EP4292208A1 - Inverter device and electric drive arrangment - Google Patents

Inverter device and electric drive arrangment

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Publication number
EP4292208A1
EP4292208A1 EP22708291.4A EP22708291A EP4292208A1 EP 4292208 A1 EP4292208 A1 EP 4292208A1 EP 22708291 A EP22708291 A EP 22708291A EP 4292208 A1 EP4292208 A1 EP 4292208A1
Authority
EP
European Patent Office
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circuit
inverter
resistor
switching
switching device
Prior art date
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Pending
Application number
EP22708291.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thorsten Rittgerott
Julian Körner
Eduard Enderle
Huan FU
Jürgen Tipper
Michael Reuschel
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG and Co KG filed Critical Schaeffler Technologies AG and Co KG
Publication of EP4292208A1 publication Critical patent/EP4292208A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • B60L2210/40—DC to AC converters
    • B60L2210/42—Voltage source inverters

Definitions

  • the invention relates to an inverter device, comprising a connection device and a housing. Furthermore, the invention relates to an electric drive arrangement.
  • electric drive trains of motor vehicles generally include an inverter in order to power the electric motor.
  • the inverter can be connected to an energy store designed, for example, as a traction battery, and can convert a direct current taken from the energy store into an alternating current for powering the electric machine.
  • an alternating current generated when the electric machine is in generator operation can also be converted into direct current via the inverter, so that it can be fed back to the electrical energy store in recuperation mode.
  • Such a recuperation operation can be carried out, for example, when a motor vehicle comprising the drive train brakes or drives downhill, with the kinetic energy to be dissipated being converted into electrical energy.
  • a brake chopper which is designed to reduce electrical energy generated by the electrical machine.
  • the electrical energy store and/or an intermediate circuit capacitor that may be present in the battery circuit can be protected against overcharging.
  • This brake chopper represents a separate unit, which takes up space in the motor vehicle in addition to the inverter and requires connections to other components and requires its own control unit.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an improved inverter device which, in particular, has a simplified structure.
  • the invention provides that an inverter circuit, a switching device and a control device are accommodated in the housing of the inverter device, with the inverter circuit being able to be connected to a direct current circuit and to an electrical machine via the connection device and the switching device can be connected via the connecting device to the DC circuit and to at least one resistor, the inverter circuit being able to be controlled by the control device to operate the electrical machine and the switching device to be controlled by the control device for energizing the resistor from the DC circuit and/or via the inverter circuit can be controlled.
  • an electrical machine connected to the inverter device can be operated as a motor via the DC circuit or, in generator mode, can feed current into the DC circuit via the inverter device.
  • the inverter circuit of the inverter device can convert a direct current taken from the direct current circuit into alternating current for motor operation of the electrical machine or convert an alternating current generated by the electrical machine into direct current.
  • the connection device of the inverter device can, for. B. be integrated into the housing and allow a connection of the device arranged in the housing of the inverter components with the electric machine, the DC circuit and / or the resistance. In this case, an AC side of the inverter circuit can be connected to an electrical machine via a single-phase or multi-phase connection.
  • a DC circuit When a DC circuit is connected to the inverter device, in particular a DC side of the inverter circuit is connected to the DC circuit or integrated into the DC circuit, so that when the electric machine is in generator mode, energy can be released into the DC circuit via the inverter circuit.
  • the switching device of the inverter device which can be connected to one or more resistors and the DC circuit via the connection device, can be used in generator operation of the electrical machine in order to destroy electrical energy generated in a targeted manner in the electrical machine.
  • the resistor can be connected in parallel to the DC side of the inverter circuit via the switching device.
  • an overload of an energy store and/or an intermediate circuit capacitor, which are arranged in the direct current circuit or connected to the direct current circuit can be prevented.
  • the intermediate circuit capacitor can be designed as a component of the DC circuit that can be connected to the inverter device, or it can be a component that is also located inside the housing of the inverter device and is connected, for example, to the DC side of the inverter.
  • the inverter circuit can be controlled via the control device.
  • the switching device can also be controlled by the control device for energizing the resistor from the DC circuit.
  • energy can be supplied in particular to the resistor, which energy is generated in the electrical machine when it is operated as a generator and is converted via the inverter circuit into a direct current fed into the direct current circuit.
  • the inverter device has the advantage that a common control device can be used both for operating the inverter circuit and for operating the switching device. This reduces the number of components required, particularly when the inverter device is used as part of an electric drive train. Advantageously, space can be saved in this way who the.
  • the use of a common control device for the inverter circuit and the switching device also has the advantage that the number of interfaces and/or connecting means required between the different Components of an electric drive train must be arranged, can be redu ed.
  • the control device is set up to activate the switching device for energizing the resistor in brake chopper operation.
  • the switching device can be opened and closed in rapid succession as specified by the control device, with electrical energy being passed into the resistance when the switching device is closed and being converted into heat there.
  • an energy store and/or an intermediate circuit capacitor in the DC circuit can be discharged or electrical energy generated by the electrical machine and no longer absorbable by the DC circuit can be consumed in the resistor.
  • the resistor is designed in particular to dissipate high electrical power, so that in particular all of the energy that can be fed back via the electrical machine can be converted into heat in the resistor.
  • the control device can, for example, carry out a control method or a regulation method with which the operation of the switching device and thus the electrical power supplied to the resistor can be specified.
  • the control device has a first driver circuit for driving the inverter circuit, a second driver circuit for driving the switching device and a control unit, the control unit being set up for driving the first driver circuit and the second driver circuit.
  • the switching elements of the inverter circuit for example the transistors of the half-bridges forming the inverter circuit, can be driven by the first driver circuit of the control device will. Accordingly, the switching device, which can connect the DC circuit to the resistor, can be controlled by the second driver circuit.
  • Both the first driver circuit and the second driver circuit can be operated by the control device of the control device, so that the same control device can advantageously be used for the operation of the switching device as for the operation of the first driver circuit. This advantageously reduces the complexity and the effort involved in manufacturing the inverter device.
  • the first driver circuit, the second driver circuit and the control device are arranged on a common circuit board.
  • the control device can thus be provided as a single component, which is implemented on a circuit board.
  • the first driver circuit and the control unit are arranged on a first circuit board and the second driver circuit is arranged on a second circuit board, the first circuit board and the second circuit board being connected.
  • the connection between the first circuit board and the second circuit board can be made in particular via a plug connection and/or via cables arranged between the first circuit board and the second circuit board.
  • the first circuit board and the second circuit board are in particular mechanically and electrically connected to one another.
  • the control unit on the first circuit board and the second driver circuit on the second circuit board are electrically connected, so that in particular the second driver circuit can be operated via the control unit.
  • the circuit can be connected to a single-phase and/or a multi-phase resistor via the connection device.
  • a single-phase resistor can have two connections, which can be connected to the switching device via the connection device. Between the connections to the resistor, an ohmic resistor formed from one or more resistance elements is arranged, which can thus be connected via the switching device to the direct current circuit and in particular in parallel to an energy storage device arranged in the direct current circuit.
  • a multi-phase resistor In the case of a multi-phase resistor, it can have more than two connections, for example two end connections and at least one, in particular asymmetrical, center tap, so that different resistance values can be tapped between the various connections of the resistor.
  • These different resistance values can be connected individually and/or in parallel or in series to the direct current circuit or connected in parallel to an energy store arranged in the direct current circuit by connecting the three or more terminals via the connecting device to the switching device. In this way, electrical power to be dissipated can be destroyed via different resistance values of the resistor.
  • the switching device has at least one power switching element, in particular a bipolar transistor with an insulating gate or a metal-oxide-semiconductor field effect transistor.
  • the power switching element is preferably made on the basis of silicon carbide. This advantageously enables high power to be switched, so that even in the case of powerful electrical machines, electrical energy generated can be dissipated via the switching device and the resistor.
  • the switching device it can be provided for the switching device that it has a plurality of power switching elements, the power switching elements forming at least one half bridge and/or at least one full bridge.
  • the power switching elements forming at least one half bridge and/or at least one full bridge.
  • Using of multiple power switching elements can be used to improve the failsafe security of the switching device and thus advantageously to prevent an unintentional energizing of the resistor.
  • the resistor can be arranged between the high-side switch and the low-side switch, for example.
  • the resistor can be switched into the bridge branch or, in the case of a multi-phase resistor, different connections can be connected to the respective bridge points of the half bridges.
  • a switching device designed as a half bridge or full bridge has the advantage that the inverter circuit in particular can also include one or more half bridges and/or full bridges, so that switching devices of the same design can be used, for example, which affects the arrangement of the inverter circuit and the switching device in the housing further simplified. It is possible for the power switching elements of the switching device to include freewheeling diodes and/or for a diode to be connected in series with a resistor that can be switched via the switching device in order to define an individual current direction.
  • the inverter circuit and the switching device are arranged together on one side of the housing and/or on a common cooling device.
  • the cooling device can, for. B. be a pas sive heat sink such as a heat conducting plate or the like.
  • the inverter device can be connected to a cooling circuit, for example, so that heat absorbed from the switching elements via the housing side or via the cooling device can be discharged to a cooling device.
  • the joint cooling of the switching elements of the inverter circuit and the switching device contributes to a compact design of the inverter device and particularly advantageously reduces the installation space required for the inverter device in a motor vehicle.
  • it is provided according to the invention that it has an inverter device according to the invention, an electrical machine, a resistor and a direct current circuit comprising an electrical energy store.
  • the DC circuit can also have an intermediate circuit capacitor.
  • the intermediate circuit capacitor can be arranged outside the housing of the inverter device or inside the housing of the inverter device.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an electrical drive arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of an inverter device according to the invention
  • FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of an inverter device according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an electric drive arrangement 1.
  • the electric drive arrangement 1 can be used, for example, in an electric vehicle, in particular in a car, a truck or a bus, for a purely electric drive or in combination with an internal combustion engine.
  • the electrical drive arrangement 1 comprises an inverter device 2, an electrical machine 3, a resistor 4 and a DC circuit 5, which comprises an electrical energy store 6.
  • the inverter device 2 includes a Connection device 7, which includes a plurality of connections 8 and a housing 9.
  • the connections 8 of the connection device 7 can be arranged, for example, on the housing 9 in order to allow the connection of the inverter device 1 to the electrical machine 3, the resistor 4 and the DC circuit 5.
  • the inverter device 2 further includes an inverter circuit 10, a switching device 11 and a control device 12, which are arranged inside the housing 9 at.
  • a direct current which is taken from the direct current circuit 5
  • the inverter circuit 10 can convert an alternating current generated by the electric machine 3 into a direct current, which can be supplied to the direct-current intermediate circuit 5 and in particular to the electrical energy store 6 .
  • the direct current side of the inverter circuit 10 is connected to the direct current circuit or integrated into the direct current circuit 5 .
  • the alternating current side of the inverter circuit 10 is connected to the electric machine 3 via a three-phase connection, for example.
  • switching device 11 can be used to switch inverter device 2 from the electrical machine 3 he testified electrical energy passed to the resistor 4 and there delt converted into heat.
  • excess electrical energy i.e. electrical energy that can no longer be accommodated in the energy storage device 6 and/or the intermediate circuit capacitor 13, which is generated by the electrical machine 3, can flow to the direct current side of the inverter circuit 10 due to the parallel connection of the resistor 4 when the switching device 11 is closed be converted into heat in the resistor 4.
  • the control device 12 is designed to control the switching device 11 for energizing the resistor 4 in a brake chopper mode.
  • the control device 12 can activate the switching device 11 in a controlled or regulated process for the targeted energization of the resistor 4 and, in particular, in quick succession to connect the resistor via the switching device 11 to the DC circuit 5 or the DC side of the inverter circuit 10 and disconnect it again.
  • the control device 12 also enables the operation of the inverter circuit 10 for operating the electric machine 3, in particular in motor operation and in generator operation.
  • the structure of the inverter circuit 2 is explained in more detail below with reference to FIG.
  • the control device 12 includes a printed circuit board 14 on which a first driver circuit 15, a second driver circuit 16 and a control unit 17 are arranged.
  • the switching elements of the inverter circuit 10 are driven by the first driver circuit 15 .
  • the switching elements of the inverter circuit 10 can be, for example, power switching elements such as insulating gate transistors or metal-oxide-semiconductor field effect transistors.
  • the switching elements can be implemented, for example, in the form of power modules, for example as half-bridge modules.
  • the inverter circuit 10 can comprise three half-bridge modules and thus six power switching elements.
  • the first driver circuit 15 can have six gate drivers.
  • the second driver circuit 16 is designed to control the switching device 11 .
  • the switching device 11 can also have one or more power switches, such as a bipolar transistor with an insulating gate and/or a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor. It is possible, for example, for the switching device 11 to have a first switching element 18 and a second switching element 19, with which one of the terminals of the resistor 4 can be connected to the direct current intermediate circuit 5 in each case.
  • the provision of two switching elements 18, 19 increases the fail-safety, since the resistor 4 is not unintentionally energized from the direct-current circuit 5 in the event of the failure of a single switch element.
  • the switching device 11 may comprise more than two switching elements 18, 19 in order, as indicated by dashed lines, to also connect a multi-phase resistor 4 to the DC circuit 5.
  • a polyphase resistor 4 can have, for example, one or more, in particular asymmetrical, center taps, with which different resistance values can be tapped between different terminals of the resistor 4 and connected to the DC circuit 5 . In this way, different resistance values of the resistor 4 can be connected to the DC circuit 5 or the DC side of the inverter circuit 10, for example depending on an electrical power to be converted into heat via the resistor 4.
  • the multiple power switching elements 18, 19 of the switching device 11 can form at least one half bridge and/or at least one full bridge, for example, which can be connected to the two or more terminals of a single-phase or multi-phase resistor 4.
  • the power classes of the switching elements 18, 19 can be adapted to the maximum power that can be transmitted to the resistor 4, so that in particular the maximum power that can be generated by the electrical machine 3 can also be transmitted to the resistor 4.
  • the control device 12 includes a first circuit board 20 and a second circuit board 21 which is connected to the first circuit board 20 .
  • the first circuit board 20 and the second circuit board 21 can be mechanically and electrically connected, for example, via a plug connection and/or via at least one cable.
  • the second driver circuit 16, which is arranged on the second circuit board 21 is electrically connected to the control unit 17 on the first circuit board 20, so that the second driver circuit 16 can also be operated via the control unit 17.
  • control device 12 makes it possible for the control device 12 to have a modular design, and in the case of the integration of a brake chopper in the inverter device 1 or the possibility of connecting an electrical resistor 4 to a Switching device 11 of the inverter device 2, corresponding to the control of the switching device 11 can be formed.
  • both exemplary embodiments it is advantageously possible to operate both the inverter device 10 and the switching device 11 via the control device 12 .
  • the inverter circuit 10 or the power switching elements of the inverter circuit 10 and the switching device 11 or the power switching elements of the switching device 11 can be arranged on a common housing surface of the housing 9 . In this way, cooling of the power switching elements in particular of the switching device 11 and of the inverter circuit 10 is made possible via a common cooling device.
  • the inverter circuit 10 and the switching device 11 can also be arranged on a common heat sink, for example a heat sink.
  • a cooling treatment of the inverter device 2 can be cooled via a heat sink attached to one side of the housing, for example a thermally coupled cooling circuit or similar.
  • connections 8 of the connection device 7 in the exemplary embodiments described is purely schematic; the connections 8 can also be arranged at other positions on the housing 9 . A different combination of connections 8 is also possible.
  • List of reference symbols Drive arrangement Inverter device Electrical machine Resistor DC circuit Energy store Connection device Connection Housing Inverter circuit Switching device Control device Intermediate circuit capacitor Circuit board First driver circuit Second driver circuit Control unit Switching element Switching element First circuit board Second circuit board

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Abstract

An inverter device, comprising a connection device (7) and a housing (9) in which an inverter circuit (10), a switching device (11) and a control device (12) are accommodated, wherein the inverter circuit (10) is able to be connected to a DC circuit (5) and to an electric machine (3) via the connection device (7) and the switching device (11) is able to be connected to the DC circuit (5) and to at least one resistor (4) via the connection device (7), wherein the inverter circuit (10) can be actuated by the control device (12) to operate the electric machine (3) and the switching device (11) can be actuated by the control device (12) to energize the resistor (4) from the DC circuit (5) and/or via the inverter circuit (10).

Description

Invertereinrichtunq und elektrische Antriebsanordnunq Inverter device and electric drive arrangement
Die Erfindung betrifft eine Invertereinrichtung, umfassend eine Anschlusseinrichtung und ein Gehäuse. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Antriebsanordnung. The invention relates to an inverter device, comprising a connection device and a housing. Furthermore, the invention relates to an electric drive arrangement.
Elektrische Antriebsstränge von Kraftfahrzeugen umfassen neben einem Elektromotor in der Regel einen Inverter, um den Elektromotor zu bestromen. Der Inverter kann dazu mit einem beispielsweise als Traktionsbatterie ausgebildeten Energiespeicher verbunden sein und einen dem Energiespeicher entnommenen Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Bestromen der elektrischen Maschine wandeln. Umgekehrt kann auch ein in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine erzeugter Wechsel strom über den Inverter in einen Gleichstrom gewandelt werden, so dass dieser in ei nem Rekuperationsbetrieb wieder dem elektrischen Energiespeicher zugeführt wer den kann. Ein solcher Rekuperationsbetrieb kann beispielsweise durchgeführt wer den, wenn ein den Antriebsstrang umfassendes Kraftfahrzeug bremst oder bergab fährt, wobei die dabei abzubauende kinetische Energie in elektrische Energie gewan delt wird. In addition to an electric motor, electric drive trains of motor vehicles generally include an inverter in order to power the electric motor. For this purpose, the inverter can be connected to an energy store designed, for example, as a traction battery, and can convert a direct current taken from the energy store into an alternating current for powering the electric machine. Conversely, an alternating current generated when the electric machine is in generator operation can also be converted into direct current via the inverter, so that it can be fed back to the electrical energy store in recuperation mode. Such a recuperation operation can be carried out, for example, when a motor vehicle comprising the drive train brakes or drives downhill, with the kinetic energy to be dissipated being converted into electrical energy.
Beispielsweise bei langen Bergabfahrten kann es jedoch dazu kommen, dass der elektrische Energiespeicher bereits vollständig geladen ist. In solchen Fällen ist der Einsatz eines Bremschoppers bekannt, welcher zum Abbau von durch die elektrische Maschine erzeugter elektrischer Energie ausgebildet ist. Mit einem solchen Bremschopper können der elektrische Energiespeicher und/oder ein gegebenenfalls vorhandener Zwischenkreiskondensator im Batterieschaltkreis vor einer Überladung geschützt werden. Dieser Bremschopper stellt dabei eine separate Baueinheit dar, welche im Kraftfahrzeug zusätzlich zu dem Inverter Bauraum in Anspruch nimmt und Verbindungen zu anderen Komponenten erfordert sowie ein eigenes Steuergerät be nötigt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Invertereinrichtung anzugeben, welche insbesondere einen vereinfachten Aufbau aufweist. However, for example when driving downhill for a long time, it can happen that the electrical energy store is already fully charged. In such cases, the use of a brake chopper is known, which is designed to reduce electrical energy generated by the electrical machine. With such a brake chopper, the electrical energy store and/or an intermediate circuit capacitor that may be present in the battery circuit can be protected against overcharging. This brake chopper represents a separate unit, which takes up space in the motor vehicle in addition to the inverter and requires connections to other components and requires its own control unit. The invention is therefore based on the object of specifying an improved inverter device which, in particular, has a simplified structure.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Invertereinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dem Gehäuse der Invertereinrichtung eine Inverterschaltung, eine Schalteinrichtung und eine Steuereinrichtung aufgenommen sind, wobei die Inverterschaltung über die Anschlusseinrichtung mit einem Gleich stromkreis sowie mit einer elektrischen Maschine verbindbar ist und die Schalteinrich tung über die Anschlusseinrichtung mit dem Gleichstromkreis und mit wenigstens ei nem Widerstand verbindbar ist, wobei die Inverterschaltung durch die Steuereinrich tung zum Betrieb der elektrischen Maschine ansteuerbar ist und die Schalteinrichtung durch die Steuereinrichtung zum Bestromen des Widerstands aus dem Gleichstrom kreis und/oder über die Inverterschaltung ansteuerbar ist. In order to solve this problem, in an inverter device of the type mentioned at the outset, the invention provides that an inverter circuit, a switching device and a control device are accommodated in the housing of the inverter device, with the inverter circuit being able to be connected to a direct current circuit and to an electrical machine via the connection device and the switching device can be connected via the connecting device to the DC circuit and to at least one resistor, the inverter circuit being able to be controlled by the control device to operate the electrical machine and the switching device to be controlled by the control device for energizing the resistor from the DC circuit and/or via the inverter circuit can be controlled.
Eine mit dem Invertereinrichtung verbundene elektrische Maschine kann bei Verbin den der Invertereinrichtung mit dem Gleichstromkreis über den Gleichstromkreis als Motor betrieben werden oder in einem Generatorbetrieb über die Invertereinrichtung Strom in den Gleichstromkreis einspeisen. Die Inverterschaltung der Invertereinrich tung kann dabei die Wandlung eines dem Gleichstromkreis entnommenen Gleich stroms in den Wechselstrom für den Motorbetrieb der elektrischen Maschine bzw. die Wandlung eines von der elektrischen Maschine erzeugten Wechselstroms in einen Gleichstrom vornehmen. Die Anschlusseinrichtung der Invertereinrichtung kann z. B. in das Gehäuse integriert sein und eine Verbindung der in dem Gehäuse der Inverter einrichtung angeordneten Komponenten mit der elektrischen Maschine, dem Gleich stromkreis und/oder dem Widerstand ermöglichen. Dabei kann eine Wechselstrom seite der Inverterschaltung über eine einphasige oder mehrphasige Verbindung mit ei ner elektrischen Maschine verbunden werden. Bei Anschluss eines Gleichstromkrei ses an die Invertereinrichtung ist insbesondere eine Gleichstromseite der Inverter schaltung mit dem Gleichstromkreis verbunden bzw. in den Gleichstromkreis inte griert, so dass in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine über die Inverter schaltung Energie in den Gleichstromkreis abgebbar ist. Die Schalteinrichtung der Invertereinrichtung, welche über die Anschlusseinrichtung mit einem oder mehreren Widerständen und dem Gleichstromkreis verbindbar ist, kann in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine verwendet werden, um ge zielt in der elektrischen Maschine erzeugte elektrische Energie zu vernichten. Dazu kann der Widerstand über die Schalteinrichtung parallel zu der Gleichstromseite der Inverterschaltung geschaltet werden. Dadurch kann die elektrische Energie über die Schalteinrichtung dem wenigstens einen Widerstand zugeführt werden, um eine Über lastung des Gleichstromkreis zu verhindern. Dabei können insbesondere eine Über lastung eines Energiespeichers und/oder eines Zwischenkreiskondensators, welche in dem Gleichstromkreis angeordnet bzw. mit dem Gleichstromkreis verbunden sind, verhindert werden. Der Zwischenkreiskondensator kann dabei als Komponente des mit der Invertereinrichtung verbindbaren Gleichstromkreises ausgeführt sein oder es kann sich um eine ebenfalls im Inneren des Gehäuses der Invertereinrichtung ange ordnete und zum Beispiel mit der Gleichstromseite des Inverters verbundene Kompo nente handeln. When the inverter device is connected to the DC circuit, an electrical machine connected to the inverter device can be operated as a motor via the DC circuit or, in generator mode, can feed current into the DC circuit via the inverter device. The inverter circuit of the inverter device can convert a direct current taken from the direct current circuit into alternating current for motor operation of the electrical machine or convert an alternating current generated by the electrical machine into direct current. The connection device of the inverter device can, for. B. be integrated into the housing and allow a connection of the device arranged in the housing of the inverter components with the electric machine, the DC circuit and / or the resistance. In this case, an AC side of the inverter circuit can be connected to an electrical machine via a single-phase or multi-phase connection. When a DC circuit is connected to the inverter device, in particular a DC side of the inverter circuit is connected to the DC circuit or integrated into the DC circuit, so that when the electric machine is in generator mode, energy can be released into the DC circuit via the inverter circuit. The switching device of the inverter device, which can be connected to one or more resistors and the DC circuit via the connection device, can be used in generator operation of the electrical machine in order to destroy electrical energy generated in a targeted manner in the electrical machine. For this purpose, the resistor can be connected in parallel to the DC side of the inverter circuit via the switching device. As a result, the electrical energy can be supplied to the at least one resistor via the switching device in order to prevent the DC circuit from being overloaded. In particular, an overload of an energy store and/or an intermediate circuit capacitor, which are arranged in the direct current circuit or connected to the direct current circuit, can be prevented. The intermediate circuit capacitor can be designed as a component of the DC circuit that can be connected to the inverter device, or it can be a component that is also located inside the housing of the inverter device and is connected, for example, to the DC side of the inverter.
Zum Betrieb der elektrischen Maschine in einem Motorbetrieb und/oder einem Gene ratorbetrieb ist die Inverterschaltung über die Steuereinrichtung ansteuerbar. Auch die Schalteinrichtung ist durch die Steuereinrichtung zum Bestromen des Widerstands aus dem Gleichstromkreis ansteuerbar. Dabei kann insbesondere dem Widerstand Energie zugeführt werden, welche in der elektrischen Maschine in einem Generator betrieb erzeugt und über die Inverterschaltung in einen in den Gleichstromkreis ge speisten Gleichstrom gewandelt wird. To operate the electrical machine in motor mode and/or generator mode, the inverter circuit can be controlled via the control device. The switching device can also be controlled by the control device for energizing the resistor from the DC circuit. In this case, energy can be supplied in particular to the resistor, which energy is generated in the electrical machine when it is operated as a generator and is converted via the inverter circuit into a direct current fed into the direct current circuit.
Die erfindungsgemäße Invertereinrichtung hat dabei den Vorteil, dass sowohl zum Be trieb der Inverterschaltung als auch zum Betrieb der Schalteinrichtung eine gemein same Steuereinrichtung verwendet werden kann. Dies reduziert insbesondere bei ei ner Verwendung der Invertereinrichtung als Teil eines elektrischen Antriebsstrangs die benötigten Komponenten. Vorteilhaft kann auf diese Weise Bauraum eingespart wer den. Das Verwenden einer gemeinsamen Steuereinrichtung für die Inverterschaltung und die Schalteinrichtung hat weiterhin den Vorteil, dass die Anzahl an benötigten Schnittstellen und/oder Verbindemitteln, welche zwischen den unterschiedlichen Komponenten eines elektrischen Antriebsstrangs angeordnet werden müssen, redu ziert werden können. Ferner vereinfacht das Verwenden einer gemeinsamen Steuer einrichtung die Durchführung von Tests in einem Prüfungsverfahren, da nur ein einzel nes Steuergerät überprüft werden muss. Vorteilhaft reduzieren sich somit neben der Komplexität auch der Herstellungs- und der Prüfungsaufwand der Invertereinrichtung bzw. einer die Invertereinrichtung umfassenden elektrischen Antriebsanordnung. The inverter device according to the invention has the advantage that a common control device can be used both for operating the inverter circuit and for operating the switching device. This reduces the number of components required, particularly when the inverter device is used as part of an electric drive train. Advantageously, space can be saved in this way who the. The use of a common control device for the inverter circuit and the switching device also has the advantage that the number of interfaces and/or connecting means required between the different Components of an electric drive train must be arranged, can be redu ed. Furthermore, the use of a common control device simplifies the performance of tests in a test procedure since only a single Nes control unit has to be checked. In addition to the complexity, this also advantageously reduces the outlay on manufacturing and testing the inverter device or an electrical drive arrangement comprising the inverter device.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Schalteinrichtung zum Bestromen des Widerstands in einem Bremschopper- Betrieb anzusteuern. In einem Bremschopper-Betrieb kann die Schalteinrichtung nach Vorgabe durch die Steuereinrichtung in schneller Folge geöffnet und geschlossen werden, wobei elektrische Energie bei geschlossener Schalteinrichtung in den Wider stand geleitet und dort in Wärme umgesetzt werden kann. Auf diese Weise können ein Energiespeicher und/oder ein Zwischenkreiskondensator in dem Gleichstromkreis entladen werden bzw. es kann von der elektrischen Maschine erzeugte und vom Gleichstromkreis nicht mehr aufnehmbare elektrische Energie in dem Widerstand ver braucht werden. According to the invention, it can be provided that the control device is set up to activate the switching device for energizing the resistor in brake chopper operation. In a brake chopper operation, the switching device can be opened and closed in rapid succession as specified by the control device, with electrical energy being passed into the resistance when the switching device is closed and being converted into heat there. In this way, an energy store and/or an intermediate circuit capacitor in the DC circuit can be discharged or electrical energy generated by the electrical machine and no longer absorbable by the DC circuit can be consumed in the resistor.
Der Widerstand ist insbesondere zur Vernichtung von hohen elektrischen Leistungen ausgebildet, so dass insbesondere sämtliche über die elektrische Maschine rückspeis- bare Energie in dem Widerstand in Wärme umwandelbar ist. Zum Betrieb der Schalt einrichtung kann die Steuereinrichtung beispielsweise ein Steuerverfahren oder ein Regelungsverfahren durchführen, mit dem der Betrieb der Schalteinrichtung und somit die dem Widerstand zugeführte elektrische Leistung vorgegeben werden kann. The resistor is designed in particular to dissipate high electrical power, so that in particular all of the energy that can be fed back via the electrical machine can be converted into heat in the resistor. To operate the switching device, the control device can, for example, carry out a control method or a regulation method with which the operation of the switching device and thus the electrical power supplied to the resistor can be specified.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eine erste Treiberschaltung zur Ansteuerung der Inverterschaltung, eine zweite Treiberschaltung zur Ansteuerung der Schalteinrichtung und ein Steuerge rät aufweist, wobei das Steuergerät zur Ansteuerung der ersten Treiberschaltung und der zweiten Treiberschaltung eingerichtet ist. Durch die erste Treiberschaltung der Steuereinrichtung können die Schaltelemente der Inverterschaltung, beispielsweise die Transistoren von die Inverterschaltung bildenden Halbbrücken, angesteuert werden. Entsprechend kann durch die zweite Treiberschaltung die Schalteinrichtung, welche den Gleichstromkreis mit dem Widerstand verbinden kann, angesteuert wer den. Durch das Steuergerät der Steuereinrichtung können sowohl die erste Treiber schaltung als auch die zweite Treiberschaltung betrieben werden, so dass vorteilhaft für den Betrieb der Schalteinrichtung dasselbe Steuergerät wie für den Betrieb der ersten Treiberschaltung verwendet werden kann. Dies reduziert vorteilhaft die Kom plexität und den Aufwand bei der Herstellung der Invertereinrichtung. In a preferred embodiment of the invention, it can be provided that the control device has a first driver circuit for driving the inverter circuit, a second driver circuit for driving the switching device and a control unit, the control unit being set up for driving the first driver circuit and the second driver circuit. The switching elements of the inverter circuit, for example the transistors of the half-bridges forming the inverter circuit, can be driven by the first driver circuit of the control device will. Accordingly, the switching device, which can connect the DC circuit to the resistor, can be controlled by the second driver circuit. Both the first driver circuit and the second driver circuit can be operated by the control device of the control device, so that the same control device can advantageously be used for the operation of the switching device as for the operation of the first driver circuit. This advantageously reduces the complexity and the effort involved in manufacturing the inverter device.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die erste Treiberschaltung, die zweite Treiberschaltung und das Steuergerät auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sind. Die Steuereinrichtung kann somit als ein einzelnes Bauteil, welches auf einer Platine realisiert ist, bereitgestellt werden. Dadurch kann vorteilhaft der Aufwand bei der Herstellung der Invertereinrichtung reduziert werden, da weniger Schnittstellen und weniger Verbindemittel, welche zwischen den Schnittstellen unterschiedlicher Komponenten angeordnet werden müssen, benötigt werden. According to the invention it can be provided that the first driver circuit, the second driver circuit and the control device are arranged on a common circuit board. The control device can thus be provided as a single component, which is implemented on a circuit board. As a result, the complexity involved in producing the inverter device can advantageously be reduced, since fewer interfaces and fewer connecting means, which have to be arranged between the interfaces of different components, are required.
Alternativ kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die erste Treiberschaltung und das Steuergerät auf einer ersten Platine angeordnet sind und die zweite Treiber schaltung auf einer zweiten Platine angeordnet ist, wobei die erste Platine und die zweite Platine verbunden sind. Die Verbindung zwischen der ersten Platine und der zweiten Platine kann dabei insbesondere über eine Steckverbindung und/oder oder über zwischen der ersten Platine und der zweiten Platine angeordnete Kabel erfolgen. Die erste Platine und die zweite Platine sind insbesondere mechanisch und elektri sche miteinander verbunden. Auf diese Weise wird ein modularer Aufbau der Steuer einrichtung erreicht, bei der zusätzlich zu der ersten Treiberschaltung und dem Steu ergerät, welche zum Betrieb der Inverterschaltung verwendet werden, die zweite Pla tine mit der zweiten Treiberschaltung hinzugefügt werden kann, um bei Bedarf auch ein Ansteuern der Schalteinrichtung der Invertereinrichtung zu ermöglichen. Bei mit der ersten Platine verbundener zweiter Platine sind das Steuergerät auf der ersten Platine und die zweite Treiberschaltung auf der zweiten Platine elektrisch verbunden, so dass insbesondere ein Betrieb der zweiten Treiberschaltung über das Steuergerät möglich ist. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Schaltung über die Anschlussein richtung mit einem einphasigen und/oder einem mehrphasigen Widerstand verbindbar ist. Ein einphasiger Widerstand kann dabei zwei Anschlüsse aufweisen, welche über die Anschlusseinrichtung mit der Schalteinrichtung verbindbar sind. Zwischen den An schlüssen des Widerstands ist ein aus einem oder mehreren Widerstandselementen gebildeter ohmscher Widerstand angeordnet, welcher somit über die Schalteinrichtung mit dem Gleichstromkreis und insbesondere parallel zu einem in dem Gleichstrom kreis angeordneten Energiespeicher geschaltet werden kann. Alternatively, it can be provided according to the invention that the first driver circuit and the control unit are arranged on a first circuit board and the second driver circuit is arranged on a second circuit board, the first circuit board and the second circuit board being connected. The connection between the first circuit board and the second circuit board can be made in particular via a plug connection and/or via cables arranged between the first circuit board and the second circuit board. The first circuit board and the second circuit board are in particular mechanically and electrically connected to one another. In this way, a modular structure of the control device is achieved in which, in addition to the first driver circuit and the control device used to operate the inverter circuit, the second platine with the second driver circuit can be added in order to also control if necessary to allow the switching device of the inverter device. When the second circuit board is connected to the first circuit board, the control unit on the first circuit board and the second driver circuit on the second circuit board are electrically connected, so that in particular the second driver circuit can be operated via the control unit. According to the invention, it can be provided that the circuit can be connected to a single-phase and/or a multi-phase resistor via the connection device. A single-phase resistor can have two connections, which can be connected to the switching device via the connection device. Between the connections to the resistor, an ohmic resistor formed from one or more resistance elements is arranged, which can thus be connected via the switching device to the direct current circuit and in particular in parallel to an energy storage device arranged in the direct current circuit.
Bei einem mehrphasigen Widerstand kann dieser mehr als zwei Anschlüsse aufwei sen, beispielsweise zwei Endanschlüsse und wenigstens einen, insbesondere unsym metrischen, Mittelabgriff, so dass zwischen den verschiedenen Anschlüssen des Wi derstands unterschiedliche Widerstandswerte abgreifbar sind. Diese unterschiedlichen Widerstandswerte können durch eine Verbindung der drei oder mehr Anschlüsse über die Anschlusseinrichtung mit der Schalteinrichtung jeweils einzeln und/oder parallel oder in Reihe mit dem Gleichstromkreis verbunden werden bzw. parallel zu einem in dem Gleichstromkreis angeordneten Energiespeicher geschaltet werden. Auf diese Weise kann abzubauende elektrische Leistung über unterschiedliche Widerstands werte des Widerstands vernichtet werden. In the case of a multi-phase resistor, it can have more than two connections, for example two end connections and at least one, in particular asymmetrical, center tap, so that different resistance values can be tapped between the various connections of the resistor. These different resistance values can be connected individually and/or in parallel or in series to the direct current circuit or connected in parallel to an energy store arranged in the direct current circuit by connecting the three or more terminals via the connecting device to the switching device. In this way, electrical power to be dissipated can be destroyed via different resistance values of the resistor.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen ein, dass die Schalteinrichtung wenigstens ein Leistungsschaltelement, insbesondere einen Bipo lartransistor mit einem isolierenden Gate oder einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt- transistor, aufweist. Bevorzugt ist das Leistungsschaltelement auf Siliziumcarbid-Basis gefertigt. Dies ermöglicht vorteilhaft das Schalten hoher Leistungen, so dass auch bei leistungsstarken elektrischen Maschinen eine Vernichtung von erzeugter elektrischer Energie über die Schalteinrichtung und den Widerstand erfolgen kann. In a preferred embodiment of the invention, it can be provided that the switching device has at least one power switching element, in particular a bipolar transistor with an insulating gate or a metal-oxide-semiconductor field effect transistor. The power switching element is preferably made on the basis of silicon carbide. This advantageously enables high power to be switched, so that even in the case of powerful electrical machines, electrical energy generated can be dissipated via the switching device and the resistor.
Für die Schalteinrichtung kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass sie mehrere Leistungsschaltelemente aufweist, wobei die Leistungsschaltelemente wenigstens eine Halbbrücke und/oder wenigstens eine Vollbrücke bilden. Das Verwenden von mehreren Leistungsschaltelementen kann dazu verwendet werden, um die Ausfallsi cherheit der Schalteinrichtung zu verbessern und somit ein unbeabsichtigtes Bestro men des Widerstands vorteilhaft zu verhindern. Bei einer als Halbbrücke ausgeführten Schalteinrichtung kann der Widerstand zum Beispiel zwischen dem Highside-Schalter und dem Lowside-Schalter angeordnet werden. Bei einer als Vollbrücke ausgebildeten Schalteinrichtung kann der Widerstand in den Brückenzweig geschaltet werden oder es können bei einem mehrphasigen Widerstand unterschiedliche Anschlüsse mit den jeweiligen Brückenpunkten der Halbbrücken verbunden werden. According to the invention, it can be provided for the switching device that it has a plurality of power switching elements, the power switching elements forming at least one half bridge and/or at least one full bridge. Using of multiple power switching elements can be used to improve the failsafe security of the switching device and thus advantageously to prevent an unintentional energizing of the resistor. In the case of a switching device designed as a half-bridge, the resistor can be arranged between the high-side switch and the low-side switch, for example. In the case of a switching device designed as a full bridge, the resistor can be switched into the bridge branch or, in the case of a multi-phase resistor, different connections can be connected to the respective bridge points of the half bridges.
Das Verwenden einer als Halbbrücke oder als Vollbrücke ausgebildeten Schalteinrich tung hat den Vorteil, dass insbesondere auch die Inverterschaltung ein oder mehrere Halbbrücken und/oder Vollbrücken umfassen kann, so dass beispielsweise gleichartig ausgebildete Schalteinrichtungen verwendet werden können, was die Anordnung der Inverterschaltung und der Schalteinrichtung in dem Gehäuse weiter vereinfacht. Es ist möglich, dass die Leistungsschaltelemente der Schalteinrichtung Freilaufdioden um fassen und/oder dass zur Festlegung einer einzelnen Stromrichtung eine Diode in Reihe zu einem über die Schalteinrichtung schaltbaren Widerstand geschaltet ist. The use of a switching device designed as a half bridge or full bridge has the advantage that the inverter circuit in particular can also include one or more half bridges and/or full bridges, so that switching devices of the same design can be used, for example, which affects the arrangement of the inverter circuit and the switching device in the housing further simplified. It is possible for the power switching elements of the switching device to include freewheeling diodes and/or for a diode to be connected in series with a resistor that can be switched via the switching device in order to define an individual current direction.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Inverterschaltung und die Schalt einrichtung gemeinsam an einer Gehäuseseite des Gehäuses und/oder an einer ge meinsamen Kühleinrichtung angeordnet sind. Die Kühleinrichtung kann z. B. ein pas siver Kühlkörper wie ein Wärmeleitblech oder Ähnliches sein. Dies ermöglicht vorteil haft, dass die Inverterschaltung und die Schalteinrichtung bzw. die jeweiligen Schalt elemente der Inverterschaltung und der Schalteinrichtung gemeinsam über eine Ge häuseseite des Gehäuses und/oder über die gemeinsame Kühleinrichtung gekühlt werden können. Dazu kann die Invertereinrichtung beispielsweise mit einem Kühl kreislauf verbindbar sein, so dass über die Gehäuseseite bzw. über die Kühleinrich tung aus den Schaltelementen aufgenommene Wärme an eine Kühleinrichtung abge führt werden kann. Das gemeinsame Kühlen der Schaltelemente von Inverterschal tung und Schalteinrichtung trägt zu einem kompakten Aufbau der Invertereinrichtung bei und reduziert insbesondere vorteilhaft den für die Invertereinrichtung benötigten Bauraum in einem Kraftfahrzeug. Für eine elektrische Antriebsanordnung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sie eine erfindungsgemäße Invertereinrichtung, eine elektrische Maschine, einen Wider stand und einen elektrischen Energiespeicher umfassenden Gleichstromkreis auf weist. Der Gleichstromkreis kann weiterhin einen Zwischenkreiskondensator aufwei sen. Der Zwischenkreiskondensator kann dabei außerhalb des Gehäuses der Inver tereinrichtung oder im Inneren des Gehäuses der Invertereinrichtung angeordnet sein. According to the invention, it can be provided that the inverter circuit and the switching device are arranged together on one side of the housing and/or on a common cooling device. The cooling device can, for. B. be a pas sive heat sink such as a heat conducting plate or the like. This advantageously allows the inverter circuit and the switching device or the respective switching elements of the inverter circuit and the switching device to be cooled together via a housing side of the housing and/or via the common cooling device. For this purpose, the inverter device can be connected to a cooling circuit, for example, so that heat absorbed from the switching elements via the housing side or via the cooling device can be discharged to a cooling device. The joint cooling of the switching elements of the inverter circuit and the switching device contributes to a compact design of the inverter device and particularly advantageously reduces the installation space required for the inverter device in a motor vehicle. For an electrical drive arrangement, it is provided according to the invention that it has an inverter device according to the invention, an electrical machine, a resistor and a direct current circuit comprising an electrical energy store. The DC circuit can also have an intermediate circuit capacitor. The intermediate circuit capacitor can be arranged outside the housing of the inverter device or inside the housing of the inverter device.
Sämtliche vorangehend in Bezug zu der erfindungsgemäßen Invertereinrichtung be schriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten entsprechend für die erfindungsge mäße elektrische Antriebsanordnung und umgekehrt. All advantages and configurations described above in relation to the inverter device according to the invention apply correspondingly to the electric drive arrangement according to the invention and vice versa.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug nahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellun gen und zeigen: The invention is explained below using exemplary embodiments with reference to the drawings. The drawings are schematic representations and show:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen An triebsanordnung, FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an electrical drive arrangement according to the invention,
Figur 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Invertereinrich tung, und FIG. 2 shows a first exemplary embodiment of an inverter device according to the invention, and
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Inverterein richtung. FIG. 3 shows a second exemplary embodiment of an inverter device according to the invention.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Antriebsanordnung 1 darge stellt. Die elektrische Antriebsanordnung 1 kann zum Beispiel in einem Elektrofahr zeug, insbesondere in einem PKW, einem LKW oder einem Bus, zum rein elektri schen Antrieb oder in Kombination mit einem Verbrennungsmotor eingesetzt werden. Die elektrische Antriebsanordnung 1 umfasst eine Invertereinrichtung 2, eine elektri sche Maschine 3, einen Widerstand 4 und einen Gleichstromkreis 5, welcher einen elektrischen Energiespeicher 6 umfasst. Die Invertereinrichtung 2 umfasst eine Anschlusseinrichtung 7, welche mehrere Anschlüsse 8 umfasst sowie ein Gehäuse 9. Die Anschlüsse 8 der Anschlusseinrichtung 7 können beispielsweise am Gehäuse 9 angeordnet werden, um den Anschluss der Invertereinrichtung 1 an die elektrische Maschine 3, den Widerstand 4 sowie den Gleichstromkreis 5 zu ermöglichen. FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an electric drive arrangement 1. The electric drive arrangement 1 can be used, for example, in an electric vehicle, in particular in a car, a truck or a bus, for a purely electric drive or in combination with an internal combustion engine. The electrical drive arrangement 1 comprises an inverter device 2, an electrical machine 3, a resistor 4 and a DC circuit 5, which comprises an electrical energy store 6. The inverter device 2 includes a Connection device 7, which includes a plurality of connections 8 and a housing 9. The connections 8 of the connection device 7 can be arranged, for example, on the housing 9 in order to allow the connection of the inverter device 1 to the electrical machine 3, the resistor 4 and the DC circuit 5.
Die Invertereinrichtung 2 umfasst weiterhin eine Inverterschaltung 10, eine Schaltein richtung 11 sowie eine Steuereinrichtung 12, welche im Inneren des Gehäuses 9 an geordnet sind. Über die Inverterschaltung 10 ist ein Gleichstrom, welcher dem Gleich stromkreis 5 entnommen wird, in einen Wechselstrom für einen Motorbetrieb der elektrischen Maschine 3 wandelbar. Weiterhin kann durch die Inverterschaltung 10 in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 3 ein durch die elektrische Ma schine 3 erzeugter Wechselstrom in einen Gleichstrom gewandelt werden, welcher dem Gleichstromzwischenkreis 5 und insbesondere dem elektrischen Energiespeicher 6 zugeführt werden kann. Dazu ist die Gleichstromseite der Inverterschaltung 10 mit dem Gleichstromkreis verbunden bzw. in den Gleichstromkreis 5 integriert. Die Wech selstromseite der Inverterschaltung 10 ist mit der elektrischen Maschine 3 über eine beispielsweise dreiphasige Verbindung verbunden. The inverter device 2 further includes an inverter circuit 10, a switching device 11 and a control device 12, which are arranged inside the housing 9 at. Via the inverter circuit 10, a direct current, which is taken from the direct current circuit 5, can be converted into an alternating current for motor operation of the electrical machine 3. Furthermore, when the electric machine 3 is in generator operation, the inverter circuit 10 can convert an alternating current generated by the electric machine 3 into a direct current, which can be supplied to the direct-current intermediate circuit 5 and in particular to the electrical energy store 6 . For this purpose, the direct current side of the inverter circuit 10 is connected to the direct current circuit or integrated into the direct current circuit 5 . The alternating current side of the inverter circuit 10 is connected to the electric machine 3 via a three-phase connection, for example.
Um in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 3 bzw. einem Rekuperati- onsbetrieb eines die elektrische Antriebsanordnung 1 umfassenden Kraftfahrzeugs ein Überladen des elektrischen Energiespeichers 6 und/oder eines im Gleichstromzwi schenkreis 5 angeordneten Zwischenkreiskondensators 13 zu verhindern, kann über die Schalteinrichtung 11 der Invertereinrichtung 2 von der elektrischen Maschine 3 er zeugte elektrische Energie an den Widerstand 4 geleitet und dort in Wärme umgewan delt werden. Insbesondere überschüssige, das heißt nicht mehr in dem Energiespei cher 6 und/oder dem Zwischenkreiskondensator 13 aufnehmbare elektrische Energie, welche von der elektrischen Maschine 3 erzeugt wird, kann aufgrund der Parallel schaltung des Widerstands 4 bei geschlossener Schalteinrichtung 11 zu der Gleich stromseite der Inverterschaltung 10 im Widerstand 4 in Wärme umgewandelt werden. Aufgrund der Parallelschaltung des Widerstandes 4 zu dem Energiespeicher 6 und/oder dem Zwischenkreiskondensator 13 können auch der Energiespeicher e und der Zwischenkreiskondensator 13 über den Widerstand 4 entladen werden. Dazu ist die Steuereinrichtung 12 dazu ausgebildet, die Schalteinrichtung 11 zum Bestromen des Widerstandes 4 in einem Bremschopper-Betrieb anzusteuern. Die Steuereinrichtung 12 kann die Schalteinrichtung 11 in einem gesteuerten bzw. gere gelten Verfahren zum gezielten Bestromen des Widerstands 4 ansteuern und dazu insbesondere in schneller Folge den Widerstand über die Schalteinrichtung 11 mit dem Gleichstromkreis 5 bzw. der Gleichstromseite der Inverterschaltung 10 verbinden und wieder trennen. Weiterhin wird durch die Steuereinrichtung 12 auch der Betrieb der Inverterschaltung 10 zum Betrieb der elektrischen Maschine 3 insbesondere im Motorbetrieb und im Generatorbetrieb ermöglicht. Der Aufbau der Inverterschaltung 2 wird nachfolgend in Bezug zu Figur 2 genauer erläutert. In order to prevent electrical energy store 6 and/or an intermediate circuit capacitor 13 arranged in direct current intermediate circuit 5 from being overcharged when electric machine 3 is in generator operation or when a motor vehicle comprising electric drive system 1 is in recuperation mode, switching device 11 can be used to switch inverter device 2 from the electrical machine 3 he testified electrical energy passed to the resistor 4 and there delt converted into heat. In particular, excess electrical energy, i.e. electrical energy that can no longer be accommodated in the energy storage device 6 and/or the intermediate circuit capacitor 13, which is generated by the electrical machine 3, can flow to the direct current side of the inverter circuit 10 due to the parallel connection of the resistor 4 when the switching device 11 is closed be converted into heat in the resistor 4. Due to the fact that the resistor 4 is connected in parallel with the energy store 6 and/or the intermediate circuit capacitor 13 , the energy store e and the intermediate circuit capacitor 13 can also be discharged via the resistor 4 . For this purpose, the control device 12 is designed to control the switching device 11 for energizing the resistor 4 in a brake chopper mode. The control device 12 can activate the switching device 11 in a controlled or regulated process for the targeted energization of the resistor 4 and, in particular, in quick succession to connect the resistor via the switching device 11 to the DC circuit 5 or the DC side of the inverter circuit 10 and disconnect it again. Furthermore, the control device 12 also enables the operation of the inverter circuit 10 for operating the electric machine 3, in particular in motor operation and in generator operation. The structure of the inverter circuit 2 is explained in more detail below with reference to FIG.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Invertereinrichtung 2 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Steuereinrichtung 12 eine Platine 14, auf der eine erste Treiberschaltung 15, eine zweite Treiberschaltung 16 sowie ein Steuergerät 17 angeordnet sind. Durch die erste Treiberschaltung 15 werden die Schaltelemente der Inverterschaltung 10 angesteuert. Bei den Schaltelementen der Inverterschaltung 10 kann es sich beispielsweise um Leistungsschaltelemente wie Transistoren mit isolie rendem Gate oder Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren handeln. Die Schalt elemente können beispielsweise in Form von Leistungsmodulen, beispielsweise als Halbbrückenmodule, realisiert sein. Die Inverterschaltung 10 kann beispielsweise im Falle einer dreiphasigen elektrischen Maschine 3 drei Halbbrückenmodule und somit sechs Leistungsschaltelemente umfassen. Entsprechend kann die erste Treiberschal tung 15 sechs Gatetreiber aufweisen. An exemplary embodiment of an inverter device 2 is shown in FIG. In this exemplary embodiment, the control device 12 includes a printed circuit board 14 on which a first driver circuit 15, a second driver circuit 16 and a control unit 17 are arranged. The switching elements of the inverter circuit 10 are driven by the first driver circuit 15 . The switching elements of the inverter circuit 10 can be, for example, power switching elements such as insulating gate transistors or metal-oxide-semiconductor field effect transistors. The switching elements can be implemented, for example, in the form of power modules, for example as half-bridge modules. In the case of a three-phase electrical machine 3, for example, the inverter circuit 10 can comprise three half-bridge modules and thus six power switching elements. Correspondingly, the first driver circuit 15 can have six gate drivers.
Die zweite Treiberschaltung 16 ist dazu ausgebildet, die Schalteinrichtung 11 anzu steuern. Auch die Schalteinrichtung 11 kann einen oder mehrere Leistungsschalter, wie einen Bipolartransistor mit isolierendem Gate und/oder einen Metall-Oxid-Halblei- ter-Feldeffekttransistor, aufweisen. Es ist beispielsweise möglich, dass die Schaltein richtung 11 ein erstes Schaltelement 18 und ein zweites Schaltelement 19 aufweist, mit denen jeweils einer der Anschlüsse des Widerstands 4 mit dem Gleichstromzwi- schenkreis 5 verbunden werden kann. Das Vorsehen von zwei Schaltelementen 18, 19 erhöht die Ausfallsicherheit, da bei Ausfall eines einzelnen Schalterelements kein unbeabsichtigtes Bestromen des Widerstands 4 aus dem Gleichstromkreis 5 erfolgt. The second driver circuit 16 is designed to control the switching device 11 . The switching device 11 can also have one or more power switches, such as a bipolar transistor with an insulating gate and/or a metal-oxide-semiconductor field-effect transistor. It is possible, for example, for the switching device 11 to have a first switching element 18 and a second switching element 19, with which one of the terminals of the resistor 4 can be connected to the direct current intermediate circuit 5 in each case. The provision of two switching elements 18, 19 increases the fail-safety, since the resistor 4 is not unintentionally energized from the direct-current circuit 5 in the event of the failure of a single switch element.
Es ist auch möglich, dass die Schalteinrichtung 11 mehr als zwei Schaltelemente 18, 19 umfasst, um, wie gestrichelt angedeutet ist, auch einen mehrphasigen Widerstand 4 mit dem Gleichstromkreis 5 zu verbinden. Ein mehrphasiger Widerstand 4 kann bei spielsweise einen oder mehrere, insbesondere unsymmetrische Mittelabgriffe aufwei sen, mit denen zwischen unterschiedlichen Anschlüssen des Widerstands 4 unter schiedliche Widerstandswerte abgegriffen und mit dem Gleichstromkreis 5 verbunden werden können. Auf diese Weise können, beispielsweise in Abhängigkeit einer über den Widerstand 4 in Wärme umzuwandelnden elektrischen Leistung, unterschiedliche Widerstandswerte des Widerstands 4 mit dem Gleichstromkreis 5 bzw. der Gleich stromseite der Inverterschaltung 10 verbunden werden. Dazu können die mehreren Leistungsschaltelemente 18, 19 der Schalteinrichtung 11 beispielsweise wenigstens eine Halbbrücke und/oder wenigstens eine Vollbrücke bilden, welche mit den zwei oder mehr Anschlüssen eines einphasigen bzw. mehrphasigen Widerstands 4 ver bindbar sind. Die Leistungsklassen der Schaltelemente 18, 19 können an die maximal an den Widerstand 4 übertragbare Leistung angepasst werden, so dass insbesondere auch die maximal von der elektrischen Maschine 3 erzeugbare Leistung an den Wi derstand 4 übertragen werden kann. It is also possible for the switching device 11 to comprise more than two switching elements 18, 19 in order, as indicated by dashed lines, to also connect a multi-phase resistor 4 to the DC circuit 5. A polyphase resistor 4 can have, for example, one or more, in particular asymmetrical, center taps, with which different resistance values can be tapped between different terminals of the resistor 4 and connected to the DC circuit 5 . In this way, different resistance values of the resistor 4 can be connected to the DC circuit 5 or the DC side of the inverter circuit 10, for example depending on an electrical power to be converted into heat via the resistor 4. For this purpose, the multiple power switching elements 18, 19 of the switching device 11 can form at least one half bridge and/or at least one full bridge, for example, which can be connected to the two or more terminals of a single-phase or multi-phase resistor 4. The power classes of the switching elements 18, 19 can be adapted to the maximum power that can be transmitted to the resistor 4, so that in particular the maximum power that can be generated by the electrical machine 3 can also be transmitted to the resistor 4.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Invertereinrichtung 2 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Steuereinrichtung 12 eine erste Platine 20 sowie eine zweite Platine 21 , welche mit der ersten Platine 20 verbunden ist. Die erste Platine 20 und die zweite Platine 21 können beispielsweise über eine Steckverbin dung und/oder über wenigstens ein Kabel mechanisch und elektrisch verbunden sein. Insbesondere ist die zweite Treiberschaltung 16, welche auf der zweiten Platine 21 angeordnet ist, mit dem Steuergerät 17 auf der ersten Platine 20 elektrisch verbun den, so dass auch die zweite Treiberschaltung 16 über das Steuergerät 17 betrieben werden kann. Dies ermöglicht es, dass die Steuereinrichtung 12 modular aufgebaut wird, und im Falle der Integration eines Bremschoppers in die Invertereinrichtung 1 bzw. der Möglichkeit des Anschlusses eines elektrischen Widerstands 4 an eine Schalteinrichtung 11 der Invertereinrichtung 2, entsprechend zur Ansteuerung der Schalteinrichtung 11 ausgebildet werden kann. A further exemplary embodiment of an inverter device 2 is shown in FIG. In this exemplary embodiment, the control device 12 includes a first circuit board 20 and a second circuit board 21 which is connected to the first circuit board 20 . The first circuit board 20 and the second circuit board 21 can be mechanically and electrically connected, for example, via a plug connection and/or via at least one cable. In particular, the second driver circuit 16, which is arranged on the second circuit board 21, is electrically connected to the control unit 17 on the first circuit board 20, so that the second driver circuit 16 can also be operated via the control unit 17. This makes it possible for the control device 12 to have a modular design, and in the case of the integration of a brake chopper in the inverter device 1 or the possibility of connecting an electrical resistor 4 to a Switching device 11 of the inverter device 2, corresponding to the control of the switching device 11 can be formed.
Es wird in beiden Ausführungsbeispielen vorteilhaft ermöglicht, sowohl die Inverterein richtung 10 als auch die Schalteinrichtung 11 über die Steuereinrichtung 12 zu betrei ben. Dies reduziert den Aufwand bei der Herstellung der Invertereinrichtung 2, da diese nur eine einzige Steuereinrichtung 12 aufweist, welche geprüft bzw. freigegeben werden muss. Weiterhin wird es in beiden Ausführungsbeispielen vorteilhaft ermög licht, dass die Inverterschaltung 10, bzw. die Leistungsschaltelemente der Inverter schaltung 10, und die Schalteinrichtung 11 , bzw. die Leistungsschaltelemente der Schalteinrichtung 11 , an einer gemeinsamen Gehäusefläche des Gehäuses 9 ange ordnet werden können. Auf diese Weise wird eine Kühlung insbesondere der Leis tungsschaltelemente der Schalteinrichtung 11 sowie der Inverterschaltung 10 über eine gemeinsame Kühleinrichtung ermöglicht. In both exemplary embodiments, it is advantageously possible to operate both the inverter device 10 and the switching device 11 via the control device 12 . This reduces the effort involved in producing the inverter device 2, since it has only a single control device 12, which has to be checked or released. Furthermore, it is advantageously made possible in both exemplary embodiments that the inverter circuit 10 or the power switching elements of the inverter circuit 10 and the switching device 11 or the power switching elements of the switching device 11 can be arranged on a common housing surface of the housing 9 . In this way, cooling of the power switching elements in particular of the switching device 11 and of the inverter circuit 10 is made possible via a common cooling device.
Zusätzlich oder alternativ zu der Anbindung an eine Gehäusefläche des Gehäuses 9 können die Inverterschaltung 10 und die Schalteinrichtung 11 auch an einem gemein samen Kühlkörper, beispielsweise einem Kühlblech, angeordnet werden. Eine Küh lung der Invertereinrichtung 2 kann über eine an einer Gehäuseseite angebrachte Wärmesenke, beispielsweise einen thermisch gekoppelten Kühlkreislauf oder Ähnli ches, gekühlt werden. In addition or as an alternative to the connection to a housing surface of the housing 9, the inverter circuit 10 and the switching device 11 can also be arranged on a common heat sink, for example a heat sink. A cooling treatment of the inverter device 2 can be cooled via a heat sink attached to one side of the housing, for example a thermally coupled cooling circuit or similar.
Die Darstellung der Anschlüsse 8 der Anschlusseinrichtung 7 in den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist rein schematisch, die Anschlüsse 8 können auch an ande ren Positionen am Gehäuse 9 angeordnet werden. Auch ein anderes Zusammenfas sen der Anschlüsse 8 ist möglich. Bezuqszeichenliste Antriebsanordnung Invertereinrichtung elektrische Maschine Widerstand Gleichstromkreis Energiespeicher Anschlusseinrichtung Anschluss Gehäuse Inverterschaltung Schalteinrichtung Steuereinrichtung Zwischenkreiskondensator Platine erste T reiberschaltung zweite Treiberschaltung Steuergerät Schaltelement Schaltelement erste Platine zweite Platine The representation of the connections 8 of the connection device 7 in the exemplary embodiments described is purely schematic; the connections 8 can also be arranged at other positions on the housing 9 . A different combination of connections 8 is also possible. List of reference symbols Drive arrangement Inverter device Electrical machine Resistor DC circuit Energy store Connection device Connection Housing Inverter circuit Switching device Control device Intermediate circuit capacitor Circuit board First driver circuit Second driver circuit Control unit Switching element Switching element First circuit board Second circuit board

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Invertereinrichtung, umfassend eine Anschlusseinrichtung (7) und ein Gehäuse (9), in dem eine Inverterschaltung (10), eine Schalteinrichtung (11) und eine Steuereinrichtung (12) aufgenommen sind, wobei die Inverterschaltung (10) über die Anschlusseinrichtung (7) mit einem Gleichstromkreis (5) sowie mit einer elektrischen Maschine (3) verbindbar ist und die Schalteinrichtung (11) über die Anschlusseinrichtung (7) mit dem Gleichstromkreis (5) und mit wenigstens einem Widerstand (4) verbindbar ist, wobei die Inverterschaltung (10) durch die Steuer einrichtung (12) zum Betrieb der elektrischen Maschine (3) ansteuerbar ist und die Schalteinrichtung (11) durch die Steuereinrichtung (12) zum Bestromen des Widerstands (4) aus dem Gleichstromkreis (5) und/oder über die Inverterschal tung (10) ansteuerbar ist. 1. Inverter device, comprising a connection device (7) and a housing (9), in which an inverter circuit (10), a switching device (11) and a control device (12) are accommodated, the inverter circuit (10) being connected via the connection device (7 ) can be connected to a direct current circuit (5) and to an electrical machine (3), and the switching device (11) can be connected to the direct current circuit (5) and to at least one resistor (4) via the connecting device (7), the inverter circuit ( 10) can be controlled by the control device (12) to operate the electrical machine (3) and the switching device (11) by the control device (12) for energizing the resistor (4) from the DC circuit (5) and/or via the inverter circuit device (10) can be controlled.
2. Invertereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer einrichtung (12) dazu eingerichtet ist, die Schalteinrichtung (11) zum Bestromen des Widerstands (4) in einem Bremschopper-Betrieb anzusteuern. 2. Inverter device according to claim 1, characterized in that the control device (12) is set up to control the switching device (11) for energizing the resistor (4) in a brake chopper operation.
3. Invertereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (12) eine erste Treiberschaltung (15) zur Ansteuerung der In verterschaltung (10), eine zweite Treiberschaltung (16) zur Ansteuerung der Schalteinrichtung (11) und ein Steuergerät (17) aufweist, wobei das Steuergerät (17) zur Ansteuerung der ersten Treiberschaltung (15) und der zweiten Treiber schaltung (16) eingerichtet ist. 3. Inverter device according to claim 1 or 2, characterized in that the control device (12) has a first driver circuit (15) for driving the inverter circuit (10), a second driver circuit (16) for driving the switching device (11) and a control unit ( 17), wherein the control unit (17) for controlling the first driver circuit (15) and the second driver circuit (16) is set up.
4. Invertereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Treiberschaltung (15), die zweite Treiberschaltung (16) und das Steuergerät (17) auf einer gemeinsamen Platine (14) angeordnet sind. 4. Inverter device according to claim 3, characterized in that the first driver circuit (15), the second driver circuit (16) and the control unit (17) are arranged on a common circuit board (14).
5. Invertereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Treiberschaltung (15) und das Steuergerät (17) auf einer ersten Platine (20) angeordnet sind und die zweite Treiberschaltung (16) auf einer zweiten Platine (20) angeordnet ist, wobei die erste Platine (20) und die zweite Platine (21) ver bunden sind. 5. Inverter device according to claim 3, characterized in that the first driver circuit (15) and the control unit (17) on a first circuit board (20) are arranged and the second driver circuit (16) is arranged on a second board (20), wherein the first board (20) and the second board (21) are a related party.
6. Invertereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schalteinrichtung (11) über die Anschlusseinrichtung (7) mit einem einphasigen und/oder einem mehrphasigen Widerstand (4) verbindbar ist. 6. Inverter device according to one of the preceding claims, characterized in that the switching device (11) can be connected via the connection device (7) to a single-phase and/or a multi-phase resistor (4).
7. Invertereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Schalteinrichtung (11) wenigstens ein Leistungsschaltele ment, insbesondere einen Transistor mit einem isolierenden Gate oder einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, aufweist. 7. Inverter device according to one of the preceding claims, characterized in that the switching device (11) has at least one power switching element, in particular a transistor with an insulating gate or a metal-oxide-semiconductor field effect transistor.
8. Invertereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalt einrichtung (11) mehrere Leistungsschaltelemente aufweist, wobei die Leistungs schaltelemente wenigstens eine Halbbrücke und/oder wenigstens eine Vollbrü cke bilden. 8. The inverter device as claimed in claim 7, characterized in that the switching device (11) has a plurality of power switching elements, the power switching elements forming at least one half bridge and/or at least one full bridge.
9. Invertereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Inverterschaltung (10) und die Schalteinrichtung (11) gemein sam an einer Gehäuseseite des Gehäuses (9) und/oder an einer gemeinsamen Kühleinrichtung angeordnet sind. 9. Inverter device according to one of the preceding claims, characterized in that the inverter circuit (10) and the switching device (11) are arranged together on a housing side of the housing (9) and/or on a common cooling device.
10. Elektrische Antriebsanordnung, umfassend eine Invertereinrichtung (10) nach ei nem der vorangehenden Ansprüche, eine elektrische Maschine (3), einen Wider stand (4) und einen einen elektrischen Energiespeicher (6) umfassenden Gleich stromkreis (5). 10. Electrical drive arrangement, comprising an inverter device (10) according to egg nem of the preceding claims, an electric machine (3), a resistance (4) and an electrical energy store (6) comprehensive DC circuit (5).
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