DE112006003379B4

DE112006003379B4 - Vorrichtung, System und Verfahren für das Erfassen von Wechselstromschienenverlust und das Trennen von Wechselstromschienen bei Elektrofahrzeugen mit einer Hilfsstromversorgung

Info

Publication number: DE112006003379B4
Application number: DE112006003379.4T
Authority: DE
Inventors: Fengtai Huang
Original assignee: Vitesco Technologies USA LLC
Current assignee: Vitesco Technologies USA LLC
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2024-03-14
Anticipated expiration: 2026-12-22
Also published as: WO2007081531A2; JP2009521901A; DE112006003379T5; US20070147097A1; US7616460B2; WO2007081531A3

Abstract

Stromversorgungssystem (100), das Folgendes umfasst:eine erste Stromversorgung (110) zum Bereitstellen von Strom,einen an die erste Stromversorgung (110) gekoppelten Wechselrichter (108) zum Umwandeln des von der ersten Stromversorgung (110) bereitgestellten Stroms in eine Form,die von einer elektrischen Last (102) genutzt werden kann,eine an einen Strombus (122) gekoppelte zweite Stromversorgung (116) zum Bereitstellen eines Signals auf dem Strombus (122),eine Schaltsteuereinheit (206) zum Einwirken auf das Strombussignal, um ein geschaltetes Signal zu erhalten,eine Wechselrichteransteuereinheit (150), die an den Strombus (122) gekoppelt ist, um das geschaltete Signal zu empfangen, und an den Wechselrichter (108) gekoppelt ist, um für diesen geschaltete Signale zum Steuern der Umwandlung des von der ersten Stromversorgung (110) bereitgestellten Stroms bereitzustellen, undein an den Strombus gekoppeltes Modul (140) zum Erfassen einer bestimmten Bedingung des Strombusses (122) und zum Senden eines Steuersignals zum Entkoppeln der Wechselrichteransteuereinheit (150) von dem Strombus (122), wenn die Bedingung erfasst wird.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Stromversorgungssysteme und insbesondere - jedoch nicht ausschließlich - das Erfassen von Ausfällen oder anderen Fehlfunktionen in einem Stromversorgungssystem eines Elektrofahrzeugs mit einer Hilfsstromversorgung (House Keeping Power Supply).
Elektrochemische Brennstoffzellensysteme werden für die Verwendung als Stromversorgung in einer Anzahl von Anwendungsfällen entwickelt, wie beispielsweise in Fahrzeugen, stationären Antriebssystemen und anderen Anwendungen. Brennstoffzellen setzen Reaktanten (Brennstoff und Oxidationsmittel) um und erzeugen dabei elektrischen Strom und Reaktionsprodukte (wie Wasser). Solche Brennstoffzellensysteme versprechen Energie, die - anders als bei konventionellen Energiequellen wie beispielsweise mit fossilen Brennstoffen gefeuerten Wärmekraftwerken, Kernkraftwerken und Wasserkraftwerken, die alle mit umweltbezogenen Problemen belastet sind - im Wesentlichen keine Umweltverschmutzung verursacht.
Bei einem Umsetzungsbeispiel kann eine elektrische Wechselstrommaschine über einen Leistungswechselrichter an ein Gleichstromsystem gekoppelt sein. Wenn die elektrische Wechselstrommaschine beispielsweise als Motor eines Fahrzeugs betrieben wird, invertiert der Wechselrichter Gleichstrom (aus den Brennstoffzellen oder einer anderen Art Gleichstromversorgung, wie beispielsweise Solarzellen) in Wechselstrom und liefert den Wechselstrom an die elektrische Wechselstrommaschine.
Eine Gleichstromseite des Wechselrichters kann an einen Hochspannungs-Gleichstrombus (HVDC-Schiene) gekoppelt sein. Es sind üblicherweise auch andere Komponenten an die HVDC-Schiene gekoppelt, zu denen u.a. auch die Brennstoffzellen oder eine andere Gleichstromquelle gehören. Der Wechselrichter kann mehrere Schaltelemente aufweisen, wie beispielsweise sechs IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate), die Paare aus Schaltelementen für einen 3-phasigen Wechselrichter umfassen, wobei eine Systemsteuerung das Schalten der Transistoren und andere dazugehörige Operationen des Stromversorgungssystems steuert. Ein Ausführungsbeispiel für einen Wechselrichter ist in der eigenen US-Patentanmeldung Nr. 6,927,988 mit dem Titel „METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING FAULT DIAGNOSTICS ON INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR CONVERTER CIRCUITS“ beschrieben.
Die Druckschrift DE 197 10 319 A1 beschreibt eine Schaltung zum Überstromschutz einer Halbleiterschaltung, wobei ein Schalttransistor an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, der eine getaktete Gleichspannung erzeugt. Die getaktete Gleichspannung regt eine Primärspule eines Transformators an. In einer Sekundärspule des Transformators wird dadurch eine entsprechende Wechselspannung erzeugt. Eine Überwachungseinrichtung wird von der Wechselspannung (nach Glättung) versorgt und umfasst einen Stromfühler, der den Strom misst, welcher von der Gleichspannungsquelle an eine Inverter-Brückenschaltung fließt, die von der Gleichspannungsquelle gespeist wird. Wird ein Überstrom von dem Stromfühler erfasst, unterbricht die Überwachungseinrichtung eine Stromzufuhr eines Zerhackers, der über einen weiteren Transformator einen Steuerimpulsgenerator der Inverter-Brückenschaltung versorgt.
Die nachveröffentlichte DE 11 2006 003 189 T5 betrifft eine Überspannungskontrolle in einem Energieversorgungssystem mit einem Hochvolt-Gleichspannungsbus.
Um Strom und/ oder elektrische Signale für die Systemsteuerung und/ oder andere Funktionseinheiten bereitzustellen, kann eine Hilfsstromversorgung (HKPS - House Keeping Power Supply) verwendet werden. Bei Gleichstromimplementierungen wird der Gleichstromausgang der HKPS über einen Gleichstrombus an die Systemsteuerung und die einzelnen elektrischen Funktionseinheiten des Fahrzeugs geführt. Der Gleichstromausgang der HKPS wird dann dem Bedarf der Systemsteuerung und/ oder der Funktionseinheiten entsprechend lokal in verschiedene Gleichspannungspegel umgewandelt. Bei dieser Gleichstrombus-Lösung werden mehrere Gleichstromwandler verwendet. Bei der Verwendung mehrerer Gleichstromwandler gibt es jedoch einige Nachteile, zu denen die Notwendigkeit von komplizierten Schaltungen, erhöhte Kosten, verstärkte Probleme hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und eine geringere Zuverlässigkeit des Systems gehören.
Eine alternative Implementierung besteht darin, eine HKPS mit einem Wechselstrombus zu verwenden. Das heißt, die HKPS wandelt Eingangsgleichstrom in Ausgangswechselstrom um und verteilt den Ausgangswechselstrom über einen Wechselstrombus an die Systemsteuerung und/ oder an Funktionseinheiten des Fahrzeugs.
Ausfälle und andere Fehlfunktionen der HKPS müssen erfasst werden. Zu solchen Fehlfunktionen kann zum Beispiel Folgendes zählen: Stromausfall auf des Wechselstrombuses, ungewöhnlich hohe(r) oder niedrige(r) Spannung oder Strom, Trennungen des Strombusses oder eine andere ungewöhnliche Bedingung oder ein anderer ungewöhnlicher Zustand des Wechselstrombusses. Wenn auf die Fehlfunktionen nicht reagiert wird (wie beispielsweise durch Trennen der HKPS vom Stromversorgungssystem), dann kann es aufgrund von undefinierten Zuständen oder anderen verstärkend wirkenden Faktoren zur Beschädigung an Hochleistungsbauelementen oder anderen Komponenten in dem Stromversorgungssystem kommen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt umfasst ein Stromversorgungssystem Folgendes: eine erste Stromversorgung zum Bereitstellen von Strom, einen an die erste Stromversorgung gekoppelten Wechselrichter zum Umwandeln des von der ersten Stromversorgung bereitgestellten Stroms in eine Form, die von einer elektrischen Last genutzt werden kann, eine an einen Strombusgekoppelte zweite Stromversorgung zum Bereitstellen eines Signals auf dem Strombus, eine Schaltsteuereinheit zum Einwirken auf das Signal auf dem Strombus, um ein geschaltetes Signal zu erhalten, eine Wechselrichteransteuereinheit, die an den Strombus gekoppelt ist, um das geschaltete Signal zu empfangen, und an den Wechselrichter gekoppelt ist, um für diesen Signale zum Steuern der Umwandlung des von der ersten Stromversorgung bereitgestellten Stroms bereitzustellen, und ein an den Strombus gekoppeltes Modul zum Erfassen einer bestimmten Bedingung des Strombusses und zum Senden eines Steuersignals zum Entkoppeln der Wechselrichteransteuereinheit von dem Strombus, wenn die Bedingung erfasst wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszahlen ähnliche Elemente oder Aktionen. Größe und relative Position der Elemente in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht gezeichnet. Die Formen verschiedener Elemente und Winkel sind beispielsweise nicht maßstabsgerecht gezeichnet, und einige dieser Elemente wurden beliebig vergrößert und positioniert, damit sich die Zeichnung besser lesen lässt. Des Weiteren sollen die gezeichneten Formen der Elemente keine Informationen hinsichtlich der tatsächlichen Form dieser Elemente angeben und wurden lediglich deshalb gewählt, weil sie in den Zeichnungen einfach erkennbar sind.

1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Stromversorgungssystems mit einer Hilfsstromversorgung (HKPS) zum Bereitstellen eines Wechselstromsignals für einen Wechselstrombus und ein Wechselstrombus-Fehlfunktionserfassungs- und -Schutzmodul.
2 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Wechselstrombus-Fehlfunktionserfassungs- und -Schutzmoduls aus 1.
3 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Wechselstrombus-Spannungsmessschaltung des Moduls aus 1.
4 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform einer Vergleichs- und Zeitgeberschaltung des Moduls aus 1.
5 ist ein Schaltbild einer Ausführungsform eines Schaltregelkreises des Moduls aus 1.
6 ist ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Erfassen einer Fehlfunktion in dem Wechselstrombus und zum Schützen des Stromversorgungssystems aus 1 vor der Fehlfunktion.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Überblick stellt eine Ausführungsform eine Schaltungskonfiguration zum Erfassen einer Fehlfunktion (wie beispielsweise der Erfassung eines Wechselstrombusverlusts, Trennung des Wechselstrombusses oder die Erfassung einer anderen ungewöhnlichen Bedingung) in einem Stromversorgungssystem zur Verfügung, zu dem eine Hilfsstromversorgung (HKPS - House Keeping Power Supply) gehört. Die Schaltungskonfiguration kann als Reaktion auf die ungewöhnliche Bedingung ein Wechselstrombusverlust-Signal oder ein anderes Signal bereitstellen, so dass geeignete Maßnahmen ergriffen werden können, um das Stromversorgungssystem vor einer Beschädigung zu schützen.
1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Stromversorgungssystems 100. Das Stromversorgungssystem 100 kann einen Elektromotor 102 oder eine andere Last über einen Strombus 106 mit Wechselstrom (AC - Alternating Current) versorgen. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst der Elektromotor 102 einen Motor eines Fahrzeugs.
Das Stromversorgungssystem 100 enthält unter anderen (nicht gezeigten) Komponenten einen Leistungswechselrichter 108, eine Hauptstromversorgung 110, einen Hochspannungsgleichstrombus (HVDC-Schiene) 112, eine Systemsteuerung 114, eine Hilfsstromversorgung (HKPS - House Keeping Power Supply) 116, eine Batterie 118 und eine Ersatzstromversorgung 120. Die Gleichstromseite des Wechselrichters 108 und die Hauptstromversorgung 110 sind an die HVDC-Schiene 112 gekoppelt, die bei einem Ausführungsbeispiel eine Gleichspannung im Bereich zwischen 0 V und 450 V führt. Der Elektromotor 102 ist über den Strombus 106 an die Wechselstromseite des Wechselrichters 108 gekoppelt.
Die HKPS 116 führt der Systemsteuerung 114 über eine Verbindung 124 Strom zu. Bei einigen Ausführungsformen kann die HKPS 116 anderen Funktionseinheiten über die Verbindung 124 oder andere (nicht gezeigte) Verbindungen Strom zuführen. Die HKPS 116 erhält in der Regel von der Hauptstromversorgung 110 über eine Verbindung 126 mit hoher Eingangsspannung Strom und wandelt den aufgenommenen Strom in Spannungs- und/ oder Stromsignale um, die sich für das Betreiben der Systemsteuerung 114 eignen. Gemäß einer Ausführungsform fungiert die HKPS 116 als zentrales Gleichstrom-Wechselstrom-Bauelement, das Gleichstromleistung aus der Hauptstromversorgung 110 in Wechselstromleistung für die Systemsteuerung 114 umwandelt.
Falls die HKPS 116 von der Hauptstromversorgung 110 keinen Strom erhält, kann die Batterie 118 zur Ersatzstromversorgung eines Niedrigspannungseingangs der HKPS 116 über eine Verbindung 128 verwendet werden. Die HKPS 116 kann zusätzlich beim Einschalten von der Batterie 118 über die Verbindung 128 Strom erhalten und den aufgenommenen Strom in ein oder mehrere Signale für das Betreiben der Systemsteuerung 114 oder anderer Komponenten des Systems 100 umwandeln. Sobald die Hauptstromversorgung 110 für den vollständigen Betrieb bereit ist, kann die HKPS 116 ihren Strom statt von der Batterie 118 von der Hauptstromversorgung 110 erhalten.
Der Ausgang der HKPS 116 umfasst bei einer Ausführungsform eine hochfrequente Wechselspannung, die der Systemsteuerung 114 zugeführt wird. Die Systemsteuerung 114 führt die Wechselspannung wiederum über einen Strombus 122 einem Wechselstrombus-Fehlfunktionserfassungs- und -Schutzmodul 140 zu. Unter normalen Betriebsbedingungen führt das Wechselstrombus-Fehlfunktionserfassungs- und -Schutzmodul 140 dann die Wechselspannung über einen Strombus 154 einer Wechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150 zu. Bei einer Ausführungsform umfasst die Wechselspannung auf dem Strombus 122 für die Wechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150 ein Wechselstromsignal mit einer Frequenz und einer Amplitude (wie 200 kHz, 15 V~, als nicht einschränkendes Beispiel). Daher wird der Strombus 122, da es sich bei dem Signal darauf um ein Wechselstromsignal handelt, in dieser Offenbarung durchgehend als „Wechselstrombus“ bezeichnet.
Im Betrieb versorgt der Wechselrichter 108 den Elektromotor 102 durch Invertieren von (aus der Hauptstromversorgung 110 über die HVDC-Schiene 112 aufgenommener) Gleichstromleistung in Wechselstromleistung mit Strom. Damit der Wechselrichter 108 die Gleichstromleistung invertiert, führt die Systemsteuerung 114 der Wechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150 auf dem Strombus 152 Wechselstromsignale zu, um die Schaltoperationen der Schaltelemente im Wechselrichter 108 über Signalleitungen 156 zu steuern oder anderweitig zu bestimmen. Diese Schaltelemente des Wechselrichters 108 einer Ausführungsform umfassen mehrere Transistorbauelemente, wie beispielsweise u.a. FET (Feldeffekttransistoren), MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) oder IGBT (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) und dazugehörige Komponenten.
Falls die Wechselspannung an dem Strombus 122 verloren geht, kann die Ersatzstromversorgung 120 über eine Verbindung 136 den Schaltelementen des Wechselrichters 108 vorgegebene Gate-Spannungen zuführen. Eine Ausführungsform der Ersatzstromversorgung 120 kann außerdem über eine Verbindung 130 die Spannung der HVDC-Schiene 112 überwachen. Es kann zum Beispiel der Ersatzstromversorgung 120 über die Verbindung 130 von der Hauptstromversorgung 110 ein Statussignal oder ein anderes geeignetes Signal zugeführt werden, das den Status der HVDC-Schiene 112 angibt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Ersatzstromversorgung 120 Komponenten enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie die Betriebsspannung der HVDC-Schiene 112 direkt überwachen. Einige Ausführungsformen des Systems 100 können Komponenten enthalten, die die Betriebsfähigkeit der Ersatzstromversorgung 120 testen und/ oder der Systemsteuerung 114 beispielsweise über eine Verbindung 134 den Betriebszustand der Ersatzstromversorgung 120 anzeigen.
Damit der Wechselrichter 108 zuverlässig schalten kann und der Elektromotor 102 zuverlässig angetrieben wird, muss auf dem Strombus 122 eine stabile Wechselstrombusspannung vorliegen. Der Betrieb der Wechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150 mit einer instabilen Wechselstrombusspannung, insbesondere der vollständige Verlust der Wechselstrombusspannung oder unerwünschte Veränderungen der Wechselstrombusspannung (wie Spannungsabfällen oder Spannungserhöhungen), kann zu einer Fehlfunktion im Wechselrichter 108 und/ oder einer Beschädigung an Komponenten des Systems 100 führen.
Dementsprechend versieht eine Ausführungsform das System 100 mit dem Wechselstrombus-Fehlfunktionserfassungs- und -Schutzmodul 140. Wenn das Modul 140 eine ungewöhnliche Bedingung auf der Strombus 122 erfasst, kann es die Wechselstrombus 122 von der Wechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150 abkoppeln oder anderweitig isolieren. Eine Ausführungsform des Moduls 140 erzeugt ein Steuersignal oder eine Anzeige, wenn die ungewöhnliche Bedingung erfasst wurde, einschließlich eines Wechselstrombusverlust-Signals. Das Wechselstrombusverlust-Signal kann beispielsweise über die Signalleitungen 142 und/ oder 158 übertragen werden. Das System 100 reagiert auf das Wechselstrombusverlust-Signal und ermittelt die geeignete zu ergreifende Schutzmaßnahme.
Gemäß einer Ausführungsform basiert die Art der Vorsichtsmaßnahme auf dem Spannungspegel der HVDC-Schiene 112. Wenn der Spannungspegel der HVDC-Schiene 112 unter einem bestimmten Pegel liegt, werden alle Schaltbefehlsignale von der Systemsteuerung 114 an die Wechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150 (über den Strombus 152) deaktiviert. Wenn sich in dem Wechselrichter 108 sechs Schaltelemente befinden, werden somit alle sechs Schaltbefehlssignale für diese Schaltelemente deaktiviert. Diese Deaktivierung erfolgt, um ein Schalten unter Verwendung des Reststroms in der Wechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150 zu verhindern.
Wenn der Spannungspegel der HVDC-Schiene 112 über einem bestimmten Pegel liegt, dann wird die Ersatzstromversorgung 120 aktiviert, indem beispielsweise über eine Verbindung 142 zwischen dem Modul 140 und der Ersatzstromversorgung 120 ein Aktivierungssignal gesendet wird. Infolgedessen schaltet die Ersatzstromversorgung 120 die oberen Schaltelemente in dem Wechselrichter 108 ein und die unteren Schaltelemente in dem Wechselrichter 108 aus (oder umgekehrt). Dadurch wird eine Überspannung auf der HVDC-Schiene 112 vermieden. Bei einer Ausführungsform wird ein Wechselstrombusverlust-Signal erzeugt, um diese Schutzmaßnahmen einzuleiten, nachdem das Modul 140 eine Fehlfunktion auf dem Strombus 122 erfasst hat und der Wechselstrombus 122 von der Wechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150 isoliert oder anderweitig getrennt worden ist.
Bei einer Ausführungsform kann die Systemsteuerung 114 an ein maschinenlesbares Speichermedium 146 mit darauf gespeicherten maschinenlesbaren Anweisungen 144 (wie Software oder anderen maschinenlesbaren Anweisungen), die von einem Prozessor ausgeführt werden können, gekoppelt sein. Solche maschinenlesbaren Anweisungen 144 können beispielsweise Software enthalten, die mit dem Betrieb des Stromversorgungssystems 100 in Zusammenhang steht.
Die 2 bis 5 zeigen zusätzliche Einzelheiten hinsichtlich der oben beschriebenen Erfassungs- und Schutzmaßnahmen. In 2 ist zunächst bei 200 allgemein eine Ausführungsform eines Teilsystems gezeigt, das das Wechselstrombusn-Fehlfunktionserfassungs- und -Schutzmodul 140 enthält. Unter normalen Betriebsbedingungen wird die Wechselstrombusspannung (die in 2 auf nicht einschränkende, erläuternde Weise als Rechtecksignal mit einer Frequenz von 200 kHz und einer Amplitude von 15 V dargestellt ist) von der Systemsteuerung 114 dem Strombus 122 zugeführt, nachdem sie von der HKPS 116 empfangen wurde. Die Wechselstrombusspannung auf dem Strombus 122 wird ihrerseits über einen Schaltkreis 204, einen Transformator T2 und der Strombus 154 der Wechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150 zugeführt. Der Schaltkreis 204 reagiert auf ein Ausgangssignal eines Schaltregelblocks 206 (entsprechend einer Schaltsteuereinheit).
Eine Ausführungsform des Moduls 140 misst oder ermittelt auf andere Weise die Wechselspannung auf dem Strombus 122 mit Hilfe eines Transformators T1 mit einem an den Strombus 122 angekoppelten Eingangsanschluss, eines an einen Ausgangsanschluss des Transformators T1 angekoppelten Gleichrichters 208 und eines an den Gleichrichter 208 angekoppelten Spannungsteilers 210. Weitere Einzelheiten hinsichtlich des Betriebs des Transformators T1, des Gleichrichters 208 und des Spannungsteilers 210 werden weiter unten in Bezug auf 3 angegeben.
Zwei Vergleichsschaltungen 212 und 214 (mit den Komparatoren A beziehungsweise B) sind so angekoppelt, dass sie den Ausgang des Spannungsteilers 210 empfangen, der die gemessene oder anderweitig ermittelte Wechselspannung auf dem Strombus 122 darstellt. Gemäß einer Ausführungsform vergleichen die Komparatoren 212 und 214 die gemessene Wechselspannung auf dem Strombus 122 mit mindestens einer definierten Referenzspannung. Ein Ausgang der Vergleichsschaltungen 212 und 214 wird über eine Verbindung 216 dem Schaltregelblock 206 als Eingang zugeführt.
Wenn die gemessene Wechselspannung auf dem Strombus 122 unter einem ersten Spannungspegel liegt (wie beispielsweise unter 80% einer Nennwechselspannung auf dem Strombus 122), dann wird nach einem vorgegebenen Zeitraum, der von einem Zeitgeber 218 nachverfolgt werden kann, auf der Verbindung 216 ein Aktivierungssignal zum Aktivieren des Schaltregelblocks 206 gesendet. Ein Beispiel für den vorgegebenen Zeitraum sind 10 Perioden der Wechselspannung an dem Strombus 122.
Wenn die gemessene Wechselspannung auf dem Strombus 122 unter einem zweiten Spannungspegel liegt (wie beispielsweise unter 20% einer Nennwechselspannung auf dem Strombus 122), dann wird auf der Verbindung 216 ein Aktivierungssignal zum sofortigen Aktivieren des Schaltregelblocks 206 gesendet, ohne dass eine Verzögerung implementiert werden muss.
3 zeigt eine Ausführungsform einer Wechselstrombus-Spannungsbestimmungsschaltung, die den Gleichrichter 208 und den Spannungsteiler 210 aus 2 genauer zeigt. Der Transformator T1 einer Ausführungsform umfasst einen Transformator mit einem Windungsverhältnis von 1:1, der für die Isolierung zwischen dem Strombus 122 und der Wechselstrombus-Spannungsbestimmungsschaltung sorgt.
Der Gleichrichter 208 umfasst eine Diode D1, die an den Ausgangsanschluss des Transformators T1 gekoppelt ist, und einen Kondensator C1, der an einen Ausgangsanschluss der Diode D1 gekoppelt ist. Die Diode D1 und der Kondensator C1 sorgen für das Gleichrichten und Filtern der auf dem Strombus 122 bereitgestellten Wechselspannung (wie beispielsweise 15 V Wechselspannung) in eine Gleichspannung (wie beispielsweise 15 V Gleichspannung). Der Spannungsteiler 210 einer Ausführungsform umfasst die Widerstände R1 und R2, die die Gleichspannung teilen, indem sie beispielsweise 15 V Gleichspannung in 10 V und 5 V Gleichspannung teilen (d.h. eine Spannungsteilung von 2:1).
Gemäß einer Ausführungsform werden die Werte von C1, R1 und R2 so gewählt, dass die Spannung V_c am Kondensator C1 am Ende jeder Wechselstrombusperiode nicht auf einen Pegel unterhalb der Wechselstrombusverlust-Erfassungsspannung (d.h. unter dem oben erwähnten ersten Spannungspegel) entladen wird. Die Entladespannung des Kondensators wird durch folgende Gleichung angegeben: $V_{c} (t) = V_{o} e^{- t / τ}$
wobei V₀ für die ursprüngliche Entladespannung (z.B. 15 V) des Kondensators C1 steht und τ die Zeitkonstante mit einem Wert (R1+R2)*C1 ist.
Wenn zum Beispiel die Wechselstrombusverlust-Erfassungsspannung (d.h. der erste Spannungspegel) auf 80% von 15 V eingestellt ist und am Ende jeder Strombusperiode t=2,5µs, dann ist τ auf der Grundlage der obigen Gleichung (1) -2,5/ln(0,8)=11,2µs. Wenn ein Sicherheitsbereich von 30% angewendet wird, dann sollte τ ungefähr 15 µs sein. Mit diesem Wert von τ, und wenn R1 auf 10 kOhm und R2 auf 5 kOhm eingestellt ist, müsste der Wert des Kondensators C1 1 nF betragen.
Der Ausgang des Spannungsteilers 210 (d.h. die Spannung am Widerstand R2) wird über eine Verbindung 300 den Vergleichsschaltungen 212 beziehungsweise 214 zugeführt. 4 ist ein Schaltbild, das Ausführungsformen der Vergleichsschaltungen 212 und 214 und des Zeitgebers 218 genauer darstellt.
Die Vergleichsschaltung 212 umfasst einen Komparator A mit einem ersten Eingangsanschluss, der an die Verbindung 300 gekoppelt ist und die Ausgangsspannung vom Spannungsteiler 210 aufnimmt, und einem zweiten Eingangsanschluss, der an einen Knoten zwischen den in Reihe geschalteten Widerständen R3 und R4 gekoppelt ist. Die Widerstände R3 und R4 teilen eine von der Spannungsversorgung Vcc bereitgestellte Spannung. Ein Widerstand R5 ist zwischen einen Ausgangsanschluss des Komparators A und die Spannungsversorgung Vcc gekoppelt.
Die Vergleichsschaltung 214 umfasst einen Komparator B mit einem ersten Eingangsanschluss, der an die Verbindung 300 gekoppelt ist und die Ausgangsspannung vom Spannungsteiler 210 aufnimmt, und einem zweiten Eingangsanschluss, der an einen Knoten zwischen den in Reihe geschalteten Widerständen R8 und R9 gekoppelt ist. Die Widerstände R8 und R9 teilen ebenfalls die von der Spannungsversorgung Vcc bereitgestellte Spannung. Ein Widerstand R10 ist zwischen einen Ausgangsanschluss des Komparators B und die Spannungsversorgung Vcc gekoppelt.
Der Zeitgeber 218 einer Ausführungsform umfasst eine Diode D2, die an den Ausgangsanschluss des Komparators A gekoppelt ist, und die Diode D2 ist wiederum an eine Parallelschaltung aus einem Kondensator C2 und einem Widerstand R7 gekoppelt. Ein Widerstand R6 und eine Diode D3 sind zwischen die Spannungsversorgung Vcc und den Kondensator C2 und den Widerstand R7 gekoppelt. Eine Diode D4 ist zwischen den Ausgangsanschluss des Komparators B und den Widerstand R6 gekoppelt.
Wie oben bei einem Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, kann die Wechselstrombusverlust-Erfassung auf einem ersten und einem zweiten Spannungspegel implementiert werden: so beispielsweise bei 80% der Wechselstrombusspannung und bei 20% der Wechselstrombusspannung. Bei 80% der Wechselstrombusspannung wird die Erfassungsreaktion des Schaltregelblocks 206 von dem Zeitgeber 218 gesteuert, der beispielsweise auf der Grundlage einer bestimmten Anzahl von Wechselstrombuszyklen operieren kann. Wenn der Zeitgeber auf 50 µs eingestellt ist, entspricht dies daher 10 Wechselstrombuszyklen, wenn die Wechselspannung auf dem Strombus 122 eine Frequenz von 200 kHz aufweist.
Ein Grund für die Verwendung des Zeitgebers 218 besteht darin, dass für eine Verzögerung gesorgt werden soll, damit sich Einschwingvorgänge der Wechselstrombusspannung nicht auf die Wechselstrombus-Spannungsmessschaltung aus 3 auswirken. Der Zeitgeber 218 muss im Hinblick auf die Erfassung von 20% der Wechselstrombusspannung nicht benutzt werden, bei der die Erfassungsantwort vom Schaltregelblock 206 unverzüglich erfolgt.
Die Vergleichsschaltung 212 wird für die Erfassung der Wechselstrombusspannung auf dem ersten Spannungspegel verwendet, wie beispielsweise bei 80% der Wechselstrombusspannung. Wenn man davon ausgeht, dass der Nennspannungspegel des Wechselstrombusses 122 15 V beträgt, dann beträgt die Spannung am Widerstand R2 aus 3 5 V. Bei 80% der Wechselstrombusspannung (z.B. bei 12 V) beträgt die Spannung am Widerstand R2 4 V. Diese Spannung von 4 V dient als Eingang für den ersten Eingangsanschluss des Komparators A.
Der Spannungsteiler, der die Widerstände R3 und R4 umfasst, kann so eingestellt sein, dass der Widerstand R3 20% der Spannung von der Spannungsversorgung Vcc aufnimmt, während der Widerstand R4 80% der Spannung von der Spannungsversorgung Vcc aufnimmt. Wenn man davon ausgeht, dass die Spannungsversorgung Vcc 5 V zuführt, dann beträgt die Spannung am Widerstand R3 1 V und die Spannung am Widerstand R4 4 V, wobei der Widerstand R3 einen Wert von 10 kOhm und der Widerstand R4 einen Wert von 40 kOhm aufweist.
Die Vergleichsschaltung 214 wird für die Erfassung der Wechselstrombusspannung auf dem zweiten Spannungspegel verwendet, wie beispielsweise bei 20% der Wechselstrombusspannung. Wenn man wieder davon ausgeht, dass der Nennspannungspegel des Wechselstrombusses 122 15 V beträgt, dann beträgt die Spannung am Widerstand R2 aus 3 5 V. Bei 20% der Wechselstrombusspannung (z.B. bei 3 V) beträgt die Spannung am Widerstand R2 1 V. Diese Spannung von 1 V dient als Eingang für den ersten Eingangsanschluss des Komparators B.
Der Spannungsteiler, der die Widerstände R8 und R9 umfasst, kann so eingestellt sein, dass der Widerstand R8 einen Wert von 40 kOhm und der Widerstand R9 einen Wert von 10 kOhm aufweist. Somit werden die von der Spannungsversorgung Vcc bereitgestellten 5 V Spannung in 4 V am Widerstand R8 und 1 V am Widerstand R9 aufgeteilt.
Im normalen Betrieb ist der Ausgang der beiden Komparatoren A und B hoch, wenn die Eingangsspannung auf der Verbindung 300 (d.h. die Spannung am Widerstand R2) zu den ersten Eingangsanschlüssen der Komparatoren A und B höher ist als ihre jeweiligen Schwellwerte (z.B. 80% und 20%). Der Kondensator C2 in dem Zeitgeber 218 wird daher auf den Pegel der Spannungsversorgung Vcc aufgeladen (z.B. 5 V). Das Ausgangssignal auf der Verbindung 216 zum Schaltregelblock 206 ist hoch, und der Schaltregelblock 206 arbeitet weiterhin normal.
Wenn jedoch die Eingangsspannung auf der Verbindung 300 weniger als 80% der Wechselstrombus-Nennspannung entspricht, aber über 20% der Wechselstrombus-Nennspannung liegt, dann ist der Ausgang des Komparators A niedrig. Die Spannung am Kondensator C2, der auf 5 V geladen wurde, entlädt sich über den Widerstand R7, bis ein Spannungspegel erreicht wird, der von den Widerständen R7 und R6 festgelegt wird. Der von den Widerständen R7 und R6 festgelegte Spannungspegel muss so niedrig sein, dass er den Schaltregelblock 206 aktiviert oder bei diesem anderweitig eine Reaktion auslöst.
Bei einer Ausführungsform wird von einem Transistor (wie beispielsweise einem MOSFET Q3 in 5) am vorderen Ende des Schaltregelblocks 206 der Schwellwertpegel bestimmt, bei dem der Schaltregelblock 206 reagiert. Es kann beispielsweise ein Spannungspegel von 1 V oder weniger bereitgestellt werden, um den Transistor Q3 auszuschalten. Wenn der Wert des Widerstandes R6 4,5 kOhm beträgt und der Wert des Widerstandes R7 500 Ohm, dann beträgt daher die Ausgangsspannung auf der Verbindung 216 0,5 V, was einen Spielraum von 100% ergibt.
Für eine Verzögerung von t=50 µs (z.B. 10 Wechselstrombuszyklen) beträgt der Wert von τ auf der Grundlage der Gleichung (1) 31 µs=-t/ln(1 V/5 V), und der Wert für den Kondensator C2 beträgt 62 nF. Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass der Ausgang des Komparators A niedrig ist, wenn die Wechselspannung auf dem Strombus 122 unter 80% des Nennspannungspegels fällt. Der Zeitgeber 218 sorgt dann für eine Verzögerung, bevor die Ausgangsspannung auf der Verbindung 216 auf einen niedrigen Pegel übergeht.
In einer Situation, in der der ermittelte Spannungspegel des Strombusses 122 unter 20% der Wechselstrombus-Nennspannung fällt, geht der Ausgang des Komparators B auf einen niedrigen Pegel über. In diesem Fall wird der Zeitgeber 218 umgangen, die Ausgangsspannung auf der Verbindung 216 geht ohne Verzögerung sofort auf den niedrigen Pegel über oder vollführt eine andere verzögerungsfreie Zustandsänderung.
Das Schaltbild in 5 zeigt ausführlicher eine Ausführungsform des Schaltregelblocks 206 in 2, der das Wechselstrombusverlust-Signal aus 4 empfängt. 5 zeigt auch eine Ausführungsform des Schaltkreises 204 ausführlicher, der von dem Schaltregelblock 206 geregelt wird.
Eine Ausführungsform des Schaltregelblocks 206 umfasst den Transistor Q3 (oder ein anderes aktives Bauelement) mit einem ersten Anschluss, der an die Verbindung 216 gekoppelt ist und auf dieser die Ausgangsspannung (d.h. das Steuersignal) empfängt. Ein zweiter Anschluss des Transistors Q3 ist an einen ersten Anschluss eines Widerstandes R13 gekoppelt, dessen zweiter Anschluss wiederum an die Spannungsversorgung Vcc gekoppelt ist. Der erste Anschluss des Widerstandes R13 ist an die Transistorsteuerschaltungen D6 und D7 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform umfassen die Transistorsteuerschaltungen D6 und D7 zwei optische Schaltungen, die jeweils eine Eingangsdiode und einen Ausgangstransistor aufweisen.
Der Schaltkreis 204 umfasst die Transistoren Q1 und Q2 sowie die jeweils an diese gekoppelten Dioden D4 und D5. Zwei Widerstände R11 und R12 steuern die Transistoren Q1 und Q2. Unter normalen Betriebsbedingungen stellen die Transistoren Q1 und Q2 und die Dioden D4 und D5 einen Weg zwischen der Wechselspannung von dem Strombus 122 und der Leistungswechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150 zur Verfügung, wobei sich die Dioden der Transistorsteuerschaltungen D6 und D7 im nicht leitenden Zustand befinden.
Es wird nun die Funktionsweise des Schaltkreises 204 unter normalen Betriebsbedingungen noch weiter erläutert. Einer der beiden Stromwege verläuft entgegen dem Uhrzeigersinn von dem Wechselstrombus 122 zur Diode D4, zum Transformator T2, zum Transistor Q2 und dann zurück zum Strombus 122. In diesem Fall zieht der Widerstand R12 ein Gate des Transistors Q2 auf einen hohen Pegel, wodurch der Transistor Q2 leitfähig wird.
Wenn die Wechselspannung an dem Strombus 122 ihre Polarität wechselt, verläuft der Stromweg im Uhrzeigersinn. In diesem Fall schaltet sich der Transistor Q2 ab, und der Transistor Q1 wird leitend.
Bei einer Ausführungsform werden die beiden Transistoren Q1 und Q2 des Weiteren jeweils von den beiden Transistorsteuerschaltungen D6 und D7 gesteuert.
Wenn die Ausgangsspannung auf der Verbindung 216 von hoch auf niedrig übergeht (wenn beispielsweise die Spannung des Wechselstrombusses unter 80% und/ oder unter 20% der Wechselstrombus-Nennspannung fällt), dann schaltet sich der Transistor Q3 ab. Die Dioden der Transistorsteuerschaltungen D6 und D7 werden über den Widerstand R13 leitfähig. Infolgedessen schließen die Ausgangstransistoren der Transistorsteuerschaltungen D6 und D7 die Gate-Drain-Anschlüsse der Transistoren Q1 und Q2 zusammen kurz und verhindern dadurch, dass die Transistoren Q1 und Q2 weiter schalten, oder deaktivieren diese auf andere Weise. Somit ist die Wechselstrombusspannung auf dem Strombus 122 von dem Eingang der Wechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150 isoliert.
Bei einer Ausführungsform wird das Wechselstrombusverlust-Signal auf der Verbindung 216 am Eingangsanschluss des Transistors Q3 bereitgestellt. Das heißt, die Ausgangsspannung aus der Schaltung in 4 auf der Verbindung 216 kann bei einer solchen Ausführungsform als Wechselstrombusverlust-Signal dienen. Das Wechselstrombusverlust-Signal kann der Systemsteuerung 114 (oder einer anderen Komponente des Systems 100) zugeführt werden, so dass zusätzliche Schutzmaßnahmen getroffen werden können, wie beispielsweise die oben im Hinblick auf die HVDC-Schiene 112 beschriebenen.
6 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 600 zum Ermitteln, ob auf dem Wechselstrombus 122 eine ungewöhnliche Bedingung vorliegt (wie beispielsweise ein Rückgang, ein vollständiger Verlust, eine Erhöhung oder eine andere Veränderung des Wechselspannungspegels), und Ergreifen von Korrekturmaßnahmen. Bei einer Ausführungsform entsprechen die in dem Verfahren 600 abgebildeten Operationen denjenigen Operationen, die von den im Hinblick auf die 2-5 oben gezeigten und beschriebenen Schaltungen durchgeführt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform können einige Operationen des Verfahrens 600 in Software oder anderen maschinenlesbaren Anweisungen, die auf einem maschinenlesbaren Medium gespeichert sind, implementiert werden, wie beispielsweise den maschinenlesbaren Anweisungen 144 im Speichermedium 146. Es können beispielsweise Software-Prozesse dazu verwendet werden, die Art der Wechselspannung auf dem Strombus 122 zu bestimmen, und dann von der Systemsteuerung 114 zum korrigierenden Eingreifen verwendet werden, wie beispielsweise zum Abschalten des Schaltens oder einer anderen Maßnahme.
Die verschiedenen abgebildeten Operationen des Verfahrens 600 müssen nicht genau in der gezeigten Reihenfolge ablaufen. Darüber hinaus können bestimmte Operationen modifiziert, hinzugefügt, entfernt oder/ und beliebig kombiniert werden.
Bei Block 602 beginnend überwacht das Verfahren 600 die Bedingungen auf dem Wechselstrombus 122, um zu ermitteln, ob dort etwas Ungewöhnliches vorliegt. Wenn beispielsweise die Hilfsstromversorgung 116 (House Keeping Power Supply) versagt hat oder eine niedrige Spannung aufweist, dann kann die Wechselspannung an dem Strombus 122 unter dem Nennpegel liegen. Bei einer Ausführungsform kann die Bedingung des Strombusses 122, wie beispielsweise ein Verlust oder Rückgang der Spannung des Wechselstrombusses, mit Hilfe des Gleichrichters 208 und des Spannungsteilers 210 aus 3 überwacht werden.
Wenn bei Block 604 keine ungewöhnliche Bedingung erfasst wird, dann wird der normale Betrieb des Wechselstrombusses weitergeführt. Wie oben erläutert wurde, gehört zu dieser Operation das Zuführen der Wechselspannung von dem Strombus 122 zur Wechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150, so dass die Schaltelemente des Wechselrichters 108 dem Elektromotor 102 Wechselstrom zuführen können. Unter solchen normalen Betriebsbedingungen kann der Spannungspegel auf der Verbindung 216 beispielsweise hoch sein.
Wenn die ungewöhnliche Bedingung des Strombusses 122 bei Block 604 erfasst wird, dann ermittelt das Verfahren 600 bei Block 606, ob die ermittelte Wechselspannung des Strombusses 122 beispielsweise unter einem ersten Spannungspegel liegt, oder anderenfalls ein Ausmaß der Veränderung der Wechselspannung an dem Strombus 122. Die oben beschriebenen Beispiele setzen diesen ersten Pegel auf 80% der Nennwechselspannung auf dem Strombus 122 fest, und es versteht sich, dass dieser Spannungspegel lediglich der Erläuterung dient und andere Spannungspegel eingestellt werden können. Wenn die ermittelte Wechselspannung des Strombusses 122 nicht unter diesem ersten Spannungspegel liegt, dann wird der normale Betrieb des Wechselstrombusses bei Block 602 wie oben beschrieben fortgeführt.
Wenn das Verfahren 600 bei Block 606 ermittelt, dass die ermittelte Wechselspannung des Strombusses 122 unter dem ersten Spannungspegel liegt, dann ermittelt das Verfahren 600 bei Block 608, ob die ermittelte Wechselspannung des Strombusses 122 beispielsweise unter einem zweiten Spannungspegel liegt, oder anderenfalls ein Ausmaß der Veränderung der Wechselspannung auf dem Strombus 122. Die oben beschriebenen Beispiele setzen diesen zweiten Pegel auf 20% der Nennwechselspannung auf dem Strombus 122 fest, und es versteht sich, dass dieser Spannungspegel lediglich der Erläuterung dient und andere Spannungspegel eingestellt werden können.
Wenn die ermittelte Wechselspannung des Strombusses 122 nicht unter diesem zweiten Spannungspegel liegt, dann führt der Zeitgeber 218 bei Block 610 eine Verzögerung ein. Nach dem Ablauf der Verzögerung können bei Block 612 verschiedene Maßnahmen zum Schutz des Systems aktiviert werden. Wenn bei Block 608 berechnet wird, dass die ermittelte Wechselspannung des Strombusses 122 unter diesem zweiten Spannungspegel liegt, dann können die Schutzmaßnahmen bei Block 612 sofort aktiviert werden, wobei die Verzögerung durch den Zeitgeber bei Block 610 umgangen wird.
Bei Block 612 veranlasst der Schaltregelblock 206 den Schaltregelkreis 204 beispielsweise dazu, des Strombusses 122 von der Wechselrichter-Gate-Ansteuereinheit 150 zu isolieren.
Bei Block 612 können weitere korrigierende Eingriffe erfolgen. So kann beispielsweise die Ersatzstromversorgung 120 von der Systemsteuerung 114 eingeschaltet werden, um die HKPS 116 mit Wechselstrom zu versorgen, wenn die HKPS 116 zu wenig Strom erhält. Das Wechselstrombusverlust-Signal kann auch erzeugt und der Systemsteuerung 114 oder einer anderen Komponente des Systems 100 zugeführt werden, wenn der Strombus 122 isoliert ist, so dass auf der Grundlage des Spannungspegels der HVDC-Schiene 112 zusätzliche Schutzmaßnahmen getroffen werden können.
Die obige Beschreibung veranschaulichter Ausführungsformen sowie der Inhalt der Beschreibung in der Zusammenfassung sind rein beispielhaft.
Es sind in der obigen ausführlichen Beschreibung verschiedene Ausführungsformen der Bauelemente und/ oder Prozesse durch die Verwendung von Blockdiagrammen, Schaltbildern und Beispielen dargestellt worden, die einzeln und/ oder gemeinsam über eine breite Palette an Hardware, Software, Firmware oder praktisch eine beliebige Kombination davon implementiert werden können. Der aktuelle Erfindungsgegenstand kann über ASICs (Application Specific Integrated Circuits), vollständig oder teilweise in standardmäßigen integrierten Schaltungen, als ein oder mehrere Computerprogramme, die auf einem oder mehreren Computern, Controllern (z.B. Mikrocontrollern), auf einem oder mehreren Prozessoren (z.B. Mikroprozessoren) laufen, als Firmware oder als eine Kombination hiervon implementiert werden.
Ferner können die hier gelehrten Mechanismen als Programmprodukt in verschiedenen Formen vertrieben werden, zum Beispiel in Form von beschreibbaren Medien wie Floppy-Disks, Festplattenlaufwerke, CD-ROMs, digitale Bänder und Computerspeicher und Übertragungsmedien wie digitale und analoge Kommunikationsverbindungen, die Kommunikationsverbindungen auf TDM- oder IP-Basis verwenden (z.B. Packet-Links).
Als weiteres Beispiel ist oben in Ausführungsformen der Wechselrichter 108 als eine Art Leistungsumwandlungseinrichtung beschrieben worden, die in dem Stromversorgungssystem 100 implementiert werden kann. Es versteht sich, dass bei anderen Ausführungsformen andere Arten von Leistungsumwandlungseinrichtungen in dem Stromversorgungssystem 100 implementiert werden können. Zu Beispielen für solche Leistungsumwandlungseinrichtungen zählen u.a. Gleichstrom-Aufwärts/Abwärts-Wandler, AC/DC-Gleichrichter und dergleichen.
Es sind vorangehend Ausführungsformen beschrieben worden, die auf der Grundlage bedingter Übergänge von Signalen von einem hohen auf einen niedrigen Pegel bestimmte Entscheidungen und/ oder bestimmte Maßnahmen treffen. Es können andere Ausführungsformen zur Verfügung gestellt werden, die beispielsweise auf der Grundlage von Übergängen von Signalen von niedrigen auf hohe Pegel arbeiten oder auf der Grundlage von Spannungspegeln für Vcc, der Spannung der Wechselstrombus oder anderer Werte, die sich von den oben zur Veranschaulichung beschriebenen unterscheiden können.

Claims

Stromversorgungssystem (100), das Folgendes umfasst: eine erste Stromversorgung (110) zum Bereitstellen von Strom, einen an die erste Stromversorgung (110) gekoppelten Wechselrichter (108) zum Umwandeln des von der ersten Stromversorgung (110) bereitgestellten Stroms in eine Form, die von einer elektrischen Last (102) genutzt werden kann, eine an einen Strombus (122) gekoppelte zweite Stromversorgung (116) zum Bereitstellen eines Signals auf dem Strombus (122), eine Schaltsteuereinheit (206) zum Einwirken auf das Strombussignal, um ein geschaltetes Signal zu erhalten, eine Wechselrichteransteuereinheit (150), die an den Strombus (122) gekoppelt ist, um das geschaltete Signal zu empfangen, und an den Wechselrichter (108) gekoppelt ist, um für diesen geschaltete Signale zum Steuern der Umwandlung des von der ersten Stromversorgung (110) bereitgestellten Stroms bereitzustellen, und ein an den Strombus gekoppeltes Modul (140) zum Erfassen einer bestimmten Bedingung des Strombusses (122) und zum Senden eines Steuersignals zum Entkoppeln der Wechselrichteransteuereinheit (150) von dem Strombus (122), wenn die Bedingung erfasst wird.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem die erfasste Bedingung einen Rückgang eines Spannungspegels auf dem Strombus (122) umfasst.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 2, bei dem das Modul (140) Folgendes umfasst: einen an den Strombus (122) gekoppelten Spannungsteiler (210) zum Erzeugen einer Ausgangsspannung und mindestens eine mit dem Spannungsteiler (210) gekoppelte Vergleichsschaltung (212, 214) zum Empfangen der Ausgangsspannung und zum Vergleichen der Ausgangsspannung mit mindestens einem Referenzspannungspegel, wobei das Steuersignal, wenn die Ausgangsspannung über dem mindestens einen Referenzspannungspegel liegt, einen ersten Wert besitzt, der es ermöglicht, dass die Wechselrichteransteuereinheit (150) an den Strombus (122) gekoppelt wird, und wobei das Steuersignal, wenn die Ausgangsspannung unter dem mindestens einen Referenzspannungspegel liegt, einen zweiten Wert besitzt, der das Entkoppeln der Wechselrichteransteuereinheit (150) von dem Strombus (122) auslöst.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 3, bei dem der mindestens eine Referenzspannungspegel einen ersten und einen zweiten Spannungspegel und die mindestens eine Vergleichsschaltung (212, 214) Folgendes umfasst: einen mit dem Spannungsteiler (210) gekoppelten ersten Komparator (212) zum Empfangen der Ausgangsspannung davon und zum Vergleichen der Ausgangsspannung mit dem ersten Spannungspegel, einen mit dem Spannungsteiler (210) gekoppelten zweiten Komparator (214) zum Empfangen der Ausgangsspannung von diesem und zum Vergleichen der Ausgangsspannung mit dem zweiten Spannungspegel und einen dem ersten Komparator (212) nachgeschalteten Zeitgeber (218), wobei der Zeitgeber (218), wenn die vom ersten Komparator (212) mit dem ersten Spannungspegel verglichene Ausgangsspannung unter dem ersten und über dem zweiten Spannungspegel liegt, angekoppelt wird, um eine Verzögerung bereitzustellen, bevor das Steuersignal den zweiten Wert erreicht und das Entkoppeln der Wechselrichteransteuereinheit (150) von dem Strombus (122) auslöst, und wobei das Steuersignal, wenn die vom zweiten Komparator (214) mit dem zweiten Spannungspegel verglichene Ausgangsspannung unter dem zweiten Spannungspegel liegt, den zweiten Wert erreicht und das Entkoppeln der Wechselrichteransteuereinheit (150) von dem Strombus (122) ohne die Verzögerung durch den Zeitgeber (218) auslöst.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, bei dem die erste Stromversorgung (110) ein Brennstoffzellensystem und die elektrische Last (102) einen Elektromotor umfasst.
Vorrichtung (140) zum Erfassen einer ungewöhnlichen Bedingung auf einem Strombus (122), die ein Signal von einer Hilfsstromversorgung (House Keeping Power Supply -HKPS) (116) empfängt, und zum Bereitstellen eines Schutzes für ein Stromversorgungssystem, wenn die ungewöhnliche Bedingung erfasst wird, wobei die Vorrichtung (140) Folgendes umfasst: eine an den Strombus (122) gekoppelte Spannungsbestimmungsschaltung zum Bestimmen eines Pegels des Strombussignals und zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, das den bestimmten Pegel des Strombussignals darstellt, mit der Spannungsbestimmungsschaltung gekoppelte Vergleichsschaltungen (212, 214) zum Vergleichen des Ausgangssignals mit mindestens einem Referenzspannungspegel und zum Erzeugen eines Steuersignals mit einem ersten und einem zweiten Zustand, die auf dem Vergleich des Ausgangssignals mit dem mindestens einen Referenzspannungspegel beruhen, und mit den Vergleichsschaltungen (212, 214) gekoppelte Steuerschaltungen (D6, D7) zum Empfangen des Steuersignals, wobei die Steuerschaltungen (D6, D7) so auf das Steuersignal reagieren, dass sie das Strombussignal für das Stromversorgungssystem bereitstellen, wenn das Steuersignal den ersten Zustand aufweist, bzw. der Strombus (122) von dem Stromversorgungssystem isolieren, wenn das Steuersignal den zweiten Zustand aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Spannungsbestimmungsschaltung Folgendes umfasst: eine an den Strombus gekoppelte Gleichrichterschaltung (208) zum Gleichrichten und Filtern des Strombussignals und eine an die Gleichrichterschaltung (208) gekoppelte Spannungsteilerschaltung (R1, R2) zum Erzeugen des Ausgangssignals aus einem Ausgang der Gleichrichterschaltung (208).
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der mindestens eine Referenzspannungspegel einen ersten und einen zweiten Spannungspegel umfasst und die Vergleichsschaltungen (212, 214) Folgendes umfassen: eine mit der Spannungsbestimmungsschaltung gekoppelte erste Vergleichsschaltung (212) zum Empfangen der Ausgangsspannung von dieser und zum Vergleichen der Ausgangsspannung mit dem ersten Spannungspegel, eine mit der Spannungsbestimmungsschaltung gekoppelte zweite Vergleichsschaltung (214) zum Empfangen der Ausgangsspannung von dieser und zum Vergleichen der Ausgangsspannung mit dem zweiten Spannungspegel und einen der ersten Vergleichsschaltung (214) nachgeschalteten Zeitgeber (218), wobei der Zeitgeber (218), wenn die von der ersten Vergleichsschaltung (212) mit dem ersten Spannungspegel verglichene Ausgangsspannung unter dem ersten und über dem zweiten Spannungspegel liegt, angekoppelt wird, um eine Verzögerung bereitzustellen, bevor das Steuersignal in den zweiten Zustand wechselt, und wobei das Steuersignal, wenn die von der zweiten Vergleichsschaltung mit dem zweiten Spannungspegel verglichene Ausgangsspannung unter dem zweiten Spannungspegel liegt, auf eine solche Weise in den zweiten Zustand wechselt, dass der Zeitgeber umgangen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der erste Spannungspegel 80% eines Nennspannungspegels auf dem Strombus (122) und der zweite Spannungspegel 20% des Nennspannungspegels auf dem Strombus (122) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Zeitgeber (218) einen Kondensator (C2) umfasst, der so gekoppelt ist, dass er sich über einen Widerstand (R7) entlädt, wobei eine Entladungsdauer einer Länge der Verzögerung entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Steuerschaltungen Folgendes umfassen: mindestens ein an den Strombus gekoppeltes Schaltelement (Q1, Q2) zum Bereitstellen des Strombussignals, das von dem mindestens einen Schaltelement (Q1, Q2) geschaltet wird, für eine Komponente des Stromversorgungssystems und ein an die Vergleichsschaltungen gekoppeltes aktives Bauelement (Q3) zum Empfangen des Steuersignals davon, das auch an den mindestens einen Schalter gekoppelt ist, wobei das aktive Bauelement (Q3) einen ersten leitenden Zustand aufweist, der dem ersten Zustand des Steuersignals entspricht, das es dem mindestens einen Schaltelement (Q1, Q2) ermöglicht, das Strombussignal weiterhin zu schalten, wobei das aktive Bauelement (Q3) einen zweiten leitenden Zustand aufweist, der dem zweiten Zustand des Steuersignals entspricht, das dem mindestens einen Schaltelement die Möglichkeit nimmt, das Strombussignal zu schalten.
Verfahren für ein Stromversorgungssystem, das Folgendes umfasst: Bereitstellen von Strom aus einer ersten Stromversorgung (110), Umwandeln des von der ersten Stromversorgung (110) bereitgestellten Stroms in eine Form, die von einer elektrischen Last (102) genutzt werden kann, Bereitstellen eines Signals für einen Strombus (122) aus einer zweiten Stromversorgung (116), Einwirken auf das Strombussignal, um ein geschaltetes Signal zu erhalten, Freigeben der Umwandlung des von der ersten Stromversorgung (110) bereitgestellten Stroms zumindest mit Hilfe des geschalteten Signals und Überwachen des Strombusses auf eine bestimmte Bedingung hin und Bereitstellen eines Steuersignals zum Deaktivieren des Einwirkens auf das Strombussignal, um das geschaltete Signal zu erhalten, wenn die bestimmte Bedingung erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Überwachen des Strombusses (122) auf die Bedingung hin das Überwachen des Strombusses auf eine Veränderung des Spannungspegels hin umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Überwachen des Strombusses (122) auf eine Veränderung des Spannungspegels hin das Erzeugen eines Ausgangssignals umfasst, das angibt, ob sich der Spannungspegel an dem Strombus verringert hat, wobei das Bereitstellen des Steuersignals Folgendes umfasst: Vergleichen der Ausgangsspannung mit einem ersten Spannungspegel, Vergleichen der Ausgangsspannung mit einem zweiten Spannungspegel, wenn die Ausgangsspannung unter dem ersten und über dem zweiten Spannungspegel liegt: Bereitstellen einer Verzögerung, bevor das Steuersignal einen Zustand erreicht, in dem eine Deaktivierung des Einwirkens auf das Strombussignal zum Erhalten des geschalteten Signals ausgelöst wird, und wenn die Ausgangsspannung unter dem zweiten Spannungspegel liegt: Überführen des Steuersignals in den zweiten Zustand, um die Deaktivierung des Einwirkens auf das Strombussignal zum Erhalten des geschalteten Signals ohne die Verzögerung auszulösen.
Erzeugnis, das Folgendes umfasst: ein maschinenlesbares Medium mit darauf gespeicherten Anweisungen, die einen Prozessor dazu veranlassen, eine abweichende Bedingung auf einem Strombus zu erfassen, die ein Signal von einer Hilfsstromversorgung (House Keeping Power Supply - HKPS) empfängt, und Schutz für ein Stromversorgungssystem bereitzustellen, wenn die abweichende Bedingung erfasst wird, durch: Bestimmen eines Pegels des Strombussignals und Bereitstellen eines Ausgangs, der den bestimmten Pegel des Strombussignals darstellt, Vergleichen des Ausgangs mit mindestens einem Referenzwert und Erzeugen einer Anzeige eines ersten und eines zweiten Zustandes, die auf dem Vergleich des Ausgangs mit dem mindestens einen Referenzwert beruhen, und Überwachen einer Komponente des Stromversorgungssystems zum Bereitstellen des Strombussignals für das Stromversorgungssystem, wenn die Anzeige den ersten Zustand aufweist, und zum Isolieren des Strombusses vom Stromversorgungssystem, wenn die Anzeige den zweiten Zustand aufweist.
Erzeugnis nach Anspruch 15, bei dem der mindestens eine Referenzwert einen ersten und einen zweiten Wert umfasst und die Anweisungen zum Vergleichen des Ausgangs mit dem mindestens einen Referenzwert Folgendes umfassen: Vergleichen des Ausgangs mit dem ersten Wert, Vergleichen des Ausgangs mit dem zweiten Wert, wenn der Ausgang unter dem ersten und über dem zweiten Wert liegt: Verzögern des Übergangs der Anzeige vom ersten in den zweiten Zustand, und wenn der Ausgang unter dem zweiten Wert liegt: Überführen der Anzeige vom ersten in den zweiten Zustand auf eine solche Weise, dass die Verzögerung umgangen wird.
Erzeugnis nach Anspruch 15, bei dem die Anweisungen zum Steuern der Komponente des Stromversorgungssystems zum Isolieren des Strombusses von dem Stromversorgungssystem, wenn die Anzeige den zweiten Zustand aufweist, Anweisungen zum Deaktivieren des Schaltens eines Wechselrichters umfassen, der Strom von einer ersten Form in eine zweite Form umwandelt, die von einer elektrischen Last genutzt werden kann.
Stromversorgungssystem, das Folgendes umfasst: Hauptstromversorgungsmittel zum Bereitstellen von Strom einer ersten Form, Mittel zum Umwandeln des Stroms in der ersten Form in eine zweite Form, Hilfsstromversorgungsmittel zum Bereitstellen eines Signals für einen Strombus, Mittel zum Einwirken auf das Strombussignal, um ein umgeschaltetes Signal zu erhalten, Mittel zum Freigeben der Umwandlung des Stroms zumindest mit Hilfe des geschalteten Signals und Mittel zum Überwachen des Strombusses auf eine Bedingung hin und Mittel zum Bereitstellen eines Steuersignals zum Deaktivieren des Mittels zum Einwirken auf das Strombussignal, um das umgeschaltete Signal zu erhalten, wenn die Bedingung erfasst wird, wobei das Mittel zum Bereitstellen des Steuersignals Mittel zum Verändern eines Zustands des Steuersignals in Abhängigkeit vom Ausmaß der erfassten Bedingung aufweist.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 18, bei dem die Bedingung einen Rückgang einer Kenngröße des Strombussignals umfasst, wobei das Mittel zum Verändern des Zustands des Steuersignals Mittel zum Verzögern einer Veränderung des Zustands des Steuersignals auf der Grundlage eines Betrags des Rückgangs der Kenngröße des Steuersignals aufweist.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 18, bei dem die Kenngröße des Strombussignals einen Spannungspegel umfasst.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 18, das des Weiteren Folgendes umfasst: mindestens ein weiteres zusätzliches Stromversorgungsmittel zum Bereitstellen von Strom für mindestens eine Komponente des Systems und Steuermittel zum Steuern des Betriebs des Mittels zum Umwandeln.
Stromversorgungssystem, das eine Elektromaschine mit Strom versorgt und Folgendes umfasst: eine Stromquelle, einen Wandler, der an die Stromquelle gekoppelt ist und im Betrieb Strom aus der Stromquelle in eine Form umwandelt, die zum Antreiben der elektrischen Maschine genutzt werden kann, eine Hilfsstromversorgung (House Keeping Power Supply), die an den Wandler gekoppelt ist und im Betrieb ein Signal zur Freigabe des Betriebs zumindest des Wandlers liefert, und ein Modul, das an die Hilfsstromversorgung (House Keeping Power Supply) gekoppelt ist und im Betrieb das Signal auf mindestens eine Anormalität hin überwacht und des Weiteren im Betrieb den Wandler vom Signal isoliert, wenn die mindestens eine Anormalität im Signal erfasst wird.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 22, bei dem die mindestens eine erfasste Anormalität einen Rückgang eines Spannungspegels des Signals umfasst.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 22, bei dem das Modul des Weiteren beim Betrieb für eine Verzögerung bei der Isolierung des Wandlers von dem Signal sorgt, wenn die mindestens eine erfasste Anormalität mindestens eine Bedingung erfüllt.
Stromversorgungssystem nach Anspruch 22, das des Weiteren Folgendes umfasst: einen Strombus, die an das Hilfsstromversorgungsmittel (House Keeping Power Supply) gekoppelt ist und im Betrieb das Signal trägt, und eine Ansteuereinheit, die zum Steuern des Betriebs des Wandlers an den Wandler gekoppelt ist, wobei das Modul im Betrieb den Wandler von dem Signal isoliert, indem es die Ansteuereinheit von dem Strombus trennt.