DE102022111296A1 - Leistungselektronikmodul für eine elektrische Antriebseinheit mit einer Notversorgungseinrichtung - Google Patents

Leistungselektronikmodul für eine elektrische Antriebseinheit mit einer Notversorgungseinrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE102022111296A1
DE102022111296A1 DE102022111296.9A DE102022111296A DE102022111296A1 DE 102022111296 A1 DE102022111296 A1 DE 102022111296A1 DE 102022111296 A DE102022111296 A DE 102022111296A DE 102022111296 A1 DE102022111296 A1 DE 102022111296A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
low
energy storage
inverter
electronics module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022111296.9A
Other languages
English (en)
Inventor
Joerg Reuss
Thomas Schimanek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102022111296.9A priority Critical patent/DE102022111296A1/de
Publication of DE102022111296A1 publication Critical patent/DE102022111296A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L1/00—Supplying electric power to auxiliary equipment of vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0084—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to control modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0092—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption with use of redundant elements for safety purposes
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/08—Three-wire systems; Systems having more than three wires
    • H02J1/084—Three-wire systems; Systems having more than three wires for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
    • H02J1/086—Three-wire systems; Systems having more than three wires for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources for providing alternative feeding paths between load or loads and source or sources when the main path fails
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leistungselektronikmodul (LE) für eine elektrische Antriebseinheit (1) eines Kraftfahrzeugs zum Betreiben einer elektrischen Maschine (M) des Kraftfahrzeugs, aufweisend- einen Inverter (INV) mit einer Steuereinrichtung (2) zum Ansteuern einer Schalteinheit (SE) des Inverters (INV), wobei die Steuereinrichtung von einer Niedervoltversorgung des Kraftfahrzeugs mit einer Betriebsspannung versorgbar ist und wobei die von der Steuereinrichtung (2) angesteuerte Schalteinheit (SE) dazu ausgelegt ist, in einem Normalbetrieb eine Mehrphasenwechselspannung für Phasen (u, v, w) eines Stators der elektrischen Maschine (M) aus einer von einem elektrischen Hochvoltenergiespeicher (HVS) der elektrischen Antriebseinheit (1) bereitgestellten Gleichspannung zu wandeln und in einem Fehlerfall einen sicheren, kontrollierten Zustand der elektrischen Maschine bereitzustellen, und- eine Notversorgungseinrichtung (3) für die Steuereinrichtung (2) des Inverters (INV) bei Ausfall der Niedervoltversorgung (NVB) im Fehlerfall,dadurch gekennzeichnet, dass die Notversorgungseinrichtung (3) einen zu der Niedervoltversorgung (NVB) separaten Niedervoltenergiespeicher (NVS) aufweist und dazu ausgelegt ist, der Steuereinrichtung (2) zumindest für einen vorbestimmten Zeitraum eine der Betriebsspannung entsprechende Notversorgungsspannung zum Betreiben zumindest des den sicheren Zustand bereitstellenden Teils der Schalteinheit (SE) bereitzustellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Leistungselektronikmodul für eine elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs zum Betreiben einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs. Das Leistungselektronikmodul weist einen Inverter mit einer Steuereinrichtung zum Ansteuern einer Schalteinheit des Inverters auf, wobei die Steuereinrichtung von einer Niedervoltversorgung des Kraftfahrzeugs mit einer Betriebsspannung versorgbar ist und wobei die von der Steuereinrichtung angesteuerte Schalteinheit dazu ausgelegt ist, in einem Normalbetrieb eine Mehrphasenwechselspannung für Phasen eines Stators der elektrischen Maschine aus einer von einem elektrischen Hochvoltenergiespeicher des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Gleichspannung zu wandeln und in einem Fehlerfall einen kontrollierten sicheren Zustand der elektrischen Maschine bereitzustellen. Außerdem weist das Leistungselektronikmodul eine Notversorgungseinrichtung für die Steuereinrichtung des Inverters bei Ausfall der Niedervoltversorgung im Fehlerfall auf. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Antriebseinheit sowie ein Kraftfahrzeug.
  • Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrische Antriebseinheiten für elektrifizierte Kraftfahrzeuge, also Hybrid- oder Elektrofahrzeuge. Solche elektrischen Antriebseinheiten weisen üblicherweise eine elektrische Maschine, einen Hochvoltenergiespeicher und einen Inverter auf, welcher beispielsweise aus einem Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs mit einer Betriebsspannung versorgt wird und die Gleichspannung des elektrischen Hochvoltenergiespeichers in eine Mehrphasenwechselspannung für einen Stator der elektrischen Maschine wandelt. Zum Bereitstellen eines sicheren Zustands der elektrischen Maschine in einem Fehlerfall kann der Inverter für einen bestimmten Zeitraum einen aktiven Kurzschluss (AKS) für die elektrische Maschine herbeiführen.
  • Um den aktiven Kurzschluss auch bei einem Ausfall des Niedervoltbordnetzes bereitstellen zu können, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, eine redundante Notversorgungseinrichtung bereitzustellen, welche die Betriebsspannung für den Inverter im Fehlerfall liefern kann. Dazu schlägt die DE 198 35 576 A1 beispielsweise vor, einen mit dem Hochvoltenergiespeicher verbundenen Gleichspannungswandler bereitzustellen, über welchen der Inverter aus dem elektrischen Hochvoltenergiespeicher und damit aus dem Hochvoltbordnetz versorgt werden kann. Daraus ergibt sich jedoch der Nachteil, dass der Gleichspannungswandler aufgrund der Verbindung mit dem Hochvoltenergiespeicher einerseits eine galvanische Trennung, beispielsweise einen Transformator, aufweisen muss und andererseits über einen weiten Betriebsbereich funktionsfähig sein muss und daher besonders kostenintensiv, bauraumungünstig und komplex ausgebildet ist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine besonders einfache, kostengünstige und platzsparende Lösung zum Bereitstellen einer Notversorgung für einen Inverter einer elektrischen Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Leistungselektronikmodul, eine elektrische Antriebseinheit sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
  • Ein erfindungsgemäßes Leistungselektronikmodul für eine elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs dient zum Betreiben einer elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs. Das Leistungselektronikmodul weist einen Inverter mit einer Steuereinrichtung zum Ansteuern einer Schalteinheit des Inverters auf, wobei die Steuereinrichtung von einer Niedervoltversorgung des Kraftfahrzeugs mit einer Betriebsspannung versorgbar ist und wobei die von der Steuereinrichtung angesteuerte Schalteinheit dazu ausgelegt ist, in einem Normalbetrieb eine Mehrphasenwechselspannung für Phasen eines Stators der elektrischen Maschine aus einer von einem elektrischen Hochvoltenergiespeicher des Kraftfahrzeugs bereitgestellten Gleichspannung zu wandeln und in einem Fehlerfall einen kontrollierten sicheren Zustand der elektrischen Maschine, insbesondere einen aktiven Kurzschluss der Phasen des Stators, bereitzustellen. Außerdem weist das Leistungselektronikmodul eine Notversorgungseinrichtung für die Steuereinrichtung des Inverters bei Ausfall der Niedervoltversorgung im Fehlerfall auf, welche einen Niedervoltenergiespeicher aufweist und dazu ausgelegt ist, der Steuereinrichtung zumindest für einen vorbestimmten Zeitraum eine der Betriebsspannung entsprechende Notversorgungsspannung zum Betreiben zumindest des den sicheren Zustand bereitstellenden Teils der Schalteinheit bereitzustellen.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine elektrische Maschine, einen Hochvoltenergiespeicher und ein erfindungsgemäßes Leistungselektronikmodul, wobei der Inverter mit der elektrischen Maschine und dem Hochvoltenergiespeicher elektrisch verbunden ist. Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit sowie eine Niedervoltversorgung, vorzugsweise ein Niedervoltbordnetz, zum Bereitstellen einer Betriebsspannung für den Inverter. Die elektrische Maschine weist einen Stator und einen gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor auf. Die elektrische Maschine kann eine permanent erregte elektrische Maschine, eine elektrisch erregte Maschine oder eine Asynchronmaschine sein. Der Stator weist zumindest drei (Stator-)Phasen auf, welchen zum Betreiben der elektrischen Maschine im Normalfall, beispielsweise im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs, ein Mehrphasenwechselstrom, beispielsweise ein Dreiphasenwechselstrom, zugeführt wird.
  • Dieser Mehrphasenwechselstrom wird mittels der Schalteinheit des Inverters bzw. Wechselrichters aus der Hochvolt-Gleichspannung des Hochvoltenergiespeichers gewandelt. Die Schalteinheit weist insbesondere eine mit der Anzahl an Statorphasen korrespondierende Anzahl an Halbbrücken auf, welche jeweils zumindest zwei Leistungsschalter, beispielsweise IGBTs oder Leistungs-MOSFETs, aufweisen. Dabei ist beispielsweise jeweils ein erster Leistungsschalter in einem jeweiligen oberen Brückenzweig der Halbbrücke angeordnet und ein zweiter Leistungsschalter ist in einem jeweiligen unteren Brückenzweig der Halbbrücke angeordnet. Zum Schalten bzw. Ansteuern der Leistungsschalter wird einem Steuereingang der Leistungsschalter über die Steuereinrichtung des Inverters, eine Steuerspannung zugeführt, welche von der Niedervoltversorgung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird. Besonders bevorzugt ist die Niedervoltversorgung ein Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs, welches einen Niedervoltenergiespeicher zur permanenten Versorgung von Niedervoltkomponenten des Niedervoltbordnetzes sowie der Versorgung der Steuereinrichtung des Inverters aufweist. Die Steuereinrichtung des Inverters wird also aus dem Niedervoltnetz gespeist, welches die mit den Steuerspannungen korrespondierende Betriebsspannung für den Inverter bereitstellt. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die permanente Niedervoltversorgung über einen Gleichspannungswandler aus dem Hochvoltbordnetz bereitgestellt wird.
  • Im Fehlerfall, beispielsweise bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs, soll die elektrische Maschine in einen sicheren Zustand überführt werden. Bei einer permanent erregten Maschine ist dieser sichere Zustand beispielsweise dann erreicht, wenn die Phasenspannung unterhalb eines vorbestimmten Schwellwerts liegt und das Drehmoment hinreichend klein ist. Bei einer fremderregten elektrischen Maschine oder bei einer Asynchronmaschine ist der sichere Zustand erreicht, wenn der Rotor entregt ist. Um diesen sicheren Zustand zu erreichen, wird beispielsweise ein aktiver Kurzschluss herbeigeführt, indem die Statorphasen aktiv kurzgeschlossen werden. Dazu werden entweder alle ersten Schalter oder alle zweiten Schalter geschlossen. Um diesen sicheren kontrollierten Zustand auch dann bereitstellen zu können, wenn die Niedervoltversorgung, beispielsweise das Niedervoltbordnetz, infolge des Fehlerfalls ausgefallen ist, weist das Leistungselektronikmodul die Notversorgungseinrichtung auf. Diese ist im Fehlerfall dazu ausgelegt, der Steuereinrichtung temporär die Notversorgungsspannung als die Betriebsspannung bereitzustellen, sodass diese zumindest den für den sicheren Zustand zuständigen Teil der Schalteinheit des Inverters, also beispielsweise den Schaltern aller unteren Brückenzweige oder den Schaltern aller oberen Brückenzweige, betreiben kann. Eine Spannungslage der Notversorgungsspannung kann dabei einer Spannungslage der Betriebsspannung, beispielsweise 12 V, entsprechen.
  • Die Notversorgungseinrichtung weist dazu den Niedervoltenergiespeicher auf. Der Niedervoltenergiespeicher der Notversorgungseinrichtung ist dabei ein zu dem Niedervoltenergiespeicher des Niedervoltbordnetzes separater Energiespeicher. Der Niedervoltenergiespeicher der Notversorgungseinrichtung ist beispielsweise als ein Kondensator, insbesondere ein Superkondensator, oder als eine, insbesondere wiederaufladbare, Batteriezelle, beispielsweise eine Lithium-Zelle, ausgebildet. Der Niedervoltenergiespeicher ist unter Ausbildung eines im Fehlerfall autarken Leistungselektronikmoduls in das Leistungselektronikmodul integriert. Beispielsweise kann das Leistungselektronikmodul ein Gehäuse aufweisen, in welchem der Inverter und die Notversorgungseinrichtung angeordnet sind. Der Inverter wird also im Fehlerfall nicht aus dem Hochvoltenergiespeicher gespeist, sondern weist eine eigene, insbesondere ausschließlich für den Fehlerfall vorgesehene, Energiequelle auf.
  • Eine solche Energiequelle in Form von dem Niedervoltenergiespeicher ist besonders einfach, kostengünstig und platzsparend ausgebildet, da der Niedervoltenergiespeicher, beispielsweise hinsichtlich seines Ladezustands, nur so groß dimensioniert sein muss, dass er den Inverter so lange zu dem aktiven Kurzschluss befähigen kann, bis sich die elektrische Maschine in dem sicheren Zustand befindet. Anders ausgedrückt ist der Niedervoltenergiespeicher der Notversorgungseinrichtung nur zur temporären Versorgung, also nur Notversorgung, nicht zur dauerhaften Versorgung ausgebildet.
  • Dabei kann vorgesehen sein, dass eine Nennspannung des Niedervoltenergiespeichers unterschiedlich zu der der Betriebsspannung entsprechenden Notversorgungsspannung ist und die Notversorgungseinrichtung daher einen schaltbar mit dem Inverter gekoppelten Gleichspannungswandler aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, die Nennspannung des Niedervoltenergiespeichers in die Notversorgungsspannung zu wandeln. Die Nennspannung kann beispielsweise 3,7 V betragen. Im Falle einer im Vergleich zur Betriebsspannung niedrigeren Nennspannung ist der Gleichspannungswandler dazu ausgelegt, diese Nennspannung in die höhere Notversorgungsspannung aufwärtszuwandeln. Im Falle einer im Vergleich zur Betriebsspannung höheren Nennspannung ist der Gleichspannungswandler dazu ausgelegt, diese Nennspannung in die niedrigere Notversorgungsspannung abwärtszuwandeln. Der Gleichspannungswandler weist vorzugsweise eine Wandlertopologie ohne galvanische Trennung auf. Da die Notversorgungseinrichtung unter Verwendung eines eigenständigen Niedervoltenergiespeichers ausgebildet ist und daher nicht in den Hochvoltpfad integriert ist, kann eine galvanische Trennung zwischen dem Niedervoltenergiespeicher und dem Inverter unterbleiben. Der Gleichspannungswandler ist insbesondere bidirektional ausgebildet, sodass der Niedervoltenergiespeicher auch über den Gleichspannungswandler geladen werden kann.
  • Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, eine Ladezustandsüberwachung und/oder eine Funktionstüchtigkeitsüberwachung für die Notversorgungseinrichtung durchzuführen. Mittels der Ladezustandsüberwachung kann der Niedervoltenergiespeicher im Normalbetrieb auf einem vorbestimmten Ladezustandswert gehalten werden, welcher für einen Betrieb des Wechselrichters für einen vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise ein bis zwei Minuten, ausreichend ist. Alternativ oder zusätzlich kann, beispielsweise bei einem Klemmenwechsel durch die Steuereinrichtung, überprüft werden, ob die Notversorgungseinrichtung, also der Niedervoltenergiespeicher und ggf. der Gleichspannungswandler, noch funktionsfähig ist.
  • Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Leistungselektronikmodul vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Darstellung einer elektrischen Antriebseinheit 1 für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.
  • Die elektrische Antriebseinheit 1 weist einen Hochvoltenergiespeicher HVS, ein Leistungselektronikmodul LE und eine elektrische Maschine M auf. Das Leistungselektronikmodul LE weist einen Inverter INV mit einer Schalteinheit SE auf, welche hier drei Halbbrücken HB1, HB2, HB3 umfasst, von welchen jede Halbbrücke HB1, HB2, HB3 mit einer Phase u, v, w eines Stators der elektrischen Maschine M verbunden ist und dazu ausgelegt ist, in einem Normalbetrieb eine von dem Hochvoltenergiespeicher HVS bereitgestellte Gleichspannung in eine Dreiphasenwechselspannung umzuwandeln. Dazu steuert eine Steuereinrichtung 2 des Inverters INV Leistungshalbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6 der Halbbrücken HB1, HB2, HB3 an. Die Steuereinrichtung 2 wird im Normalbetrieb aus einer Niedervoltversorgung NVB, hier einem Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs, gespeist, indem die Niedervoltversorgung NVB der Steuereinrichtung 2 eine Betriebsspannung bereitstellt.
  • Im Fehlerfall des Kraftfahrzeugs steuert die Steuereinrichtung 2 die Leistungshalbleiterschalter S1, S3, S5 von oberen Brückenzweigen der Halbbrücken HB1, HB2, HB3 oder die Leistungshalbleiterschalter S2, S4, S6 von unteren Brückenzweigen der Halbbrücken HB1, HB2, HB3 zum Schließen an, sodass diese die Phasen u, v, w aktiv kurzschließen und somit ein sicherer kontrollierter Zustand der elektrischen Maschine bereitgestellt wird. Falls durch den Fehlerfall das Niedervoltbordnetz NVB derart beschädigt wurde, dass eine Versorgung der Steuereinrichtung 2 des Inverters INV nicht mehr möglich ist, weist das Leistungselektronikmodul LE eine Notversorgungseinrichtung 3 bzw. Hilfsversorgung auf, welche eine Notversorgungsspannung bereitstellt und durch welche ein Notbetrieb des Inverters INV zum zumindest temporären Bereitstellen des aktiven Kurzschlusses möglich ist. Die Notversorgungseinrichtung 3 weist dazu einen zu dem Niedervoltbordnetz NVB separaten Niedervoltenergiespeicher NVS, beispielsweise einen Superkondensator oder eine Lithium-Batteriezelle, sowie einen Gleichspannungswandler 4 auf, über welchen der Niedervoltenergiespeicher NVS mit der Steuereinrichtung 2 verschaltbar ist und welcher dazu ausgelegt ist, eine Nennspannung des Niedervoltenergiespeichers NVS in die Notversorgungsspannung zu wandeln.
  • Die Steuereinrichtung 2, welche beispielsweise als ein Microcontroller ausgebildet sein kann, kann außerdem einen Ladezustand des Niedervoltenergiespeichers NVS überwachen, sodass dieser dauerhaft oberhalb einer vorbestimmten Schwelle verbleibt. Auch kann in der Steuereinrichtung 2 ein Selbsttest für die Notversorgungseinrichtung 3 hinterlegt sein, welcher zum Gewährleisten der Funktionstüchtigkeit der Notversorgungseinrichtung 3 beispielsweise zyklisch durchgeführt wird.
  • 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 19835576 A1 [0003]

Claims (9)

  1. Leistungselektronikmodul (LE) für eine elektrische Antriebseinheit (1) eines Kraftfahrzeugs zum Betreiben einer elektrischen Maschine (M) des Kraftfahrzeugs, aufweisend - einen Inverter (INV) mit einer Steuereinrichtung (2) zum Ansteuern einer Schalteinheit (SE) des Inverters (INV), wobei die Steuereinrichtung von einer Niedervoltversorgung des Kraftfahrzeugs mit einer Betriebsspannung versorgbar ist und wobei die von der Steuereinrichtung (2) angesteuerte Schalteinheit (SE) dazu ausgelegt ist, in einem Normalbetrieb eine Mehrphasenwechselspannung für Phasen (u, v, w) eines Stators der elektrischen Maschine (M) aus einer von einem elektrischen Hochvoltenergiespeicher (HVS) der elektrischen Antriebseinheit (1) bereitgestellten Gleichspannung zu wandeln und in einem Fehlerfall einen sicheren, kontrollierten Zustand der elektrischen Maschine bereitzustellen, und - eine Notversorgungseinrichtung (3) für die Steuereinrichtung (2) des Inverters (INV) bei Ausfall der Niedervoltversorgung (NVB) im Fehlerfall, dadurch gekennzeichnet, dass die Notversorgungseinrichtung (3) einen zu der Niedervoltversorgung (NVB) separaten Niedervoltenergiespeicher (NVS) aufweist und dazu ausgelegt ist, der Steuereinrichtung (2) zumindest für einen vorbestimmten Zeitraum eine der Betriebsspannung entsprechende Notversorgungsspannung zum Betreiben zumindest des den sicheren Zustand bereitstellenden Teils der Schalteinheit (SE) bereitzustellen.
  2. Leistungselektronikmodul (LE) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leistungselektronikmodul (LE) ein Gehäuse aufweist, in welchem der Inverter (INV) und die Notversorgungseinrichtung (3) angeordnet sind.
  3. Leistungselektronikmodul (LE) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedervoltenergiespeicher (NVS) als ein Kondensator, insbesondere als ein Superkondensator, ausgebildet ist.
  4. Leistungselektronikmodul (LE) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Niedervoltenergiespeicher (NVS) als eine Batteriezelle oder Akkumulatorzelle, insbesondere eine Lithium-Zelle, ausgebildet ist.
  5. Leistungselektronikmodul (LE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nennspannung des Niedervoltenergiespeichers (NVS) unterschiedlich zu der Notversorgungsspannung ist und die Notversorgungseinrichtung (3) einen mit dem Inverter (INV) und dem Niedervoltenergiespeicher (NVS) gekoppelten Gleichspannungswandler (4) aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, die Nennspannung des Niedervoltenergiespeichers (NVS) in die Notversorgungsspannung zu wandeln.
  6. Leistungselektronikmodul (LE) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichspannungswandler (4) eine Wandlertopologie ohne galvanische Trennung aufweist.
  7. Leistungselektronikmodul (LE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) dazu ausgelegt ist, eine Ladezustandsüberwachung für den Niedervoltenergiespeicher (NVS) und/oder eine Funktionstüchtigkeitsüberwachung für die Notversorgungseinrichtung (3) bereitzustellen.
  8. Elektrische Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine elektrische Maschine (M), einen Hochvoltenergiespeicher (HVS) und ein Leistungselektronikmodul (LE) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Inverter (INV) mit der elektrischen Maschine (M) und dem Hochvoltenergiespeicher (HVS) elektrisch verbunden ist.
  9. Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit (1) nach Anspruch 8 sowie einer Niedervoltversorgung (NVB) zum Bereitstellen einer Betriebsspannung für den Inverter.
DE102022111296.9A 2022-05-06 2022-05-06 Leistungselektronikmodul für eine elektrische Antriebseinheit mit einer Notversorgungseinrichtung Pending DE102022111296A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022111296.9A DE102022111296A1 (de) 2022-05-06 2022-05-06 Leistungselektronikmodul für eine elektrische Antriebseinheit mit einer Notversorgungseinrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022111296.9A DE102022111296A1 (de) 2022-05-06 2022-05-06 Leistungselektronikmodul für eine elektrische Antriebseinheit mit einer Notversorgungseinrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022111296A1 true DE102022111296A1 (de) 2023-11-09

Family

ID=88414212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022111296.9A Pending DE102022111296A1 (de) 2022-05-06 2022-05-06 Leistungselektronikmodul für eine elektrische Antriebseinheit mit einer Notversorgungseinrichtung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022111296A1 (de)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19835576A1 (de) 1998-05-12 1999-11-18 Mannesmann Sachs Ag Ansteuersystem für einen permanenterregten Elektromotor mit wenigstens einem Strang
DE102013014427A1 (de) 2013-08-30 2015-03-05 Liebherr-Elektronik Gmbh Antriebsschaltung für Luftlagermotor
DE102015120670A1 (de) 2015-11-27 2017-06-01 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Schaltgerät und Verfahren zum Ansteuern einer Schalteinrichtung
DE102020004730A1 (de) 2020-08-05 2020-11-05 Daimler Ag Verfahren zum sicheren Betreiben eines mehrere Schaltelemente aufweisenden Wechselrichters sowie Steuereinrichtung hierfür

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19835576A1 (de) 1998-05-12 1999-11-18 Mannesmann Sachs Ag Ansteuersystem für einen permanenterregten Elektromotor mit wenigstens einem Strang
DE102013014427A1 (de) 2013-08-30 2015-03-05 Liebherr-Elektronik Gmbh Antriebsschaltung für Luftlagermotor
DE102015120670A1 (de) 2015-11-27 2017-06-01 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Schaltgerät und Verfahren zum Ansteuern einer Schalteinrichtung
DE102020004730A1 (de) 2020-08-05 2020-11-05 Daimler Ag Verfahren zum sicheren Betreiben eines mehrere Schaltelemente aufweisenden Wechselrichters sowie Steuereinrichtung hierfür

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009037723B4 (de) Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators eines Spannungszwischenkreis-Umrichters
EP2764595B1 (de) Verfahren zum schützen eines zwischenkreiskondensators in einer stromrichterschaltung
AT510025B1 (de) Antriebseinheit eines elektrofahrzeugs
DE102008063465A1 (de) Betriebsanordnung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug
DE102009052680A1 (de) Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs mit Tiefsetzsteller
DE102017207944A1 (de) Batterievorrichtung mit zumindest einem Modulstrang, in welchem Moduleinheiten in einer Reihe hintereinander verschaltet sind, sowie Kraftfahrzeug und Betriebsverfahren für die Batterievorrichtung
DE102009033185A1 (de) Ladesystem und Ladeverfahren zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs und Fahrzeug mit einem solchen Ladesystem
DE102017206497B4 (de) Ladevorrichtung und Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs, sowie Kraftfahrzeug
DE102015216097A1 (de) Antriebssystem für ein Unterseeboot
DE102011003859A1 (de) System zum Laden eines Energiespeichers und Verfahren zum Betrieb des Ladesystems
WO2019141494A1 (de) Speichereinrichtung für ein kraftfahrzeug, insbesondere für ein elektrofahrzeug
DE102021005548A1 (de) Gleichspannungswandler und Komponentenanordnung für ein elektrisches Hochvoltbordnetz eines Fahrzeugs
DE102011080058B4 (de) Leistungselektronikgerät, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug
DE102014212935A1 (de) Vorrichtung zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung mit seriellem Stack-Umrichter sowie Antriebsanordnung
DE102019005621A1 (de) Bordnetz für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug
DE102021128139A1 (de) Energiesystem für ein Elektrofahrzeug
DE102018201202A1 (de) Schaltungsanordnung für einen Umrichter, Verfahren zum Betrieb eines Umrichters und Luftfahrzeug mit einer derartigen Schaltungsanordnung
WO2024068076A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur unterbrechung eines aufladevorgangs einer energiequelle eines elektrischen antriebs
DE102022111296A1 (de) Leistungselektronikmodul für eine elektrische Antriebseinheit mit einer Notversorgungseinrichtung
DE102012102878A1 (de) Stromrichter mit Zwischenkreis, sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Stromrichters
DE102010056323B4 (de) Verfahren zum Betreiben einer Drehfeldmaschine sowie Anordnung mit Drehfeldmaschine, insbesondere im Kraftfahrzeug
DE102019123403A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Hochvoltbatterie, Steuereinrichtung, Bordnetz sowie Kraftfahrzeug
DE19547465C1 (de) Stromrichteranordnung mit gekoppelten Spannungs-Zwischenkreisen
DE102021213459B3 (de) Schalteinrichtung und Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers und Elektrofahrzeug
DE102018122564A1 (de) Elektrisches Energiespeichersystem

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified