DE102022201330A1 - Inverter device and method for operating an inverter device for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Eine Invertervorrichtung (102) für ein Fahrzeug (100) umfasst eine Versorgungsschnittstelle (110) zum Anlegen einer Versorgungsspannung und eine Verbraucherschnittstelle (112) zum Bereitstellen einer Betriebsspannung zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers (106) sowie eine Leistungselektronikeinrichtung (120) zum Wandeln der Versorgungsspannung in die Betriebsspannung und eine Heizeinrichtung (130), die ausgebildet ist, um unter Verwendung der Versorgungsspannung und/oder der Betriebsspannung eine Erwärmung des Kühlmittels zu bewirken.An inverter device (102) for a vehicle (100) comprises a supply interface (110) for applying a supply voltage and a consumer interface (112) for providing an operating voltage for operating an electrical consumer (106) and a power electronics device (120) for converting the supply voltage into the operating voltage and a heating device (130) which is designed to cause the coolant to be heated using the supply voltage and/or the operating voltage.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Invertervorrichtung und auf ein Verfahren zum Betreiben einer Invertervorrichtung für ein FahrzeugThe present invention relates to an inverter device and a method for operating an inverter device for a vehicle
In einem E-Fahrzeug, beispielsweise einem Elektroauto mit Batterie (BEV), einem Plug-in-Hybrid (PHEV) oder einem Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV), fällt der Verbrennungsmotor als Heizquelle weg. Daher muss elektrische Energie zum Heizen verwendet werden. Dies reduziert die Reichweite des Fahrzeugs und soll daher möglichst effizient erfolgen.In an electric vehicle, for example a battery electric vehicle (BEV), a plug-in hybrid (PHEV) or a fuel cell vehicle (FCEV), the internal combustion engine is no longer used as a heat source. Therefore, electrical energy must be used for heating. This reduces the range of the vehicle and should therefore be carried out as efficiently as possible.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Invertervorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Invertervorrichtung für ein Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.Against this background, the present invention provides an improved inverter device and an improved method for operating an inverter device for a vehicle according to the independent claims. Advantageous configurations result from the dependent claims and the following description.
Vorteilhafterweise kann dabei ein ohnehin in einem E-Fahrzeug erforderlicher Inverter verwendet werden, um eine kostengünstige elektrische Heizung für Elektro- und Hybridfahrzeug bereitstellen.Advantageously, an inverter that is required in any case in an electric vehicle can be used in order to provide a cost-effective electric heater for electric and hybrid vehicles.
Eine Invertervorrichtung für ein Fahrzeug weist dazu folgende Merkmale auf:
- eine Versorgungsschnittstelle zum Anlegen einer Versorgungsspannung und eine Verbraucherschnittstelle zum Bereitstellen einer Betriebsspannung zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers;
- eine Leistungselektronikeinrichtung zum Wandeln der Versorgungsspannung in die Betriebsspannung;
- einen Kühlmitteleinlass und einen Kühlmittelauslass zum Einbinden der Invertervorrichtung in einen ein Kühlmittel führenden Heizkreislauf des Fahrzeugs; und
- eine Heizeinrichtung mit einem ersten Kühlmittelanschluss, der mit dem Kühlmitteleinlass verbunden ist und einem zweiten Kühlmittelanschluss, der mit dem Kühlmittelauslass verbunden ist, wobei die Heizeinrichtung ausgebildet ist, um unter Verwendung der Versorgungsspannung und/oder der Betriebsspannung eine Erwärmung des Kühlmittels zu bewirken.
- a supply interface for applying a supply voltage and a consumer interface for providing an operating voltage for operating an electrical consumer;
- a power electronics device for converting the supply voltage into the operating voltage;
- a coolant inlet and a coolant outlet for incorporating the inverter device into a coolant-carrying heating circuit of the vehicle; and
- a heating device with a first coolant connection which is connected to the coolant inlet and a second coolant connection which is connected to the coolant outlet, wherein the heating device is designed to heat up the coolant using the supply voltage and/or the operating voltage.
Das Fahrzeug kann beispielsweise als ein Elektroauto mit Batterie, ein Plug-in-Hybrid oder ein Brennstoffzellenfahrzeug realisiert sein. Die Invertervorrichtung kann geeignet sein, um eine beispielsweise von einer Batterie des Fahrzeugs bereitgestellte Versorgungsspannung in eine Betriebsspannung zu wandeln, die beispielsweise zum Betreiben eines Elektromotors verwendet werden kann. Ein solcher Elektromotor kann beispielsweise zum Antreiben des Fahrzeugs eingesetzt werden. Zum Wandeln der Versorgungsspannung kann die Leistungselektronikeinrichtung eine Leistungselektronik umfassen, wie sie in bekannten Invertern eingesetzt wird. Die Leistungselektronikeinrichtung kann somit die eigentliche Funktion eines Inverters, also eine Spannungswandlung, bereitstellen. Die Leistungselektronikeinrichtung kann beispielsweise ausgebildet sein, um eine an der Versorgungsschnittstelle bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung zu wandeln. Der Heizkreislauf kann beispielsweise verwendet werden, um Wärme zum Temperieren eines Innenraums des Fahrzeugs oder einer Energiespeichereinrichtung des Fahrzeugs bereitzustellen. Dazu kann das Kühlmittel, beispielsweise Kühlwasser, unter Verwendung der Heizeinrichtung erwärmt und über den Heizkreislauf zu einer zu erwärmenden Komponente des Fahrzeugs gefördert werden. Zum Erwärmen des Kühlmittels kann das Kühlmittel durch die Heizeinrichtung durchgeführt werden. Die Heizeinrichtung kann ausgebildet sein, um elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln und an das Kühlmittel zu übertragen. Bei der elektrischen Energie kann es sich dabei um über die Versorgungsschnittstelle bereitgestellte elektrische Energie oder um in der Leistungselektronikeinrichtung gespeicherte Energie handeln. Wenn über die Verbraucherschnittstelle elektrische Energie eingespeist wird, beispielsweise weil der elektrische Verbraucher zeitweise als Generator betrieben wird, kann es sich bei der elektrischen Energie auch um über die Versorgungsschnittstelle bereitgestellte elektrische Energie handeln.The vehicle can be implemented, for example, as an electric car with a battery, a plug-in hybrid, or a fuel cell vehicle. The inverter device can be suitable for converting a supply voltage provided by a battery of the vehicle, for example, into an operating voltage that can be used, for example, to operate an electric motor. Such an electric motor can be used, for example, to drive the vehicle. In order to convert the supply voltage, the power electronics device can include power electronics such as are used in known inverters. The power electronics device can thus provide the actual function of an inverter, ie voltage conversion. The power electronics device can be designed, for example, to convert a DC voltage provided at the supply interface into an AC voltage. The heating circuit can be used, for example, to provide heat for tempering an interior of the vehicle or an energy storage device of the vehicle. For this purpose, the coolant, for example cooling water, can be heated using the heating device and conveyed via the heating circuit to a component of the vehicle that is to be heated. To heat the coolant, the coolant can be passed through the heater. The heating device can be designed to convert electrical energy into thermal energy and to transfer it to the coolant. The electrical energy can be electrical energy provided via the supply interface or energy stored in the electronic power device. If electrical energy is fed in via the load interface, for example because the electrical load is temporarily operated as a generator, the electrical energy can also be electrical energy provided via the supply interface.
Vorteilhafterweise kann durch die Verwendung der Heizeinrichtung auf einen zusätzlichen Einbau von elektrischen Hochvoltheizern, beispielsweise nach dem Heizstabprinzip, oder Wärmepumpen welche an einen Kühlkreislauf des Fahrzeugs angebunden sind, verzichtet werden, wodurch Kosten und zusätzliche Komponenten im Fahrzeug eingespart werden können. Gemäß einer Ausführungsform kann die Heizeinrichtung ferner zum Entladen der Leistungselektronikeinrichtung verwendet werden, wodurch auf einen zusätzlichen Einsatz von Entladenetzwerken verzichtet werden kann. Dadurch können ebenfalls Kosten eingespart werden. Vorteilhafterweise kann die Heizeinrichtung ohne signifikanten Verschleiß realisiert werden, wodurch eine lange Lebensdauer gewährleistet wird und somit auf eine Überwachung und Diagnose verzichtet und ein erforderlicher Austausch vermieden werden kann. Dadurch wird auch eine sehr hohe Verfügbarkeit gewährleistet.Advantageously, the use of the heating device makes it possible to dispense with the additional installation of electric high-voltage heaters, for example based on the heating rod principle, or heat pumps which are connected to a cooling circuit of the vehicle, which means that costs and additional components in the vehicle can be saved. According to one specific embodiment, the heating device can also be used for discharging the power electronics device, which means that an additional use of discharging networks can be dispensed with. This can also save costs. Advantageously, the heating device can be implemented without significant wear and tear, which ensures a long service life and thus makes it possible to dispense with monitoring and diagnosis and avoid the need for a replacement. This also ensures a very high level of availability.
Wenn es sich bei dem Verbraucher um einen elektrischen Antrieb handelt, kann die Heizeinrichtung vorteilhafterweise in den Inverter des elektrischen Antriebs integriert werden, beispielsweise durch Integration eines Hochvoltheizers oder einer Hochvoltheizung.If the consumer is an electric drive, the heating device can tion can advantageously be integrated into the inverter of the electric drive, for example by integrating a high-voltage heater or a high-voltage heater.
Die Leistungselektronikeinrichtung kann einen ersten Kühlmittelanschluss aufweisen, der mit dem Kühlmitteleinlass verbunden ist, und einen zweiten Kühlmittelanschluss aufweisen, der mit dem Kühlmittelauslass verbunden ist. Dabei kann die Leistungselektronikeinrichtung ausgebildet sein, um während eines Betriebs der Leistungselektronikeinrichtung Wärmeenergie an das Kühlmittel abzugeben. Dadurch kann ausgenutzt werden, dass ein Kühlmittelanschluss eines Inverters auch vorteilhaft zur Kühlung der Leistungselektronik verwendet werden kann. Auch aus diesem Grund kann es vorteilhaft sein, einen Inverter als Teil des Heizkreislaufs zu realisieren.The power electronics device may have a first coolant port connected to the coolant inlet and a second coolant port connected to the coolant outlet. In this case, the power electronics device can be designed to deliver thermal energy to the coolant during operation of the power electronics device. This makes it possible to exploit the fact that a coolant connection of an inverter can also be used advantageously for cooling the power electronics. For this reason too, it can be advantageous to implement an inverter as part of the heating circuit.
Die Invertervorrichtung kann eine Steuereinrichtung aufweisen. Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um ein erstes Steuersignal zum Steuern eines Betriebs der Heizeinrichtung und ein zweites Steuersignal zum Steuern eines Betriebs der Leistungselektronikeinrichtung bereitzustellen. Die Steuereinrichtung kann einen Mikrocontroller (µC) umfassen oder als ein Mikrocontroller ausgeführt sein. Somit kann eine ohnehin zum Steuern der Funktion des Inverters erforderliches Steuergerät zusätzlich zur Steuerung der Heizeinrichtung verwendet werden. Dies ermöglicht eine Kostenreduktion durch Entfall eines eigenen Steuergeräts für die Heizung in Form der Heizeinrichtung. Zur Steuerung und Überwachung der Heizeinrichtung ist es somit nicht erforderlich ein eigenes Steuergerät in die Heizeinrichtung zu integrieren.The inverter device may include a controller. The control device can be designed to provide a first control signal for controlling operation of the heating device and a second control signal for controlling operation of the power electronics device. The control device can include a microcontroller (μC) or be designed as a microcontroller. Thus, a control device that is required in any case to control the function of the inverter can also be used to control the heating device. This enables costs to be reduced by eliminating the need for a separate control device for the heating in the form of the heating device. It is therefore not necessary to integrate a separate control device into the heating device in order to control and monitor the heating device.
Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, um das erste Steuersignal zum Aktivieren der Heizeinrichtung ansprechend auf ein Anforderungssignal bereitzustellen, das eine Wärmeanforderung des Heizkreislaufs repräsentiert. Dies erfolgt insbesondere zur Entladung des Zwischenkreiskondensators. Auf diese Weise kann die Heizeinrichtung nur dann aktiviert werden, wenn eine Temperatur des Kühlmittels nicht ausreicht, um eine gewünschte Heizfunktion zu ermöglichen. Dadurch kann Energie eingespart werden.The control device can be designed to provide the first control signal for activating the heating device in response to a request signal which represents a heat request from the heating circuit. This takes place in particular to discharge the intermediate circuit capacitor. In this way, the heating device can only be activated when the temperature of the coolant is not sufficient to enable a desired heating function. This can save energy.
Zusätzlich oder alternativ kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, um das erste Steuersignal zum Aktivieren der Heizeinrichtung ansprechend auf ein Fehlersignal bereitzustellen. Das Fehlersignal kann beispielsweise einen Fehlerzustand der Invertervorrichtung oder einen Fehler in einem mit der Invertervorrichtung elektrisch gekoppelten elektrischen Netzwerk des Fahrzeugs repräsentieren. Dadurch kann bei einem erkannten Fehler eine sichere Entladung der Invertervorrichtung, insbesondere des Zwischenkreises und/oder der Leistungselektronikeinrichtung, über die Heizeinrichtung gewährleistet werden. Somit kann eine in einen Inverter integrierte Hochvoltheizung zur aktiven Entladung genutzt werden. Beispielsweise kann ein Heizwiderstand der Heizeinrichtung zur aktiven Entladung eines Zwischenkreises im Fehlerfall genutzt werden. Dies führt zu einer Kostenreduktion durch den Entfall eines zusätzlichen Netzwerks zur aktiven Entladung im Inverter durch Nutzung eines Heizelements der Heizeinrichtung. Dies ist vorteilhaft, da Hochvoltkomponenten in Fahrzeugen, wie der Inverter eines elektrischen Fahrzeugantriebs typischerweise eine aktive Entladung benötigen, welche sicherstellt, dass sich die Hochspannung innerhalb der Komponente bei Abtrennung der HV-Versorgung innerhalb einer definierten Zeit auf ein ungefährliches Niveau reduziert, beispielsweise auf weniger als 60V. Additionally or alternatively, the control device can be designed to provide the first control signal for activating the heating device in response to an error signal. The error signal can represent, for example, an error state of the inverter device or an error in an electrical network of the vehicle that is electrically coupled to the inverter device. As a result, when a fault is detected, reliable discharge of the inverter device, in particular the intermediate circuit and/or the power electronics device, can be ensured via the heating device. Thus, a high-voltage heater integrated into an inverter can be used for active discharge. For example, a heating resistor of the heating device can be used to actively discharge an intermediate circuit in the event of a fault. This leads to a cost reduction due to the elimination of an additional network for active discharge in the inverter by using a heating element of the heating device. This is advantageous because high-voltage components in vehicles, such as the inverter of an electric vehicle drive, typically require active discharge, which ensures that the high voltage within the component is reduced to a harmless level within a defined time when the HV supply is disconnected, for example to less than 60V.
Durch Kombination aus Heizeinrichtung und Inverter kann somit zum einen ein eigenes Steuergerät für die Heizeinrichtung als auch eine eigene Vorrichtung in Form eines Entladenetzwerks zur aktiven Entladung des Inverters entfallen.The combination of heating device and inverter means that a separate control unit for the heating device and a separate device in the form of a discharge network for actively discharging the inverter can be dispensed with.
Die Invertervorrichtung kann einen Zwischenkreiskondensator umfassen. Dabei kann die Heizeinrichtung parallel zu dem Zwischenkreiskondensator geschaltet sein. Somit kann der Zwischenkreiskondensator zum einen zum Glätten von Spannungsschwankungen beim Aktiveren und Deaktivieren der Heizeinrichtung genutzt werden und zum anderen bei Bedarf schnell über die Heizeinrichtung entladen werden.The inverter device may include an intermediate circuit capacitor. In this case, the heating device can be connected in parallel with the intermediate circuit capacitor. The intermediate circuit capacitor can thus be used on the one hand to smooth out voltage fluctuations when the heating device is activated and deactivated, and on the other hand can be quickly discharged via the heating device if required.
Beispielsweise kann die Heizeinrichtung zumindest ein elektrisch betreibbares Heizelement umfassen. Auf diese Weise kann elektrische Energie einfach in thermische Energie gewandelt werden. Beispielsweise kann das Heizelement einen Transistor, einen Leistungshalbleiter, einen Widerstand oder eine Kombination, beispielsweise eine Reihenschaltung solcher Elemente umfassen. Über solche Heizelemente kann ein aktives Entladenetzwerk gebildet werden. Eine Ansteuerung eines solchen Entladenetzwerks kann derart erfolgen, dass elektrische Verlustleistung gezielt an den Heizkreislauf abgegeben werden kann. Hierdurch kann das Entladenetzwerk die Funktion eines Hochvoltheizers übernehmen. Hierdurch benötigt das Fahrzeug keine separate und somit teurere Hochvoltheizung mehr. Alternativ kann anstelle eines solchen klassischen aktiven Entladenetzwerks ein Heizelement beispielsweise in Form eines Kaltleiters (PTC), eines Heizstabs oder eines Schichtheizelements zum Einsatz kommen.For example, the heating device can comprise at least one electrically operable heating element. In this way, electrical energy can easily be converted into thermal energy. For example, the heating element can comprise a transistor, a power semiconductor, a resistor or a combination, for example a series connection of such elements. An active discharge network can be formed via such heating elements. Such a discharge network can be controlled in such a way that electrical power loss can be delivered to the heating circuit in a targeted manner. As a result, the discharge network can assume the function of a high-voltage heater. As a result, the vehicle no longer requires a separate and therefore more expensive high-voltage heater. Alternatively, instead of such a classic active discharge network, a heating element can be used, for example in the form of a PTC thermistor, a heating element or a layer heating element.
Vorteilhafterweise kann die Heizeinrichtung einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Plattenwärmetauscher, umfassen. Auf diese Weise kann eine gute thermische Kopplung zwischen Kühlmittel und Heizelement geschaffen werden. Dadurch kann mittels des Heizelements, beispielsweise eines Hochvolt-Heizelements, das einströmende Kühlwasser erwärmt.Advantageously, the heating device can be a heat exchanger, for example a plate heat exchanger, include. In this way, good thermal coupling can be created between the coolant and the heating element. As a result, the inflowing cooling water can be heated by means of the heating element, for example a high-voltage heating element.
Die Invertervorrichtung kann Teil einer Versorgungsvorrichtung für ein Fahrzeug sein. Eine solche Versorgungsvorrichtung kann neben der Invertervorrichtung eine Batterie umfassen, die zum Bereitstellen der Versorgungsspannung mit der Versorgungsschnittstelle der Invertervorrichtung verbunden ist. Somit kann die in der Batterie gespeicherte Energie direkt zum Erwärmen des Kühlmittels verwendet werden.The inverter device can be part of a supply device for a vehicle. In addition to the inverter device, such a supply device can include a battery which is connected to the supply interface of the inverter device in order to provide the supply voltage. This means that the energy stored in the battery can be used directly to heat the coolant.
Zusätzlich oder alternativ kann die Versorgungsvorrichtung den elektrischen Verbraucher umfassen. Der elektrische Verbraucher kann eine elektrische Maschine sein, beispielsweise ein Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs.Additionally or alternatively, the supply device can include the electrical consumer. The electrical consumer can be an electrical machine, for example an electric motor for driving the vehicle.
Zusätzlich oder alternativ kann die Versorgungsvorrichtung den Heizkreislauf umfassen. Optional kann der Heizkreislauf eine Pumpe zum Fördern des Kühlmittels durch den Heizkreislauf und eine Temperiereinrichtung zum Temperieren des Fahrzeugs oder eines Elements des Fahrzeugs unter Verwendung des Kühlmittels umfassen.Additionally or alternatively, the supply device can include the heating circuit. Optionally, the heating circuit can include a pump for conveying the coolant through the heating circuit and a temperature control device for controlling the temperature of the vehicle or an element of the vehicle using the coolant.
Ein Fahrzeug kann mit einer genannten Invertervorrichtung oder einer genannten Versorgungsvorrichtung ausgerüstet sein. Die Invertervorrichtung kann vorteilhafterweise als Ersatz für bekannte Inverter und bekannte Heizvorrichtungen verwendet werden.A vehicle may be equipped with a named inverter device or a named supply device. The inverter device can advantageously be used as a replacement for known inverters and known heating devices.
Ein Verfahren zum Betreiben einer genannten Invertervorrichtung umfasst die folgenden Schritte:
- Einlesen eines Anforderungssignals, das eine Wärmeanforderung des Heizkreislaufs repräsentiert, und
- Reading in a request signal that represents a heat request from the heating circuit, and
Aktivieren der Heizeinrichtung ansprechend auf das Anforderungssignal, um unter Verwendung der Versorgungsspannung und/oder der Betriebsspannung eine Erwärmung des Kühlmittels des Heizkreislaufs zu bewirken.activating the heater in response to the demand signal to cause heating of the coolant of the heating circuit using the supply voltage and/or the operating voltage.
Die Schritte des Verfahrens können beispielsweise unter Verwendung einer Steuereinrichtung ausgeführt werden, die ein elektrisches Gerät sein kann, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Steuereinrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Steuereinrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.The steps of the method can be carried out, for example, using a control device, which can be an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals as a function thereof. The control device can have one or more suitable interfaces, which can be designed in terms of hardware and/or software. In the case of a hardware design, the interfaces can be part of an integrated circuit, for example, in which the functions of the control device are implemented. The interfaces can also be separate integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In the case of a software design, the interfaces can be software modules which are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Fahrzeug mit einer Invertervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und -
2 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben einer Invertervorrichtung.
-
1 a vehicle including an inverter device according to an embodiment; and -
2 a flowchart of an embodiment of a method for operating an inverter device.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of preferred exemplary embodiments of the present invention, the same or similar reference symbols are used for the elements which are shown in the various figures and have a similar effect, with a repeated description of these elements being dispensed with.
Die Invertervorrichtung 102 weist eine Versorgungsschnittstelle 110 zum Anlegen der Versorgungsspannung und eine Verbraucherschnittstelle 112 zum Bereitstellen der Betriebsspannung an den elektrischen Verbraucher 106 auf. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Versorgungsschnittstelle 110 über einen Schalter 114, beispielsweise ein Batterie-Schütz mit der Batterie 104, beispielsweise einer Hochvolt-Batterie, verbunden. Die Verbraucherschnittstelle 112 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel mit dem elektrischen Verbraucher 106 verbunden. Je nach Art des elektrischen Verbrauchers 106 ist die Verbraucherschnittstelle 112 zweiphasig oder mehrphasig ausgeführt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem elektrischen Verbraucher 106 um eine elektrische Maschine, beispielsweise einen elektrischen Antrieb für das Fahrzeug 100. Optional kann eine solche elektrische Maschine im Generatorbetrieb betrieben werden und dabei generierte elektrische Energie kann über die Verbraucherschnittstelle 112 zurückgespeist werden.The
Die Invertervorrichtung 102 weist ferner einen Kühlmitteleinlass 116 und einen Kühlmittelauslass 118 zum Einbinden der Invertervorrichtung 102 in den das Kühlmittel führenden Heizkreislauf 108 auf.The
Zum Wandeln der Versorgungsspannung in die Betriebsspannung weist die Invertervorrichtung 102 eine Leistungselektronikeinrichtung 120 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Leistungselektronikeinrichtung 120 eine Leistungselektronik 122 und optional eine Kühleinrichtung 124, die gemäß einem Ausführungsbeispiel an den Heizkreislauf 108 angeschlossen ist. In diesem Fall ist die Kühleinrichtung 124 beispielsweise als ein Wärmetauscher realisiert. Unter Verwendung der Kühleinrichtung 124 kann von der Leistungselektronik 122 generierte Wärme an das Kühlmittel abgeführt werden. Dazu weist die Leistungselektronikeinrichtung 120 einen ersten Kühlmittelanschluss zum fluidischen Verbinden der Kühleinrichtung 124 mit dem Kühlmitteleinlass 116 und einen zweiten Kühlmittelanschluss zum fluidischen Verbinden der Kühleinrichtung 124 mit dem Kühlmittelauslass 118 auf. Die eine Leistungselektronik 122 entspricht gemäß einem Ausführungsbeispiel einer aus bekannten Invertern bekannten Transistorschaltung zur Spannungswandlung.The
Optional weist die Invertervorrichtung 102 einen Zwischenkreiskondensator 126 auf, der gemäß einem Ausführungsbeispiel zwischen elektrische Kontakte der Versorgungsschnittstelle 110 geschaltet ist.Optionally, the
Die Invertervorrichtung 102 weist eine Heizeinrichtung 130 auf, die eine Erwärmung des Kühlmittels ermöglicht. Dazu weist die Heizeinrichtung 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel einen ersten Kühlmittelanschluss auf, der fluidisch mit dem Kühlmitteleinlass 116 verbunden ist und einem zweiten Kühlmittelanschluss auf, der fluidisch mit dem Kühlmittelauslass 118 verbunden ist. Auf diese Weise kann das Kühlmittel des Heizkreislaufs 108 durch die Heizeinrichtung 130 geführt und von dieser erwärmt werden. Dabei ist die Heizeinrichtung 130 ausgebildet, um unter Verwendung der Versorgungsspannung und/oder der Betriebsspannung Wärme zu generieren und an das Kühlmittel zu übertragen. Beispielsweise ist die Heizeinrichtung 130 ausgebildet, um Wärme unter Verwendung elektrischer Energie zu erzeugen, die über die Versorgungsschnittstelle 110 oder die Verbraucherschnittstelle 112 in die Invertervorrichtung 102 eingespeist wird, oder unter Verwendung von elektrischer Energie die in der Leistungselektronikeinrichtung 120 oder in dem Zwischenkreiskondensator 126 gespeichert ist.The
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind elektrische Kontakte der Heizeinrichtung 130 mit den elektrischen Kontakten der Versorgungsschnittstelle 110 verbunden. Beispielsweise ist die Heizeinrichtung 130 parallel zu dem Zwischenkreiskondensator 126 geschaltet.According to one embodiment, electrical contacts of the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Heizeinrichtung 130 ein elektrisch betreibbares Heizelement 132 und einen Wärmetauscher 134, beispielsweise einen Plattenwärmetauscher. Die von dem Heizelement 132 erzeugte Wärme wird gemäß einem Ausführungsbeispiel über den Wärmetauscher 134 an das Kühlmittel abgegeben. Dazu ist der Wärmetauscher 134 gemäß einem Ausführungsbeispiel über die Kühlmittelanschlüsse Heizeinrichtung 130 und den Kühlmitteleinlass 116 sowie den Kühlmittelauslass 118 in den Heizkreislauf 118 eingebunden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Heizeinrichtung 130 einen Schalter 136 auf, über den ein Stromfluss durch das Heizelement 132 gesteuert, beispielsweise zugelassen oder unterbrochen werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind der Schalter 136 und das Heizelement 132 in Reihe und parallel zu dem Zwischenkreiskondensator 126 geschaltet. Alternativ ist der Schalter 136 beispielsweise in das Heizelement 132 integriert. Wenn der Schalter 136 geschlossen ist, kann von dem Heizelement 132, beispielsweise unter Verwendung von über die Versorgungsschnittstelle 110 in die Invertervorrichtung 102 eingespeiste Energie, Wärme erzeugt und unter Verwendung des Wärmetauschers 134 an das Kühlmittel übertragen werden. Dadurch kann beispielsweise eine angeforderte Temperatur des durch den Heizkreislauf 108 geförderten Kühlmittels erreicht und aufrechterhalten werden. Wenn der Schalter 136 geöffnet ist, wird gemäß einem Ausführungsbeispiele von der Heizeinrichtung 130 keine weitere Wärme zum Erwärmen des Kühlmittels erzeugt.According to one exemplary embodiment, the
Als Heizelement 132 können bekannte elektrische Heizeinrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise ein Hochvoltheizer, ein Kaltleiter, ein Heizstab oder ein Schichtheizelement. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zumindest ein Abschnitt des Heizelement 132 im Betrieb der Heizeinrichtung 130 in direktem Kontakt mit dem Kühlmittel, sodass auf den Wärmetauscher 134 verzichtet werden kann.Known electrical heating devices can be used as the
Optional umfasst die Heizeinrichtung 130 zumindest einen Temperatursensor, beispielsweise zum Erfassen einer Temperatur des in die Heizeinrichtung 130 einströmenden Kühlmittels, des aus der Heizeinrichtung 130 ausströmenden Kühlmittels und/oder einer Temperatur des Heizelements 132. Unter Verwendung von entsprechenden Temperatursensorsignalen des oder der Temperatursensoren kann ein Betrieb, beispielsweise eine Heizleistung des Heizelements 132 gesteuert werden. Auch kann eine ein Schutz vor Überhitzung realisiert werden, in dem beispielsweise der Schalter 136 geöffnet wird, wenn eine Temperatur innerhalb der Heizeinrichtung 130 einen Grenzwert überschreitet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst der Heizkreislauf 108, der auch als Kühlkreislauf bezeichnet werden kann, eine Temperiereinrichtung 140, die beispielsweise ausgebildet ist, um einen Bereich oder ein Element des Fahrzeugs 100 unter Verwendung über das Kühlmittel bereitgestellter Wärmeenergie zu erwärmen. Beispielsweise kann die Temperiereinrichtung 140 verwendet werden um einen Innenraum des Fahrzeugs 100 zu erwärmen oder eine elektrische Energieversorgungseinrichtung des Fahrzeugs 100 zu temperieren.According to one exemplary embodiment,
Dem Kühlkreislauf 108 über die Temperiereinrichtung 140 entnommene Wärmeenergie kann von der Heizeinrichtung 130 wieder ausgeglichen werden. Optional umfasst der Heizkreislauf 108 einen Temperatursensor 142, der ausgebildet ist, um eine Temperatur des in dem Heizkreislauf 108 strömenden Kühlmittels zu erfassen und ein die Temperatur repräsentierendes Temperatursignal 144 bereitzustellen. Der Temperatursensor 142 kann dabei an einer geeigneten Position an dem Heizkreislauf 108 angeordnet sein.Thermal energy removed from the
Optional umfasst der Heizkreislauf 108 eine Pumpe 146 zum Fördern des Kühlmittels durch den Heizkreislauf 108.Optionally, the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Invertervorrichtung 102 eine Steuereinrichtung 150 auf. Die Steuereinrichtung 150 ist ausgebildet, um ein erstes Steuersignal 152 zum Steuern eines Betriebs der Heizeinrichtung 130 bereitzustellen. Beispielsweise wird das Steuersignal 152 zum Aktiveren und Deaktivieren der Heizeinrichtung 130 verwendet. Beispielsweise wird das Steuersignal 152 zum Steuern eines Schaltzustands des Schalters 136 verwendet.According to one embodiment, the
Beispielsweise ist die Steuereinrichtung 150 ausgebildet ist, um das erste Steuersignal 152 zum Aktivieren der Heizeinrichtung 130 bereitzustellen, wenn über ein Anforderungssignal eine Wärmeanforderung des Heizkreislaufs 130 angezeigt wird. Ein solches Anforderungssignal kann beispielsweise dem Temperatursignal 144 entsprechen oder aus dem Temperatursignal 144 ermittelt werden. Auch kann ein entsprechendes Anforderungssignal beispielsweise von der Temperiereinrichtung 140 oder einem Heizungssteuergerät des Fahrzeugs 100 bereitgestellt werden.For example, the
Zusätzlich oder alternativ ist die Steuereinrichtung 150 ausgebildet, um das erste Steuersignal 152 zum Aktivieren der Heizeinrichtung 130 bereitzustellen, um eine Entladefunktion zum Entladen innerhalb der Invertervorrichtung 102 gespeicherter elektrischer Energie zu aktivieren. Somit kann die Heizeinrichtung 130 als eine Entladeschaltung eingesetzt werden. In diesem Fall kann auf eine weitere Entladeschaltung innerhalb der Invertervorrichtung 102 verzichtet werden. Beispielsweise ist die Steuereinrichtung 150 ausgebildet, um das erste Steuersignal 152 zum Aktivieren der Heizeinrichtung 130 bereitzustellen, wenn ein Fehlersignal 154 einen erkannten Fehler in einer Versorgungsvorrichtung, beispielsweise in einem elektrischen Netzwerk des Fahrzeugs 100 anzeigt, in das die Invertervorrichtung 102 eingebunden ist.Additionally or alternatively, the
Dabei handelt es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um einen Fehlerzustand, der eine elektrische Entladung der Invertervorrichtung erfordert. Das Fehlersignal 154 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel beispielhaft von einer Überwachungseinrichtung 156 bereitgestellt, die ausgebildet ist, um einen Betrieb der Invertervorrichtung 102 zu überwachen.According to one embodiment, this is a fault condition that requires an electrical discharge of the inverter device. According to one exemplary embodiment,
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 150 ausgebildet, um ein zweites Steuersignal 158 zum Steuern eines Betriebs der Leistungselektronikeinrichtung 120 bereitzustellen. Beispielsweise ist das zweite Steuersignal 158 geeignet, um die Leistungselektronik 122 zu aktiveren und optional eine Wandelcharakteristik der Leistungselektronik 122 zum Wandeln der Versorgungsspannung in die Betriebsspannung einzustellen.According to one exemplary embodiment, the
In diesem Fall ist die Steuereinrichtung 150 beispielsweise als ein Steuergerät ausgeführt, dass sowohl zum Steuern eines Betriebs der Heizeinrichtung 130 als auch eines Betriebs der Leistungselektronikeinrichtung 120 verwendet wird.In this case, the
Alternativ ist die Invertervorrichtung 102 beispielsweise mit zwei separaten Steuergeräten zum Steuern des Betriebs der Heizeinrichtung 130 und des Betriebs der Leistungselektronikeinrichtung 120 ausgeführt.Alternatively, the
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die der Leistungselektronikeinrichtung 120, die Heizeinrichtung 130, die Steuereinrichtung 150 und optional der Zwischenkreiskondensator 126 in die als ein Inverter ausgeführte Invertervorrichtung 102 integriert. Beispielsweise weist die Invertervorrichtung 102 ein Gehäuse auf, innerhalb dessen die Leistungselektronikeinrichtung 120, die Heizeinrichtung 130, die Steuereinrichtung 150 und optional der Zwischenkreiskondensator 126 angeordnet sind. Ein solches Gehäuse weist dabei die Versorgungsschnittstelle 110 und die Verbraucherschnittstelle 112 auf, beispielsweise in Form von Steckverbindern. Zusätzlich weist ein solches Gehäuse den Kühlmitteleinlass 116 und den Kühlmittelauslass 118 auf, beispielsweise in Form von Flanschen oder Gewindeelementen zum fluiddichten Anschließen von Schläuchen oder Rohren zum Führen des Kühlmittels.According to one exemplary embodiment, the
In einem Schritt 201 wird ein Anforderungssignals eingelesen, das eine Wärmeanforderung des Heizkreislaufs repräsentiert. Zusätzlich oder alternativ wird in einem Schritt 203 ein Fehlersignal eingelesen, das einen erkannten Fehlerzustand, beispielsweise innerhalb der Invertervorrichtung oder innerhalb eines die Invertervorrichtung umfassenden Versorgungsvorrichtung anzeigt. Dabei handelt es sich gemäß einem Ausführungsbeispiel um einen Fehlerzustand, der eine elektrische Entladung der Invertervorrichtung erfordert.In a
In einem Schritt 205 wird die Heizeinrichtung ansprechend auf die Wärmeanforderung und/oder ansprechend auf den erkannten Fehlerzustand aktiviert, um eine Erwärmung des Kühlmittels des Heizkreislaufs um unter Verwendung der Versorgungsspannung, der Betriebsspannung oder innerhalb der Invertervorrichtung gespeicherter elektrischer Energie zu bewirken.In a
BezugszeichenlisteReference List
- 100100
- Fahrzeugvehicle
- 102102
- Invertervorrichtunginverter device
- 104104
- Batteriebattery
- 106106
- elektrischer Verbraucherelectrical consumer
- 108108
- Heizkreislaufheating circuit
- 110110
- Versorgungsschnittstellesupply interface
- 112112
- Verbraucherschnittstelleconsumer interface
- 114114
- SchalterSwitch
- 116116
- Kühlmitteleinlasscoolant inlet
- 118118
- Kühlmittelauslasscoolant outlet
- 120120
- Leistungselektronikeinrichtungpower electronics device
- 122122
- Leistungselektronikpower electronics
- 124124
- Kühleinrichtungcooling device
- 126126
- Zwischenkreiskondensatorintermediate circuit capacitor
- 130130
- Heizeinrichtungheating device
- 132132
- Heizelementheating element
- 134134
- Wärmetauscherheat exchanger
- 136136
- SchalterSwitch
- 140140
- Temperiereinrichtungtemperature control device
- 142142
- Temperatursensortemperature sensor
- 144144
- Temperatursignaltemperature signal
- 146146
- Pumpepump
- 150150
- Steuereinrichtungcontrol device
- 152152
- erstes Steuersignalfirst control signal
- 154154
- Fehlersignalerror signal
- 156156
- Überwachungseinrichtungmonitoring device
- 158158
- zweites Steuersignal second control signal
- 201201
- Einlesen eines AnforderungssignalsReading in a request signal
- 203203
- Einlesen eines FehlersignalsReading an error signal
- 205205
- Aktiveren der HeizeinrichtungActivation of the heating device
Claims (12)
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---|---|---|---|
DE102022201330.1A DE102022201330A1 (en) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | Inverter device and method for operating an inverter device for a vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102022201330.1A DE102022201330A1 (en) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | Inverter device and method for operating an inverter device for a vehicle |
Publications (1)
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ID=87312562
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DE102022201330.1A Pending DE102022201330A1 (en) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | Inverter device and method for operating an inverter device for a vehicle |
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Citations (4)
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DE102014111517A1 (en) | 2014-08-13 | 2016-02-18 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Method of operating a vehicle and vehicle |
-
2022
- 2022-02-09 DE DE102022201330.1A patent/DE102022201330A1/en active Pending
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