DE102021131791A1 - Verfahren zum Betrieb einer wenigstens eine erste Komponente und eine zweite Komponente umfassenden elektrischen Schaltungsanordnung, elektrische Schaltungsanordnung und Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer wenigstens eine erste Komponente und eine zweite Komponente umfassenden elektrischen Schaltungsanordnung, elektrische Schaltungsanordnung und Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer wenigstens eine erste Komponente (8) und eine zweite Komponente (9) umfassenden elektrischen Schaltungsanordnung (12), wobei die Komponenten (8, 9) über ein Gleichstrom-Teilnetz (11) der elektrischen Schaltungsanordnung (12) elektrisch verbunden sind, wobei die erste Komponente (8) in einem ersten Betriebspunkt mit einer ersten Taktung schaltet und die zweite Komponente (9) in einem zweiten Betriebspunkt mit einer zweiten Taktung schaltet, wobei die Komponenten (8, 9) über eine Kommunikationsverbindung (14) verbunden sind und in Abhängigkeit wenigstens einer eine aktuelle Wechselspannung in dem Gleichstrom-Teilnetz (11) beschreibenden Störungsinformation eine Phasenlage ermittelt und zwischen der ersten Taktung und der zweiten Taktung eingestellt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer wenigstens eine erste Komponente und eine zweite Komponente umfassenden elektrischen Schaltungsanordnung, wobei die Komponenten über ein Gleichstrom-Teilnetz der elektrischen Schaltungsanordnung elektrisch verbunden sind, wobei die erste Komponente in einem ersten Betriebspunkt mit einer ersten Taktung schaltet und die zweite Komponente in einem zweiten Betriebspunkt mit einer zweiten Taktung schaltet. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Schaltungsanordnung sowie ein Kraftfahrzeug.
  • Eine an einem Gleichstrom-Teilnetz angebundene Komponente einer elektrischen Schaltungsanordnung, welche wenigstens ein mit einer Taktung schaltendes Schaltelement aufweisen, erzeugt in dem Gleichstromnetz Störungen in Form von Spannungsrippeln. Diese Spannungsrippel stellen eine Wechselspannung dar, welche eine Gleichspannung in dem Gleichstromnetz überlagert. Das Auftreten derartiger Störspannungen ist in der Regel unerwünscht, da diese weitere mit dem Gleichstrom-Teilnetz verbundene Komponenten belasten können.
  • Ein gängiger Ansatz zur Reduzierung dieser Störungen ist der Einsatz eines Kondensators im Gleichstromnetz zur Glättung der Spannung im Gleichstromnetz bzw. zur Filterung der Spannungsrippel. Solche Kondensatoren können jedoch insbesondere bei Schaltungsanordnungen, welche zur Umsetzung hoher elektrischer Leistungen ausgebildet sind, eine erhebliche Baugröße aufweisen und erhebliche Herstellungskosten erreichen, so dass auch ein Bedarf nach andersartigen Methoden zur Störungskompensation, insbesondere zur Unterdrückung oder zur Filterung von Spannungsrippeln, besteht. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Lösungen zur Reduzierung von Störspannungen, welche auf schaltende Komponenten zurückgehen, bekannt.
  • In JP 2007240450 A wird eine Schaltung zur Erfassung einer Verschlechterung für einen Glättungskondensator einer elektronischen Vorrichtung offenbart, wobei der Glättungskondensator zur Filterung von Spannungsrippeln eingesetzt wird. Dem Glättungskondensator wird durch die Schaltung eine Gleichspannung einschließlich eines pulsierenden Stroms aufgeprägt. Durch eine Messeinrichtung wird ein Messwert einer Spannungswelligkeit mit einem berechneten Welligkeitswert verglichen, um eine Verschlechterung des Glättungskondensators zu ermitteln.
  • CN 102355195 A beschreibt eine Schaltungsanordnung mit mehreren Invertern, welche miteinander verbunden sind, um einen synchronen Schaltbetrieb der Inverter zu erreichen. Die Inverter sind dabei über einen CAN-Bus verbunden, über den Synchronisationsinformationen zwischen den Invertern übermittelt werden.
  • Aus JP 2019106848 A ist eine Ansteuerschaltung für elektrische Maschinen bekannt. Die Ansteuerschaltung umfasst zwei Inverter zur Erzeugung eines Wechselstroms zum Betrieb der elektrischen Maschinen. Über eine Steuereinheit werden dabei die Inverter jeweils mit einem unterschiedlichen Ansteuersignal angesteuert, wobei für wenigstens einen Inverter ein Phasenversatz zu der Ansteuerung eines anderen Inverters eingestellt wird. Die Steuereinrichtung ermittelt den einzustellenden Phasenversatz dabei in Abhängigkeit von Strommesswerten, welche jeweils den Stromfluss zwischen einem der Inverter und einem dem jeweiligen Inverter zugeordneten Zwischenkreiskondensatoren beschreiben.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Unterdrücken von Störungen in einer wenigstens zwei jeweils mit einer Taktung betriebenen Komponente umfassenden elektrischen Schaltungsanordnung anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Komponenten über eine Kommunikationsverbindung verbunden sind und in Abhängigkeit wenigstens einer eine aktuelle Wechselspannung in dem Gleichstrom-Teilnetz beschreibenden Störungsinformation eine Phasenlage ermittelt und zwischen der ersten Taktung und der zweiten Taktung eingestellt wird.
  • Vorteilhaft wird somit ermöglicht, dass über die miteinander kommunizierenden Komponenten eine Einstellung der Phasenlage der jeweiligen Taktungen der Komponenten in Abhängigkeit einer eine aktuelle Wechselspannung bzw. eine Rippelspannung oder Störspannung in dem Gleichstrom-Teilnetz beschreibenden Störungsinformation eingestellt werden kann. Die Phasenlage zwischen den Taktungen kann somit an die aktuell im Gleichstrom-Teilnetz auftretenden Störungen, welche durch die Störungsinformation beschrieben werden, angepasst werden, so dass bevorzugt eine Glättung der Spannung im Gleichstrom-Teilnetz erreicht werden kann. Die Phasenlage kann aus der Störungsinformation beispielsweise anhand einer Zuordnungsvorschrift ermittelt werden oder in Abhängigkeit der die aktuelle Wechselspannung in dem Gleichstrom-Teilnetz beschreibenden Störungsinformation gesteuert oder geregelt werden.
  • Die Komponenten umfassen insbesondere jeweils wenigstens ein Schaltelement, welches mit der Taktung geschaltet wird. Auf diese Weise erzeugen die Komponenten in dem Gleichstrom-Teilnetz, welches die Komponenten elektrisch miteinander verbindet, Störspannungen. Diese Störspannungen können mithilfe des Einstellens der Phasenlage zwischen der ersten Taktung und der zweiten Taktung zumindest teilweise kompensiert werden. Dies kann insbesondere erfolgen, wenn die erste Taktung und die zweite Taktung mit der gleichen Frequenz bzw. mit Frequenzen, welche um ein ganzteiliges Vielfaches verschieden sind, angesteuert werden.
  • Bei den Komponenten kann es sich insbesondere um als Pulswechselrichter ausgebildete Inverter handeln, welche jeweils zur individuellen Ansteuerung eines Elektromotors verwendet werden. Das Gleichstromteilnetz kann insbesondere einen Energiespeicher umfassen, welcher zur Bereitstellung eines Gleichstroms, welcher über die als Inverter ausgebildeten Komponenten in einen Wechselstrom zum Betrieb der elektrischen Motoren gewandelt wird, ausgebildet ist.
  • Es ist möglich, dass die elektrische Schaltungsanordnung mehr als zwei Komponenten umfasst, welche jeweils mit einer Taktung betrieben werden. Dabei kann eine Phasenlage jeweils zwischen den Taktungen eines Paars von Komponenten eingestellt werden, so dass sich insgesamt jeweils ein Phasenversatz zwischen den Taktungen der Komponenten ergibt und eine zumindest teilweise Glättung der Gleichspannung im Gleichspannungsteilnetz erreicht wird.
  • Die elektrische Schaltungsanordnung kann insbesondere ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere ein Hochvoltbordnetz, sein, über welches mit den Komponenten verbundene elektrische Traktionsmotoren des Kraftfahrzeugs betreibbar sind. Dabei können die Komponenten jeweils als Traktionsinverter ausgebildet sein und insbesondere jeweils einer anderen Achse bzw. einem anderen Rad des Kraftfahrzeugs zugeordnete elektrische Maschinen betreiben. Da für einen Fahrbetrieb eines Kraftfahrzeugs jeweils unterschiedliche Taktungen der Komponenten vorliegen können, um achs- oder radabhängig unterschiedliche Betriebspunkte einzustellen, wird durch die Kommunikationsverbindung zwischen den Komponenten eine einfache und leicht umzusetzende Einstellung der Phasenlage zur Reduktion von Störspannungen in dem Gleichstrom-Teilnetz ermöglicht.
  • Durch die Möglichkeit, die im Gleichstrom-Teilnetz auftretenden Rippelspannungen durch die in Phasenlage zumindest teilweise zu kompensieren, wird es vorteilhaft ermöglicht, die Belastung weiterer Komponenten der elektrischen Schaltungsanordnung, welche in dem Gleichstrom-Teilnetz angeordnet sind, zu reduzieren. Bei einer als Bordnetz eines Kraftfahrzeugs ausgeführte Schaltungsanordnung kann es sich bei diesen Komponenten beispielsweise um eine Hochvoltbatterie, einen Klimakompressor oder andere, über ein Hochvolt-Gleichstrom-Teilnetz eines Kraftfahrzeugs betreibbare Komponenten handeln.
  • Die zumindest teilweise Kompensation der auftretenden Störungen hat den Vorteil, dass weiterhin vorhandene Komponenten zur Glättung der Spannung in dem Gleichstrom-Teilnetz, z. B. als Bestandteil der Komponenten eingesetzte Zwischenkreiskondensatoren, kleiner und somit kostengünstiger ausgeführt werden können. Vorteilhaft reduziert sich somit der Bauraumbedarf der Komponenten, was insbesondere bei einer Verwendung der elektrischen Schaltungsanordnung in einem Kraftfahrzeug von Vorteil ist. Weiterhin hat eine Reduktion von Wechselspannungsbelastungen in einem Gleichstrom-Teilnetz den Vorteil, dass die Belastungen von mit dem Gleichstrom-Teilnetz verbundenen Komponenten, insbesondere von Energiespeichern wie einer Traktionsbatterie oder Ähnlichem, reduziert werden können. Dies trägt dazu bei, dass die Lebensdauer dieser Komponenten verbessert werden kann.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Phasenlage, insbesondere kontinuierlich oder nach einem Wechsel des ersten Betriebspunkts und/oder des zweiten Betriebspunkts, derart ermittelt und eingestellt wird, dass die Wechselspannung reduziert, insbesondere minimal, wird.
  • Die Phasenlage kann kontinuierlich, also fortlaufend, ermittelt und eingestellt werden, so dass dauerhaft ein Zustand erreicht werden kann, in dem die Wechselspannung im Gleichstrom-Teilnetz reduziert wird. Bevorzugt kann durch das Einstellen der Phasenlage erreicht werden, dass die Wechselspannung einen minimalen Wert aufweist oder dass sich die durch die Komponenten jeweils erzeugten Wechselspannungsstörungen derart überlagern, dass sie sich gegenseitig auslöschen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Störungsinformation in Abhängigkeit wenigstens eines die aktuelle Wechselspannung in dem Gleichstrom-Teilnetz beschreibenden Messwerts ermittelt wird. Dazu kann die Schaltungsanordnung wenigstens ein Messmittel umfassen, mit dem ein die Wechselspannung in dem Gleichstrom-Teilnetz beschreibender Messwert erfassbar ist.
  • Bei dem Messmittel kann es sich beispielsweise um ein Spannungsmessmittel handeln, welches die Spannung in dem Gleichstrom-Teilnetz misst und die Wechselspannung somit als Überlagerung einer Gleichspannung im Gleichstrom-Teilnetz erfassen kann. Dabei kann dem Gleichstrom-Teilnetz wenigstens ein Messmittel zugewiesen sein und/oder es können jeweils die Komponenten ein Messmittel umfassen, so dass die Komponenten jeweils eine Störungsinformation ermitteln können.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Störungsinformation in Abhängigkeit eines eingestellten oder einzustellenden ersten Betriebspunkts und eines eingestellten und/oder einzustellenden zweiten Betriebspunkts ermittelt wird. Bei der Ermittlung der Störungsinformation kann die Phasenlage somit abhängig von den aktuellen Betriebspunkten der Komponenten ermittelt und eingestellt werden. Bei Verwenden eines einzustellenden ersten Betriebspunkts bzw. eines einzustellenden zweiten Betriebspunkts wird es ermöglicht, die Phasenlage bereits vor oder zeitgleich zum Einstellen der Betriebspunkte zu ermitteln, so dass auch bei einem Umschalten der Betriebspunkte ein weiterer Betrieb der Komponenten mit der in Abhängigkeit der Störungsinformation ermittelten Phasenlage möglich ist.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Störungsinformation in Abhängigkeit einer jeweils einzustellenden Taktung, in Abhängigkeit wenigstens einer eine Spannung des Gleichstrom-Teilnetzes beschreibenden Messgröße und/oder in Abhängigkeit wenigstens einer jeweils durch die Komponenten zu erzeugenden Größe, insbesondere einer zu erzeugenden Spannung und/oder einer zu erzeugenden Stromstärke, ermittelt wird. Durch diese Größen kann im Wesentlichen das Verhalten der jeweiligen Komponente, insbesondere einer als Inverter ausgebildeten Komponente, bzw. ihr jeweiliger Betriebspunkt beschrieben werden.
  • Das Berücksichtigen des ersten Betriebspunkts und des zweiten Betriebspunkts zum Ermitteln der Störungsinformation hat den Vorteil, dass in einem solchen Fall der Betriebszustand der Komponenten und somit der Zustand des Gleichstrom-Teilnetzes berechenbar ist, so dass die als Störung auftretende Wechselspannung im Gleichstrom-Teilnetz berechnet werden kann. In einem solchen Fall kann vorteilhaft auf ein dem Gleichstrom-Teilnetz zugeordnetes Messmittel und/oder auf die Verwendung anderweitig bestimmter Messwerte verzichtet werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die einzustellende Phasenlage durch eine Steuereinrichtung der ersten Komponente ermittelt wird, wobei eine die einzustellende Phasenlage beschreibende Phasenlageinformation über die Kommunikationsverbindung zum Einstellen der Phasenlage an die zweite Komponente übermittelt wird. Die Steuereinrichtung der ersten Komponente kann dabei die Störungsinformation, in deren Abhängigkeit die Phasenlage ermittelt wird, selber bestimmen. Es ist auch möglich, dass die Steuereinrichtung der ersten Komponente die Phasenlage in Abhängigkeit einer weiteren Störungsinformation ermittelt, welche der Steuereinrichtung der ersten Komponente beispielsweise von einer Steuereinrichtung der zweiten Komponente übermittelt wird. Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung der ersten Komponente die einzustellende Phasenlage zwischen den Taktungen der ersten Komponente und der zweiten Komponente ermitteln.
  • In einer elektrischen Schaltungsanordnung, welche weitere Komponenten umfasst, welche jeweils mit einer Taktung geschaltet werden, kann die Steuereinheit der ersten Komponente somit auch für die eine oder mehreren weiteren Komponenten jeweils eine Phasenlage, beispielsweise in Bezug zu der Taktung der ersten Komponente, ermitteln und eine entsprechende, die Phasenlage beschreibende Phasenlageinformation an die weiteren Komponenten über die Kommunikationsverbindung übertragen, so dass diese Taktung entsprechend mit der bestimmten Phasenlage betreiben können.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass über die Kommunikationsverbindung ein Synchronisationssignal zur Synchronisierung der Taktungen der ersten Komponente und der zweiten Komponente übermittelt wird. Auf diese Weise kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass die eingestellte Phasenlage zwischen den Taktungen aufgrund des synchronisierten Taktungsbetriebs der Komponenten auch längerfristig bestehen bleibt. Das Synchronisationssignal kann beispielsweise ebenfalls von der Steuereinrichtung der ersten Komponente erzeugt und an die zweite Komponente bzw. an weitere, jeweils mit einer Taktung betriebene Komponenten des Gleichstrom-Teilnetzes übermittelt werden.
  • Als Kommunikationsverbindung kann eine erfindungsgemäß eine diskrete Kommunikationsleitung, ein Kommunikationsbus und/oder eine Powerline-Kommunikation verwendet werden. Die Powerline-Kommunikation kann dabei beispielsweise über die Leitungen des Gleichstrom-Teilnetzes erfolgen. Die diskrete Kommunikationsleitung kann die erste Komponente unmittelbar mit der zweiten Komponente verbinden und als elektrische und/oder optische Leitung ausgeführt sein.
  • Die Verwendung einer diskreten Kommunikationsleitung und/oder einer Powerline-Kommunikation über das Gleichstrom-Teilnetz weisen den besonderen Vorteil auf, dass keine weiteren Kommunikationsteilnehmer vorhanden sind und somit in einfacher Weise sehr schnelle Übertragungsraten, welche gegebenenfalls für eine Synchronisation der Taktungen erforderlich sein können, übertragen werden können.
  • Auch über einen Kommunikationsbus ist eine Übertragung der Synchronisationssignale möglich, wenn der Kommunikationsbus eine ausreichende Übertragungsgeschwindigkeit ermöglicht. Der Kommunikationsbus kann beispielsweise ein CAN-Bus oder ein anderer Typ einer Bus-Verbindung eines Kraftfahrzeugs sein, über den die erste Komponente und die zweite Komponente kommunizieren können.
  • Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass eine als Inverter ausgebildete erste Komponente und/oder eine als Inverter ausgebildete zweite Komponente verwendet werden.
  • Für eine erfindungsgemäße elektrische Schaltungsanordnung ist vorgesehen, dass sie eine erste Komponente, eine zweite Komponente und eine Steuereinrichtung umfasst, wobei die Komponenten über ein Gleichstrom-Teilnetz der elektrischen Schaltungsanordnung elektrisch verbunden sind, wobei die erste Komponente in einem ersten Betriebspunkt mit einer ersten Taktung schaltbar ist und die zweite Komponente in einem zweiten Betriebspunkt mit einer zweiten Taktung schaltbar ist, wobei die Komponenten über eine Kommunikationsverbindung verbunden sind und die Steuereinrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.
  • Die Steuereinrichtung kann erfindungsgemäß dazu eingerichtet sein, die Phasenlage, insbesondere kontinuierlich oder nach einem Wechsel des ersten Betriebspunkts und/oder des zweiten Betriebspunkts, derart zu ermitteln, dass die Wechselspannung reduziert, insbesondere minimal, wird.
  • Die Steuereinrichtung kann erfindungsgemäß dazu eingerichtet sein, die törungsinformation in Abhängigkeit wenigstens eines die aktuelle Wechselspannung in dem Gleichstrom-Teilnetz beschreibenden Messwerts zu ermitteln.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Störungsinformation in Abhängigkeit eines eingestellten oder einzustellenden ersten Betriebspunkts und eines eingestellten oder einzustellenden zweiten Betriebspunkts zu ermitteln.
  • Dabei kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die Störungsinformation in Abhängigkeit einer jeweils einzustellenden Taktung, in Abhängigkeit wenigstens einer eine Spannung des Gleichstrom-Teilnetzes beschreibenden Messgröße und/oder in Abhängigkeit wenigstens einer jeweils durch die Komponenten zu erzeugenden Größe, insbesondere einer zu erzeugenden Spannung und/oder einer zu erzeugenden Stromstärke, zu ermitteln.
  • Erfindungsgemäß kann die Steuereinrichtung eine Steuerung der ersten Komponente sein, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, eine einzustellende Phasenlage zu ermitteln und eine die einzustellende Phasenlage beschreibende Phasenlageinformation über die Kommunikationsverbindung zum Einstellen der Phasenlage an die zweite Komponente zu übermitteln.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass über die Kommunikationsverbindung ein Synchronisationssignal zur Synchronisierung der Taktungen der ersten Komponente und der zweiten Komponente übermittelbar ist.
  • Die Kommunikationsverbindung kann erfindungsgemäß eine diskrete Kommunikationsleitung, ein Kommunikationsbus und/oder eine Powerline-Kommunikation sein.
  • Die erste Komponente und/oder die zweite Komponente können erfindungsgemäß als ein Inverter ausgebildet sein.
  • Sämtliche vorangehend in Bezug zu dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung und umgekehrt.
  • Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung umfasst.
  • Für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gelten die vorangehend in Bezug zu der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen entsprechend und umgekehrt.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
    • 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung, und
    • 2 zwei Diagramme einer Wechselspannung im Gleichstrom-Teilnetz zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst zwei elektrische Maschinen 2, 3, wobei die elektrische Maschine 2 einer Vorderachse 4 zum Antrieb von Vorderrädern 5 zugeordnet ist. Die zweite elektrische Maschine 3 ist entsprechend einer Hinterachse 6 zum Antrieb von Hinterrädern 7 des Kraftfahrzeugs 1 zugeordnet. Die elektrischen Maschinen 2, 3 sind dabei mit den jeweiligen Rädern 5, 7 mechanisch über die Achsen 4, 6 sowie gegebenenfalls über weitere mechanische Komponenten, zum Beispiel jeweils ein Getriebe, verbunden.
  • Die elektrische Maschine 2 wird über eine als Inverter ausgebildete erste Komponente 8 betrieben. Die zweite elektrische Maschine 3 wird entsprechend über eine zweite als Inverter ausgebildete Komponente 9 betrieben. Die Komponenten 8, 9 dienen zur Wandlung eines Gleichstroms, welcher einem Energiespeicher 10 des Kraftfahrzeugs 1 entnommen wird. Der Gleichstrom wird durch die Komponenten 8, 9 jeweils in einen mehrphasigen, beispielsweise dreiphasigen, Wechselstrom zum Betreiben der elektrischen Maschinen 2, 3 gewandelt.
  • Die Komponenten 8, 9 sind über ein Gleichstrom-Teilnetz 11 miteinander verbunden, wobei auch der Energiespeicher 10 an dem Gleichstrom-Teilnetz 11 angebunden ist. An dem Gleichstrom-Teilnetz 11 können auch noch weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs 1, zum Beispiel ein Klimakompressor oder Ähnliches, angeschlossen sein.
  • Die Komponenten 8, 9 sowie das Gleichstrom-Teilnetz 11 mit dem Energiespeicher 10 und den gegebenenfalls vorhandene, weiteren Komponenten bilden eine elektrische Schaltungsanordnung 12 des Kraftfahrzeugs 1. Die elektrische Schaltungsanordnung 12 bildet dabei ein Gleichstrom-Bordnetz des Kraftfahrzeugs 1.
  • Der Energiespeicher 10 kann zum Beispiel eine Traktionsbatterie, welche eine Hochvolt-Gleichspannung, beispielsweise zwischen 200 V und 1000 V bereitstellt, sein. Alternativ kann der Energiespeicher 10 auch niedrigere Spannungen unterhalb von 200 V, beispielsweise 48 V oder 60 V, bereitstellen.
  • Die Komponenten 8, 9 umfassen jeweils wenigstens ein Schaltelement, beispielsweise einen Transistor. Insbesondere können die Komponenten 8, 9 jeweils als Pulswechselrichter ausgeführt sein und mehrere Halbbrücken aus Schaltelementen zur Stromwandlung umfassen. Im Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 schaltet die erste Komponente 8 in einem ersten Betriebspunkt mit einer ersten Taktung und die zweite Komponente 9 in einem zweiten Betriebspunkt mit einer zweiten Taktung.
  • Durch das Schalten der Komponenten 8, 9 mit der ersten bzw. der zweiten Taktung können in dem Gleichstrom-Teilnetz 11 Wechselspannungen entstehen, welche eine Gleichspannung im Gleichstrom-Teilnetz 11 überlagern. Diese Wechselspannungen werden auch als Rippelspannungen bezeichnet und stellen Störungen dar, welche den Energiespeicher 10 sowie gegebenenfalls vorhandene weitere, ebenfalls an dem Gleichstrom-Teilnetz 11 angebundene Komponenten der Schaltungsanordnung 12 belasten können.
  • Zur Reduktion dieser Wechselspannungen umfasst die elektrische Schaltungsanordnung 12 eine Steuereinrichtung 13, welche dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer eine aktuelle Wechselspannung in dem Gleichstrom-Teilnetz 11 beschreibenden Störungsinformation eine Phasenlage zwischen der ersten Taktung der ersten Komponente 8 und der zweiten Taktung der zweiten Komponente 9 einzustellen. Vorliegend ist die Steuereinrichtung 13 eine Steuereinrichtung der ersten Komponente 8.
  • Die erste Komponente 8 und die zweite Komponente 9 sind weiterhin über eine Kommunikationsverbindung 14 miteinander verbunden. Die Kommunikationsverbindung kann dabei beispielsweise die Steuereinrichtung 13 der ersten Komponente 8 mit einer weiteren Steuereinrichtung 15 der zweiten Komponente 9 verbinden. Die Steuereinrichtung 13 kann dabei beispielsweise auch die Ansteuerung eines oder mehrerer Schaltelemente der ersten Komponente 8 übernehmen und dazu zum Beispiel eine Treiberschaltung umfassen. Entsprechend kann durch die Steuereinrichtung 15, insbesondere durch eine weitere Treiberschaltung der Steuereinrichtung 15, auch eine Ansteuerung des wenigstens einen Schaltelements der zweiten Komponente 9 erfolgen.
  • In 2 ist schematisch in einem ersten Diagramm 17 ein Verlauf einer von der ersten Komponente 8 erzeugten Störspannung U1 dargestellt. In dem zweiten Diagramm 18 ist entsprechend der schematische Verlauf einer Störspannung U2, welche von der zweiten Komponente 9 erzeugt wird, dargestellt.
  • Die Störspannungen U1 und U2 werden dabei durch die Taktungen der ersten Komponente 8 und der zweiten Komponente 9 erzeugt und überlagern als Rippelspannungen die Gleichspannung im Gleichspannungs-Teilnetz 11. Vorliegend weisen die Taktung der ersten Komponente 8 und die zweite Taktung der zweiten Komponente 9 die gleiche Frequenz auf, wobei sich beispielsweise auch für die Störspannungen die gleiche Frequenz ergibt. Zur Reduktion der Rippelspannungsbelastung im Gleichstrom-Teilnetz ist zwischen der ersten Taktung und der zweiten Taktung eine Phasenlage bzw. ein Phasenversatz, beispielsweise von 180°, eingestellt, so dass sich ersichtlich die Spannungen U1 und U2 destruktiv überlagern. Vorteilhaft kann somit durch das Einstellen der Phasenlage die Wechselspannungsbelastung im Gleichstrom-Teilnetz reduziert und/oder minimiert bzw. verhindert werden.
  • Die Darstellung der Störspannungen U1, U2 in den Diagrammen 17, 18 ist rein schematisch. Es ist insbesondere möglich, dass sich die jeweils von der Komponenten 8, 9 erzeugten Störspannungen aus mehreren Frequenzkomponenten zusammensetzen, so dass beispielsweise zu einer der jeweiligen Taktung der Komponente 8, 9 entsprechenden Frequenz auch zugehörige Oberwellen enthalten sind.
  • Ferner können die von den Komponenten 8, 9 erzeugten Störspannungen auch unterschiedliche Verläufe haben, welche beispielsweise auf eine unterschiedliche Bauart der Komponenten 8, 9, auf unterschiedliche Frequenzen der jeweiligen Taktung und/oder auf unterschiedliche eingestellte Betriebspunkte der Komponenten 8, 9 zurückgehen. In einem solchen Fall kann durch die eingestellte Phasenlage zumindest ein teilweises Auslöschen bzw. eine teilweise Reduktion der Störspannungen erreicht werden.
  • Durch die Steuereinrichtung 13 kann die Phasenlage insbesondere kontinuierlich oder nach einem Wechsel des ersten Betriebspunkts und/oder des zweiten Betriebspunkts der Komponenten 8 bzw. 9 ermittelt werden. Die Ermittlung der Phasenlage erfolgt derart, dass die Wechselspannung im Gleichstrom-Teilnetz 11 reduziert, insbesondere minimal, wird. Eine minimale Wechselspannung kann, wie im vorangehenden Beispiel illustriert wurde, erreicht werden, wenn sich die von den Komponenten 8, 9 erzeugten Wechselspannungsanteile jeweils vollständig destruktiv überlagern.
  • Die Steuereinrichtung 13 kann die Störungsinformation in Abhängigkeit eines die aktuelle Wechselspannung in dem Gleichstrom-Teilnetz beschreibenden Messwerts ermitteln. Dazu kann die Steuereinrichtung 13 mit einer Messeinrichtung 19 verbunden sein, welche beispielsweise eine Spannung in dem Gleichstrom-Teilnetz misst.
  • Zusätzlich oder alternativ dazu ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 13 die Störungsinformation in Abhängigkeit eines eingestellten oder einzustellenden ersten Betriebspunkts der ersten Komponente 8 und eines eingestellten oder einzustellenden zweiten Betriebspunkts der zweiten Komponente 9 ermittelt. Dabei kann die Störungsinformation z. B. in Abhängigkeit einer jeweils einzustellenden Taktung, in Abhängigkeit wenigstens einer eine Spannung des Gleichstrom-Teilnetzes 11 beschreibenden Messgröße und/oder in Abhängigkeit wenigstens einer jeweils durch die Komponenten zu erzeugenden Größe, insbesondere einer zu erzeugenden Spannung und/oder einer zu erzeugenden Stromstärke, ermittelt werden. Eine solche Ermittlung der Störinformation erlaubt es, auf das Messmittel 19 im Gleichstrom-Teilnetz 11 zu verzichten.
  • Insbesondere ist es möglich, dass die Steuereinrichtung 15 der weiteren Komponente 9 selbst eine Störungsinformation in Abhängigkeit des eingestellten und/oder einzustellenden Betriebspunkts ermittelt und an die Steuereinrichtung 13 der ersten Komponente 8 über die Kommunikationsverbindung 14 überträgt, so dass die Steuereinrichtung 13 der ersten Komponente 8 auf Grundlage dieser Störungsinformation sowie einer auf Grundlage des der Steuereinrichtung 13 bekannten, einzustellenden oder eingestellten ersten Betriebspunkts ermittelten Störungsinformation die Phasenlage ermittelt werden kann.
  • Die von der Steuereinrichtung 13 ermittelte Phasenlage kann insbesondere dadurch eingestellt werden, dass die Steuereinrichtung 13 eine die Phasenlage beschreibende Phasenlageinformation über die Kommunikationsverbindung 14 an die zweite Komponente 9, insbesondere an die Steuereinrichtung 15 der zweiten Komponente 9, übermittelt. Weiterhin ist möglich, dass über die Kommunikationsverbindung 14 ein Synchronisationssignal zur Synchronisierung der Taktungen der ersten Komponente 8 und der zweiten Komponente 9 übermittelt wird. Das Synchronisationssignal kann dabei beispielsweise von der Steuereinrichtung 13 der ersten Komponente 8 und/oder von der Steuereinrichtung 15 der zweiten Komponente 9 ermittelt und an die jeweils andere Komponente über die Kommunikationsverbindung 14 übertragen werden.
  • Die Kommunikationsverbindung 14 kann als eine diskrete Kommunikationsleitung, welche die erste Komponente 8 mit der zweiten Komponente 9 verbindet, ausgebildet sein. Alternativ ist es möglich, dass die Kommunikationsverbindung 14 über einen Kommunikationsbus, beispielsweise einen CAN-Bus oder Ähnliches, des Kraftfahrzeugs 1 besteht. Weiterhin ist es möglich, dass die Kommunikationsverbindung eine Powerline-Kommunikation, insbesondere über die Leitungen des Gleichstrom-Teilnetzes 11, ist. Es ist auch möglich, dass die Kommunikationsverbindung 14 mehrere entsprechend der vorgenannten Möglichkeiten ausgebildete Kommunikationskanäle umfasst.
  • Die Reduktion der Wechselspannung im Gleichstrom-Teilnetz 11 bewirkt, dass Zwischenkreiskapazitäten, welche beispielsweise in den Komponenten 8, 9 integriert sind, kleiner und somit kostengünstiger ausgeführt werden können. Eine kleine Ausführung der Zwischenkreiskondensatoren ermöglicht weiterhin eine verringerte Baugröße der Komponenten 8, 9, so dass deren Integration in dem Kraftfahrzeug 1 vereinfacht wird. Ferner ist die Kosteneinsparung durch die geringere Baugröße der Zwischenkreiskondensatoren größer als die Zusatzkosten für die Implementierung einer Steuereinrichtung zur Ermittlung der Phasenlage, insbesondere, wenn dazu eine Steuereinrichtung der Komponenten 8, 9 verwendet wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2007240450 A [0004]
    • CN 102355195 A [0005]
    • JP 2019106848 A [0006]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betrieb einer wenigstens eine erste Komponente (8) und eine zweite Komponente (9) umfassenden elektrischen Schaltungsanordnung (12), wobei die Komponenten (8, 9) über ein Gleichstrom-Teilnetz (11) der elektrischen Schaltungsanordnung (12) elektrisch verbunden sind, wobei die erste Komponente (8) in einem ersten Betriebspunkt mit einer ersten Taktung schaltet und die zweite Komponente (9) in einem zweiten Betriebspunkt mit einer zweiten Taktung schaltet, wobei die Komponenten (8, 9) über eine Kommunikationsverbindung (14) verbunden sind und in Abhängigkeit wenigstens einer eine aktuelle Wechselspannung in dem Gleichstrom-Teilnetz (11) beschreibenden Störungsinformation eine Phasenlage ermittelt und zwischen der ersten Taktung und der zweiten Taktung eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenlage, insbesondere kontinuierlich oder nach einem Wechsel des ersten Betriebspunkts und/oder des zweiten Betriebspunkts, derart ermittelt wird, dass die Wechselspannung reduziert, insbesondere minimal, wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Störungsinformation in Abhängigkeit wenigstens eines die aktuelle Wechselspannung in dem Gleichstrom-Teilnetz (11) beschreibenden Messwerts ermittelt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Störungsinformation in Abhängigkeit eines eingestellten oder einzustellenden ersten Betriebspunkts und eines eingestellten oder einzustellenden zweiten Betriebspunkts ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Störungsinformation in Abhängigkeit einer jeweils einzustellenden Taktung, in Abhängigkeit wenigstens einer eine Spannung des Gleichstrom-Teilnetzes (11) beschreibenden Messgröße und/oder in Abhängigkeit wenigstens einer jeweils durch die Komponenten (8, 9) zu erzeugenden Größe, insbesondere einer zu erzeugenden Spannung und/oder einer zu erzeugenden Stromstärke, ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzustellende Phasenlage durch eine Steuereinrichtung (13) der ersten Komponente (8) ermittelt wird, wobei eine die einzustellende Phasenlage beschreibende Phasenlageinformation über die Kommunikationsverbindung zum Einstellen der Phasenlage an die zweite Komponente (9) übermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Kommunikationsverbindung (14) ein Synchronisationssignal zur Synchronisierung der Taktungen der ersten Komponente (8) und der zweiten Komponente (9) übermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kommunikationsverbindung (14) eine diskrete Kommunikationsleitung, ein Kommunikationsbus und/oder eine Powerline-Kommunikation verwendet wird.
  9. Verfahren nach eine der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Inverter ausgebildete erste Komponente (8) und/oder eine als Inverter ausgebildete zweite Komponente (9) verwendet werden.
  10. Elektrische Schaltungsanordnung umfassend eine erste Komponente (8), eine zweite Komponente (9) und eine Steuereinrichtung (13), wobei die Komponenten (8, 9) über ein Gleichstrom-Teilnetz (11) der elektrischen Schaltungsanordnung (12) elektrisch verbunden sind, wobei die erste Komponente (8) in einem ersten Betriebspunkt mit einer ersten Taktung schaltbar ist und die zweite Komponente (9) in einem zweiten Betriebspunkt mit einer zweiten Taktung schaltbar ist, wobei die Komponenten (8 9) über eine Kommunikationsverbindung (14) verbunden sind und die Steuereinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.
  11. Kraftfahrzeug umfassend eine elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 10.
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