DE102022212716A1 - Electric power converter, electric drive and charging system and method for testing switching elements in an electric power converter - Google Patents

Electric power converter, electric drive and charging system and method for testing switching elements in an electric power converter Download PDF

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Seifeldin Tarek Mohamed Shaaban
Yashomani Yashodhan Kolhatkar
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Abstract

Die Erfindung betrifft das Überprüfen von Schaltelementen in einem elektrischen Stromrichter, insbesondere einem elektrischen Stromrichter, der als Inverter-Konverter genutzt werden kann. Hierzu wird vorgeschlagen, mittels des elektrischen Stromrichters in einem Tiefsetzsteller-Betrieb eine für einen Menschen ungefährliche elektrische Spannung zu generieren und daraufhin an den zu überprüfenden Schaltelementen nacheinander verschiedene Schaltzustände einzustellen und die elektrischen Spannungen an den Schaltelementen zu analysieren.The invention relates to the testing of switching elements in an electrical power converter, in particular an electrical power converter that can be used as an inverter converter. For this purpose, it is proposed to use the electrical power converter in a step-down converter mode to generate an electrical voltage that is safe for humans and then to set different switching states one after the other on the switching elements to be tested and to analyze the electrical voltages on the switching elements.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Stromrichter sowie ein elektrisches Antriebs- und Ladesystem mit einem solchen Stromrichter. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Überprüfen von Schaltelementen in einem elektrischen Stromrichter.The present invention relates to an electrical power converter and an electrical drive and charging system with such a power converter. The present invention further relates to a method for checking switching elements in an electrical power converter.

Stand der TechnikState of the art

Ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge verfügen in der Regel über ein elektrisches Antriebssystem, bei welchem elektrische Energie von einem Energiespeicher, wie beispielsweise einer Traktionsbatterie, mittels eines Stromrichters an einer elektrischen Maschine bereitgestellt wird. Der dabei genutzte elektrische Energiespeicher kann mittels einer externen Energiequelle aufgeladen werden. Hierzu ist in der Regel eine separate Ladeschaltung erforderlich.Vehicles that are fully or at least partially electrically powered usually have an electric drive system in which electrical energy is provided by an energy storage device, such as a traction battery, to an electric machine using a power converter. The electrical energy storage device used can be charged using an external energy source. This usually requires a separate charging circuit.

Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, Komponenten des elektrischen Antriebssystems für das Aufladen des elektrischen Energiespeichers zu nutzen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2018 207 188 A1 beschrieben.In addition, it is also possible to use components of the electric drive system to charge the electrical energy storage device. Such an arrangement is described, for example, in the publication EN 10 2018 207 188 A1 described.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft einen elektrischen Stromrichter, ein elektrisches Antriebs- und Ladesystem sowie ein Verfahren zum Überprüfen von Schaltelementen in einem elektrischen Stromrichter mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.The present invention provides an electrical power converter, an electrical drive and charging system and a method for checking switching elements in an electrical power converter with the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent patent claims.

Demgemäß ist vorgesehen:Accordingly, it is envisaged:

Ein elektrischer Stromrichter mit einem Gleichspannungsanschluss, einem Motoranschluss, einem Ladeanschluss und einem weiteren Anschlusselement sowie einer Wechselrichterschaltung, einem ersten Schaltelement, einem zweiten Schaltelement, einem Kondensator, einem ersten Spannungssensor, einem zweiten Spannungssensor und einer Steuereinrichtung. Der Gleichspannungsanschluss umfasst einen positiven Anschlusspunkt und einen negativen Anschlusspunkt. Hierbei ist der Gleichspannungsanschluss dazu ausgelegt, mit einem elektrischen Energiespeicher gekoppelt zu werden. Der Motoranschluss ist dazu ausgelegt, mit einer elektrischen Maschine gekoppelt zu werden. Dabei werden bevorzugt die Phasenanschlüsse der elektrischen Maschine mit korrespondierenden Anschlusspunkten des Motoranschlusses des elektrischen Stromrichters verbunden. Der Ladeanschluss ist dazu ausgelegt, mit einer Gleichspannungs-Ladestation für ein Elektrofahrzeug gekoppelt zu werden. Hierbei ist ein erster Anschlusspunkt des Ladeanschlusses elektrisch mit dem negativen Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses gekoppelt. Der weitere Anschlusspunkt ist dazu ausgelegt, mit einem Motoranschlusspunkt der elektrischen Maschine gekoppelt zu werden. Der Motoranschlusspunkt ist bevorzugt der Sternpunkt der elektrischen Maschine. Weiter bevorzugt ist der Motoranschlusspunkt ein Phasenanschlusspunkt an einer der Phasen der elektrischen Maschine. Weiter bevorzugt entspricht ein derartiger Phasenanschlusspunkt des Stromrichters einem der Anschlusspunkte des Motoranschluss. Die Wechselrichterschaltung umfasst mehrere Halbbrücken. Hierbei ist die Wechselrichterschaltung an einer Gleichspannungsschnittstelle mit dem Gleichspannungsanschluss verbunden und an einer Wechselspannungsschnittstelle mit dem Motoranschluss verbunden. Das erste Schaltelement ist zwischen einem zweiten Anschlusspunkt des Ladeanschlusses und einem Knotenpunkt angeordnet. Das zweite Schaltelement ist zwischen dem Knotenpunkt und dem weiteren Anschlusspunkt des elektrischen Stromrichters angeordnet. Der Kondensator ist zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Ladeanschlusses und dem Knotenpunkt angeordnet. Der erste Spannungssensor ist dazu ausgelegt, eine elektrische Spannung an dem Knotenpunkt zu erfassen. Der zweite Spannungssensor ist dazu ausgelegt, eine elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt des Ladeanschlusses zu erfassen. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, eine Funktionsfähigkeit des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements zu überprüfen. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die Funktionsfähigkeit der Schaltelemente unter Verwendung der Messwerte von dem ersten Spannungssensor und dem zweiten Spannungssensor zu überprüfen.An electrical power converter with a DC voltage connection, a motor connection, a charging connection and a further connection element as well as an inverter circuit, a first switching element, a second switching element, a capacitor, a first voltage sensor, a second voltage sensor and a control device. The DC voltage connection comprises a positive connection point and a negative connection point. The DC voltage connection is designed to be coupled to an electrical energy storage device. The motor connection is designed to be coupled to an electrical machine. The phase connections of the electrical machine are preferably connected to corresponding connection points of the motor connection of the electrical power converter. The charging connection is designed to be coupled to a DC voltage charging station for an electric vehicle. A first connection point of the charging connection is electrically coupled to the negative connection point of the DC voltage connection. The further connection point is designed to be coupled to a motor connection point of the electrical machine. The motor connection point is preferably the star point of the electrical machine. More preferably, the motor connection point is a phase connection point on one of the phases of the electrical machine. More preferably, such a phase connection point of the power converter corresponds to one of the connection points of the motor connection. The inverter circuit comprises several half bridges. Here, the inverter circuit is connected to the DC voltage connection at a DC voltage interface and to the motor connection at an AC voltage interface. The first switching element is arranged between a second connection point of the charging connection and a node point. The second switching element is arranged between the node point and the further connection point of the electrical power converter. The capacitor is arranged between the first connection point of the charging connection and the node point. The first voltage sensor is designed to detect an electrical voltage at the node point. The second voltage sensor is designed to detect an electrical voltage at the second connection point of the charging connection. The control device is designed to check the functionality of the first switching element and the second switching element. In particular, the control device is designed to check the functionality of the switching elements using the measured values from the first voltage sensor and the second voltage sensor.

Weiterhin ist vorgesehen:Furthermore, it is planned:

Ein elektrisches Antriebs- und Ladesystem mit einer elektrischen Maschine und einem erfindungsgemäßen Stromrichter. Hierbei sind die Phasenanschlüsse der elektrischen Maschine mit korrespondierenden Anschlusspunkten des Motoranschlusses des elektrischen Stromrichters verbunden. Ferner ist ein Motoranschlusspunkt der elektrischen Maschine mit dem weiteren Anschluss des elektrischen Stromrichters verbunden.An electric drive and charging system with an electric machine and a power converter according to the invention. The phase connections of the electric machine are connected to corresponding connection points of the motor connection of the electric power converter. Furthermore, a motor connection point of the electric machine is connected to the other connection of the electric power converter.

Schließlich ist vorgesehen:Finally, it is planned:

Ein Verfahren zum Überprüfen von Schaltelementen in einem elektrischen Stromrichter, insbesondere einem erfindungsgemäßen elektrischen Stromrichter. Das Verfahren erfolgt unter Verwendung einer an dem Motoranschluss und dem weiteren Anschlusspunkt des Stromrichters angeschlossenen elektrischen Maschine. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Einstellen eines Freilaufzustandes in der Wechselrichterschaltung des elektrischen Stromrichters und einen Schritt zum Öffnen des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt zum Detektieren einer Fehlfunktion des zweiten Schaltelements, falls eine elektrische Spannung an dem Knotenpunkt zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Unterschreitet die elektrische Spannung an dem Knotenpunkt dagegen einen vorgegebenen Schwellwert, so kann festgestellt werden, dass das zweite Schaltelement korrekt geöffnet ist.A method for testing switching elements in an electrical power converter, in particular in particular an electrical power converter according to the invention. The method is carried out using an electrical machine connected to the motor connection and the further connection point of the power converter. The method comprises a step for setting a freewheeling state in the inverter circuit of the electrical power converter and a step for opening the first switching element and the second switching element. The method further comprises a step for detecting a malfunction of the second switching element if an electrical voltage at the node between the first switching element and the second switching element exceeds a predetermined threshold value. If, on the other hand, the electrical voltage at the node falls below a predetermined threshold value, it can be determined that the second switching element is correctly opened.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es für die Sicherheit und einen zuverlässigen Betrieb von elektrischen Stromrichtern von entscheidender Bedeutung sein kann, die korrekte Funktionsfähigkeit von Schaltelementen, insbesondere von Schaltelementen zum Koppeln bzw. Trennen von hohen elektrischen Spannungen an den Anschlüssen des Stromrichters, zu gewährleisten. Ist beispielsweise durch ein solches Schaltelement ein sicheres Trennen einer elektrischen Verbindung nicht mehr möglich, so kann über ein solches Schaltelement an für einen Menschen zugänglichen Stellen eine gefährliche elektrische Spannung anliegen.The present invention is based on the knowledge that it can be of crucial importance for the safety and reliable operation of electrical power converters to ensure the correct functionality of switching elements, in particular switching elements for coupling or disconnecting high electrical voltages at the connections of the power converter. For example, if such a switching element no longer makes it possible to safely disconnect an electrical connection, a dangerous electrical voltage can be present via such a switching element at locations accessible to humans.

Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und ein Konzept für eine einfache, sichere und zuverlässige Überprüfung von Schaltelementen in einem elektrischen Stromrichter bereitzustellen. Insbesondere ist es dabei eine Idee der vorliegenden Erfindung, die Überprüfung der Schaltelemente mit möglichst geringem Aufwand, vorzugsweise mit bereits vorhandenen Komponenten durchführen zu können.It is therefore an idea of the present invention to take this knowledge into account and to provide a concept for a simple, safe and reliable inspection of switching elements in an electrical power converter. In particular, it is an idea of the present invention to be able to carry out the inspection of the switching elements with as little effort as possible, preferably with components that are already available.

Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, an den zu überprüfenden Schaltelementen nacheinander verschiedene Schaltzustände einzustellen und dabei die resultierenden elektrischen Spannungen an den Schaltelementen auszuwerten. Zusätzlich kann durch den elektrischen Stromrichter eine niedrige, für einen Menschen ungefährliche elektrische Spannung bereitgestellt werden, welche ebenfalls dazu genutzt werden kann, die sich während den Schaltvorgängen an den zu überprüfenden Schaltelementen einstellenden Spannungen zu analysieren. Auf diese Weise kann sowohl ein korrektes Öffnen als auch ein korrektes Schließen der zu überprüfenden Schaltelemente auf einfache, kostengünstige Weise sicher und zuverlässig ausgeführt werden.For this purpose, the invention provides for setting different switching states one after the other on the switching elements to be tested and evaluating the resulting electrical voltages on the switching elements. In addition, the electrical converter can provide a low electrical voltage that is harmless to humans, which can also be used to analyze the voltages that arise during the switching processes on the switching elements to be tested. In this way, both correct opening and correct closing of the switching elements to be tested can be carried out safely and reliably in a simple, cost-effective manner.

Bei den zu überprüfenden Schaltelementen kann es sich um mechanische Schaltelemente wie beispielsweise Relais, Schütze oder Ähnliches handeln. Darüber hinaus kann es sich bei den zu überprüfenden Schaltelementen auch um Halbleiterschaltelemente wie zum Beispiel MOSFET oder bipolare Transistoren mit einem isolierten Gate-Anschluss (IGBT) handeln. Insbesondere kann es sich bei den zu überprüfenden Schaltelementen um eine Serienschaltung aus zwei Schaltelementen handeln, welche in einem sogenannten Inverter-Konverter zwischen einem Anschlusspunkt eines Ladeanschlusses und einem Motoranschlusspunkt einer elektrischen Maschine vorgesehen sein können. Bei dem Ladeanschluss kann es sich dabei um einen Anschluss handeln, welcher mit einer externen Gleichspannungs-Ladestation für ein Elektrofahrzeug gekoppelt werden kann. Dabei kann der elektrische Stromrichter einen Betriebsmodus aufweisen, bei welchem eine am Ladeanschluss bereitgestellte elektrische Gleichspannung in eine weitere Gleichspannung konvertiert werden kann, die an dem Gleichspannungsanschluss des Stromrichters zum Aufladen einer Batterie bereitgestellt werden kann. Durch die Überprüfung der korrekten Funktion der Schaltelemente kann somit gewährleistet werden, dass bei geöffneten Schaltelementen zuverlässig keine gefährliche elektrische Spannung an dem Ladeanschluss anliegt. Somit kann unter anderem auch eine Gefährdung von Personen bei einer Berührung des Ladeanschlusses vermieden werden.The switching elements to be checked can be mechanical switching elements such as relays, contactors or similar. In addition, the switching elements to be checked can also be semiconductor switching elements such as MOSFETs or bipolar transistors with an insulated gate connection (IGBT). In particular, the switching elements to be checked can be a series circuit of two switching elements, which can be provided in a so-called inverter converter between a connection point of a charging connection and a motor connection point of an electrical machine. The charging connection can be a connection that can be coupled to an external DC charging station for an electric vehicle. The electrical power converter can have an operating mode in which an electrical DC voltage provided at the charging connection can be converted into another DC voltage that can be provided at the DC voltage connection of the power converter to charge a battery. By checking the correct function of the switching elements, it can be ensured that there is reliably no dangerous electrical voltage at the charging connection when the switching elements are open. This also prevents people from being put at risk if they touch the charging port.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Stromrichter dazu ausgelegt, unter Verwendung einer an dem Motoranschluss und dem weiteren Anschlusspunkt angeschlossenen elektrischen Maschine an dem weiteren Anschlusspunkt eine vorbestimmte elektrische Spannung bereitzustellen. Bei dieser bereitgestellten Spannung kann es sich insbesondere um eine geringe elektrische Spannung mit einer Spannungshöhe von maximal 60 Volt, maximal 48 Volt oder Ähnlichem handeln. Insbesondere kann diese elektrische Spannung beispielsweise durch das Betreiben der Wechselrichterschaltung in Kombination mit der angeschlossenen elektrischen Maschine in einem Tiefsetzsteller-Modus generiert werden. Hierbei kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, das Bereitstellen der vorbestimmten elektrischen Spannung durch die Wechselrichterschaltung zu steuern. Ferner kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, die Funktionsfähigkeit der zu überprüfenden Schaltelemente unter Verwendung der bereitgestellten elektrischen Spannung zu überprüfen.According to one embodiment, the power converter is designed to provide a predetermined electrical voltage at the further connection point using an electrical machine connected to the motor connection and the further connection point. This provided voltage can in particular be a low electrical voltage with a voltage level of a maximum of 60 volts, a maximum of 48 volts or similar. In particular, this electrical voltage can be generated, for example, by operating the inverter circuit in combination with the connected electrical machine in a step-down converter mode. In this case, the control device can be designed to control the provision of the predetermined electrical voltage by the inverter circuit. Furthermore, the control device can be designed to check the functionality of the switching elements to be checked using the provided electrical voltage.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, zur Überprüfung des ersten Schaltelements und des zweiten Schaltelements an dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement nacheinander vorbestimmte Schaltzustände einzustellen und dabei die an dem weiteren Anschlusspunkt bereitgestellte elektrische Spannung zu steuern. Hierbei können die an den Schaltelementen sich einstellenden elektrischen Spannungen mit vorgegebenen Grenzwerten bzw. Schwellwerten verglichen werden, um auf die korrekte Funktionsfähigkeit der Schaltelemente zu schließen.According to one embodiment, the control device is designed to check of the first switching element and the second switching element to set predetermined switching states on the first switching element and the second switching element one after the other and thereby control the electrical voltage provided at the further connection point. In this case, the electrical voltages that arise at the switching elements can be compared with predetermined limit values or threshold values in order to determine whether the switching elements are functioning correctly.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin einen Schritt zum Schließen des zweiten Schaltelements und zum Bereitstellen einer vorbestimmten elektrischen Spannung an dem weiteren Anschlusspunkt des Stromrichters. Die vorbestimmte elektrische Spannung kann hierbei insbesondere mittels des elektrischen Stromrichters, beispielsweise in einem Tiefsetzsteller-Modus bereitgestellt werden. Daraufhin kann das Verfahren eine Fehlfunktion des zweiten Schaltelements detektieren, falls eine elektrische Spannung an dem Knotenpunkt zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement von dem Wert der an dem weiteren Anschlusspunkt bereitgestellten elektrischen Spannung abweicht. Auf diese Weise kann überprüft werden, ob das zweite Schaltelement korrekt geschlossen werden kann.According to one embodiment, the method according to the invention further comprises a step for closing the second switching element and for providing a predetermined electrical voltage at the further connection point of the power converter. The predetermined electrical voltage can be provided in particular by means of the electrical power converter, for example in a buck converter mode. The method can then detect a malfunction of the second switching element if an electrical voltage at the node between the first switching element and the second switching element deviates from the value of the electrical voltage provided at the further connection point. In this way, it can be checked whether the second switching element can be closed correctly.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren anschließend einen Schritt zum Detektieren einer Fehlfunktion des ersten Schaltelements, falls eine elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt des Ladeanschlusses einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, wenn das erste Schaltelement noch geöffnet ist und bei geschlossenem zweiten Schaltelement an dem weiteren Anschlusspunkt die vorbestimmte elektrische Spannung von dem elektrischen Stromrichter bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann überprüft werden, ob das erste Schaltelement korrekt geöffnet werden kann.According to a further embodiment, the method subsequently comprises a step for detecting a malfunction of the first switching element if an electrical voltage at the second connection point of the charging connection exceeds a predetermined threshold value when the first switching element is still open and when the second switching element is closed at the further connection point, the predetermined electrical voltage is provided by the electrical power converter. In this way, it can be checked whether the first switching element can be opened correctly.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren anschließend einen Schritt zum Schließen des ersten Schaltelements. Daraufhin kann eine Fehlfunktion detektiert werden, falls die elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt des Ladeanschlusses von einem Wert der an dem weiteren Anschlusspunkt bereitgestellten elektrischen Spannung abweicht. Bei dieser Konfiguration sind sowohl das erste Schaltelement als auch das zweite Schaltelement geschlossen und an dem weiteren Anschlusspunkt liegt die vorbestimmte Spannung an. Somit kann überprüft werden, ob das erste Schaltelement korrekt geschlossen werden kann.According to a further embodiment, the method subsequently comprises a step for closing the first switching element. A malfunction can then be detected if the electrical voltage at the second connection point of the charging connection deviates from a value of the electrical voltage provided at the further connection point. In this configuration, both the first switching element and the second switching element are closed and the predetermined voltage is present at the further connection point. It can thus be checked whether the first switching element can be closed correctly.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren anschließend einen Schritt zum Öffnen des ersten Schaltelements. Daraufhin kann eine Fehlfunktion des ersten Schaltelements detektiert werden, falls eine Differenz zwischen einer elektrischen Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt des Ladeanschlusses und einer elektrischen Spannung an dem Knotenpunkt zwischen den beiden Schaltelementen einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. Alternativ kann eine Fehlfunktion des ersten Schaltelements detektiert werden, falls der Wert einer elektrischen Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt des Ladeanschlusses einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet. Hierdurch kann überprüft werden, ob das erste Schaltelement korrekt geöffnet werden kann.According to a further embodiment, the method subsequently comprises a step for opening the first switching element. A malfunction of the first switching element can then be detected if a difference between an electrical voltage at the second connection point of the charging connection and an electrical voltage at the node between the two switching elements falls below a predetermined threshold value. Alternatively, a malfunction of the first switching element can be detected if the value of an electrical voltage at the second connection point of the charging connection exceeds a predetermined threshold value. This makes it possible to check whether the first switching element can be opened correctly.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren anschließend einen Schritt zum Öffnen des zweiten Schaltelements. Daraufhin kann eine Fehlfunktion des zweiten Schaltelements detektiert werden, falls die elektrische Spannung an Knotenpunkt zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement nicht mit einer vorbestimmten Zeitkonstante abfällt. Bei der vorbestimmten Zeitkonstante kann es sich insbesondere um die Zeitkonstante für die Entladung des Kondensators zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Ladeanschlusses und dem Knotenpunkt zwischen dem ersten und zweiten Schaltelement handeln. Neben der parasitären Selbstentladung des Kondensators kann parallel zu dem Kondensator ein zusätzlicher diskreter Widerstand vorgesehen sein, um im abgeschalteten Zustand den Kondensator innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne auf einen ungefährlichen Spannungswert zu entladen. Hierbei kann überprüft werden, ob bei geöffnetem ersten und zweiten Schaltelement ein mittels der am weiteren Anschlusspunkt bereitgestellten elektrischen Spannung aufgeladener Kondensator sich mit der vorgegebenen Zeitkonstante entlädt. Auf diese Weise kann ein korrektes Öffnen des zweiten Schaltelements überprüft werden.According to a further embodiment, the method then comprises a step for opening the second switching element. A malfunction of the second switching element can then be detected if the electrical voltage at the node between the first switching element and the second switching element does not drop with a predetermined time constant. The predetermined time constant can in particular be the time constant for discharging the capacitor between the first connection point of the charging connection and the node between the first and second switching elements. In addition to the parasitic self-discharge of the capacitor, an additional discrete resistor can be provided parallel to the capacitor in order to discharge the capacitor to a safe voltage value within a predetermined period of time when it is switched off. In this case, it can be checked whether, when the first and second switching elements are open, a capacitor charged by means of the electrical voltage provided at the further connection point discharges with the predetermined time constant. In this way, it can be checked whether the second switching element has opened correctly.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.The above embodiments and developments can be combined with one another as desired, provided this makes sense. Further embodiments, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic forms of the invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:

  • 1: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbildes eines elektrischen Antriebs- und Ladesystems mit einem elektrischen Stromrichter gemäß einer Ausführungsform; und
  • 2: ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zur Überprüfung von Schaltelementen in einem elektrischen Stromrichter gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
Further features and advantages of the invention are explained below with reference to the figures.
  • 1 : a schematic representation of a basic circuit diagram of an electric drive and charging system with an electric power converter according to an embodiment; and
  • 2 : a flow chart underlying a method for checking switching elements in an electrical power converter according to an embodiment.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbildes eines elektrischen Antriebs- und Ladesystems mit einem elektrischen Stromrichter 1 gemäß einer Ausführungsform. Der elektrische Stromrichter 1 umfasst einen Gleichspannungsanschluss 10. An diesem Gleichspannungsanschluss 10 kann zwischen einem negativen Anschlusspunkt 11 und einem positiven Anschlusspunkt 12 ein elektrischer Energiespeicher wie beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs angeschlossen werden. Weiterhin umfasst der elektrische Stromrichter 1 einen Motoranschluss 20. Die Anschlusspunkte 21, 22 und 23 des Motoranschlusses 20 können mit korrespondierenden Phasenanschlüssen einer elektrischen Maschine 2 verbunden werden. Zwischen dem Eingangsanschluss 10 und dem Motoranschluss 20 ist eine Wechselrichterschaltung 50 mit mehreren Halbbrücken angeordnet. Da derartige Wechselrichterschaltungen 50 mit Halbbrücken als bekannt angesehen werden, wird auf eine nähergehende Erläuterung hierbei verzichtet. 1 shows a schematic representation of a basic circuit diagram of an electric drive and charging system with an electric power converter 1 according to an embodiment. The electric power converter 1 comprises a DC voltage connection 10. An electrical energy storage device such as a traction battery of an electric vehicle can be connected to this DC voltage connection 10 between a negative connection point 11 and a positive connection point 12. The electric power converter 1 also comprises a motor connection 20. The connection points 21, 22 and 23 of the motor connection 20 can be connected to corresponding phase connections of an electric machine 2. An inverter circuit 50 with several half-bridges is arranged between the input connection 10 and the motor connection 20. Since such inverter circuits 50 with half-bridges are considered to be known, a more detailed explanation is omitted here.

Weiterhin umfasst der elektrische Stromrichter 1 einen Ladeanschluss 30. Ein erster Anschlusspunkt 31 des Ladeanschlusses 30 ist mit dem negativen Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses 10 verbunden. Zwischen einem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ladeanschlusses 30 und einem weiteren Anschlusspunkt 40 des Stromrichters 1 ist eine Serienschaltung aus einem ersten Schaltelement K1 und einem zweiten Schaltelement K2 vorgesehen. Das erste Schaltelement K1 und das zweite Schaltelement K2 sind dabei an einem Knotenpunkt K miteinander verbunden. Zwischen dem ersten Anschlusspunkt 31 des Ladeanschlusses 30 und dem Knotenpunkt K ist ein Kondensator C vorgesehen.The electrical power converter 1 also comprises a charging connection 30. A first connection point 31 of the charging connection 30 is connected to the negative connection point of the direct voltage connection 10. A series circuit comprising a first switching element K1 and a second switching element K2 is provided between a second connection point 32 of the charging connection 30 and a further connection point 40 of the power converter 1. The first switching element K1 and the second switching element K2 are connected to one another at a node K. A capacitor C is provided between the first connection point 31 of the charging connection 30 and the node K.

Ferner kann ein erster Spannungssensor V1 vorgesehen sein, welcher eine elektrische Spannung an dem Knotenpunkt K erfasst. Ein zweiter Spannungssensor V2 kann eine elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ladeanschlusses erfassen.Furthermore, a first voltage sensor V1 can be provided, which detects an electrical voltage at the node K. A second voltage sensor V2 can detect an electrical voltage at the second connection point 32 of the charging connection.

Die von dem ersten und zweiten Spannungssensor V1, V2 erfassten Spannungswerte können einer Steuereinrichtung 90 bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung 90 kann darüber hinaus die beiden Schaltelemente K1 und K2 sowie die Halbleiterschaltelemente in der Wechselrichterschaltung 50 ansteuern.The voltage values detected by the first and second voltage sensors V1, V2 can be provided to a control device 90. The control device 90 can also control the two switching elements K1 and K2 as well as the semiconductor switching elements in the inverter circuit 50.

Ferner ist ein Motoranschlusspunkt 2a der elektrischen Maschine 2 mit dem weiteren Anschlusspunkt 40 des Stromrichters 1 verbunden. Wie oben beschrieben, kann der Motoranschlusspunkt als Sternpunkt, wie dargestellt, oder als ein Phasenanschlusspunkt ausgeführt sein.Furthermore, a motor connection point 2a of the electric machine 2 is connected to the further connection point 40 of the power converter 1. As described above, the motor connection point can be designed as a star point, as shown, or as a phase connection point.

Eine solche Schaltungsanordnung kann als sogenannter Inverter-Konverter betrieben werden. Hierbei kann in einem ersten Betriebsmodus eine am Gleichspannungsanschluss 10 bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung konvertiert werden, die dazu geeignet ist, die elektrische Maschine 2 anzusteuern. Ferner kann in einem weiteren Betriebsmodus eine am Ladeanschluss 30 bereitgestellte Gleichspannung in eine weitere Gleichspannung konvertiert werden und am Gleichspannungsanschluss 10 bereitgestellt werden, um eine am Gleichspannungsanschluss 10 angeschlossene Batterie, beispielsweise die Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs aufzuladen.Such a circuit arrangement can be operated as a so-called inverter converter. In a first operating mode, a direct voltage provided at the direct voltage connection 10 can be converted into an alternating voltage that is suitable for controlling the electric machine 2. Furthermore, in a further operating mode, a direct voltage provided at the charging connection 30 can be converted into a further direct voltage and provided at the direct voltage connection 10 in order to charge a battery connected to the direct voltage connection 10, for example the traction battery of an electric vehicle.

In dem ersten Betriebsmodus, bei welchem die elektrische Maschine 2 unter Verwendung der am Gleichspannungsanschluss 10 bereitgestellten Gleichspannung angesteuert wird, sind das erste Schaltelement K1 und das zweite Schaltelement K2 geöffnet.In the first operating mode, in which the electric machine 2 is controlled using the direct voltage provided at the direct voltage connection 10, the first switching element K1 and the second switching element K2 are open.

Zum Aufladen der am Gleichspannungsanschluss 10 angeschlossenen Batterie mittels der am Ladeanschluss 30 bereitgestellten Gleichspannung sind das erste Schaltelement K1 und das zweite Schaltelement K2 geschlossen. Gegebenenfalls kann während des Aufladens der Traktionsbatterie am Gleichspannungsanschluss 10 auch eines der beiden Schaltelemente K1, K2, insbesondere das zweite Schaltelement K2 getaktet werden, das heißt es erfolgt ein abwechselndes Öffnen und Schließen dieses Schaltelements K2.The first switching element K1 and the second switching element K2 are closed to charge the battery connected to the DC voltage connection 10 using the DC voltage provided at the charging connection 30. If necessary, one of the two switching elements K1, K2, in particular the second switching element K2, can also be clocked during charging of the traction battery at the DC voltage connection 10, i.e. this switching element K2 is opened and closed alternately.

Um eine sichere Funktion des ersten und zweiten Schaltelements K1, K2 zu überprüfen, kann die Steuereinrichtung 90 an dem ersten Schaltelement K1 und dem zweiten Schaltelement K2 nacheinander vorbestimmte Schaltzustände einstellen und dabei die resultierenden elektrischen Spannungen, die durch den ersten Spannungssensor V1 und den zweiten Spannungssensor V2 erfasst werden, analysieren. Ferner kann mittels des Wechselrichters 1 und der am Motoranschluss angeschlossenen elektrischen Maschine 2 an dem weiteren Anschlusspunkt 40 auch eine vorbestimmte, vorzugsweise für einen Menschen ungefährliche elektrische Spannung bereitgestellt werden. Eine mögliche Abfolge zur Überprüfung der korrekten Funktion des ersten und zweiten Schaltelements K1, K2 wird in Zusammenhang mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren erläutert.In order to check a reliable function of the first and second switching elements K1, K2, the control device 90 can set predetermined switching states on the first switching element K1 and the second switching element K2 one after the other and thereby measure the resulting electrical voltages which are detected by the first voltage sensor V1 and the second voltage sensor V2. Furthermore, a predetermined electrical voltage, which is preferably harmless to humans, can be provided at the further connection point 40 by means of the inverter 1 and the electrical machine 2 connected to the motor connection. A possible sequence for checking the correct function of the first and second switching elements K1, K2 is explained in connection with the method described below.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Überprüfen von Schaltelementen K1, K2 in einem elektrischen Stromrichter 1 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegen kann. Bei dem elektrischen Stromrichter 1 kann es sich insbesondere um den zuvor bereits in Zusammenhang mit 1 beschriebenen elektrischen Stromrichter 1 handeln. 2 shows a flow chart as it can be the basis of a method for checking switching elements K1, K2 in an electrical power converter 1 according to an embodiment. The electrical power converter 1 can in particular be the one already described in connection with 1 described electrical power converter 1.

Zunächst wird in Schritt 100 in der Wechselrichterschaltung 50 ein Freilaufzustand eingestellt. Anschließend werden in Schritt 110 sowohl das erste Schaltelement K1 als auch das zweite Schaltelement K2 geöffnet. Liegt daraufhin die elektrische Spannung an dem Knotenpunkt K zwischen dem ersten Schaltelement K1 und dem zweiten Schaltelement K2 unter einem vorgegebenen Schwellwert bzw. ist annähernd 0 Volt, so wird von einer korrekten Funktion, insbesondere einem korrekten Öffnen des zweiten Schaltelements K2 ausgegangen. Überschreitet die elektrische Spannung an dem Knotenpunkt K dagegen den vorbestimmten Schwellwert, so ist in Schritt 120 von einer Fehlfunktion eines Schaltelements K1, K2 auszugehen.First, in step 100, a freewheeling state is set in the inverter circuit 50. Then, in step 110, both the first switching element K1 and the second switching element K2 are opened. If the electrical voltage at the node K between the first switching element K1 and the second switching element K2 is below a predetermined threshold value or is approximately 0 volts, it is assumed that the second switching element K2 is functioning correctly, in particular that it is opening correctly. If, on the other hand, the electrical voltage at the node K exceeds the predetermined threshold value, it is assumed in step 120 that a switching element K1, K2 is malfunctioning.

Anschließend wird in Schritt 200 das zweite Schaltelement K2 geschlossen. Daraufhin kann in Schritt 210 mittels des elektrischen Stromrichters 1 in Zusammenspiel mit der angeschlossenen elektrischen Maschine 2 an dem Motoranschlusspunkt 2a der elektrischen Maschine 2 und somit an dem weiteren Anschlusspunkt 40 des Stromrichters eine vorbestimmte elektrische Spannung bereitgestellt werden. Hierbei wird das System aus elektrischem Stromrichter 1 und elektrischer Maschine 2 in Form eines Tiefsetzstellers betrieben, um eine für einen Menschen ungefährliche elektrische Spannung unterhalb von 60 Volt, vorzugsweise unterhalb von 48 Volt an dem weiteren Anschlusspunkt 40 bereitzustellen. Daraufhin wird die elektrische Spannung an dem Knotenpunkt K zwischen dem ersten Schaltelement K1 und dem zweiten Schaltelement K2 überprüft. Entspricht die elektrische Spannung an dem Knotenpunkt K zumindest annähernd der bereitgestellten vorbestimmten elektrischen Spannung, so ist das zweite Schaltelement K2 korrekt geschlossen. Andernfalls wird in Schritt 220 eine Fehlfunktion des zweiten Schaltelements detektiert.The second switching element K2 is then closed in step 200. A predetermined electrical voltage can then be provided in step 210 by means of the electrical power converter 1 in conjunction with the connected electrical machine 2 at the motor connection point 2a of the electrical machine 2 and thus at the further connection point 40 of the power converter. The system comprising the electrical power converter 1 and the electrical machine 2 is operated in the form of a step-down converter in order to provide an electrical voltage below 60 volts, preferably below 48 volts, that is safe for humans at the further connection point 40. The electrical voltage at the node K between the first switching element K1 and the second switching element K2 is then checked. If the electrical voltage at the node K at least approximately corresponds to the predetermined electrical voltage provided, the second switching element K2 is correctly closed. Otherwise, a malfunction of the second switching element is detected in step 220.

Daraufhin kann in Schritt 300 die elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ladeanschlusses 30 überprüft werden. Überschreitet die elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ladeanschlusses 30 einen vorbestimmten Schwellwert oder liegt die elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ladeanschlusses 30 gar im Bereich der am weiteren Anschlusspunkt 40 bereitgestellten vorbestimmten elektrischen Spannung, so deutet dies auf ein nicht korrekt geöffnetes erstes Schaltelement K1 hin. Unterschreitet die elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ladeanschlusses 30 dagegen einen vorbestimmten Schwellwert und liegt bei annähernd 0 Volt, so ist das erste Schaltelement K1 korrekt geöffnet.The electrical voltage at the second connection point 32 of the charging connection 30 can then be checked in step 300. If the electrical voltage at the second connection point 32 of the charging connection 30 exceeds a predetermined threshold value or if the electrical voltage at the second connection point 32 of the charging connection 30 is even in the range of the predetermined electrical voltage provided at the further connection point 40, this indicates that the first switching element K1 is not opened correctly. If, on the other hand, the electrical voltage at the second connection point 32 of the charging connection 30 falls below a predetermined threshold value and is approximately 0 volts, the first switching element K1 is opened correctly.

Anschließend wird in Schritt 400 das erste Schaltelement K1 geöffnet. Daraufhin wird die elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ladeanschlusses 30 überprüft. Entspricht die elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ladeanschlusses 30 dabei zumindest annähernd der bereitgestellten vorbestimmten elektrischen Spannung, so ist das erste Schaltelement K1 korrekt geschlossen. Andernfalls wird in Schritt 410 eine Fehlfunktion des ersten Schaltelements K1 detektiert.The first switching element K1 is then opened in step 400. The electrical voltage at the second connection point 32 of the charging connection 30 is then checked. If the electrical voltage at the second connection point 32 of the charging connection 30 corresponds at least approximately to the predetermined electrical voltage provided, the first switching element K1 is correctly closed. Otherwise, a malfunction of the first switching element K1 is detected in step 410.

Anschließend wird in Schritt 500 das erste Schaltelement K1 geöffnet. Daraufhin wird in Schritt 510 eine Differenz zwischen der elektrischen Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ladeanschlusses 30 und einer elektrischen Spannung am Knotenpunkt K zwischen dem ersten Schaltelement K1 und dem zweiten Schaltelement K2 überprüft. Unterschreitet diese Spannungsdifferenz einen vorbestimmten Wert, so deutet dies auf eine Fehlfunktion des ersten Schaltelements K1 hin. Alternativ kann eine Fehlfunktion des ersten Schaltelements K1 auch detektiert werden, wenn der Wert der elektrischen Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ladeanschlusses 30 einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, insbesondere wenn die elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt 32 des Ladeanschlusses 30 signifikant größer als 0 Volt ist.The first switching element K1 is then opened in step 500. Then, in step 510, a difference between the electrical voltage at the second connection point 32 of the charging connection 30 and an electrical voltage at the node K between the first switching element K1 and the second switching element K2 is checked. If this voltage difference falls below a predetermined value, this indicates a malfunction of the first switching element K1. Alternatively, a malfunction of the first switching element K1 can also be detected if the value of the electrical voltage at the second connection point 32 of the charging connection 30 exceeds a predetermined threshold value, in particular if the electrical voltage at the second connection point 32 of the charging connection 30 is significantly greater than 0 volts.

Schließlich wird in Schritt 600 das zweite Schaltelement K2 geöffnet. Daraufhin kann in Schritt 610 eine Fehlfunktion des zweiten Schaltelements K2 detektiert werden, falls die elektrische Spannung an dem Knotenpunkt K zwischen dem ersten Schaltelement K1 und dem zweiten Schaltelement K2 nicht mit einer vorbestimmten Zeitkonstante abfällt.Finally, in step 600, the second switching element K2 is opened. A malfunction of the second switching element K2 can then be detected in step 610 if the electrical voltage at the node K between the first switching element K1 and the second switching element K2 does not drop with a predetermined time constant.

Nachdem alle diese Schritte zur Überprüfung der Schaltelemente K1 und K2 durchlaufen sind, kann eine korrekte Funktion der beiden Schaltelemente K1, K2 diagnostiziert werden, falls zuvor keine Fehlfunktion detektiert worden ist. In diesem Fall kann die Funktion des Stromrichters 1 freigegeben werden. Insbesondere kann nach der Überprüfung ein Aufladen einer am Gleichspannungsanschluss 10 angeschlossenen Traktionsbatterie mittels einer am Ladeanschluss 30 bereitgestellten elektrischen Gleichspannung erfolgen.After all these steps for checking the switching elements K1 and K2 have been completed, the correct function of the two switching elements K1, K2 can be diagnosed, if previously no malfunction has been detected. In this case, the function of the power converter 1 can be enabled. In particular, after the check, a traction battery connected to the direct voltage connection 10 can be charged using an electrical direct voltage provided at the charging connection 30.

Alternativ zu den letztgenannten Schritten 600, 610 für das Überprüfen des korrekten Öffnens des zweiten Schaltelements K2 kann auch das Bereitstellen der vorbestimmten Spannung am weiteren Anschlusspunkt 40 durch den elektrischen Stromrichter 1 gestoppt werden. Daraufhin werden in der Wechselrichterschaltung 50 alle Halbleiterschaltelemente bis auf ein unteres Halbleiterschaltelement geöffnet. Somit kann durch dieses geschlossene untere Halbleiterschaltelement der Kondensator C zwischen dem Knotenpunkt K und dem ersten Anschlusspunkt 31 des Ladeanschlusses 30 entladen werden. Anschließend wird das geschlossene untere Halbleiterschaltelement in der Wechselrichterschaltung 50 ebenfalls geöffnet und ein oberes Halbleiterschaltelement in der Wechselrichterschaltung 50 geschlossen. Daraufhin kann überprüft werden, ob an dem Knotenpunkt K zwischen dem ersten Schaltelement K1 und dem zweiten Schaltelement K2 zumindest annähernd die elektrische Spannung von dem positiven Anschlusspunkt 12 des Gleichspannungsanschlusses 10 anliegt. Andernfalls konnte das zweite Schaltelement K2 nicht korrekt geschlossen werden.As an alternative to the last-mentioned steps 600, 610 for checking the correct opening of the second switching element K2, the provision of the predetermined voltage at the further connection point 40 by the electrical power converter 1 can also be stopped. All semiconductor switching elements in the inverter circuit 50 are then opened except for a lower semiconductor switching element. The capacitor C between the node K and the first connection point 31 of the charging connection 30 can thus be discharged by this closed lower semiconductor switching element. The closed lower semiconductor switching element in the inverter circuit 50 is then also opened and an upper semiconductor switching element in the inverter circuit 50 is closed. It can then be checked whether at least approximately the electrical voltage from the positive connection point 12 of the DC voltage connection 10 is present at the node K between the first switching element K1 and the second switching element K2. Otherwise, the second switching element K2 could not be closed correctly.

In noch einer alternativen Ausführungsform kann für den letzten Schritt 600 zunächst das zweite Schaltelement K2 geöffnet werden. Anschließend wird das Bereitstellen der vorbestimmten Spannung an dem weiteren Anschlusspunkt 40 gestoppt und in der Wechselrichterschaltung 50 werden alle Halbleiterschaltelemente bis auf ein oberes Halbleiterschaltelement geöffnet. Daraufhin kann die elektrische Spannung an dem Knotenpunkt K überprüft werden. Liegt an dem Knotenpunkt K eine elektrische Spannung an, die zumindest annähernd der elektrischen Spannung an dem positiven Anschlusspunkt 12 des Gleichspannungsanschlusses 10 entspricht, so ist das zweite Schaltelement K2 nicht korrekt geöffnet.In yet another alternative embodiment, the second switching element K2 can first be opened for the last step 600. The provision of the predetermined voltage at the further connection point 40 is then stopped and all semiconductor switching elements in the inverter circuit 50 are opened except for an upper semiconductor switching element. The electrical voltage at the node K can then be checked. If an electrical voltage is present at the node K that at least approximately corresponds to the electrical voltage at the positive connection point 12 of the DC voltage connection 10, the second switching element K2 is not correctly opened.

Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung das Überprüfen von Schaltelementen in einem elektrischen Stromrichter, insbesondere einem elektrischen Stromrichter, der als Inverter-Konverter genutzt werden kann. Hierzu wird vorgeschlagen, mittels des elektrischen Stromrichters in einem Tiefsetzsteller-Betrieb eine für einen Menschen ungefährliche elektrische Spannung zu generieren und daraufhin an den zu überprüfenden Schaltelementen nacheinander verschiedene Schaltzustände einzustellen und die elektrischen Spannungen an den Schaltelementen zu analysieren.In summary, the present invention relates to the testing of switching elements in an electrical power converter, in particular an electrical power converter that can be used as an inverter converter. For this purpose, it is proposed to use the electrical power converter in a step-down converter mode to generate an electrical voltage that is safe for humans and then to set different switching states one after the other on the switching elements to be tested and to analyze the electrical voltages on the switching elements.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102018207188 A1 [0003]DE 102018207188 A1 [0003]

Claims (10)

Elektrischer Stromrichter (1), mit einem Gleichspannungsanschluss (10) mit einem positiven Anschlusspunkt (12) und einem negativen Anschlusspunkt (11), wobei der Gleichspannungsanschluss (10) dazu ausgelegt ist, mit einem elektrischen Energiespeicher gekoppelt zu werden; einem Motoranschluss (20), der dazu ausgelegt ist, mit einer elektrischen Maschine (2) gekoppelt zu werden; einer Wechselrichterschaltung (50), mit mehreren Halbbrücken, wobei die Wechselrichterschaltung (50) an einer Gleichspannungsschnittstelle mit dem Gleichspannungsanschluss (10) verbunden ist und an einer Wechselspannungsschnittstelle mit dem Motoranschluss (20) verbunden ist; einem Ladeanschluss (30), der dazu ausgelegt ist, mit einer Gleichspannungs-Ladestation für ein Elektrofahrzeug gekoppelt zu werden, wobei ein erster Anschlusspunkt (31) des Ladeanschlusses (30) elektrisch mit dem negativen Anschlusspunkt (11) des Gleichspannungsanschlusses (10) gekoppelt ist; einem weiteren Anschlusspunkt (40), der dazu ausgelegt ist, mit einem Motoranschlusspunkt (2a) der elektrischen Maschine (2) gekoppelt zu werden; einem ersten Schaltelement (K1), das zwischen einem zweiten Anschlusspunkt (32) des Ladeanschlusses (30) und einem Knotenpunkt (K) angeordnet ist; einem zweiten Schaltelement (K2), das zwischen dem Knotenpunkt (K) und dem weiteren Anschlusspunkt (40) angeordnet ist; einem Kondensator (C), der zwischen dem ersten Anschlusspunkt (31) des Ladeanschlusses (30) und dem Knotenpunkt (K) angeordnet ist; einem ersten Spannungssensor (V1), der dazu ausgelegt ist, eine elektrische Spannung an dem Knotenpunkt (K) zwischen dem ersten Schaltelement (K1) und dem zweiten Schaltelement (K2) zu erfassen; einem zweiten Spannungssensor (V2), der dazu ausgelegt ist, eine elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt (32) des Ladeanschlusses (30) zu erfassen; und einer Steuereinrichtung (90), die dazu ausgelegt ist, eine Funktionsfähigkeit des ersten Schaltelements (K1) und des zweiten Schaltelements (K2) unter Verwendung der Messwerte vor dem ersten Spannungssensor (V1) und dem zweiten Spannungssensor (V2) zu überprüfen.Electrical power converter (1), with a DC voltage connection (10) with a positive connection point (12) and a negative connection point (11), wherein the DC voltage connection (10) is designed to be coupled to an electrical energy storage device; a motor connection (20) which is designed to be coupled to an electrical machine (2); an inverter circuit (50) with a plurality of half bridges, wherein the inverter circuit (50) is connected to the DC voltage connection (10) at a DC voltage interface and is connected to the motor connection (20) at an AC voltage interface; a charging connection (30) which is designed to be coupled to a DC voltage charging station for an electric vehicle, wherein a first connection point (31) of the charging connection (30) is electrically coupled to the negative connection point (11) of the DC voltage connection (10); a further connection point (40) which is designed to be coupled to a motor connection point (2a) of the electric machine (2); a first switching element (K1) which is arranged between a second connection point (32) of the charging connection (30) and a node point (K); a second switching element (K2) which is arranged between the node point (K) and the further connection point (40); a capacitor (C) which is arranged between the first connection point (31) of the charging connection (30) and the node point (K); a first voltage sensor (V1) which is designed to detect an electrical voltage at the node point (K) between the first switching element (K1) and the second switching element (K2); a second voltage sensor (V2) which is designed to detect an electrical voltage at the second connection point (32) of the charging connection (30); and a control device (90) which is designed to check the functionality of the first switching element (K1) and the second switching element (K2) using the measured values before the first voltage sensor (V1) and the second voltage sensor (V2). Elektrischer Stromrichter (1) nach Anspruch 1, wobei der elektrische Stromrichter (1) dazu ausgelegt ist, unter Verwendung einer an dem Motoranschluss (30) und dem weiteren Anschlusspunkt (40) angeschlossenen elektrischen Maschine (2) an dem weiteren Anschlusspunkt (40) eine vorbestimmte elektrische Spannung bereitzustellen, und wobei die Steuereinrichtung (90) dazu ausgelegt ist, das Bereitstellen der vorbestimmten elektrischen Spannung zu steuern.Electric power converter (1) according to Claim 1 , wherein the electrical power converter (1) is designed to provide a predetermined electrical voltage at the further connection point (40) using an electrical machine (2) connected to the motor connection (30) and the further connection point (40), and wherein the control device (90) is designed to control the provision of the predetermined electrical voltage. Elektrischer Stromrichter (1) nach Anspruch nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (90) dazu ausgelegt ist, zur Überprüfung des ersten Schaltelements (K1) und des zweiten Schaltelements (K2) an dem ersten Schaltelement (K1) und dem zweiten Schaltelement (K2) nacheinander vorbestimmte Schaltzustände einzustellen und dabei die an dem weiteren Anschlusspunkt (40) bereitgestellte elektrische Spannung zu steuern.Electric power converter (1) according to claim Claim 1 or 2 , wherein the control device (90) is designed to set predetermined switching states on the first switching element (K1) and the second switching element (K2) one after the other in order to check the first switching element (K1) and the second switching element (K2) and to control the electrical voltage provided at the further connection point (40). Elektrisches Antriebs- und Ladesystem, mit eine elektrische Maschine (2); und einem elektrischen Stromrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei Phasenanschlüsse elektrischen Maschine (2) mit korrespondierenden Anschlusspunkten (21, 22, 23) des Motoranschlusses (20) des elektrischen Stromrichters (1) verbunden sind, und wobei ein Motoranschlusspunkt (2a) der elektrischen Maschine (2) mit dem weiteren Anschlusspunkt (40) des elektrischen Stromrichters (1) verbunden ist.Electric drive and charging system, with an electric machine (2); and an electric power converter (1) according to one of the Claims 1 until 3 , wherein phase connections of the electrical machine (2) are connected to corresponding connection points (21, 22, 23) of the motor connection (20) of the electrical power converter (1), and wherein a motor connection point (2a) of the electrical machine (2) is connected to the further connection point (40) of the electrical power converter (1). Verfahren zur Überprüfung von Schaltelementen in einem elektrischen Stromrichter (1) nach Anspruch 1 unter Verwendung einer an dem Motoranschluss (20) und dem weiteren Anschlusspunkt (40) angeschlossenen elektrischen Maschine (2), mit den Schritten: Einstellen (100) eines Freilaufzustandes in der Wechselrichterschaltung (50) des elektrischen Stromrichters (1); Öffnen (110) des ersten Schaltelements (K1) und des zweiten Schaltelements (K2); Detektieren (120) einer Fehlfunktion des zweiten Schaltelements (K2), falls eine elektrische Spannung an dem Knotenpunkt (K) zwischen dem ersten Schaltelement (K1) und dem zweiten Schaltelement (K2) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.Method for testing switching elements in an electrical power converter (1) according to Claim 1 using an electrical machine (2) connected to the motor connection (20) and the further connection point (40), with the steps: setting (100) a freewheeling state in the inverter circuit (50) of the electrical power converter (1); opening (110) the first switching element (K1) and the second switching element (K2); detecting (120) a malfunction of the second switching element (K2) if an electrical voltage at the node (K) between the first switching element (K1) and the second switching element (K2) exceeds a predetermined threshold value. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Verfahren anschließend die folgenden Schritte umfasst: Schließen (200) des zweiten Schaltelements (K2); Bereitstellen (210) einer vorbestimmten elektrischen Spannung an dem weiteren Anschlusspunkt (40) des Stromrichters (1) mittels des elektrischen Stromrichters (1); Detektieren (220) einer Fehlfunktion des zweiten Schaltelements (K2), falls eine elektrische Spannung an dem Knotenpunkt (K) zwischen dem ersten Schaltelement (K1) und dem zweiten Schaltelement (K2) von dem Wert der an dem weiteren Anschlusspunkt (40) bereitgestellten elektrischen Spannung abweicht.Procedure according to Claim 5 , the method subsequently comprising the following steps: closing (200) the second switching element (K2); providing (210) a predetermined electrical voltage at the further connection point (40) of the power converter (1) by means of the electrical power converter (1); detecting (220) a malfunction of the second switching element (K2) if an electrical voltage at the node (K) between the first switching element (K1) and the second switching element (K2) deviates from the value of the electrical voltage provided at the further connection point (40). Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren anschließend die folgenden Schritte umfasst: Detektieren (300) einer Fehlfunktion des ersten Schaltelements (K1), falls eine elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt (32) des Ladeanschlusses (30) einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.Procedure according to Claim 6 , the method subsequently comprising the following steps: detecting (300) a malfunction of the first switching element (K1) if an electrical voltage at the second connection point (32) of the charging connection (30) exceeds a predetermined threshold value. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren anschließend die folgenden Schritte umfasst: Schließen (400) des ersten Schaltelements (K1); Detektieren (410) einer Fehlfunktion, falls die elektrische Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt (32) des Ladeanschlusses (30) von einem Wert der an dem weiteren Anschlusspunkt (40) bereitgestellten elektrischen Spannung abweicht.Procedure according to Claim 7 , the method subsequently comprising the following steps: closing (400) the first switching element (K1); detecting (410) a malfunction if the electrical voltage at the second connection point (32) of the charging connection (30) deviates from a value of the electrical voltage provided at the further connection point (40). Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren anschließend die folgenden Schritte umfasst: Öffnen (500) des ersten Schaltelements (K1); Detektieren (510) einer Fehlfunktion des ersten Schaltelements (K1), falls eine Differenz zwischen einer elektrischen Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt (32) des Ladeanschlusses (30) und einer elektrischen Spannung an dem Knotenpunkt (K) einen vorbestimmten Wert unterschreitet oder der Wert einer elektrischen Spannung an dem zweiten Anschlusspunkt (32) des Ladeanschlusses (30) einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet.Procedure according to Claim 8 , the method subsequently comprising the following steps: opening (500) the first switching element (K1); detecting (510) a malfunction of the first switching element (K1) if a difference between an electrical voltage at the second connection point (32) of the charging connection (30) and an electrical voltage at the node point (K) falls below a predetermined value or the value of an electrical voltage at the second connection point (32) of the charging connection (30) exceeds a predetermined threshold value. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Verfahren anschließend die folgenden Schritte umfasst: Öffnen (600) des zweiten Schaltelements (K2); Detektieren (610) einer Fehlfunktion des zweiten Schaltelement (K 2), falls die elektrische Spannung an dem Kontenpunkt (K) zwischen dem ersten Schaltelement (K1) und dem zweiten Schaltelement (K2) nicht mit einer vorbestimmten Zeitkonstante abfällt.Procedure according to Claim 9 , the method subsequently comprising the following steps: opening (600) the second switching element (K2); detecting (610) a malfunction of the second switching element (K 2) if the electrical voltage at the junction point (K) between the first switching element (K1) and the second switching element (K2) does not drop with a predetermined time constant.
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