WO2017041956A1 - Niederspannungsentlade und -ansteuerschaltung für den traktionsumrichter eines fahrzeugs - Google Patents

Niederspannungsentlade und -ansteuerschaltung für den traktionsumrichter eines fahrzeugs Download PDF

Info

Publication number
WO2017041956A1
WO2017041956A1 PCT/EP2016/067922 EP2016067922W WO2017041956A1 WO 2017041956 A1 WO2017041956 A1 WO 2017041956A1 EP 2016067922 W EP2016067922 W EP 2016067922W WO 2017041956 A1 WO2017041956 A1 WO 2017041956A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
inverter
voltage
drive circuit
discharge
direct current
Prior art date
Application number
PCT/EP2016/067922
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Reiter
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft filed Critical Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority to CN201680034183.6A priority Critical patent/CN107710589B/zh
Publication of WO2017041956A1 publication Critical patent/WO2017041956A1/de
Priority to US15/914,892 priority patent/US10256746B2/en

Links

Classifications

    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • 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
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor
    • H02P3/22—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor by short-circuit or resistive braking

Abstract

Es wird eine Ansteuerschaltung (140) für einen Wechselrichter (103) beschrieben, wobei der Wechselrichter (103) eingerichtet ist, Gleichstrom mit einer ersten Spannung (111) aus einem elektrischen Energiespeicher (101) in Wechselstrom zu wandeln, mit dem eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs betrieben wird. Dabei ist ein Stütz-Kondensator (102) parallel zu einem Eingang des Wechselrichters (103) angeordnet. Die Ansteuerschaltung (140) umfasst einen Gleichspannungswandler (104), der eingerichtet ist, Gleichstrom mit der ersten Spannung (111) in Gleichstrom mit einer Zwischenkreisspannung (112) zu wandeln. Die Ansteuerschaltung (140) umfasst weiter eine Treiber-Einheit (106), die eingerichtet ist, auf Basis des Gleichstroms mit der Zwischenkreisspannung (112) Wechselrichter-Steuersignale (134) für Schaltelemente des Wechselrichters (103) zu generieren. Außerdem umfasst die Ansteuerschaltung (140) eine Entlade-Einheit (105), die aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung (112) versorgt wird und die eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Entlade-Steuersignal (132) einen Entlade-Widerstand parallel zu einem Ausgang des Gleichspannungswandlers (104) zu schalten. Desweiteren umfasst die Ansteuerschaltung (140) eine Steuereinheit (107), die aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung (112) versorgt wird und die eingerichtet ist, zur Entladung des Stütz-Kondensators (102) ein Entlade-Steuersignal (132) zu generieren, um die Entlade-Einheit (105) zu veranlassen, den Entlade-Widerstand parallel zu dem Ausgang des Gleichspannungswandlers (104) zu schalten.

Description

NIEDERSPANNUNGSENTLADE UND -ANSTEUERSCHALTUNG FÜR DEN TRAKTIONSUMRICHTER EINES FAHRZEUGS
Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter zum Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine eines Fahrzeugs, insbesondere eines Straßenfahrzeugs,
Ein Fahrzeug mit Elektroantrieb umfasst einen ersten Energiespeicher zur Speicherung von elektrischer Energie für den Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs. Der erste Energiespeicher liefert einen Strom bei einer relativ hohen ersten Spannung (z.B. bei 300-400V).
Desweiteren umfasst das Fahrzeug typischerweise ein Bord netz, welches bei einer relativ niedrigen zweiten Spannung (z.B. bei 12- 14V) betrieben wird, und weiches dazu verwendet wird, elektrische Verbraucher, wie z.B. ein Infotainmentsystem, etc. mit elektrischer Energie zu versorgen. Die erste Spannung kann als HV (Hochvolt) Spannung und die zweite Spannung als NV (Niedervolt) Spannung bezeichnet werden.
Für den Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine umfasst das Fahrzeug einen Wechselrichter, insbesondere einen Drehstrom-Wechselrichter, der eingerichtet ist, auf Basis eines DC (Direct Current) Stroms (d.h. eines Gleichstroms) aus dem ersten Energiespeicher einen AC (Alternating
Current) Strom (d.h. einen Wechselstrom), insbesondere einen Drehstrom, zu generieren. Der Wechselrichter umfasst ein oder mehrere Halbbrücken mit Schaltelementen (insbesondere mit Transistoren, wie z.B. IGBTs
(Insulated-Gate Bipolar Transistor), die abwechselnd geschaltet werden.
Das Fahrzeug umfasst eine Ansteuerschaltung, die eingerichtet ist,
Wechselrichter-Steuersignale für die einzelnen Schaltelemente des Wechselrichters bereitzustellen. Die Ansteuerschaltung umfasst dabei Treiber-Schaltungen, die eingerichtet sind, die Wechselrichter-Steuersignale für die einzelnen Schaltelemente (insbesondere die Gate-Signale für IGBTs) zu generieren. Dabei weist ein Wechselrichter-Steuersignal ein erstes Potential (z.B. bei 15V) auf, um ein Schaltelement zu schließen, und ein zweites Potential (z.B. bei -7V) auf, um das Schaltelement zu öffnen. Das erste Potential und das zweite Potential können dabei aus einer
Zwischenkreisspannung generiert werden, die typischerweise zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung liegt (z.B. bei 32V).
Desweiteren umfasst die Ansteuerschaltung meist eine Steuereinheit, die unter anderem eingerichtet ist, ein Bordnetz des Fahrzeugs mit dem
Wechselrichter in einen sicheren Zustand zu überführen (z.B. bei Vorliegen einer Unfallsituation). Die Steuereinheit kann dabei auch
Überwachungsfunktionen durchführen. Dabei soll gewährleistet werden, dass nach Ablauf eines vordefinierten Zeitraums (z.B. von 5 Sekunden) keine Spannungen im Bordnetz mehr vorliegen, die oberhalb einer vordefinierten Berührschweile (z.B. von 60V) liegen.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine Kosten-effiziente Ansteuerschaltung bereitzustellen, die eine zuverlässige Überführung des Bordnetzes in einen sicheren Zustand ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen
beschrieben.
Gemäß einem Aspekt wird eine Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter, insbesondere für einen Drehstrom-Wechselrichter, beschrieben. Der
Wechselrichter ist eingerichtet, Gleichstrom mit einer ersten Spannung (insbesondere mit einer HV-Spannung) aus einem elektrischen
Energiespeicher (insbesondere aus einem HV-Energiespeicher) in Wechselstrom (insbesondere in einen 3 Phasen-Drehstrom) zu wandeln, mit dem eine elektrische Maschine (z.B. eine Synchronmaschine) eines
Fahrzeugs betrieben wird. Desweiteren ist ein Stütz-Kondensator parallel zu einem Eingang des Wechselrichters angeordnet, um zu gewährleisten, dass am Eingang des Wechselrichters eine stabile Eingangsspannung vorliegt.
Die Ansteuerschaltung umfasst einen Gleichspannungswandler (oder DC/DC-Wandler), der eingerichtet ist, Gleichstrom mit der ersten Spannung (direkt aus dem HV-Energiespeicher) in Gleichstrom mit einer
Zwischenkreisspannung (z.B. bei 32V) zu wandeln. Desweiteren umfasst die Ansteuerschaltung eine Treiber-Einheit, die eingerichtet ist, auf Basis des Gleichstroms mit der Zwischenkreisspannung Wechselrichter-Steuersignale für Schaltelemente (insbesondere für IGBTs) des Wechselrichters zu generieren. Die Treiber-Einheit wird somit direkt über den
Gleichspannungswandler mit elektrischer Energie aus dem HV- Energiespeicher versorgt, wodurch eine hohe Effizienz der
Ansteuerschaltung ermöglicht wird. Desweiteren kann durch die direkte Versorgung aus dem HV-Energiespeicher auf eine galvanische Trennung der Versorgung der Treiber-Einheit verzichtet werden.
Die Ansteuerschaltung umfasst weiter eine Entlade-Einheit, die aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung versorgt wird und die
eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Entlade-Steuersignal einen Entlade- Widerstand parallel zu einem Ausgang des Gleichspannungswandlers zu schalten. Zu diesem Zweck kann die Entlade-Einheit einen Entlade-Schalter umfassen, der mit dem Entlade-Steuersignal angesteuert werden kann und der z.B. in Reihe mit dem Entlade-Widerstands parallel zum Ausgang des Gleichspannungswandlers angeordnet ist. Durch Schließen des Entlade- Schalters kann dann der Entlade-Widerstand parallel zum Ausgang des Gleichspannungswandlers geschaltet werden. Desweiteren umfasst die Ansteuerschaftung eine Steuereinheit (und/oder Überwachungseinheit), die ebenfalls aus dem Gleichstrom mit der
Zwischenkreisspannung versorgt wird und die eingerichtet ist, zur Entladung des Stütz-Kondensators ein Entlade-Steuersignal zu generieren, um die Entlade-Einheit zu veranlassen, den Entlade-Widerstand parallel zu dem Ausgang des Gleichspannungswandlers zu schalten. Durch die Versorgung von Entlade-Einheit und Steuereinheit mit der Zwischenkreisspannung kann auf eine galvanische Trennung einer Datenverbindung (für das Entlade- Steuersignal) zwischen Entlade-Einheit und Steuereinheit verzichtet werden, wodurch die Kosten der Ansteuerschaltung reduziert werden.
Insgesamt ermöglicht die Ansteuerschaltung eine aktive Entladung des Stütz-Kondensators über den Gleichspannungswandler (und die dadurch verursachten Wandlerverluste) und über den, auf die
Zwischenkreisspannung ausgelegten, Entlade-Widerstand (und die dadurch verursachten ohmschen Verluste). Dies ermöglicht eine zuverlässige und kostengünstige Überführung des Bordnetzes eines Fahrzeugs in einen sicheren Zustand.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu bestimmen, dass der Stütz- Kondensator in einen sicheren Zustand überführt werden soll (z.B. auf Anweisung durch ein Steuergerät außerhalb der Ansteuerschaltung). Die Steuereinheit kann dann in Reaktion auf das Bestimmen das Entlade- Steuersignal generieren, und damit den Stütz-Kondensator aktiv entladen. Außerdem kann die Steuereinheit eingerichtet sein, in Reaktion auf das Bestimmen zu veranlassen, dass die Treiber-Einheit Wechselrichter- Steuersignale generiert, durch die bewirkt wird, dass Wicklungen der elektrischen Maschine kurzgeschlossen werden (und so eine unkontrollierte Einspeisung von elektrischer Energie von der elektrischen Maschine in den HV-Zwischenkreis verhindert wird). Zu diesem Zweck können z.B. die Low- Side Schaltelemente der Halbbrücken des Wechselrichters veranlasst werden, zeitlich in geschlossenen Zustand zu sein. So kann das Bordnetz mit dem Stütz-Kondensator und dem Wechselrichter zuverlässig in einen sicheren Zustand überführt werden.
Der Stütz-Kondensator und der Wechselrichter sind typischerweise über zumindest ein Schütz mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, das Entlade-Steuersignaf (erst) nachdem das zumindest eine Schütz geöffnet wurde zu generieren. So können das Ziehen eines Entladestroms aus dem Energiespeicher und eine damit verbundene Erwärmung vermieden werden.
Der Gleichspannungswandler kann eingerichtet sein, den Gleichstrom am Ausgang des Gleichspannungswandlers auf einen vordefinierten
Maximalstrom zu begrenzen und/oder zu regeln. So kann eine sichere aktive Entladung gewährleistet werden. Insbesondere kann eine zu starke
Erwärmung von Komponenten des Bordnetzes des Fahrzeugs vermieden werden.
Die Ansteuerschaltung kann ein oder mehrere Daten-Schnittstellen zu ein oder mehreren Komponenten (insbesondere Steuergeräten) außerhalb der Ansteuerschaltung umfassen. Diese Komponenten können aus einem NV- Bordnetz (z.B. aus einem 12/14V Bordnetz) versorgt sein. Die ein oder mehreren Daten-Schnittstellen können zur Sicherung eine galvanische Trennvorrichtung aufweisen. Dabei sind jedoch die Anzahl von Daten- Schnittstellen und die darüber fließende elektrische Energiemenge typischerweise gering, so dass eine galvanische Trennung der Daten- Schnittstellen in Kosten-effektiver Weise bereitgestellt werden kann.
Die Steuereinheit kann in effizienter Weise auf einem programmierbaren integrierten Schaltkreis, insbesondere auf einem Complex Programmable Logic Device, kurz CPLD, implementiert sein. Die Ansteuerschaltung kann weiter einen Linearregler umfassen, der eingerichtet ist, aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung einen Versorgungsstrom mit einer Versorgungsspannung für die Steuereinheit zu generieren. Die Versorgungsspannung kann dabei z.B. bei 3V oder weniger liegen.
Die Treiber-Einheit kann zumindest eine Transformator-Schaltung umfassen, die eingerichtet ist, aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung unterschiedliche Potentiale (z.B. +15V und -7V) für zumindest ein
Wechselrichter-Steuersignal zu generieren. Die elektrische Energie für die Wechselrichter-Steuersignale kann somit mittels Transformator-Schaltungen aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung generiert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Bordnetz für ein Fahrzeug, das durch eine elektrische Maschine angetrieben wird, beschrieben. Das Bordnetz umfasst einen elektrischen Energiespeicher (z. B. einen Lilonen- Akkumulator), der eingerichtet ist, einen Gleichstrom mit einer ersten
Spannung bereitzustellen. Das Bordnetz umfasst weiter einen
Wechselrichter, der eingerichtet ist, den Gleichstrom mit der ersten
Spannung in einen Wechselstrom zu wandeln, mit dem die elektrische Maschine betrieben wird, sowie einen Stütz-Kondensator, der parallel zu einem Eingang des Wechselrichters angeordnet ist. Außerdem umfasst das Bord netz eine in diesem Dokument beschriebene Ansteuerschaltung für den Wechselrichter.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (insbesondere ein
Straßenkraftfahrzeug, z.B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, das das in diesem Dokument beschriebene Bord netz umfasst.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen
Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch i Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 beispielhafte Komponenten eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs; und
Figur 2 beispielhafte Komponenten einer Ansteuerschaltung für einen
Wechselrichter.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument damit, eine Kosten-effiziente und zuverlässige Ansteuerschaltung für einen
Wechselrichter in einem Fahrzeug bereitzustellen. In diesem
Zusammenhang zeigt Fig. 1 beispielhafte Komponenten eines elektrischen Bordnetzes 100 eines Fahrzeugs mit unterschiedlichen Spannungsebenen. Das Bordnetz 100 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 101 , der eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb einer elektrischen
Maschine bereitzustellen. Die elektrische Energie wird mit einer ersten Spannung 1 1 1 (auch als HV-Spannung bezeichnet) bereitgestellt.
Desweiteren umfasst das Bordnetz 100 einen Wechselrichter 103, der eingerichtet ist, aus der gespeicherten Energie einen Wechselstrom, insbesondere einen Drehstrom, zum Betrieb der elektrischen Maschine (nicht dargestellt) zu generieren. Desweiteren umfasst das Bordnetz typischerweise einen Stütz-Kondensator 102 am Eingang des Wechselrichters 103.
Außerdem umfasst das Bordnetz 100 eine Ansteuerschaltung 140, die eingerichtet ist, den Wechselrichter 103 anzusteuern, um den Wechselstrom zu generieren und um den Wechselrichter 103 bzw. das Bordnetz 100 bei Bedarf (z.B. bei einem Unfall) in einen sicheren Zustand zu überführen. Die Ansteuerschaltung 140 umfasst einen DC/DC-Wandier 104, der eingerichtet ist, elektrische Energie mit der ersten Spannung 1 1 1 in elektrische Energie mit einer Zwischenkreisspannung 1 12 zu wandeln. Ein beispielhafter DC/DC- Wandler 104 ist ein Buck-Wandler.
Desweiteren umfasst die Ansteuerschaltung 140 eine Treiber-Einheit 106 mit Treiber-Schaltungen für die einzelnen Schaltelemente des Wechselrichters 103. Die Treiber-Einheit 106 wird dabei mit elektrischer Energie auf der Zwischenkreisspannung 1 12 versorgt, um die Potentiale für die
Wechselrichter-Steuersignale 134 für die Schaitelemente zu generieren. Die Versorgung der Treiber-Einheit 106 erfolgt dabei direkt durch Wandlung der Energie aus dem HV-Energiespeicher 101 mittels des DC/DC-Wandlers 104 (insbesondere ohne eine zwischenzeitliche Wandlung auf eine NV-Spannung von z.B. 12-14V). Dies ist vorteilhaft in Bezug auf eine Energieeffizienz der Ansteuerschaltung 140 und in Bezug auf eine Entlastung eines NV- Wandlers, der elektrische Energie mit der NV-Spannung bereitstellt).
Die Ansteuerschaltung 140 umfasst weiter eine Steuereinheit 107, die eingerichtet ist, das Bord netz 100 bei Bedarf in einen sicheren Zustand zu überführen. Das Bordnetz 100 weist typischerweise Schütze (z.B. Relais) 109 auf, die bei Bedarf geöffnet werden können, um den Energiespeicher
101 vom Bord netz 100 zu trennen. Desweiteren kann die Steuereinheit 107 eingerichtet sein, die Treiber-Einheit 106 zu veranlassen (über ein Treiber- Steuersignal 131 ), alle Low-Side Schaltelemente der Halbbrücken des Wechselrichters 103 zeitgleich zu schließen, um zu bewirken, dass die elektrische Maschine kein Moment mehr erzeugt.
Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit 107 eingerichtet sein, eine aktive Entladung des Wechselrichters 103 und/oder des Stütz-Kondensators 02 zu veranlassen. Zu diesem Zweck kann die Ansteuerschaltung 140 eine Entlade-Einheit 105 umfassen. Die Entlade-Einheit 105 kann einen Entlade- Widerstand aufweisen, der durch einen Entlade-Schalter parallel zum Ausgang des DC/DC-Wandlers 104 geschaltet werden kann. Die
Steuereinheit 107 kann somit die Entlade-Einheit 105 veranlassen (über ein Entlade-Steuersignal 32) den Entlade-Widerstand parallel zu dem Ausgang des DC/DC-Wandlers 104 zu schalten. Dies führt dazu, dass (bei geöffneten Schützen 109), der Stütz-Kondensator 102 über den DC/DC-Wandler 104 und über den Entlade-Widerstand entladen wird. Dabei bewirken
Wandlerverluste des DC/DC-Wandler 104 und ohmsche Verluste des
Entlade-Widerstands einen Abbau der im Stütz-Kondensator 102
gespeicherten Energie. Desweiteren kann der DC/DC-Wandler 104 zur aktiven Entladung in einem Modus betrieben werden, durch den der Strom durch den DC/DC-Wandler 104 begrenzt wird (insbesondere kann der DC/DC-Wandler 104 in einem sogenannten Current Mode Control betrieben werden). So können Überhöhungen des Entladestroms in effizienter Weise vermieden werden. Desweiteren ist eine Anordnung der Entlade-Einheit 105 am Ausgang des DC/DC-Wandlers 04 vorteilhaft, da so die Verwendung von Entlade-Widerständen ermöglicht wird, die für reduzierte Spannungen ausgelegt sind (und damit Kosten-günstiger sind).
Die Steuereinheit 107 kann z.B. auf einem CPLD (Complex Programmable Logic Device) implementiert sein. Durch die Tatsache, dass die Steuereinheit 107 , die Treiber-Einheit 106 und die Entlade-Einheit 105 aus der
Zwischenkreisspannung 1 12 versorgt werden, ist keine galvanische
Trennung zwischen den einzelnen Einheiten 107, 106, 105 erforderlich.
Desweiteren ist keine galvanische Trennung zwischen Treiber-Einheit 106 und Wechselrichter 103 erforderlich. So können die Kosten für die
Ansteuerschaltung 140 reduziert werden. Eine galvanische Trennung 120 ist ggf. nur für die Übertragung von digitalen Signalen 133 (z.B. über ein Serial Peripheral Interface (SPI)) zu einem externen Prozessor 121 erforderlich (der z.B. aus dem 12/14V-Bordnetz versorgt wird).
Fig. 2 zeigt weitere Details einer beispielhaften Ansteuerschaltung 140.
Insbesondere zeigt Fig. 2 weitere Details einer Treiber-Einheit 106, die eine Vielzahl von Treiber-Schaltungen 201 zur Generierung der Wechselrichter- Steuersignale 134, 203 für die entsprechende Vielzahl von Schaltelementen des Wechselrichters 103 umfasst. Desweiteren umfasst die Treiber-Einheit 106 Transformator-Schaltungen 202, die eingerichtet sind, die erforderlichen Potentiale (z.B. +15V und -7V) aus der Zwischenkreisspannung 1 12 zu erzeugen. Außerdem zeigt Fig. 2 beispielhaft eine galvanisch entkoppelte Schnittstelle 221 zur Übertragung von digitalen Signalen 133 zwischen einem externen Prozessor 121 und der Steuereinheit 107.
Die in diesem Dokument beschriebene Ansteuerschaltung 140 ist vorteilhaft, da sie keine oder zumindest eine reduzierte Anzahl von galvanisch trennenden Bauelementen erfordert. Desweiteren kann durch die direkte Versorgung aus dem HV-Energiespeicher 101 auf eine (ggf. redundante) Versorgung aus einem NV-Bordnetz verzichtet werden. Außerdem
ermöglicht die beschriebene Anordnung einer Entlade-Einheit 105 in
Kombination mit einem DC/DC-Wandler 104 eine geregelte, d.h. eine kontrollierte und zuverlässige, Entladung des Stütz-Kondensators 102.
Desweiteren können durch die beschriebene Anordnung die Kosten der Ansteuerschaltung 140 reduziert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Ansprüche
1 ) Ansteuerschaltung (140) für einen Wechselrichter (103); wobei der
Wechselrichter (103) eingerichtet ist, Gleichstrom mit einer ersten Spannung (1 11) aus einem elektrischen Energiespeicher (101 ) in Wechselstrom zu wandeln, mit dem eine elektrische Maschine eines Fahrzeugs betrieben wird; wobei ein Stütz-Kondensator (102) parallel zu einem Eingang des Wechselrichters (103) angeordnet ist; wobei die Ansteuerschaltung (140) umfasst,
- einen Gleichspannungswandler (104), der eingerichtet ist,
Gleichstrom mit der ersten Spannung (1 1 1 ) in Gleichstrom mit einer Zwischenkreisspannung (1 12) zu wandeln;
- eine Treiber-Einheit (106), die eingerichtet ist, auf Basis des
Gleichstroms mit der Zwischenkreisspannung (1 12)
Wechselrichter-Steuersignale (134) für Schaltelemente des Wechselrichters (103) zu generieren;
- eine Entlade-Einheit (105), die aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung (1 12) versorgt wird und die eingerichtet ist, in Reaktion auf ein Entlade-Steuersignal (132) einen Entlade- Widerstand parallel zu einem Ausgang des
Gleichspannungswandlers (104) zu schalten; und
- eine Steuereinheit (107), die aus dem Gleichstrom mit der
Zwischenkreisspannung (1 12) versorgt wird und die eingerichtet ist, zur Entladung des Stütz-Kondensators (102) ein Entlade- Steuersignal (132) zu generieren, um die Entlade-Einheit (105) zu veranlassen, den Entlade-Widerstand parallel zu dem Ausgang des Gleichspannungswandlers (104) zu schalten.
2) Ansteuerschaltung (140) gemäß Anspruch 1 , wobei die Steuereinheit (107) eingerichtet ist, - zu bestimmen, dass der Stütz-Kondensator ( 02) in einen sicheren Zustand überführt werden soll; und
- in Reaktion auf das Bestimmen das Entlade-Steuersignal (132) zu generieren.
3) Ansteuerschaltung (140) gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (107) eingerichtet ist, in Reaktion auf das Bestimmen zu veranlassen, dass die Treiber-Einheit (106) Wechselrichter-Steuersignale ( 34) generiert, durch die bewirkt wird, dass Wicklungen der elektrischen Maschine kurzgeschlossen werden.
Ansteuerschaltung (140) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei
- der Stütz-Kondensator (102) und der Wechselrichter (103) über zumindest ein Schütz (109) mit dem elektrischen Energiespeicher (101 ) verbunden sind; und
- die Steuereinheit (107) eingerichtet ist, das Entlade-Steuersignal (132) zu generieren, nachdem das zumindest eine Schütz (109) geöffnet wurde.
Ansteuerschaltung (140) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gleichspannungswandler (104) eingerichtet ist, den
Gleichstrom am Ausgang des Gleichspannungswandlers (104) auf einen vordefinierten Maximalstrom zu begrenzen und/oder zu regeln.
Ansteuerschaltung (140) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Ansteuerschaltung (140) ein oder mehrere Daten-Schnittstellen (221 ) zu ein oder mehreren Komponenten (121) außerhalb der Ansteuerschaltung (140) umfasst; und - die ein oder mehreren Daten-Schnittsteilen (221) eine galvanische Trennvorrichtung (120) aufweisen.
7) Ansteuerschaltung (140) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (1 07) auf einem programmierbaren integrierten Schaltkreis, insbesondere auf einem Complex Programmable Logic Device, kurz CPLD, implementiert ist.
8) Ansteuerschaltung (140) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ansteuerschaltung (140) einen Linearregler umfasst, der eingerichtet ist, aus dem Gleichstrom mit der Zwischenkreisspannung (1 12) einen Versorgungsstrom mit einer Versorgungsspannung für die Steuereinheit (107) zu generieren.
9) Ansteuerschaltung (140) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Treiber-Einheit (106) zumindest eine Transformator-Schaltung (202) umfasst, die eingerichtet ist, aus dem Gleichstrom mit der
Zwischenkreisspannung (1 12) unterschiedliche Potentiale für zumindest ein Wechselrichter-Steuersignal (134) zu generieren.
10) Bord netz (100) für ein Fahrzeug, das durch eine elektrische Maschine angetrieben wird, wobei das Bordnetz (100) umfasst,
- einen elektrischen Energiespeicher (101), der eingerichtet ist,
einen Gleichstrom mit einer ersten Spannung (1 1 1 ) bereitzustellen;
- einen Wechselrichter (103), der eingerichtet ist, den Gleichstrom mit der ersten Spannung (1 1 1 ) in einen Wechselstrom zu wandeln, mit dem die elektrische Maschine betrieben wird;
- einen Stütz-Kondensator (102), der parallel zu einem Eingang des Wechselrichters (103) angeordnet ist; und
- eine Ansteuerschaltung (140) für den Wechselrichter (103) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
PCT/EP2016/067922 2015-09-09 2016-07-27 Niederspannungsentlade und -ansteuerschaltung für den traktionsumrichter eines fahrzeugs WO2017041956A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201680034183.6A CN107710589B (zh) 2015-09-09 2016-07-27 用于车辆的牵引变流器的低压放电和驱控电路
US15/914,892 US10256746B2 (en) 2015-09-09 2018-03-07 Low-voltage discharge and actuation circuit for the traction converter of a vehicle

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015217175.2A DE102015217175A1 (de) 2015-09-09 2015-09-09 Ansteuerschaltung für einen Wechselrichter eines Fahrzeugs
DE102015217175.2 2015-09-09

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/914,892 Continuation US10256746B2 (en) 2015-09-09 2018-03-07 Low-voltage discharge and actuation circuit for the traction converter of a vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017041956A1 true WO2017041956A1 (de) 2017-03-16

Family

ID=56550888

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2016/067922 WO2017041956A1 (de) 2015-09-09 2016-07-27 Niederspannungsentlade und -ansteuerschaltung für den traktionsumrichter eines fahrzeugs

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10256746B2 (de)
CN (1) CN107710589B (de)
DE (1) DE102015217175A1 (de)
WO (1) WO2017041956A1 (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109842095B (zh) * 2019-02-25 2021-06-11 阳光电源股份有限公司 一种功率变换系统、控制器和控制方法
DE102019107741A1 (de) * 2019-03-26 2020-10-01 Wabco Europe Bvba Steuereinheit für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einer elektromechanisch aktuierten Bremseinheit sowie Fahrzeug damit und Verfahren dafür
DE102019204429A1 (de) 2019-03-29 2020-10-01 Robert Bosch Gmbh Schutzvorrichtung für eine Treiberschaltung und Verfahren zum Schutz einer Treiberschaltung
CN110138227A (zh) * 2019-06-03 2019-08-16 一巨自动化装备（上海）有限公司 一种基于Flyback的紧急电源的母线电压放电电路
CN112959964B (zh) * 2021-03-27 2022-11-22 华为数字能源技术有限公司 一种电机控制模块的供电系统及车辆

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120091933A1 (en) * 2010-10-15 2012-04-19 Denso Corporation Control apparatus for power conversion system including dc/ac converter connected between electric rotating machine and dc power source
DE102011081173A1 (de) * 2011-08-18 2013-02-21 Robert Bosch Gmbh Betriebszustandsschaltung für Wechselrichter und Verfahren zum Einstellen von Betriebszuständen eines Wechselrichters
WO2015004948A1 (ja) * 2013-07-11 2015-01-15 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 放電制御装置

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004057693B4 (de) * 2004-11-30 2024-04-25 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur schnellen Entladung eines Kondensators

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120091933A1 (en) * 2010-10-15 2012-04-19 Denso Corporation Control apparatus for power conversion system including dc/ac converter connected between electric rotating machine and dc power source
DE102011081173A1 (de) * 2011-08-18 2013-02-21 Robert Bosch Gmbh Betriebszustandsschaltung für Wechselrichter und Verfahren zum Einstellen von Betriebszuständen eines Wechselrichters
WO2015004948A1 (ja) * 2013-07-11 2015-01-15 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 放電制御装置
DE112014002281T5 (de) * 2013-07-11 2016-01-21 Aisin Aw Co., Ltd. Entladesteuerungsvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
DE102015217175A1 (de) 2017-03-09
CN107710589A (zh) 2018-02-16
US10256746B2 (en) 2019-04-09
CN107710589B (zh) 2020-08-04
US20180198365A1 (en) 2018-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017041956A1 (de) Niederspannungsentlade und -ansteuerschaltung für den traktionsumrichter eines fahrzeugs
DE112017000286T5 (de) Leistungsumrichtvorrichtung
DE102017116107B3 (de) Topologie für ein Fahrzeug, Verfahren zum Laden eines Fahrzeugs
EP3383692B1 (de) Stromrichter
EP3894266A1 (de) Schaltungsanordnung für ein kraftfahrzeug, insbesondere für ein hybrid- oder elektrofahrzeug
EP3634803B1 (de) Energieversorgungseinrichtung für ein schienenfahrzeug
WO2017211657A1 (de) Fahrzeugbordnetz mit wechselrichter, energiespeicher, elektrischer maschine und gleichstrom-übertragungsanschluss
EP3595925A1 (de) Antriebssystem für ein fahrzeug und verfahren zum betrieb eines antriebssystems und verwendung des antriebssystems
DE112014002281T5 (de) Entladesteuerungsvorrichtung
DE102014212935A1 (de) Vorrichtung zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung mit seriellem Stack-Umrichter sowie Antriebsanordnung
DE102017221758A1 (de) Elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems
DE102013203734B4 (de) Modularer Hochfrequenz-Umrichter
DE102011080058B4 (de) Leistungselektronikgerät, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug
DE102017221621A1 (de) Vorrichtung zur redundanten Energieversorgung zumindest eines Verbrauchers eines Kraftfahrzeugs aus einem Bordnetz, Bordnetz sowie Kraftfahrzeug
DE102014016076A1 (de) DC/DC-Wandler für ein Kraftfahrzeug
DE102013218679A1 (de) Antriebssteuerung
DE112011101621T5 (de) Leistungswandler
DE102019207048B4 (de) Stromrichteranordnung, Fahrzeug mit einer Stromrichteranordnung und Verfahren zum Betreiben einer Stromrichteranordnung
DE102013224891B4 (de) Schaltungsanordnung
DE112021006187T5 (de) Stromrichtvorrichtung
DE102016224569A1 (de) Leistungsansteuervorrichtung für eine elektrische Maschine und Verfahren zum Abtrennen einer elektrischen Maschine von einem elektrischen Energiespeicher
DE102015101092A1 (de) Ladegerät für ein Plug-In-Fahrzeug und Plug-In-Fahrzeug
EP3797461A1 (de) Elektrische bordnetzvorrichtung zum versorgen von zumindest zwei elektrischen verbrauchern in einem kraftfahrzeug sowie kraftfahrzeug, umschaltvorrichtung und verfahren zum betreiben einer bordnetzvorrichtung
WO2019020254A1 (de) Vollbrücken-gleichspannungswandler
EP2654155B1 (de) Stromrichter, sowie Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16744404

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16744404

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1