmittels und/oder eines Spannungsmessmittels kann eine von dem Temperaturmessmittel bzw. dem Spannungsmessmittel ausgegebene analoge Größe, beispielsweise eine elektrische Spannung, digitalisiert werden und somit in digitaler Form an die Recheneinrichtung übermittelt werden. Beispielsweise kann das Temperaturmessmittel einen Temperatursensor umfassen, welcher mit einem Analog-Digital-Wandler verbunden ist. Das Spannungsmessmittel kann einen Analog-Digital-Wandler, welcher eingangsseitig mit der schaltbaren Strecke verbunden ist, umfassen oder als solcher ausgebildet sein, so dass unmittelbar die über der schaltbaren Strecke abfallende Spannung erfasst und als digitaler Wert ausgegeben werden kann. Als Analog-Digital-Wandler können dabei beispielsweise Sigma-Delta-Wandler verwendet werden.
  • Das Temperaturmessmittel und das Spannungsmessmittel können auch jeweils wenigstens einen dem Analog-Digital-Wandler vorgeschalteten Vorverstärker, wenigstens einen Filter und/oder wenigstens einen Integrator umfassen oder mit einem solchen verbunden sein. Dabei sind ein Vorverstärker, ein Filter und ein Integrator insbesondere auf der analogen Seite des Analog-Digital-Wandlers angeordnet, so dass die entsprechend aufgearbeiteten Messsignale des Temperaturmessmittels bzw. des Spannungsmessmittels an die Recheneinrichtung übermittelt werden können.
  • Eine galvanisch trennende Verbindung kann insbesondere für eine Recheneinrichtung, welche auch eine Treiberschaltung ansteuert, erforderlich sein.
  • Durch das Übertragen von bereits digitalisierten Messwerten des Temperaturmessmittels und des Spannungsmessmittels kann vorteilhaft eine hohe Störungsresistenz der Ermittlung des Stromwerts und somit gegebenenfalls auch des Betriebs der elektrischen Schaltungsanordnung erzielt werden. Zur Übertragung über die galvanisch trennende Verbindung können die Analog-Digital-Wandler mit einer Sendeeinheit verbunden sein, wobei auf Seiten der Recheneinrichtung entsprechende Empfangseinheiten vorgesehen sind, welche die übermittelten Messwerte empfangen und an die Recheneinheit übermitteln.
  • Die Analog-Digital-Wandler sowie die gegebenenfalls weiterhin vorhandenen Vorverstärker, Filter, Integratoren und/oder Sendeeinheiten können auf einer Treiberplatine angeordnet werden, welche mit der Recheneinrichtung, insbesondere über die galvanische Verbindung, verbunden ist. Auf die Verwendung von zusätzlichen Schaltungsteilen kann somit verzichtet werden. Vorteilhaft werden somit ein kompakter Aufbau und eine hohe Robustheit der elektrischen Schaltungsanordnung erzielt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Schaltelement verwendet wird, welches mit zumindest einem Teil des zugeordneten Temperaturmessmittel in einem Leistungsmodul integriert ist. Das Temperaturmessmittel kann dabei zumindest teilweise im Inneren des Leistungsmoduls angeordnet und der schaltbaren eines Schaltelements zugeordnet sein.
  • Es ist insbesondere möglich, dass das Leistungsmodul mehrere Schaltelemente umfasst, welche beispielsweise eine Halbbrücke bilden, wobei jedem der Schaltelemente jeweils ein Temperaturmessmittel zugeordnet ist. Auf diese Weise wird eine besonders genaue Temperaturbestimmung der schaltbaren Strecke des Schaltelements ermöglicht. Das Temperaturmessmittel kann insbesondere über an einem Gehäuse des Leistungsmoduls angeordnete Kontakte kontaktiert und mit der Recheneinrichtung verbunden werden.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass ein Temperaturmessmittel verwendet wird, welches einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand umfasst. Der elektrische Widerstand kann dabei ein Widerstand mit einem negativen Temperaturkoeffizienten (NTC-Widerstand) oder ein Widerstand mit einem positiven Temperaturkoeffizienten (PTC-Widerstand) sein. Dies ermöglicht eine robuste Temperaturbestimmung der Temperatur der schaltbaren Strecke des jeweiligen Schaltelements. Ferner wird bei der Verwendung von temperaturabhängigen elektrischen Widerständen deren Integration in ein das Schaltelement umfassendes Leistungsmodul, also die Anordnung innerhalb eines Gehäuses des Leistungsmoduls, vereinfacht.
  • Als Schaltelemente können erfindungsgemäß Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MOSFETs), insbesondere auf Siliziumcarbid-Basis, verwendet werden. Bei einem als MOSFET ausgebildetem Schaltelement ist die schaltbare Strecke entsprechend die Drain-Source-Strecke des Transistors. Im angeschalteten Zustand weist der elektrische Widerstand der Drain-Source-Strecke, auch als RDS,on bezeichnet, einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand auf, so dass über die Temperaturmessung, insbesondere bei einer konstanten Einschaltspannung bzw. Gate-Source-Spannung des Transistors, der elektrische Widerstand bestimmt werden kann.
  • Für eine erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung ist vorgesehen, dass sie wenigstens ein Schaltelement mit einer schaltbaren Strecke umfasst, wobei dem Schaltelement ein Temperaturmessmittel und ein Spannungsmessmittel zugeordnet sind, wobei über das Temperaturmessmittel eine Temperatur des Schaltelements messbar ist und über das Spannungsmessmittel eine über der schaltbaren Strecke des Schaltelements abfallende Spannung messbar ist, wobei das Temperaturmessmittel und das Spannungsmessmittel mit einer Recheneinrichtung verbunden sind und die Recheneinrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
  • Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es eine erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung umfasst.
  • Für die erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung und für das erfindungsgemäße elektrische Kraftfahrzeug gelten die vorangehend in Bezug zum erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen entsprechend. Umgekehrt gelten auch die Ausführungen zur elektrischen Schaltungsanordnung und zum Kraftfahrzeug für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Ausführungen zu der Schaltungsanordnung auch für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
    • 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
    • 3 eine Detailansicht einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung und
    • 4 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine elektrische Schaltungsanordnung 2, welche als ein dreiphasiger Traktionsinverter des Kraftfahrzeugs 1 ausgeführt ist. Mittels der elektrischen Schaltungsanordnung 2 kann ein Gleichstrom, welcher einem Traktionsenergiespeicher 3, beispielsweise einer Hochvolt-Batterie, des Kraftfahrzeugs 1 entnommen wird, in einen beispielsweise dreiphasigen Wechselstrom zum Betrieb eines elektrischen Traktionsmotors 4 des Kraftfahrzeugs 1 gewandelt werden.
  • In 2 ist ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltungsanordnung 2 dargestellt. Die elektrische Schaltungsanordnung 2 ist als dreiphasiger Pulswechselrichter ausgeführt und umfasst sechs Schaltelemente S1 - S6. Die Schaltelemente S1 und S4, S2 und S5 sowie S3 und S6 bilden jeweils eine Halbbrücke, wobei die Schaltelemente S1 - S3 jeweils die High-Side-Transistoren und die Schaltelemente S4 - S6 entsprechend die Low-Side-Transistoren darstellen.
  • Die mit HV+ und HV- bezeichneten Anschlüsse an der Gleichstromseite der elektrischen Schaltungsanordnung 2 sind beispielsweise mit dem Traktionsenergiespeicher 3 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden. Zwischen diesen Anschlüssen ist ein Zwischenkreiskondensator 6 geschaltet. Die Brückenpunkte der jeweiligen Halbbrücken 5 bilden Phasenanschlüsse U, V und W zum Anschluss des elektrischen Traktionsmotors 4. Durch die elektrische Schaltungsanordnung 2 kann ein dem Traktionsenergiespeicher 3 entnommener Gleichstrom in einen dreiphasigen Wechselstrom mit den Phasenströmen lu, IV und IW gewandelt werden, um den elektrischen Traktionsmotor 4 zu betreiben. Umgekehrt kann auch eine Wandlung eines von dem Traktionsmotor 4 in einem Generatorbetrieb erzeugten Wechselstroms in einen Gleichstrom zum Laden des Traktionsenergiespeichers 3 erfolgen.
  • Die elektrische Schaltungsanordnung 2 umfasst weiterhin eine Recheneinrichtung 7 sowie eine Treiberschaltung 8, wobei die Recheneinrichtung 7 zum Betrieb der Treiberschaltung 8 eingerichtet ist. Die Treiberschaltung 8 dient zum Anlegen einer Steuerspannung bzw. einer Gate-Source-Spannung UG1 - UG6 an die Schaltelemente S1 - S6. Die Verbindungen zwischen der Treiberschaltung 8 und den Steueranschlüssen der Schaltelemente S1 - S6 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
  • Die Schaltelemente S1 - S6 sind z.B. als MOSFETs auf Siliziumcarbidbasis ausgeführt. Die Schaltelemente S1 - S6 umfassen jeweils eine schaltbare Strecke, über die bei eingeschaltetem Schaltelement ein Strom fließt. Die schaltbaren Strecken der Schaltelemente S1 - S6 sind jeweils die Drain-Source-Strecken, über welche ein Laststrom fließt, wenn das entsprechende Schaltelement durch die Treiberschaltung 8 leitfähig geschaltet worden ist, insbesondere um in einem getakteten Betrieb die Phasenströme lu, Iv und/oder IW zu erzeugen.
  • Wie in 3 schematisch für das Schaltelement S1 gezeigt ist, ist dem Schaltelement S1 ein Temperaturmessmittel 9 sowie ein Spannungsmessmittel 10 der elektrischen Schaltungsanordnung 2 zugeordnet. Als Ersatzschaltbild für das Schaltelement S1 ist der sich im eingeschalteten Zustand des Schaltelements S1 ergebende, auch als Kanalwiderstand bezeichnete elektrische Widerstand der schaltbaren Strecke RDS,on dargestellt. Dieser schaltbaren Strecke ist das Temperaturmessmittel 9 zugeordnet, über welches die Temperatur der schaltbaren Strecke bzw. eine Junction-Temperatur des Schaltelements messbar ist. Das Temperaturmessmittel 9 umfasst einen temperaturabhängigen elektrischen Widerstand 10. Dieser kann beispielsweise als NTC-Widerstand oder als PTC-Widerstand ausgeführt sein.
  • Das Spannungsmessmittel 10 kann mit zwei Kontakten 11, 12, welche an der Drain-Source-Strecke des Schaltelements S1 angeordnet sind, verbunden sein oder diese Kontakte umfassen. Das Temperaturmessmittel 9 ist über einen Vorverstärker 13 mit einem Analog-Digital-Wandler 14, welcher vorliegend als ein Sigma-Delta-Modulator ausgeführt ist, verbunden. Weiterhin dargestellt ist eine Referenzspannungsquelle 15. Auch die Kontakte 11, 12, über welche die Spannung der schaltbaren Strecke, also die Drain-Source-Spannung des Schaltelements S1, abgegriffen werden kann ist über einen Vorverstärker 13 ebenfalls mit einem Analog-Digital-Wandler 14 verbunden. Der Verstärker 13 und der Analog-Digital-Wandler 14 stellen in diesem Ausführungsbeispiel das Spannungsmessmittel 10 dar.
  • Die Vorverstärker 13, die Analog-Digital-Wandler 14 sowie die Referenzspannungsquellen 15 können jeweils als ein Bestandteil der Treiberschaltung 8 ausgeführt sein und z.B. mit den weiteren Elementen der Treiberschaltung 8 auf einer gemeinsamen Platine ausgeordnet werden. Das Temperaturmessmittel 9, insbesondere der temperaturabhängige Widerstand 10, ist mit dem Schaltelement S1 ist einem Leistungsmodul 16 integriert. Das Leistungsmodul 16 kann dabei insbesondere auch das Schaltelement S4 und somit eine komplette Halbbrücke 5 umfassen. In diesem Fall ist auch das dem Schaltelement S4 zugeordnete Temperaturmessmittel 9, insbesondere der temperaturabhängige elektrische Widerstand 10, in das Leistungsmodul 16 integriert.
  • Die über die Analog-Digital-Wandler 14 digitalisierten Messwerte des Temperaturmessmittels 9 und des Spannungsmessmittels 10 werden über eine galvanisch trennende Verbindung 17 an die Recheneinrichtung 9 übermittelt. Die galvanisch trennende Verbindung 17 umfasst wenigstens ein Isolationsmittel 18, sowie mehrere Sender 19 und Empfänger 20 zur Übermittlung der digitalisierten Messwerte der Temperaturmessmittel 9 und der Spannungsmessmittel 10. Weiterhin sind Schnittstellen 21 zur Verbindung der Recheneinrichtung 9 an die galvanisch trennende Verbindung 17 und somit an das Temperaturmessmittel 9 und das Spannungsmessmittel 10 vorgesehen.
  • Die in 3 für das Schaltelement S1 dargestellten Komponenten sind insbesondere für jedes der Schaltelemente S1 - S6 der elektrischen Schaltungsanordnung 2 vorhanden, so dass auch für die Schaltelemente S2 - S6 jeweils ein Temperaturmessmittel 9, ein Spannungsmessmittel 10 sowie die zur Auswertung und Übertragung der Messwerte an die Recheneinrichtung 9 benötigten Komponenten 13 -15 und 19 -21 vorhanden und entsprechend angeordnet sind.
  • In 4 ist ein schematisches Ersatzschaltbild der elektrischen Schaltungsanordnung 2 zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Ermittlung eines durch wenigstens eines der Schaltelemente S1 - S6 der elektrischen Schaltungsanordnung 2 fließenden Stroms dargestellt. Das Verfahren kann von der Recheneinrichtung 7 durchgeführt werden, welche, wie in 3 gezeigt ist, mit jeweils einem Temperaturmessmittel 9 und einem Spannungsmessmittel 10 der Schaltelemente S1 - S6 verbunden ist.
  • Schematisch dargestellt sind in dem Ersatzschaltbild jeweils die Widerstände RDS,on,S1 - RDS,on,S6. Diese stellen jeweils den temperaturabhängigen elektrischen Widerstand der schaltbaren Drain-Source-Strecken der Schaltelemente S1 - S6 dar. Die Temperaturmessmittel 9 messen jeweils eine Temperatur des jeweils zugeordneten Schaltelements S1 - S6. Über die Spannungsmessmittel 10 wird entsprechend jeweils die über der schaltbaren Strecke der Schaltelemente S1 - S6 abfallende Spannung gemessen. Die Recheneinrichtung ermittelt einen Stromwert der jeweiligen Ströme IS1 - IS6. Dabei wird für die Ermittlung des Stroms IS1 der Temperaturmesswert des Temperaturmessmittels 9 des Schaltelements S1 und der Spannungsmesswert des Spannungsmessmittels 10 des Schaltelements S1 herangezogen. Die weiteren Lastströme können entsprechend durch die Temperaturmessmittel 9 und Spannungsmessmittel 10, welche den weiteren Schaltelemente S2 bis S5 zugeordnet sind, ermittelt werden.
  • Von den Temperaturmessmitteln 9 und den Spannungsmessmitteln 10 werden dabei fortlaufend Temperaturmesswerte und Spannungsmesswerte gemessen, wobei die Recheneinrichtung fortlaufend Strommesswerte aus diesen ermittelt. Aus den Temperaturmesswerten kann die Recheneinrichtung 7 zum Beispiel in Abhängigkeit einer Zuordnungsvorschrift, welche beispielsweise in der Recheneinrichtung 7 hinterlegt ist, einen Widerstandswert des temperaturabhängigen Kanalwiderstands RDS,on, bestimmen. Diese Zuordnungsvorschrift kann zum Beispiel eine Rechenvorschrift oder eine hinterlegte Tabelle sein. Zusätzlich ist es möglich, dass die Recheneinrichtung 7 auch Messwerte der jeweiligen Steuerspannungen UG1 - UG6 berücksichtigt, da insbesondere bei einem Siliziumcarbid-MOSFET auch die Steuerspannung einen Einfluss auf die Höhe des Widerstands RDS,on haben kann.
  • Durch die Messung aller Ströme IS1 - IS6 durch die Schaltelemente S1 - S6 kann eine Redundanz erzeugt werden, wodurch vorteilhaft die Genauigkeit der Strommessung und/oder die Robustheit der elektrischen Schaltungsanordnung gestaltet werden kann. Aus den ermittelten Stromwerten IS1 - IS6 können die Phasenströme IU, IV und IW ermittelt werden. Diese entsprechen je nach Schaltzustand der Schaltelemente S1 wenigstens einem der ermittelten Stromwerte der Ströme IS1 - IS6, so dass sie aus diesen berechnet werden können.
  • Alternativ ist es auch möglich, nicht an allen Schaltelementen S1 - S6 jeweils ein Temperaturmessmittel 9 und/oder ein Spannungsmessmittel 10 vorzusehen und somit nicht für jedes der Schaltelemente einen Stromwert zu ermitteln. Es kann beispielsweise nur für die High-Side Transistoren S1 - S3 jeweils ein Stromwert ermittelt werden. Auch eine Ermittlung eines Stromwerts für nur zwei der High-Side-Transistoren S1 - S3 ist möglich. Dabei kann zum Beispiel ein verbleibender, dritter Stromwert für einen der Phasenströme lu, IV oder IW aus den zwei ermittelten Stromwerten berechnet werden, beispielsweise wenn eine Stern- oder Dreiecksschaltung der Phasen U, V, W in der elektrischen Maschine 4 vorliegt.
  • Das Verfahren ermöglicht es vorteilhaft, auf zusätzliche Stromsensoren zur Messung der Phasenströme IU, IV und IW zu verzichten. Dadurch kann die Schaltungsanordnung 2 kostengünstiger, kleiner und effizienter hergestellt werden. Weiterhin erhöht sich die Robustheit der elektrischen Schaltungsanordnung 2, da weniger Elemente bzw. Leitungsverbindungen vorgesehen werden müssen. Darüber hinaus wird durch die Integration eines Teils der Messmittel und/oder der galvanisch trennenden Verbindung 17 in die Treiberschaltung 8 der gesamte Aufbau der elektrischen Schaltungsanordnung 2 vereinfacht. Dies erleichtert insbesondere auch eine Montage der elektrischen Schaltungsanordnung 2 in dem Kraftfahrzeug 1.
  • Die Treiberschaltung 8 kann beispielsweise mit dem aus den drei Halbbrücken 5 gebildeten Inverter in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Auch die Recheneinrichtung 7 kann innerhalb dieses Gehäuses angeordnet sein oder sie kann an einer anderen Position angeordnet und mit der Treibereinrichtung 8 bzw. den Temperaturmessmitteln 9 und den Spannungsmessmitteln 10 der Schaltelemente S1 - S6 verbunden sein.
  • Die Recheneinrichtung 9 kann die Treiberschaltung 8 in Abhängigkeit der ermittelten Stromwerte betreiben. Insbesondere kann die Recheneinrichtung 9 die Treiberschaltung 8 und somit auch die Schaltelemente S1 - S6 in Abhängigkeit von aus den Stromwerten IS1 - IS6 ermittelten Phasenströme lu, Iv und IW, bevorzugt im Rahmen einer Stromregelung des dreiphasigen Motorstroms für den Traktionsmotor 4 betreiben. Dazu kann die Recheneinrichtung zum Beispiel mit einem Rotorlagesensor (nicht dargestellt) des Traktionsmotors 4 und/oder mit einer Datenkommunikationsverbindung (nicht dargestellt) verbunden sein, über welche eine Rotorlageinformation bzw. ein einzustellendes Drehmoment oder Ähnliches empfangen werden können.
  • Durch den robusten und kompakten Aufbau der elektrischen Schaltungsanordnung 2 wird weiterhin eine Kühlung der elektrischen Schaltungsanordnung 2, beispielsweise durch Anbindung an eine Kühleinrichtung (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 1 erleichtert. Durch die Integration der kompletten Messkette aus den Temperaturmessmitteln 9 und den Spannungsmessmitteln 10 in die Treiberschaltung 8 kann vorteilhaft die Störanfälligkeit der Messung erheblich herabgesetzt werden. Durch die als Sigma-Delta-Wandler ausgeführten Analog-Digital-Wandler 14 wird vorteilhaft ein digitales Ausgangssignal bereitgestellt, wodurch die Störanfälligkeit minimiert werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei einem zweiphasigen Inverter oder einem zur Erzeugung eines Wechselstroms mit mehr als drei Phasen ausgebildeten Inverter eingesetzt werden. Die vorangehenden Ausführungen zu der als dreiphasigem Inverter ausgebildeten elektrischen Schaltungsanordnung 2 gelten dabei entsprechend.
  • 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
    • US 2020/0112245 A1 [0004]
    • JP 2020072569 A [0005]
    • US 2019/0250046 A1 [0006]

Claims (12)

  1. Verfahren zur Ermittlung eines durch wenigstens ein Schaltelement (S1 - S6) einer elektrischen Schaltungsanordnung (2) fließenden Stroms (IS1 - IS6), wobei der Strom bei eingeschaltetem Schaltelement (IS1 - IS6) durch eine schaltbare Strecke des Schaltelements (S1 - S6) fließt und dem Schaltelement (S1 - S6) ein Temperaturmessmittel (9) und ein Spannungsmessmittel (10) zugeordnet sind, wobei das Temperaturmessmittel (9) eine Temperatur des Schaltelements (S1 - S6) misst und das Spannungsmessmittel (10) eine über der schaltbaren Strecke des Schaltelements (S1 - S6) abfallende Spannung misst, wobei das Temperaturmessmittel (9) und das Spannungsmessmittel (10) mit einer Recheneinrichtung verbunden sind und die Recheneinrichtung einen Stromwert des Stroms aus einem die Temperatur des Schaltelements beschreibenden Temperaturmesswert des Temperaturmessmittels (9) und einem die Spannung über der schaltbaren Strecke beschreibenden Spannungsmesswert des Spannungsmessmittels (10) ermittelt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Temperaturmessmittel (9) und dem Spannungsmessmittel (10) fortlaufend Temperaturmesswerte und Spannungsmesswerte gemessen werden, aus denen von der Recheneinrichtung (7) fortlaufend Stromwerte ermittelt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Schaltungsanordnung (2) verwendet wird, welche mehrere Schaltelemente (S1 - S6), denen jeweils ein Temperaturmessmittel (9) und ein Spannungsmessmittel (10) zugeordnet ist, aufweist, wobei die Recheneinrichtung (7) für die Schaltelemente (S1 - S6) jeweils einen Stromwert des jeweils durch die schaltbare Strecke fließenden Stroms ermittelt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Schaltungsanordnung (2) verwendet wird, welche als dreiphasiger Pulswechselrichter ausgebildet ist, wobei die Recheneinrichtung (7) die drei Phasenströme (IU, IV, IW) aus den für wenigstens zwei der Schaltelemente (S1 - S6) ermittelten Stromwerten bestimmt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromwert in Abhängigkeit der Höhe einer im eingeschalteten Zustand an am Schaltelement (S1 - S6) anliegenden Steuerspannung (UG1 - UG6) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinrichtung verwendet wird, welche zum Betrieb einer Treiberschaltung (8) der elektrischen Schaltungsanordnung (2) eingerichtet ist, wobei durch die Treiberschaltung (8) das Schaltelement (S1 - S6), insbesondere in Abhängigkeit des ermittelten Stromwerts, geschaltet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmessmittel (9) und das Spannungsmessmittel (10) mit wenigstens einem Analog-Digital-Wandler (14) verbunden sind und/oder einen Analog-Digital-Wandler (14) umfassen, wobei der digitalisierte Temperaturmesswert und der digitalisierte Spannungsmesswert, insbesondere über eine galvanisch trennende Verbindung (17), an die Recheneinrichtung (7) übermittelt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement (S1 - S6) verwendet wird, welches mit zumindest einem Teil des zugeordneten Temperaturmessmittels (9) in einem Leistungsmodul (16) integriert ist.
  9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturmessmittel (9) verwendet wird, welches einen temperaturabhängiger elektrischen Widerstand (11) umfasst.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schalelemente (S1 - S6) Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren, insbesondere auf Siliziumcarbid-Basis, verwendet werden.
  11. Elektrische Schaltungsanordnung umfassend wenigstens ein Schaltelement (S1 - S6) mit einer schaltbaren Strecke, wobei dem Schaltelement (S1 - S6) ein Temperaturmessmittel (9) und ein Spannungsmessmittel (10) zugeordnet sind, wobei über das Temperaturmessmittel (9) eine Temperatur des Schaltelements (S1 - S6) messbar ist und über das Spannungsmessmittel (10) eine über der schaltbaren Strecke des Schaltelements (S1 - S6) abfallende Spannung messbar ist, wobei das Temperaturmessmittel (9) und das Spannungsmessmittel (10) mit einer Recheneinrichtung (7) verbunden sind und die Recheneinrichtung (7) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.
  12. Kraftfahrzeug umfassend eine elektrische Schaltungsanordnung (2) nach Anspruch 11.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20190250046A1 (en) 2018-02-14 2019-08-15 Infineon Technologies Ag Systems and methods for measuring transistor junction temperature while operating
US20200112245A1 (en) 2016-03-29 2020-04-09 Mitsubishi Electric Corporation Overheat protection control device and vehicle- mounted power circuit device
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200112245A1 (en) 2016-03-29 2020-04-09 Mitsubishi Electric Corporation Overheat protection control device and vehicle- mounted power circuit device
US20190250046A1 (en) 2018-02-14 2019-08-15 Infineon Technologies Ag Systems and methods for measuring transistor junction temperature while operating
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