EP2356731A1 - Vehicle having a power supply device for an electric motor and method for supplying power to said electric motor - Google Patents

Vehicle having a power supply device for an electric motor and method for supplying power to said electric motor

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Publication number
EP2356731A1
EP2356731A1 EP09764226A EP09764226A EP2356731A1 EP 2356731 A1 EP2356731 A1 EP 2356731A1 EP 09764226 A EP09764226 A EP 09764226A EP 09764226 A EP09764226 A EP 09764226A EP 2356731 A1 EP2356731 A1 EP 2356731A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
capacitor
switching element
discharge
electric motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09764226A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Flock
Gerhard Hiemer
Uwe Krella
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Conti Temic Microelectronic GmbH
Original Assignee
Conti Temic Microelectronic GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Conti Temic Microelectronic GmbH filed Critical Conti Temic Microelectronic GmbH
Publication of EP2356731A1 publication Critical patent/EP2356731A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/04—Cutting off the power supply under fault conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
    • H01G4/40—Structural combinations of fixed capacitors with other electric elements, the structure mainly consisting of a capacitor, e.g. RC combinations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/322—Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing

Definitions

  • the invention relates to a vehicle with a supply device for an electric motor and a method for supplying power to the electric motor. Furthermore, the invention relates to a method for producing a temporary storage device for the vehicle supply device.
  • the vehicle has a vehicle battery, the intermediate storage device and a converter for supplying the electric motor.
  • Such a supply device is required for the control and regulation of electric motors of various types with the help of an appropriate power supply network in the vehicle.
  • such supply devices are used for controlling and controlling three-phase electric motors by means of a variable three-phase network.
  • Frequency converters in a voltage intermediate circuit are predominantly used as inverters for generating such rotary fields, as shown by a schematic illustration in FIG.
  • a buffer 13 of the latching device 9 a coil or a capacitor C can be used.
  • an intermediate circuit capacitor 14 is used as the energy store in the intermediate storage device 9.
  • Such DC link capacitors 14 of the latching device 9 are also referred to as power capacitors.
  • the design of the capacity of such intermediate circuit capacitors 14 is based on the criteria:
  • connection points 27 and 28 to the load such as the frequency converter 10 with connected electric motor 7, can be interrupted via corresponding supply lines 29, 30 and 31 to a three-phase motor 32 shown in FIG.
  • the terminals 27 and 28 of the latch device 9 are exposed and may cause dangerous discharge sparks.
  • discharge devices 12 are connected via the connection points 27 and 28 shown in FIG. 6 in order to discharge the intermediate circuit capacitor 14. Consequently, they must be able to absorb and dissipate the energy stored in the DC link capacitor.
  • This can passively, as it shows Figure 6 over a high-resistance resistor 16 between, for example, 30 k ⁇ to 50 k ⁇ (kilo-ohms) take place. In this passive discharge via a discharge resistor 16, this is permanently connected in parallel via the connection points 27 and 28.
  • this is associated with discharge times of a few minutes, which are not permitted for automotive technology, especially since the discharge times should be within a few seconds.
  • FIG. 7 shows an unloading device 12 which can be clamped to the connection points 27 and 28 of the intermediate storage device 9.
  • This discharge device has a low-resistance resistor R, via which higher discharge currents can flow in the shortest possible time, but which is then switched on via a suitable discharge switching element 17, which is shown in FIG. 6 as switch S2, only when the operation of the vehicle is stopped or stopped is stopped.
  • a suitable discharge switching element 17 which is shown in FIG. 6 as switch S2
  • a device for the rapid discharge of a capacitor is known, in particular for the rapid discharge of a DC link capacitor.
  • This is connected via a DC-DC converter in a vehicle electrical system with a starter generator as an electrical machine and with associated voltage transformers.
  • a controlled or regulated DC-DC converter is used as a DC-DC converter whose on-board side Output voltage is increased after switching off the electric machine and turning off the inverter from the normal state, whereby the connected to the voltage converter battery are supplied to the degraded charges.
  • Such a known intermediate storage device with discharge device with the stored energy in the vehicle battery has the disadvantage that in a car accident, a plurality of connecting lines can be interrupted or destroyed, so that a discharge of a DC link capacitor to the vehicle battery is no longer possible, and Thus, an element stored with electrical energy can cause considerable consequential damage after a vehicle accident.
  • Other proposals to recover the stored energy of a DC link capacitor are always associated with the risk that corresponding lines must be installed in the vehicle, which can not ensure that in the event of an accident, the discharge of energy storage is secured, which is an impermissible Safety hazard represents.
  • the object of the invention is to provide a vehicle with supply device of an electric motor, in which the supply device has an automatically self-discharging intermediate storage device and thus the disadvantages of devices for rapid discharge of capacitors, as known from the prior art , overcomes.
  • a vehicle is provided with a supply device for an electric motor and a method for supplying power to the electric motor. Furthermore, a method for producing a temporary storage device for the vehicle supply device is disclosed.
  • the vehicle has a vehicle battery, an intermediate storage device and a converter for supplying the electric motor, wherein the intermediate storage device is arranged between the vehicle battery and the converter.
  • the intermediate storage device has a buffer module with an integral discharge device, wherein the discharge device converts the stored electrical energy into heat energy during discharge of the buffer device.
  • Discharge device is an integral part of the buffer module. This ensures that no external connections are required to ensure unloading of the storage components of the intermediate storage device, especially since the unloading device is in the idle state of the storage device
  • Vehicle and also in all interruptions of vehicle operation, for example, by a vehicle accident, basically in the discharge state. Only when driving the discharge device interrupts the discharge itself, so that the latching device can fulfill their function, namely to ensure a decoupling between the battery and the inverter for the supply of the motor.
  • a coil or preferably a DC link capacitor can be used as a buffer in the buffer device.
  • This DC link capacitor is preferably part of a buffer module, which has a common housing, in which components such as the DC link capacitor, an electrical resistance to the to convert stored electrical energy into heat energy, a discharge switching element which has an open position during the charging and storage process and a closed position when the intermediate circuit capacitor is discharged, as well as an electronic driver for keeping the discharge switching element open during the charging and storage process and closing it Failure or parking the vehicle engine, are arranged.
  • a compact buffer device is advantageously realized, which also ensures that the unloading device is basically turned on when no driving operation, and is deactivated only when the driving operation begins.
  • the capacitance of the intermediate circuit capacitor is considerable, so that the intermediate circuit capacitor has correspondingly large surfaces or dimensions.
  • the DC link capacitor is a foil capacitor and the electrical resistance is a foil resistor which cooperates with the discharge device.
  • the film capacitor can have two large-area collector electrodes and carry on at least one of the electrodes the film resistance, which is arranged flat on one of the electrodes.
  • Such a planar arrangement can also be structured, preferably as a meander-shaped resistance structure.
  • an integrated circuit with the discharge switching element and the electronic driver can be arranged on one of the collecting electrodes of the film capacitor.
  • a special form for the DC link capacitor results when a layer stack capacitor or a lap winding capacitor or a ceramic capacitor is used.
  • the External electrodes of such capacitors have different shapes, flat planar collector electrodes being preferred, as may be the case of a stacked stack capacitor or a ceramic capacitor. But it can also unloaders on cylindrical or cup-shaped
  • the actual converter which converts electrical energy into heat energy, preferably an electrical resistance
  • an electrical resistance is a thin film or a thick film resistor.
  • an insulation layer is applied to the collecting electrode and a thin metal layer is realized thereon, which may subsequently be patterned meander-like, for example.
  • Thick film resistors are preferably applied to a ceramic substrate, which in turn is bonded to the supporting collecting electrode of the intermediate circuit capacitor.
  • a temperature-monitored resistor to ensure that in case of malfunction overheating of the resistor is excluded.
  • a resistor with a positive temperature coefficient namely a so-called PTC resistor to convert the stored energy into heat energy. This has the advantage that the resistor itself protects against overheating during malfunctions, as its resistance increases with increasing temperature and automatically reduces the discharge current to a permissible value.
  • a method of manufacturing a temporary storage device may include the following method steps. First, an intermediate circuit capacitor is provided with at least one surface collecting electrode. Subsequently, an insulating layer is applied to the collecting electrode. A wiring structure can be arranged on this insulation layer. Thereafter, an electrical resistor is applied to a portion of the insulating layer to be connected to the wiring pattern, and finally, a discharging switching element is fixed on the insulating layer while being connected to the wiring pattern. Finally, it is also possible to arrange an electrical driver on the insulating layer, with this also being to be connected to the wiring structure.
  • This method has the advantage that with the production of the temporary storage device, a buffer module is formed, so that all components are surface-mounted on one of the collector electrodes of the DC link capacitor as on a printed circuit board.
  • this latching device is a compact module that lacks only one housing.
  • This housing can be realized by embedding the components connected to a module into a plastic housing mass.
  • the housing can also be formed with a corresponding intermediate insulation as a cavity housing, wherein the cavity of the housing is occupied by the components described above.
  • a method for supplying an electric motor of a vehicle has the following method steps. First, a discharge switching element of a capacitive buffer is opened when starting and during operation of the vehicle.
  • the Entladeschaltelement When de-energized, ie when the vehicle is not in operation or has come to a halt, for example, by an accident, the Entladeschaltelement is in an electrically conductive closed position, so that virtually the DC link capacitor is short-circuited via an electrical energy into heat energy converting resistor.
  • this discharge switching element By opening this discharge switching element, it is then possible to charge or operate the capacitive intermediate circuit memory in cooperation with a vehicle battery.
  • the stored energy can be converted to an alternating current through an inverter to supply the electric motor.
  • a discharge of the electrical energy of the capacitive buffer is activated by connecting an electrical resistance, which is arranged with the intermediate circuit capacitor in a common buffer module.
  • connection of an electrical resistance takes place by means of a discharge switching element integrated in the buffer module and an electronic driver.
  • the stored electrical energy is converted into thermal energy, which was temporarily stored as electrical energy in a DC link capacitor of the intermediate storage device.
  • the discharge switching element assumes an open position and when discharging the intermediate circuit capacitor sators, the discharge switching element assumes a closed position.
  • an electronic driver keeps the discharge switching element open during the charging and storage process, and when the vehicle engine fails or stops, the discharge switching element automatically falls back into the closed position.
  • Figure 1 is a schematic block diagram of a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of a buffer module according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of a buffer module according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a detailed circuit diagram of the embodiment of the invention according to FIG. 1;
  • FIGS. 5 to 7 show different supply devices for electric motors of a vehicle according to FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a first embodiment of the invention.
  • the vehicle has a supply device 1 for an electric motor 7, which in this embodiment is a three-phase motor 32.
  • the three-phase motor 32 is supplied by means of three phases via the leads 29, 30 and 31 from a frequency converter 10, the one DC DC (direct current) into a three-phase alternating current (AC).
  • the frequency converter 10 is connected to a vehicle battery 8 which supplies DC voltages above 60 V and preferably has lithium-ion batteries.
  • a so-called intermediate circuit with an intermediate circuit capacitor 14 is arranged therebetween.
  • This intermediate circuit forms an intermediate storage device 9 which, in this first embodiment of the invention, has a plurality of electronic components in a compact, closed housing 15. While the DC link capacitor 14 performs a smoothing and decoupling function, it is electrostatically charged and stores as a latch 13 electrical energy as long as the vehicle is operated.
  • a battery switching element S3 moves from a closed position to an open position, so that the vehicle battery is separated from the intermediate storage device 9.
  • the electrical energy stored in the latch 13 must be reduced.
  • a discharge device 12 which consists essentially of an electrical resistance 16 in series with a Entladeschaltelement 17, which is also marked as S2.
  • This discharge switching element 17 is conductive or in a closed position, as long as electric charge is still stored on the DC link capacitor 14 and the vehicle is not operated. Only when the capacitor is discharged does the charging switching element 17 change over into an open position, for which purpose a driver T or a drive for the discharge switching element 17 is arranged in the housing 15.
  • This driver 18 is in turn controlled by a switch Si, wherein the switch Si when starting and operating the vehicle in the direction of arrow A passes into a closed position ü- and at the same time the discharge switching element 17 in
  • Arrow direction B is held in an open position, so that a charging of the DC link capacitor 14 is made possible.
  • Components of the circuit in the common housing 15 form a buffer module 11 with integral discharge device 12.
  • the integral discharge device 12 may be fixed in the interior of the housing 15 on one of the walls or on a circuit board or on one of the electronic components of the buffer module 11 ,
  • the circuit shown in FIG. 1 thus ensures, via the electrical resistor 16 and via the discharge switching element 17, a permanent discharge of the intermediate circuit capacitor 14 when the operation of the vehicle is stopped or stopped.
  • the driver 18 turns on reaching a Zener diode voltage, the discharge switching element 17 conductive.
  • the switch Si via the switch Si, the discharge is interrupted as soon as the vehicle is started.
  • the discharge of the intermediate storage capacitor 14 is ensured even when the activation is interrupted via the switch Si.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of a buffer module 11 according to a second embodiment of the invention.
  • the buffer module 11 is based in this second embodiment of the invention on a film capacitor 19 as a DC link capacitor 14.
  • This film capacitor 19 is constructed as a layer stacked capacitor, wherein one-layer metallized insulating films are stacked on top of each other, so that storage electrodes 22 are electronically electrically connected to a collecting electrode 20 on top of the stacked stack capacitor and storage electrodes 23 cooperate with a collecting electrode 21 on the underside of the stacked stack capacitor.
  • the two collecting electrodes 20 and 21 are angled over the side edge to an end face of the stacked stack capacitor and carry on the front side both the control device or the driver 18 and the discharge of a series circuit of a resistor 16 and a Entladeschaltele- 17th While the discharge switching element 17 directly contacts the collecting electrode 20 of the intermediate circuit capacitor 14 with its rear-side drain electrode, the resistor 16 is designed as a ceramic resistor and is insulatedly mounted on the collecting electrode 20 via an insulating layer 26.
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of a buffer module 11 according to a third embodiment of the invention.
  • a compact buffer module 11 is realized, which has a stacked capacitor as intermediate circuit capacitor 14.
  • capacitors can be used as Rundwickelkondensatoren or electrolytic capacitors.
  • the integral discharge device can be accommodated on the cup-shaped or cylindrical electrodes of such intermediate-circuit capacitors.
  • the collecting electrode 20 and an end face 35 of the Schichtstapelkon- capacitor coated with an insulating layer 26 and the meandering thin film resistor 16 is disposed on this insulating layer both on top of the stacked stack capacitor with the collecting electrode 20 and on the end face 35 so that this discharge resistor 16 contacts the collecting electrode 21 disposed on the back side of the stacked-layer capacitor with one end.
  • the other end of the discharge resistor 16 is connected via a connecting line 33 with an electrode of the Entladeshaltele- ment 17 whose second electrode on the back of the discharge switching element 17, the collecting electrode 20 contacts.
  • the control electrode of the discharge switching element 17 is driven via the connecting line 34 in such a way that the collecting electrode 20 is connected via the switching element S2 and the resistor R to the collecting electrode 21 on the rear side ,
  • the electrical energy stored in the intermediate circuit capacitor 14 is converted into heat in the discharge resistor R and the intermediate circuit capacitor 14 is discharged.
  • the discharge switching element 17 is controlled via the connecting line 34 in such a way that it changes into an open position and the normal operation of the DC link capacitor 14 is recorded.
  • FIG. 4 shows a detailed circuit diagram of the embodiment of the invention according to FIG. 1.
  • the switch Si is now realized by a low-voltage MOSFET 36.
  • This MOSFET 36 becomes conductive and thus goes into a closed position when a control voltage for the gate G of the MOSFET 36 is applied to the input E.
  • a Zener diode Di limits this control potential. Consequently, if a corresponding control potential at the input E, because the vehicle is put into operation, the drain D of the MOSFET 36 is thereby pulled to ground potential, so that at the gate G of the discharge switching element 17, which is also designed as a MOSFET, no sufficient control voltage is applied to hold the Entladeschaltele- ment in a closed position.
  • the discharge switching element now opens with the operation of the vehicle and the DC link capacitor 14 can perform its full function.
  • the vehicle operation is turned off and thus at the input E no switching potential applied to the MOSFET 36, this goes into an open position and is not conductive, so that now via a high-impedance resistor R2 to the gate G of the discharge switching element 17, a switching voltage is applied, the Zener diode voltage of the Zener diode D 2 in the latch module 11 corresponds.
  • This zener voltage is dimensioned in such a way that now the discharge switching element 17 is switched on or becomes conductive as long as storage charge is present on the intermediate circuit capacitor 14.
  • FIGS. 5 to 7 show different supply devices 4 to 6 for electric motors 7 of a vehicle according to the prior art, as already discussed in the introduction, so that a new description to avoid repetitions at this point is omitted.

Abstract

The invention relates to a vehicle having a power supply device (1) for an electric motor (7) and to a method for supplying power to said electric motor (7). The invention further relates to a method for producing an intermediate storage device (9) for the vehicle power supply device (1). The vehicle additionally has a vehicle battery (8), said intermediate storage device (9), and a converter (10) for supplying power to the electric motor (7). The intermediate storage device (9) is arranged between the vehicle battery (8) and the converter (10). The intermediate storage device (9) has an intermediate storage module (11) having an integrated discharge device (12), wherein the discharge device (12) converts the stored electric energy into heat energy upon discharging the intermediate storage device (9).

Description

Beschreibungdescription
Fahrzeug mit Versorgungseinrichtung eines Elektromotors und Verfahren zur Stromversorgung des ElektromotorsVehicle with supply device of an electric motor and method for powering the electric motor
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Versorgungseinrichtung für einen Elektromotor und ein Verfahren zur Stromversorgung des Elektromotors. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Zwischenspeichervorrich- tung für die Fahrzeugversorgungseinrichtung. Das Fahrzeug weist dazu eine Fahrzeugbatterie, die Zwischenspeichervorrichtung und einen Umrichter zur Versorgung des Elektromotors auf .The invention relates to a vehicle with a supply device for an electric motor and a method for supplying power to the electric motor. Furthermore, the invention relates to a method for producing a temporary storage device for the vehicle supply device. For this purpose, the vehicle has a vehicle battery, the intermediate storage device and a converter for supplying the electric motor.
Eine derartige Versorgungseinrichtung ist zur Steuerung und Regelung von Elektromotoren unterschiedlichster Bauart mit Hilfe eines entsprechenden Stromversorgungsnetzes im Fahrzeug erforderlich. Insbesondere werden derartige Versorgungseinrichtungen zur Regelung und Steuerung von dreiphasigen Elekt- romotoren mit Hilfe eines variablen Drehstromnetzes eingesetzt. Zur Erzeugung derartiger Drehfelder werden als Umrichter überwiegend Frequenzumrichter in einem Spannungszwischenkreis eingesetzt, wie es eine Prinzipdarstellung in Figur 5 zeigt. Als Zwischenspeicher 13 der Zwischenspeichervorrich- tung 9 kann eine Spule oder ein Kondensator C verwendet werden. Vorzugsweise wird, wie Figur 4 zeigt, ein Zwischenkreis- kondensator 14 als Energiespeicher in der Zwischenspeichervorrichtung 9 eingesetzt.Such a supply device is required for the control and regulation of electric motors of various types with the help of an appropriate power supply network in the vehicle. In particular, such supply devices are used for controlling and controlling three-phase electric motors by means of a variable three-phase network. Frequency converters in a voltage intermediate circuit are predominantly used as inverters for generating such rotary fields, as shown by a schematic illustration in FIG. As a buffer 13 of the latching device 9, a coil or a capacitor C can be used. Preferably, as shown in FIG. 4, an intermediate circuit capacitor 14 is used as the energy store in the intermediate storage device 9.
Derartige Zwischenkreiskondensatoren 14 der Zwischenspeichervorrichtung 9 werden auch als Leistungskondensatoren bezeichnet. Die Auslegung der Kapazität derartiger Zwischenkreiskondensatoren 14 richtet sich dabei nach den Kriterien:Such DC link capacitors 14 of the latching device 9 are also referred to as power capacitors. The design of the capacity of such intermediate circuit capacitors 14 is based on the criteria:
1. Strombelastbarkeit des Zwischenkreiskondensators 14, 2. Spannungswelligkeit innerhalb der Zwischenspeichervorrichtung 9.1. current carrying capacity of the intermediate circuit capacitor 14, 2. Voltage ripple within the latching device 9.
In der Praxis werden Werte von 0,15 A bis 0,25 A als überlagerter so genannter ripple current Wechselstrom pro μF (Mik- rofarad) Kapazität beispielsweise bei Folienkondensatoren vorgesehen. Bei Fahrzeugen mit Hybrid- und Elektroantrieb sind Phasenströme von bis zu 300 A effektiv vorzusehen. Damit ergeben sich Kapazitätswerte von bis zu 2000 μF. Bei einer maximalen Spannung in der Zwischenspeichervorrichtung 9 von ca. 430 V ergibt sich eine Energie von E = 0,5 x C x U2 von ungefähr 185 Ws, die dann in dem Zwischenspeicher 13 bzw. im Zwischenkreiskondensator 14 gespeichert ist.In practice, values of 0.15 A to 0.25 A are provided as superimposed so-called ripple current alternating current per μF (microfarad) capacitance, for example in film capacitors. For vehicles with hybrid and electric drive, phase currents of up to 300 A must be effectively provided. This results in capacitance values of up to 2000 μF. At a maximum voltage in the buffer device 9 of about 430 V, an energy of E = 0.5 x C x U 2 of about 185 Ws, which is then stored in the latch 13 and in the DC link capacitor 14 results.
Außerhalb der Betriebszeit des Fahrzeugs darf sich eine der- artige gespeicherte Energie noch dazu bei derart hohen Spannungen nicht mehr in einem Speicherelement befinden, da dieses die Sicherheit des Fahrzeugs gefährdet. Insbesondere können bei Unfallsituationen die Anschlusspunkte 27 und 28 zum Verbraucher wie dem Frequenzumrichter 10 mit angeschlossenem Elektromotor 7 über entsprechende Zuleitungen 29, 30 und 31 zu einem in Figur 4 gezeigten Drehstrommotor 32 unterbrochen sein. In einem solchen Fall liegen die Anschlusspunkte 27 und 28 der Zwischenspeichervorrichtung 9 frei und können gefährliche Entladungsfunken verursachen.Outside of the operating time of the vehicle, such stored energy may no longer be in a storage element at such high voltages, as this endangers the safety of the vehicle. In particular, in the case of accident situations, the connection points 27 and 28 to the load, such as the frequency converter 10 with connected electric motor 7, can be interrupted via corresponding supply lines 29, 30 and 31 to a three-phase motor 32 shown in FIG. In such a case, the terminals 27 and 28 of the latch device 9 are exposed and may cause dangerous discharge sparks.
Um diese Gefahren abzuwenden, schreiben entsprechende Normen vor, dass Leistungskondensatoren, wie sie in der Zwischenspeichervorrichtung 9 vorgesehen sind, mit fest verbundenen Entladevorrichtungen zu versehen sind. Dafür werden Entlade- Vorrichtungen 12 über die in Figur 6 gezeigten Anschlusspunkte 27 und 28 angeschlossen, um den Zwischenkreiskondensator 14 zu entladen. Sie müssen folglich geeignet sein, die im Zwischenkreiskondensator gespeicherte Energie aufzunehmen und abzuführen. Dieses kann passiv, wie es Figur 6 zeigt, über einen hochohmigen Widerstand 16 zwischen beispielsweise 30 kΩ bis 50 kΩ (Kilo-Ohm) erfolgen. Bei dieser passiven Entladung über einen Entladewiderstand 16 ist dieser dauerhaft über die Anschlusspunkte 27 und 28 parallel zugeschaltet. Das ist je- doch mit Entladezeiten von einigen Minuten verbunden, die für die Kraftfahrzeugtechnik nicht zulässig sind, zumal die Entladezeiten innerhalb weniger Sekunden liegen sollen.To avert these dangers, corresponding standards dictate that power capacitors as provided in the latching device 9 be provided with fixedly connected discharge devices. For this purpose, discharge devices 12 are connected via the connection points 27 and 28 shown in FIG. 6 in order to discharge the intermediate circuit capacitor 14. Consequently, they must be able to absorb and dissipate the energy stored in the DC link capacitor. This can passively, as it shows Figure 6 over a high-resistance resistor 16 between, for example, 30 kΩ to 50 kΩ (kilo-ohms) take place. In this passive discharge via a discharge resistor 16, this is permanently connected in parallel via the connection points 27 and 28. However, this is associated with discharge times of a few minutes, which are not permitted for automotive technology, especially since the discharge times should be within a few seconds.
Anstelle einer langsamen und ständigen hochohmigen Entladung über einen Widerstand zeigt Figur 7 eine Entladevorrichtung 12, die an die Anschlusspunkte 27 und 28 der Zwischenspeichervorrichtung 9 angeklemmt werden kann. Diese Entladevorrichtung weist einen niederohmigen Widerstand R auf, über den höhere Entladeströme in kürzester Zeit fließen können, der jedoch dann über ein geeignetes Entladeschaltelement 17, das in Figur 6 als Schalter S2 dargestellt ist, nur dann zugeschaltet wird, wenn der Betrieb des Fahrzeugs eingestellt bzw. gestoppt wird. Jedoch sind diese Systeme, wie sie die Figuren 5 bis 7 zeigen, in Kraftfahrzeugen aufgrund des be- grenzten Bauraumes in Kraftfahrzeugen und aufgrund erhöhterInstead of a slow and continuous high-impedance discharge via a resistor, FIG. 7 shows an unloading device 12 which can be clamped to the connection points 27 and 28 of the intermediate storage device 9. This discharge device has a low-resistance resistor R, via which higher discharge currents can flow in the shortest possible time, but which is then switched on via a suitable discharge switching element 17, which is shown in FIG. 6 as switch S2, only when the operation of the vehicle is stopped or stopped is stopped. However, these systems, as they show the figures 5 to 7, in motor vehicles due to the limited space in motor vehicles and due to increased
Sicherheitsanforderungen für Kraftfahrzeuge nicht einsetzbar. So dürfen keinerlei spannungsführende Teile bei einem Autounfall, insbesondere Leitungen und Leitungskomponenten, die beim Auffahrunfall im geladenen Zustand zur Funkenentladung neigen, freigelegt werden.Safety requirements for motor vehicles can not be used. Thus, no live parts are exposed in a car accident, especially cables and line components that tend to spark discharge during a collision in the charged state.
Aus der Druckschrift DE 10 2004 057 693 Al ist dazu eine Vorrichtung zur schnellen Entladung eines Kondensators bekannt, insbesondere zur schnellen Entladung eines Zwischenkreiskon- densators. Dieser wird über einen Gleichstromwandler in einem Bordnetz mit einem Startergenerator als elektrischer Maschine sowie mit zugeordneten Spannungswandlern verbunden. Dabei wird als Gleichspannungswandler ein gesteuerter oder geregelter Gleichspannungswandler eingesetzt, dessen bordnetzseitige Ausgangsspannung nach Abschalten der elektrischen Maschine und Ausschalten des Wechselrichters gegenüber dem Normalzustand angehoben wird, wodurch der mit dem Spannungswandler verbundenen Batterie die abzubauenden Ladungen zugeführt wer- den .From the document DE 10 2004 057 693 Al a device for the rapid discharge of a capacitor is known, in particular for the rapid discharge of a DC link capacitor. This is connected via a DC-DC converter in a vehicle electrical system with a starter generator as an electrical machine and with associated voltage transformers. In this case, a controlled or regulated DC-DC converter is used as a DC-DC converter whose on-board side Output voltage is increased after switching off the electric machine and turning off the inverter from the normal state, whereby the connected to the voltage converter battery are supplied to the degraded charges.
Eine derartige bekannte Zwischenspeichervorrichtung mit Entladevorrichtung unter Rückführung der gespeicherten Energie in die Fahrzeugbatterie hat den Nachteil, dass bei einem Au- tounfall eine Vielzahl von Verbindungsleitungen unterbrochen oder zerstört werden können, so dass eine Entladung eines Zwischenkreiskondensators hin zu der Fahrzeugbatterie nicht mehr möglich ist, und somit ein mit elektrischer Energie gespeichertes Element erhebliche Folgeschäden nach einem Fahr- zeugunfall verursachen kann. Auch andere Vorschläge, die gespeicherte Energie eines Zwischenkreiskondensators zurück zu gewinnen, sind immer mit der Gefahr verbunden, dass dazu entsprechende Leitungen im Fahrzeug verlegt werden müssen, die nicht gewährleisten können, dass im Falle eines Unfalls die Entladung der Energiespeicher gesichert ist, was eine unzulässige Sicherheitsgefahr darstellt.Such a known intermediate storage device with discharge device with the stored energy in the vehicle battery has the disadvantage that in a car accident, a plurality of connecting lines can be interrupted or destroyed, so that a discharge of a DC link capacitor to the vehicle battery is no longer possible, and Thus, an element stored with electrical energy can cause considerable consequential damage after a vehicle accident. Other proposals to recover the stored energy of a DC link capacitor are always associated with the risk that corresponding lines must be installed in the vehicle, which can not ensure that in the event of an accident, the discharge of energy storage is secured, which is an impermissible Safety hazard represents.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug mit Versorgungseinrichtung eines Elektromotors zu schaffen, bei der die Ver- sorgungseinrichtung über eine sich automatisch selbst entladende Zwischenspeichervorrichtung verfügt und somit die Nachteile von Vorrichtungen zur schnellen Entladung von Kondensatoren, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, überwindet .The object of the invention is to provide a vehicle with supply device of an electric motor, in which the supply device has an automatically self-discharging intermediate storage device and thus the disadvantages of devices for rapid discharge of capacitors, as known from the prior art , overcomes.
Gelöst wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeug mit einer Versorgungseinrichtung für einen Elektromotor und ein Verfahren zur Stromversorgung des Elektromotors geschaffen. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Zwischenspeichervorrichtung für die Fahrzeugversorgungseinrichtung offenbart. Das Fahrzeug weist dazu eine Fahrzeugbatterie, eine Zwischenspeichervorrichtung und einen Umrichter zur Versorgung des Elektromotors auf, wobei die Zwischenspeichervorrichtung zwischen der Fahrzeugbatterie und dem Umrichter angeordnet ist. Die Zwischen- Speichervorrichtung weist ein Zwischenspeichermodul mit integraler Entladevorrichtung auf, wobei die Entladevorrichtung beim Entladen der Zwischenspeichervorrichtung die gespeicherte elektrische Energie in Wärmeenergie umsetzt.This object is achieved with the subject of the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims. According to the invention, a vehicle is provided with a supply device for an electric motor and a method for supplying power to the electric motor. Furthermore, a method for producing a temporary storage device for the vehicle supply device is disclosed. For this purpose, the vehicle has a vehicle battery, an intermediate storage device and a converter for supplying the electric motor, wherein the intermediate storage device is arranged between the vehicle battery and the converter. The intermediate storage device has a buffer module with an integral discharge device, wherein the discharge device converts the stored electrical energy into heat energy during discharge of the buffer device.
Der erfindungsgemäße Gegenstand hat den Vorteil, dass dieThe article according to the invention has the advantage that the
Entladevorrichtung integraler Bestandteil des Zwischenspeichermoduls ist. Dadurch wird gewährleistet, dass keine externen Verbindungen erforderlich sind, um ein Entladen der Speicherkomponenten der Zwischenspeichervorrichtung zu gewähr- leisten, zumal die Entladevorrichtung im Ruhezustand desDischarge device is an integral part of the buffer module. This ensures that no external connections are required to ensure unloading of the storage components of the intermediate storage device, especially since the unloading device is in the idle state of the storage device
Fahrzeugs und auch bei allen Unterbrechungen des Fahrzeugbetriebs, beispielsweise durch einen Fahrzeugunfall, grundsätzlich im Entladezustand ist. Lediglich beim Fahrbetrieb unterbricht die Entladevorrichtung die Entladung selbst, so dass die Zwischenspeichervorrichtung ihre Funktion erfüllen kann, nämlich eine Entkopplung zwischen Batterie und dem Umrichter für die Versorgung des Motors zu gewährleisten.Vehicle and also in all interruptions of vehicle operation, for example, by a vehicle accident, basically in the discharge state. Only when driving the discharge device interrupts the discharge itself, so that the latching device can fulfill their function, namely to ensure a decoupling between the battery and the inverter for the supply of the motor.
Als Zwischenspeicher in der Zwischenspeichervorrichtung kann eine Spule oder vorzugsweise ein Zwischenkreiskondensator eingesetzt werden. Dieser Zwischenkreiskondensator ist vorzugsweise Bestandteil eines Zwischenspeichermoduls, das ein gemeinsames Gehäuse aufweist, in dem Komponenten wie der Zwischenkreiskondensator, ein elektrischer Widerstand, um die gespeicherte elektrische Energie in Wärmeenergie umzusetzen, ein Entladeschaltelement , das beim Lade- und Speichervorgang eine Offenstellung und beim Entladen des Zwischenkreiskonden- sators eine Schließstellung aufweist, sowie ein elektroni- scher Treiber, zum Offenhalten des Entladeschaltelements beim Lade- und Speichervorgang und zum Schließen desselben bei Ausfall oder Abstellen des Fahrzeugmotors, angeordnet sind.As a buffer in the buffer device, a coil or preferably a DC link capacitor can be used. This DC link capacitor is preferably part of a buffer module, which has a common housing, in which components such as the DC link capacitor, an electrical resistance to the to convert stored electrical energy into heat energy, a discharge switching element which has an open position during the charging and storage process and a closed position when the intermediate circuit capacitor is discharged, as well as an electronic driver for keeping the discharge switching element open during the charging and storage process and closing it Failure or parking the vehicle engine, are arranged.
Mit diesem Zwischenspeichermodul wird in vorteilhafter Weise eine kompakte Zwischenspeichervorrichtung verwirklicht, die außerdem sicherstellt, dass die Entladevorrichtung grundsätzlich eingeschaltet ist, wenn kein Fahrbetrieb erfolgt, und erst deaktiviert wird, wenn der Fahrbetrieb einsetzt. Wie einleitend bereits erwähnt, ist die Kapazität des Zwischen- kreiskondensators erheblich, so dass der Zwischenkreiskonden- sator entsprechend große Oberflächen bzw. Dimensionen aufweist .With this buffer module, a compact buffer device is advantageously realized, which also ensures that the unloading device is basically turned on when no driving operation, and is deactivated only when the driving operation begins. As already mentioned in the introduction, the capacitance of the intermediate circuit capacitor is considerable, so that the intermediate circuit capacitor has correspondingly large surfaces or dimensions.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Zwischenkreiskondensator ein Folienkondensator und der elektrische Widerstand ein Folienwiderstand, der mit der Entladevorrichtung zusammenwirkt. Dazu kann der Folienkondensator zwei großflächige Sammelelektroden aufweisen und auf mindestens einer der Elektroden den Folienwiderstand tragen, der flächig auf einer der Elektroden angeordnet ist. Eine derartige flächige Anordnung kann auch strukturiert sein, vorzugsweise als mäanderförmige Widerstandsstruktur. Außerdem kann auf einer der Sammelelektroden des Folienkondensators ein integrierter Schaltkreis mit dem Entladeschaltelement und dem elektronischen Treiber angeordnet sein.In a preferred embodiment of the invention, the DC link capacitor is a foil capacitor and the electrical resistance is a foil resistor which cooperates with the discharge device. For this purpose, the film capacitor can have two large-area collector electrodes and carry on at least one of the electrodes the film resistance, which is arranged flat on one of the electrodes. Such a planar arrangement can also be structured, preferably as a meander-shaped resistance structure. In addition, an integrated circuit with the discharge switching element and the electronic driver can be arranged on one of the collecting electrodes of the film capacitor.
Eine spezielle Form für den Zwischenkreiskondensator ergibt sich, wenn ein Schichtstapelkondensator oder ein Rundwickelkondensator oder ein Keramikkondensator eingesetzt wird. Die Außenelektroden derartiger Kondensatoren haben unterschiedliche Formen, wobei flächige ebene Sammelelektroden bevorzugt werden, wie sie ein Schichtstapelkondensator oder ein Keramikkondensator aufweisen können. Es lassen sich aber auch Entladevorrichtungen auf zylindrischen oder becherförmigenA special form for the DC link capacitor results when a layer stack capacitor or a lap winding capacitor or a ceramic capacitor is used. The External electrodes of such capacitors have different shapes, flat planar collector electrodes being preferred, as may be the case of a stacked stack capacitor or a ceramic capacitor. But it can also unloaders on cylindrical or cup-shaped
Oberflächen von Sammelelektroden, wie sie beispielsweise beim Rundwickelkondensator oder einem Elektrolytkondensator zur Verfügung stehen, integrieren. Selbst in dem Fall, dass als Zwischenkreiskondensator ein Al-Elektrolytkondensator einge- setzt wird, ist es möglich, auf die becherförmige Außenelektrode des Al-Elektrolytkondensators eine entsprechende Entladestruktur anzuordnen. Diese Strukturen sind vorzugsweise durch eine Isolationsschicht von der tragenden Elektrode isoliert.Surface of collecting electrodes, such as those available in the round winding capacitor or an electrolytic capacitor, integrate. Even in the case that an Al electrolytic capacitor is used as the intermediate circuit capacitor, it is possible to arrange a corresponding discharge structure on the cup-shaped outer electrode of the Al electrolytic capacitor. These structures are preferably isolated from the supporting electrode by an insulating layer.
Auch der eigentliche Wandler, der elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelt, vorzugsweise ein elektrischer Widerstand, kann isoliert auf die tragende Oberfläche einer Sammelelektrode eines Kondensators aufgebracht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein derartiger elektrischer Widerstand ein Dünnfilm- oder ein Dickfilmwiderstand. Bei Dünnfilmwiderständen wird auf die Sammelelektrode eine Isolationsschicht aufgebracht und auf dieser eine dünne Metallschicht realisiert, die anschließend eventuell noch beispielsweise mäanderförmig strukturiert wird. Dickschichtwiderstände werden vorzugsweise auf ein Keramiksubstrat aufgebracht, das wiederum mit der tragenden Sammelelektrode des Zwischenkreiskondensators Stoffschlüssig verbunden wird.Also, the actual converter, which converts electrical energy into heat energy, preferably an electrical resistance, can be applied in isolation to the supporting surface of a collecting electrode of a capacitor. In a preferred embodiment of the invention, such an electrical resistance is a thin film or a thick film resistor. In the case of thin-film resistors, an insulation layer is applied to the collecting electrode and a thin metal layer is realized thereon, which may subsequently be patterned meander-like, for example. Thick film resistors are preferably applied to a ceramic substrate, which in turn is bonded to the supporting collecting electrode of the intermediate circuit capacitor.
Ferner ist es von Vorteil, einen Temperatur überwachten Widerstand vorzusehen, um sicherzustellen, dass bei Betriebsstörungen eine Überhitzung des Widerstandes ausgeschlossen ist. Darüber hinaus ist es vorgesehen, einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizient, nämlich einen so genannten PTC-Widerstand zur Umwandlung der gespeicherten Energie in Wärmeenergie einzusetzen. Das hat den Vorteil, dass sich der Widerstand bei Betriebsstörungen selber vor einer Überhitzung schützt, indem sein Widerstandswert mit zunehmender Tempera- tur steigt und den Entladestrom auf einen zulässigen Wert automatisch verringert.Furthermore, it is advantageous to provide a temperature-monitored resistor to ensure that in case of malfunction overheating of the resistor is excluded. In addition, it is provided, a resistor with a positive temperature coefficient, namely a so-called PTC resistor to convert the stored energy into heat energy. This has the advantage that the resistor itself protects against overheating during malfunctions, as its resistance increases with increasing temperature and automatically reduces the discharge current to a permissible value.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Zwischenspeichervorrichtung kann die folgenden Verfahrensschritte aufweisen. Zu- nächst wird ein Zwischenkreiskondensator mit mindestens einer oberflächigen Sammelelektrode bereitgestellt. Anschließend wird eine Isolationsschicht auf die Sammelelektrode aufgebracht. Auf diese Isolationsschicht kann eine Verdrahtungsstruktur angeordnet werden. Danach wird ein elektrischer Wi- derstand auf einen Bereich der Isolationsschicht unter Verbinden mit der Verdrahtungsstruktur aufgebracht und schließlich ein Entladeschaltelement auf der Isolationsschicht unter Verbinden mit der Verdrahtungsstruktur fixiert. Schließlich kann auch noch ein elektrischer Treiber auf der Isolations- schicht angeordnet werden, wobei auch dieser mit der Verdrahtungsstruktur zu verbinden ist.A method of manufacturing a temporary storage device may include the following method steps. First, an intermediate circuit capacitor is provided with at least one surface collecting electrode. Subsequently, an insulating layer is applied to the collecting electrode. A wiring structure can be arranged on this insulation layer. Thereafter, an electrical resistor is applied to a portion of the insulating layer to be connected to the wiring pattern, and finally, a discharging switching element is fixed on the insulating layer while being connected to the wiring pattern. Finally, it is also possible to arrange an electrical driver on the insulating layer, with this also being to be connected to the wiring structure.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass mit der Herstellung der Zwischenspeichervorrichtung ein Zwischenspeichermodul entsteht, so dass sämtliche Bauelemente auf einer der Sammelelektroden des Zwischenkreiskondensators wie auf einer Leiterplatte oberflächenmontiert sind. Somit ist diese Zwischenspeichervorrichtung ein kompaktes Modul, dem lediglich noch ein Gehäuse fehlt. Dieses Gehäuse kann durch Einbetten der zu einem Modul verbundenen Komponenten in eine Kunststoffgehäu- semasse realisiert werden. Das Gehäuse kann aber auch bei entsprechender Zwischenisolation als ein Hohlraumgehäuse ausgebildet sein, wobei der Hohlraum des Gehäuses von den oben beschriebenen Komponenten eingenommen wird. Ein Verfahren zur Versorgung eines Elektromotors eines Fahrzeugs weist nachfolgende Verfahrenschritte auf. Zunächst wird beim Starten und während des Betriebs des Fahrzeugs ein Ent- ladeschaltelement eines kapazitiven Zwischenspeichers geöffnet. Bei stromlosen Zustand, d.h. wenn das Fahrzeug nicht in Betrieb ist oder zum Stillstand beispielsweise durch einen Unfall gekommen ist, ist das Entladeschaltelement in einer elektrisch leitenden Schließstellung, so dass praktisch der Zwischenkreiskondensator über einen elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelnden Widerstand kurzgeschlossen ist.This method has the advantage that with the production of the temporary storage device, a buffer module is formed, so that all components are surface-mounted on one of the collector electrodes of the DC link capacitor as on a printed circuit board. Thus, this latching device is a compact module that lacks only one housing. This housing can be realized by embedding the components connected to a module into a plastic housing mass. The housing can also be formed with a corresponding intermediate insulation as a cavity housing, wherein the cavity of the housing is occupied by the components described above. A method for supplying an electric motor of a vehicle has the following method steps. First, a discharge switching element of a capacitive buffer is opened when starting and during operation of the vehicle. When de-energized, ie when the vehicle is not in operation or has come to a halt, for example, by an accident, the Entladeschaltelement is in an electrically conductive closed position, so that virtually the DC link capacitor is short-circuited via an electrical energy into heat energy converting resistor.
Durch das Öffnen dieses Entladeschaltelements ist es dann möglich, den kapazitiven Zwischenkreisspeicher in Zusammen- wirken mit einer Fahrzeugbatterie aufzuladen bzw. zu betreiben. Die gespeicherte Energie kann in einen Wechselstrom durch einen Umrichter umgewandelt werden, um den Elektromotor zu versorgen. Beim Abschalten oder Anhalten des Fahrzeugmotors wird ein Entladen der elektrischen Energie des kapaziti- ven Zwischenspeichers unter Zuschalten eines elektrischen Widerstands, der mit dem Zwischenkreiskondensator in einem gemeinsamen Zwischenspeichermodul angeordnet ist, aktiviert.By opening this discharge switching element, it is then possible to charge or operate the capacitive intermediate circuit memory in cooperation with a vehicle battery. The stored energy can be converted to an alternating current through an inverter to supply the electric motor. When switching off or stopping the vehicle engine, a discharge of the electrical energy of the capacitive buffer is activated by connecting an electrical resistance, which is arranged with the intermediate circuit capacitor in a common buffer module.
Das Zuschalten eines elektrischen Widerstands erfolgt mittels eines in dem Zwischenspeichermodul integrierten Entladeschaltelements und eines elektronischen Treibers. Beim darauf folgenden Entladevorgang der Zwischenspeichervorrichtung wird die gespeicherte elektrische Energie in Wärmeenergie umgesetzt, die als elektrische Energie in einem Zwischenkreiskon- densator der Zwischenspeichervorrichtung zwischengespeichert war .The connection of an electrical resistance takes place by means of a discharge switching element integrated in the buffer module and an electronic driver. During the subsequent discharging process of the intermediate storage device, the stored electrical energy is converted into thermal energy, which was temporarily stored as electrical energy in a DC link capacitor of the intermediate storage device.
Beim Lade- und Speichervorgang nimmt das Entladeschaltelement eine Offenstellung und beim Entladen des Zwischenkreiskonden- sators nimmt das Entladeschaltelement eine Schließstellung ein. Dabei hält ein elektronischer Treiber das Entladeschaltelement beim Lade- und Speichervorgang offen und bei Ausfall oder Abstellen des Fahrzeugmotors fällt das Entladeschaltele- ment automatisch zurück in die Schließstellung.During the charging and storage process, the discharge switching element assumes an open position and when discharging the intermediate circuit capacitor sators, the discharge switching element assumes a closed position. In this case, an electronic driver keeps the discharge switching element open during the charging and storage process, and when the vehicle engine fails or stops, the discharge switching element automatically falls back into the closed position.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert .The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures.
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung;Figure 1 is a schematic block diagram of a first embodiment of the invention;
Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Zwischenspeichermoduls gemäß einer zweiten Aus- führungsform der Erfindung;FIG. 2 shows a schematic perspective view of a buffer module according to a second embodiment of the invention;
Figur 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Zwischenspeichermoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;FIG. 3 shows a schematic perspective view of a buffer module according to a third embodiment of the invention;
Figur 4 zeigt ein detailliertes Schaltbild der Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 1;FIG. 4 shows a detailed circuit diagram of the embodiment of the invention according to FIG. 1;
Figuren 5 bis 7 zeigen unterschiedliche Versorgungseinrich- tungen für Elektromotoren eines Fahrzeugs gemäß demFIGS. 5 to 7 show different supply devices for electric motors of a vehicle according to FIG
Stand der Technik.State of the art.
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung. In dieser ersten Ausführungs- form der Erfindung weist das Fahrzeug eine Versorgungseinrichtung 1 für einen Elektromotor 7 auf, der in dieser Ausführungsform ein Drehstrommotor 32 ist. Der Drehstrommotor 32 wird mit Hilfe von drei Phasen über die Zuleitungen 29, 30 und 31 von einem Frequenzumrichter 10 versorgt, der einen Gleichstrom DC (direct current) in einen Dreiphasenstrom AC (alternating current) umrichtet. Der Frequenzumrichter 10 ist an eine Fahrzeugbatterie 8 angeschlossen, die Gleichspannungen über 60 V liefert und vorzugsweise Lithiumionen-Batterien aufweist.FIG. 1 shows a schematic block diagram of a first embodiment of the invention. In this first embodiment of the invention, the vehicle has a supply device 1 for an electric motor 7, which in this embodiment is a three-phase motor 32. The three-phase motor 32 is supplied by means of three phases via the leads 29, 30 and 31 from a frequency converter 10, the one DC DC (direct current) into a three-phase alternating current (AC). The frequency converter 10 is connected to a vehicle battery 8 which supplies DC voltages above 60 V and preferably has lithium-ion batteries.
Zur Entkopplung zwischen dem Frequenzumrichter 10 und der Fahrzeugbatterie 8 ist dazwischen ein so genannter Zwischenkreis mit einem Zwischenkreiskondensator 14 angeordnet. Die- ser Zwischenkreis bildet eine Zwischenspeichervorrichtung 9, die in dieser ersten Ausführungsform der Erfindung mehrere elektronische Komponenten in einem kompakten geschlossenen Gehäuse 15 aufweist. Während der Zwischenkreiskondensator 14 eine glättende und entkoppelnde Funktion ausführt, wird er elektrostatisch aufgeladen und speichert als Zwischenspeicher 13 elektrische Energie, solange das Fahrzeug betrieben wird.For decoupling between the frequency converter 10 and the vehicle battery 8, a so-called intermediate circuit with an intermediate circuit capacitor 14 is arranged therebetween. This intermediate circuit forms an intermediate storage device 9 which, in this first embodiment of the invention, has a plurality of electronic components in a compact, closed housing 15. While the DC link capacitor 14 performs a smoothing and decoupling function, it is electrostatically charged and stores as a latch 13 electrical energy as long as the vehicle is operated.
Im Falle des Abstellen oder Stoppen des Fahrzeugs und Fahrzeugmotors geht ein Batterieschaltelement S3 von einer Schließstellung in eine Offenstellung, so dass die Fahrzeugbatterie von der Zwischenspeichervorrichtung 9 getrennt ist. Jedoch muss nun in Sekundenschnelle die in dem Zwischenspeicher 13 gespeicherte elektrische Energie abgebaut werden. Dazu weist die erste Ausführungsform der Erfindung eine Entla- devorrichtung 12 auf, die im Wesentlichen aus einem elektrischen Widerstand 16 in Serie mit einem Entladeschaltelement 17, das auch als S2 gekennzeichnet ist, besteht. Dieses Entladeschaltelement 17 ist leitend bzw. in einer Schließstellung, solange noch elektrische Ladung auf dem Zwischenkreis- kondensator 14 gespeichert ist und das Fahrzeug nicht betrieben wird. Erst dann, wenn der Kondensator entladen ist, geht das Ladeschaltelement 17 in eine Offenstellung über, wozu in dem Gehäuse 15 ein Treiber T bzw. eine Ansteuerung für das Entladeschaltelement 17 angeordnet ist. Dieser Treiber 18 wird seinerseits über einen Schalter Si gesteuert, wobei der Schalter Si beim Anlassen und Betreiben des Fahrzeugs in Pfeilrichtung A in eine Schließstellung ü- bergeht und gleichzeitig das Entladeschaltelement 17 inIn the case of stopping or stopping the vehicle and vehicle engine, a battery switching element S3 moves from a closed position to an open position, so that the vehicle battery is separated from the intermediate storage device 9. However, within a few seconds, the electrical energy stored in the latch 13 must be reduced. For this purpose, the first embodiment of the invention to a discharge device 12, which consists essentially of an electrical resistance 16 in series with a Entladeschaltelement 17, which is also marked as S2. This discharge switching element 17 is conductive or in a closed position, as long as electric charge is still stored on the DC link capacitor 14 and the vehicle is not operated. Only when the capacitor is discharged does the charging switching element 17 change over into an open position, for which purpose a driver T or a drive for the discharge switching element 17 is arranged in the housing 15. This driver 18 is in turn controlled by a switch Si, wherein the switch Si when starting and operating the vehicle in the direction of arrow A passes into a closed position ü- and at the same time the discharge switching element 17 in
Pfeilrichtung B in einer Offenstellung gehalten wird, so dass ein Aufladen des Zwischenkreiskondensators 14 ermöglicht wird. Komponenten der Schaltung in dem gemeinsamen Gehäuse 15 bilden ein Zwischenspeichermodul 11 mit integraler Entlade- Vorrichtung 12. Dazu kann die integrale Entladevorrichtung 12 in dem Innenraum des Gehäuses 15 an einer der Wände oder auf einer Platine oder auf einer der elektronischen Komponenten des Zwischenspeichermoduls 11 fixiert sein.Arrow direction B is held in an open position, so that a charging of the DC link capacitor 14 is made possible. Components of the circuit in the common housing 15 form a buffer module 11 with integral discharge device 12. For this purpose, the integral discharge device 12 may be fixed in the interior of the housing 15 on one of the walls or on a circuit board or on one of the electronic components of the buffer module 11 ,
Die in Figur 1 gezeigte Schaltung stellt somit über den e- lektrischen Widerstand 16 und über das Entladeschaltelement 17 eine dauerhafte Entladung des Zwischenkreiskondensators 14 sicher, wenn der Betrieb des Fahrzeugs eingestellt oder abgebrochen wird. Der Treiber 18 schaltet bei Erreichen einer Zenerdiodenspannung das Entladeschaltelement 17 leitend. Über den Schalter Si wird die Entladung jedoch unterbrochen, sobald das Fahrzeug gestartet wird. Durch diese Anordnung, wie sie Figur 1 zeigt, ist die Entladung des Zwischenspeicherkondensators 14 auch bei Unterbrechung der Ansteuerung über den Schalter Si sichergestellt.The circuit shown in FIG. 1 thus ensures, via the electrical resistor 16 and via the discharge switching element 17, a permanent discharge of the intermediate circuit capacitor 14 when the operation of the vehicle is stopped or stopped. The driver 18 turns on reaching a Zener diode voltage, the discharge switching element 17 conductive. However, via the switch Si, the discharge is interrupted as soon as the vehicle is started. As a result of this arrangement, as shown in FIG. 1, the discharge of the intermediate storage capacitor 14 is ensured even when the activation is interrupted via the switch Si.
Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Zwischenspeichermoduls 11 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Das Zwischenspeichermodul 11 basiert in dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung auf einem Folienkondensator 19 als Zwischenkreiskondensator 14. Dieser Folienkondensator 19 ist als Schichtstapelkondensator aufgebaut, wobei schichtweise einseitig metallisierte Isolationsfolien aufeinander geschichtet sind, so dass Speicherelektroden 22 elekt- risch mit einer Sammelelektrode 20 auf der Oberseite des Schichtstapelkondensators elektrisch verbunden sind und Speicherelektroden 23 mit einer Sammelelektrode 21 auf der Unterseite des Schichtstapelkondensators zusammenwirken.FIG. 2 shows a schematic perspective view of a buffer module 11 according to a second embodiment of the invention. The buffer module 11 is based in this second embodiment of the invention on a film capacitor 19 as a DC link capacitor 14. This film capacitor 19 is constructed as a layer stacked capacitor, wherein one-layer metallized insulating films are stacked on top of each other, so that storage electrodes 22 are electronically electrically connected to a collecting electrode 20 on top of the stacked stack capacitor and storage electrodes 23 cooperate with a collecting electrode 21 on the underside of the stacked stack capacitor.
In dieser Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Sammelelektroden 20 und 21 über den Seitenrand zu einer Stirnseite des Schichtstapelkondensators abgewinkelt und tragen auf der Stirnseite sowohl die Steuereinrichtung bzw. den Treiber 18 als auch die Entladevorrichtung aus einer Serienschaltung eines Widerstandes 16 und eines Entladeschaltele- ments 17. Während das Entladeschaltelement 17 mit seiner rückseitigen Drainelektrode direkt die Sammelelektrode 20 des Zwischenkreiskondensators 14 kontaktiert, ist der Widerstand 16 als Keramikwiderstand ausgeführt und über eine Isolationsschicht 26 auf der Sammelelektrode 20 isoliert montiert.In this embodiment of the invention, the two collecting electrodes 20 and 21 are angled over the side edge to an end face of the stacked stack capacitor and carry on the front side both the control device or the driver 18 and the discharge of a series circuit of a resistor 16 and a Entladeschaltele- 17th While the discharge switching element 17 directly contacts the collecting electrode 20 of the intermediate circuit capacitor 14 with its rear-side drain electrode, the resistor 16 is designed as a ceramic resistor and is insulatedly mounted on the collecting electrode 20 via an insulating layer 26.
Wenn Si offen ist, weil das Fahrzeug nicht betrieben wird, schaltet der Treiber 18 den Schalter S2 durch, solange noch Speicherenergie auf dem Zwischenkreiskondensator 14 vorhanden ist, so dass die Sammelelektrode 20 über das Schaltelement S2 und den Widerstand 16 mit der zweiten Sammelelektrode 21 über die Verbindungsleitungen 33 und 34 entladen wird. Dabei wird die in dem Zwischenkreisspeicher 14 gespeicherte Energie in dem Ladewiderstand 16 in Wärmeenergie umgewandelt. Da keramische Widerstände in Form von Dickschichtwiderständen kleinflächig und kompakt hergestellt werden können, reicht die Stirnfläche der abgewinkelten Sammelelektrode 20 aus, um die gesamte Entladevorrichtung für den Zwischenkreiskondensator 14 dort anzuordnen.If Si is open, because the vehicle is not operated, the driver 18, the switch S2, while there is still memory energy on the DC link capacitor 14, so that the collecting electrode 20 via the switching element S2 and the resistor 16 with the second collecting electrode 21 via the connecting lines 33 and 34 is discharged. In this case, the energy stored in the intermediate circuit memory 14 in the charging resistor 16 is converted into heat energy. Since ceramic resistors in the form of thick film resistors can be made small area and compact, the end face of the angled collecting electrode 20 is sufficient to arrange the entire discharge device for the DC link capacitor 14 there.
Außerdem ist es möglich, durch entsprechende Zusammensetzung des Sintermaterials des Dickschichtwiderstandes auch einen Widerstand mit positiven Temperaturkoeffizienten herzustel- len, der aufgrund des positiven Temperaturkoeffizienten seinen Widerstandswert mit steigender Temperatur erhöht, so dass derartige PCT-Widerstände automatisch vor Überhitzungen geschützt sind. Dieses ist bei einem Dünnfilmwiderstand, der in der nächsten Ausführungsform der Erfindung eingesetzt wird, wie es die nächste Figur zeigt, nicht möglich. In einem solchen Fall ist der Ladewiderstand thermisch zu überwachen. Diese thermische Überwachung kann in den elektronischen Treiber integriert werden.In addition, it is possible to produce a resistor with positive temperature coefficients by appropriate composition of the sintered material of the thick-film resistor. len, which increases its resistance with increasing temperature due to the positive temperature coefficient, so that such PCT resistors are automatically protected against overheating. This is not possible with a thin film resistor used in the next embodiment of the invention as shown in the next figure. In such a case, the charging resistor must be thermally monitored. This thermal monitoring can be integrated into the electronic driver.
Figur 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Zwischenspeichermoduls 11 gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform der Erfindung wird wiederum ein kompaktes Zwischenspeichermodul 11 realisiert, das als Zwischenkreiskondensator 14 einen Schichtstapelkondensator aufweist. Anstelle von Schichtstapelkondensatoren können aber auch Kondensatoren als Rundwickelkondensatoren oder Elektrolytkondensatoren eingesetzt werden. In derartigen Fällen kann die integrale Entladevorrichtung auf den becher- förmigen oder zylindrischen Elektroden derartiger Zwischen- kreiskondensatoren untergebracht werden.FIG. 3 shows a schematic perspective view of a buffer module 11 according to a third embodiment of the invention. In this embodiment of the invention, in turn, a compact buffer module 11 is realized, which has a stacked capacitor as intermediate circuit capacitor 14. Instead of layer stacked capacitors but also capacitors can be used as Rundwickelkondensatoren or electrolytic capacitors. In such cases, the integral discharge device can be accommodated on the cup-shaped or cylindrical electrodes of such intermediate-circuit capacitors.
In dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Sammelelektrode 20 und eine Stirnseite 35 des Schichtstapelkon- densators mit einer Isolationsschicht 26 beschichtet und der mäanderförmige Dünnfilmwiderstand 16 ist auf dieser Isolationsschicht sowohl auf der Oberseite des Schichtstapelkondensators mit der Sammelelektrode 20 als auch auf der Stirnseite 35 angeordnet, so dass dieser Entladewiderstand 16 die auf der Rückseite des Schichtstapelkondensators angeordnete Sammelelektrode 21 mit einem Ende kontaktiert.In the embodiment shown in Figure 3, the collecting electrode 20 and an end face 35 of the Schichtstapelkon- capacitor coated with an insulating layer 26 and the meandering thin film resistor 16 is disposed on this insulating layer both on top of the stacked stack capacitor with the collecting electrode 20 and on the end face 35 so that this discharge resistor 16 contacts the collecting electrode 21 disposed on the back side of the stacked-layer capacitor with one end.
Das andere Ende des Entladewiderstandes 16 ist über eine Verbindungsleitung 33 mit einer Elektrode des Entladeschaltele- ments 17 verbunden, dessen zweite Elektrode auf der Rückseite des Entladeschaltelements 17 die Sammelelektrode 20 kontaktiert. Solange noch eine elektrische Ladung in dem Zwischen- kreiskondensator 14 gespeichert ist, wird über die Verbin- dungsleitung 34 die Steuerelektrode des Entladeschaltelements 17 derart angesteuert, dass die Sammelelektrode 20 über das Schaltelement S2 und den Widerstand R mit der Sammelelektrode 21 auf der Rückseite verbunden ist. Damit wird unabhängig von äußeren Einflüssen die elektrische Energie, die in dem Zwi- schenkreiskondensator 14 gespeichert ist, in dem Entladewiderstand R in Wärme umgewandelt und der Zwischenkreiskonden- sator 14 entladen. Andererseits wird beim Schließen des Schalters Si das Entladeschaltelement 17 über die Verbindungsleitung 34 derart angesteuert, dass es in eine Offen- Stellung übergeht und der normale Betrieb des Zwischenkreis- kondensators 14 aufgenommen wird.The other end of the discharge resistor 16 is connected via a connecting line 33 with an electrode of the Entladeshaltele- ment 17 whose second electrode on the back of the discharge switching element 17, the collecting electrode 20 contacts. As long as an electrical charge is still stored in the intermediate circuit capacitor 14, the control electrode of the discharge switching element 17 is driven via the connecting line 34 in such a way that the collecting electrode 20 is connected via the switching element S2 and the resistor R to the collecting electrode 21 on the rear side , Thus, regardless of external influences, the electrical energy stored in the intermediate circuit capacitor 14 is converted into heat in the discharge resistor R and the intermediate circuit capacitor 14 is discharged. On the other hand, when closing the switch Si, the discharge switching element 17 is controlled via the connecting line 34 in such a way that it changes into an open position and the normal operation of the DC link capacitor 14 is recorded.
Figur 4 zeigt ein detailliertes Schaltbild der Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 1. Der Schalter Si wird nun durch einen Niederspannungs-MOSFET 36 realisiert. Dieser MOS- FET 36 wird leitend und geht damit in eine Schließstellung über, wenn an den Eingang E eine Steuerspannung für das Gate G des MOSFETs 36 gelegt wird. Dabei begrenzt eine Zenerdiode Di dieses Steuerpotential. Liegt folglich ein entsprechendes Steuerpotential am Eingang E an, weil das Fahrzeug in Betrieb genommen wird, so wird die Drain D des MOSFETs 36 dabei auf Massepotential gezogen, so dass am Gate G des Entladeschaltelements 17, das ebenfalls als MOSFET ausgebildet ist, keine ausreichende Steuerspannung anliegt, um das Entladeschaltele- ment in einer Schließposition zu halten. Somit öffnet das Entladeschaltelement nun mit dem Betrieb des Fahrzeugs und der Zwischenkreiskondensator 14 kann seine volle Funktion ausüben . Sobald der Fahrzeugbetrieb abgestellt ist und damit am Eingang E kein Schaltpotential an dem MOSFET 36 anliegt, geht dieser in eine Offenstellung und wird nicht leitend, so dass nun über einen hochohmigen Widerstand R2 an das Gate G des Entladeschaltelements 17 eine Schaltspannung angelegt wird, die der Zenerdiodenspannung der Zenerdiode D2 in dem Zwischenspeichermodul 11 entspricht. Diese Zenerspannung ist derart dimensioniert, dass nun das Entladeschaltelement 17 durchschaltet bzw. solange leitend wird, solange Speicherla- düng auf dem Zwischenkreiskondensator 14 vorhanden ist.FIG. 4 shows a detailed circuit diagram of the embodiment of the invention according to FIG. 1. The switch Si is now realized by a low-voltage MOSFET 36. This MOSFET 36 becomes conductive and thus goes into a closed position when a control voltage for the gate G of the MOSFET 36 is applied to the input E. In this case, a Zener diode Di limits this control potential. Consequently, if a corresponding control potential at the input E, because the vehicle is put into operation, the drain D of the MOSFET 36 is thereby pulled to ground potential, so that at the gate G of the discharge switching element 17, which is also designed as a MOSFET, no sufficient control voltage is applied to hold the Entladeschaltele- ment in a closed position. Thus, the discharge switching element now opens with the operation of the vehicle and the DC link capacitor 14 can perform its full function. Once the vehicle operation is turned off and thus at the input E no switching potential applied to the MOSFET 36, this goes into an open position and is not conductive, so that now via a high-impedance resistor R2 to the gate G of the discharge switching element 17, a switching voltage is applied, the Zener diode voltage of the Zener diode D 2 in the latch module 11 corresponds. This zener voltage is dimensioned in such a way that now the discharge switching element 17 is switched on or becomes conductive as long as storage charge is present on the intermediate circuit capacitor 14.
Damit kann ein Entladestrom über den Widerstand 16 fließen, der die gespeicherte Energie in Wärme umwandelt, bis das Entladeschaltelement 17 keine ausreichende Steuerspannung für das Gate aufweist, so dass nach Entladen des Zwischenkreis- kondensators 14 das Entladeschaltelement 17 in seine Offenstellung übergeht. Diese Offenstellung wird beim Lade- und Speichervorgang aufrecht erhalten, sobald am Eingang E der Schaltung Si ein ausreichendes Steuersignal anliegt. Somit ist sichergestellt, dass, selbst wenn die Schaltung Si ausfällt, der Zwischenkreiskondensator 14 in jedem Fall automatisch über das Entladeschaltelement 17 entladen wird.Thus, a discharge current flow through the resistor 16, which converts the stored energy into heat until the discharge switching element 17 does not have sufficient control voltage for the gate, so that after discharging the DC link capacitor 14, the discharge switching element 17 passes into its open position. This open position is maintained during the charging and storage process as soon as a sufficient control signal is present at the input E of the circuit Si. Thus, it is ensured that even if the circuit Si fails, the link capacitor 14 is automatically discharged via the discharge switching element 17 in any case.
Die Figuren 5 bis 7 zeigen unterschiedliche Versorgungsein- richtungen 4 bis 6 für Elektromotoren 7 eines Fahrzeugs gemäß dem Stand der Technik, wie er bereits einleitend erörtert wurde, so dass eine erneute Beschreibung zur Vermeidung von Wiederholungen an dieser Stelle entfällt. FIGS. 5 to 7 show different supply devices 4 to 6 for electric motors 7 of a vehicle according to the prior art, as already discussed in the introduction, so that a new description to avoid repetitions at this point is omitted.

Claims

Patentansprüche claims
1. Fahrzeug mit Versorgungseinrichtung (1) eines Elektromotors (7) aufweisend: - eine Fahrzeugbatterie (8); eine Zwischenspeichervorrichtung (9); einen Umrichter (10) zur Versorgung des Elektromotors (7); wobei die Zwischenspeichervorrichtung (9) zwischen der Fahr- zeugbatterie (8) und dem Umrichter (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenspeichervorrichtung (9) ein Zwischenspeichermodul (11) mit integraler Entladevorrichtung (12) aufweist, wobei die Entladevorrichtung (12) beim Entladen der Zwischenspei- chervorrichtung (9) die gespeicherte elektrische Energie in Wärmeenergie umsetzt.1. vehicle with supply device (1) of an electric motor (7) comprising: - a vehicle battery (8); an intermediate storage device (9); an inverter (10) for supplying the electric motor (7); wherein the temporary storage device (9) is arranged between the vehicle battery (8) and the inverter (10), characterized in that the temporary storage device (9) comprises a temporary storage module (11) with integral unloading device (12), the unloading device (12 ) converts the stored electrical energy into heat energy when unloading the temporary storage device (9).
2. Fahrzeug nach Anspruch 1 d a du r ch ge ke n n z e i c h n e t , da s s die Zwischenspeichervorrichtung als Zwischenspeicher (13) einen Zwischenkreiskondensator (14) aufweist.2. Vehicle according to claim 1, characterized in that the intermediate storage device has a DC link capacitor (14) as intermediate memory (13).
3. Fahrzeug nach Anspruch 2, d a du r ch ge ke n n z e i c h n e t , da s s das Zwischenspeichermodul (11) ein gemeinsames Gehäuse (15) für nachfolgende Komponenten aufweist, den Zwischenkreiskondensator (14), einen elektrischen Widerstand (16), ein Entla- deschaltelement (17), das beim Lade- und Speichervorgang eine Offenstellung und beim Entladen des Zwischenkreiskondensators (14) eine Schließstellung aufweist, einen elektronischen3. Vehicle according to claim 2, characterized in that the intermediate storage module (11) has a common housing (15) for subsequent components, the intermediate circuit capacitor (14), an electrical resistance (16), an unloading switching element (17), which has an open position during the charging and storage process and a closed position when the intermediate circuit capacitor (14) is discharged, an electronic device
Treiber (189 zum Offenhalten des Entladeschaltelements (17) beim Lade- und Speichervorgang und zum Schließen desselben bei Ausfall oder Abstellen des Fahrzeugmotors. Driver (189 for keeping open the Entladeschaltelements (17) during the loading and storing process and closing the same in case of failure or parking the vehicle engine.
4. Fahrzeug nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadur ch ge ke nn z e i chne t , da s s der Zwischenkreiskondensator (14) ein Folienkondensator und der elektrische Widerstand (16) ein Folienwiderstand ist, der mit der Entladevorrichtung (12) zusammenwirkt.4. Vehicle according to claim 2 or claim 3, characterized in that the intermediate circuit capacitor (14) is a foil capacitor and the electrical resistance (16) is a foil resistance which cooperates with the discharge device (12).
5. Fahrzeug nach Anspruch 4, d a du r ch ge ke n n z e i c h n e t , da s s der Folienkondensator (19) zwei großflächige Sammelelektroden (20, 21) und entsprechende Speicherelektroden (22, 23) aufweist und mindestens eine Elektrode (20) einen Folienwiderstand (24) trägt, der flächig auf einer der Elektroden (20) mit mäanderförmiger Struktur angeordnet ist.5. Vehicle according to claim 4, characterized in that the film capacitor (19) has two large-area collecting electrodes (20, 21) and corresponding storage electrodes (22, 23) and at least one electrode (20) has a foil resistance (24 ), which is arranged flat on one of the electrodes (20) with a meander-shaped structure.
6. Fahrzeug nach Anspruch 5, d a du r ch ge ke n n z e i c h n e t , da s s auf einer der Sammelelektroden (20, 21) ein integrierter Schaltkreis (25) mit dem Entladeschaltelement (17) und dem elektronischen Treiber (18) angeordnet sind.6. Vehicle according to claim 5, characterized in that on one of the collecting electrodes (20, 21) an integrated circuit (25) with the discharge switching element (17) and the electronic driver (18) are arranged.
7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskondensator (14) ein Schichtstapelkondensa- tor oder ein Rundwickelkondensator oder ein Keramikkondensator ist.7. Vehicle according to one of claims 2 to 6, characterized in that the intermediate circuit capacitor (14) is a Schichtstapelkondensa- tor or a lap winding capacitor or a ceramic capacitor.
8. Fahrzeug nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskondensator (14) ein Al-Elektrolytkondensa- tor ist.8. Vehicle according to claim 2 or claim 3, characterized in that the intermediate circuit capacitor (14) is an Al-Elektrolytkondensa- tor.
9. Fahrzeug nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand (16) ein Dünnfilm- oder ein Dickschichtwiderstand auf Keramik ist.9. Vehicle according to claim 2 or claim 3, characterized in that the electrical resistance (16) is a thin film or thick film resistor on ceramic.
10. Verfahren zur Herstellung einer Zwischenspeichervorrichtung (9) mit folgenden Verfahrensschritten:10. A method for producing a temporary storage device (9) with the following method steps:
- Bereitstellen eines Zwischenkreiskondensators (14) mit mindestens einer oberflächigen Sammelelektrode (20);- Providing a link capacitor (14) having at least one surface collecting electrode (20);
- Aufbringen einer Isolationsschicht (26) auf die Sammel- elektrode (20) ;- Applying an insulating layer (26) on the collecting electrode (20);
- Aufbringen einer Verdrahtungsstruktur auf die Isolationsschicht (26) ;- Applying a wiring structure on the insulating layer (26);
- Aufbringen eines elektrischen Widerstandes (16) auf einen Bereich der Isolationsschicht (26) unter Verbinden mit der Verdrahtungsstruktur;- Applying an electrical resistance (16) on a portion of the insulating layer (26) under connection to the wiring structure;
- Aufbringen eines Entladeschaltelements (17) auf die Isolationsschicht (26) unter Verbinden mit der Verdrahtungsstruktur;- applying a discharge switching element (17) on the insulating layer (26) under connection to the wiring structure;
- Aufbringen eines elektronischen Treibers (18) auf die Iso- lationsschicht (26) unter Verbinden mit der Verdrahtungsstruktur .- Applying an electronic driver (18) on the insulation layer (26) under connection to the wiring structure.
11. Verfahren zur Versorgung eines Elektromotors (7) eines Fahrzeugs, das folgende Verfahrenschritte aufweist; - Öffnen eines Entladeschaltelements (17) eines kapazitiven Zwischenspeichers (13);11. A method for supplying an electric motor (7) of a vehicle, comprising the following method steps; - Opening a discharge switching element (17) of a capacitive latch (13);
- Aufladen des kapazitiven Zwischenspeichers (13) in Zusammenwirken mit einer Fahrzeugbatterie (8);- Charging the capacitive buffer (13) in cooperation with a vehicle battery (8);
- Umwandeln der gespeicherten Energie in einen Wechselstrom und Versorgen des Elektromotors (7);Converting the stored energy into an alternating current and supplying the electric motor (7);
- Abschalten oder Anhalten des Fahrzeugmotors und Entladen der elektrischen Energie des kapazitiven Zwischenspeichers- Switching off or stopping the vehicle engine and discharging the electrical energy of the capacitive buffer
(13) unter Zuschalten eines elektrischen Widerstands (16), der mit dem Zwischenkreiskondensator (14) in einem gemeinsamen Zwischenspeichermodul (11) angeordnet ist.(13) with the connection of an electrical resistance (16), which is arranged with the intermediate circuit capacitor (14) in a common buffer module (11).
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zuschalten eines elektrischen Widerstands (16) mittels eines in dem Zwischenspeichermodul (11) integrierten Entlade- schaltelements (17) und eines elektronischen Treibers (18) erfolgt .12. The method according to claim 11, characterized in that the connection of an electrical resistance (16) by means of a in the latch module (11) integrated discharge switching element (17) and an electronic driver (18) takes place.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Entladevorgang der Zwischenspeichervorrichtung (9) die gespeicherte elektrische Energie in Wärmeenergie umge- setzt wird.13. The method according to claim 11 or claim 12, characterized in that during the discharging process of the intermediate storage device (9) the stored electrical energy is converted into heat energy.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Energie in einem Zwischenkreiskondensator (14) zwischengespeichert wird.14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that electrical energy in a DC link capacitor (14) is temporarily stored.
15. Verfahren nach Anspruch 14, d a du r ch ge ke n n z e i c h n e t , da s s beim Lade- und Speichervorgang ein Entladeschaltelement (17) eine Offenstellung und beim Entladen des Zwischenkreiskonden- sators (14) eine Schließstellung einnimmt, wobei ein elektronischer Treiber (18) das Entladeschaltelement (17) beim Lade- und Speichervorgang offen und bei Ausfall oder Abstellen des Fahrzeugmotors geschlossen hält. 15. The method according to claim 14, characterized in that, during the charging and storage process, a discharge switching element (17) assumes an open position and when the intermediate circuit capacitor (14) discharges a closed position, wherein an electronic driver (18) the discharge switching element (17) during loading and storage process open and keeps closed in case of failure or shutdown of the vehicle engine.
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