WO2017186393A1 - Method and device for determining a capacitance of a dc link capacitor - Google Patents

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Jiahang Jin
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    • G01R31/40—Testing power supplies

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for
  • the present invention relates to the determination of the capacity of a DC link capacitor.
  • the present invention relates to an inverter arrangement with a device for determining the capacitance of a DC link capacitor.
  • Electric drive systems such as those in electrical or
  • Hybrid vehicles find use usually include one
  • Inverter Such inverters are powered by a DC power source, such as a traction battery of an electric or hybrid vehicle. To stabilize the input voltage of such inverters, a DC link capacitor is provided at the input of the inverter.
  • the output of the inverter may, for example, be connected to an electrical machine to provide the required power to the machine
  • the electrical energy of the DC voltage source, which feeds the inverter, moreover, in electric or hybrid vehicles also a
  • the electrical voltage of the DC voltage source for example, the traction battery
  • a DC converter DC-DC converter
  • the document DE 10 2012 220 247 AI discloses an inverter circuit for an electric drive, as well as an electric vehicle with an inverter circuit and a method for operating an inverter circuit.
  • the inverter circuit comprises an inverter at its input
  • the present invention discloses a method for determining a capacitance of a DC link capacitor having the features of
  • Patent claim 1 and a device for determining a capacitance of a DC link capacitor with the features of claim 10.
  • a method of determining a capacitance of a DC link capacitor for an inverter comprises the steps of charging the DC link capacitor by means of a dc converter, detecting a charging current from the dc converter into the dc capacitor during charging of the dc capacitor, and detecting a dc voltage across the dc capacitor during the dc converter Charging the
  • the method comprises the step of calculating a value for the capacitance of the DC link capacitor based on values of the detected charging current and the detected
  • a device for determining a capacitance of a DC link capacitor for an inverter comprises a DC-DC converter, a voltage sensor, a current sensor and an evaluation device.
  • the DC-DC converter is with the
  • the DC voltage converter is designed to provide a predetermined electrical voltage to the DC link capacitor to the DC link
  • the voltage sensor is designed to detect an electrical voltage across the DC link capacitor.
  • the current sensor is designed to detect an electric current from the DC-DC converter into the DC-link capacitor during charging of the DC-link capacitor.
  • the evaluation device is designed to receive measured values of the electrical voltage detected by the voltage sensor across the DC link capacitor and measured values of the electrical current detected by the current sensor into the DC link capacitor. Furthermore, the evaluation device is designed based on the received measured values from the voltage sensor and the
  • An inverter arrangement with an inverter, a circuit breaker and a device according to the invention for determining a capacitance of a DC link capacitor comprises a DC link capacitor, which is connectable to a DC voltage source at an input terminal of the inverter.
  • the circuit breaker is between the
  • the circuit breaker is designed to provide an electrical connection between the input terminal of the inverter and the inverter
  • the present invention is based on the finding that the
  • Capacity of a DC link capacitor in particular, for example, the DC link capacity in an inverter, during operation or during the life of the inverter. This change in the DC link capacitance may possibly adversely affect the operation of the inverter. Therefore, it is an idea of the present invention to take this knowledge into account and to provide a method and a device that allow a simple and efficient determination of a DC link capacity, as used for example in an inverter.
  • One idea which is the basis of the present invention, is to charge the DC link capacitor for an inverter by means of an optionally existing anyway DC-DC converter from another voltage source while monitoring the charging current and the charging voltage.
  • Such a controlled charging of a DC link capacitor and the evaluation of the measured values for the charging current and the charging voltage can determine the current capacity of the DC bus
  • DC link capacitor can be determined. Since the components required for this purpose, such as DC voltage converters and the voltage source, which feeds the DC voltage converter, are generally already present, the determination of the capacitance of the DC link capacitor can be realized with relatively little effort and thus very cost-effectively.
  • the method for determining a capacitance of a DC link capacitor further comprises a step of disconnecting an electrical connection between the DC link capacitor and a voltage source connected to the DC link capacitor. Furthermore, the method may also include a step of disabling Consumers that are connected to an inverter with the monitored DC link capacitor. This allows the
  • Inverter with the monitored DC link capacitor are separated from its environment. This way can be disturbing
  • an intermediate value for the capacitance of the DC link capacitor is first calculated.
  • the capacitance of the DC link capacitor is then determined. For example, the determination of the capacitance of the DC link capacitor can be determined by averaging the intermediate values of the individual calculated capacitances of the DC link capacitor. In this way, the accuracy of the detected DC link capacity can be further increased.
  • the DC-DC converter in the device for determining a capacitance of a DC link capacitor comprises a step-up converter and / or a step-down converter.
  • the DC-DC converter can be a voltage converter which is designed both to supply a high voltage applied to the terminals connected to the DC link capacitor and to a lower one
  • the DC-DC converter is the
  • Inverter assembly with a low-voltage electrical system of an electric or hybrid vehicle electrically coupled.
  • the inverter arrangement comprises a control device, which is designed before the charging of the
  • control device can be designed to deactivate electrical consumers which are connected to an output terminal of the inverter and / or to electrically disconnect the electrical consumers from the inverter.
  • the inverter is designed to adapt an operating point of the inverter as a function of the calculated capacitance of the DC link capacitor. In this way, even with changing capacities of the DC link capacitor, the inverter can always be operated in the best possible operating point.
  • Figure 1 a schematic representation of an inverter arrangement with a device for determining a capacity of a
  • Figure 2 is a schematic representation of a diagram of current
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a flow diagram, such as a method for determining a capacity of a
  • DC link capacitor according to one embodiment is based.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a block diagram for an inverter arrangement with a device for determining a capacitance of a DC link capacitor according to an embodiment.
  • Inverter arrangement comprises an inverter 2, at whose input a DC link capacitor 21 is arranged.
  • the intermediate circuit capacitor 21 may be a DC link capacitor 21 integrated in the inverter 2.
  • the inverter 2 at whose input a DC link capacitor 21 is arranged.
  • DC link capacitor 21 however, as a separate component or as an assembly with several individual capacitors regardless of the
  • Inverter 2 can be provided.
  • the input of the inverter 2 can be connected to a DC voltage source 3.
  • the DC voltage source 3 can be a battery or a rechargeable battery, such as, for example, a traction battery of an electric or hybrid vehicle.
  • a traction battery of an electric or hybrid vehicle Between the DC voltage source 3 and the inverter 2 is a
  • Disconnector 31 is provided. This disconnect switch 31 can interrupt the electrical connection between the DC voltage source 3 and the inverter 2.
  • the circuit breaker 31 can either interrupt only a connection between the DC voltage source 3 and the inverter 2, or alternatively it is also possible that the circuit breaker 31 both
  • the circuit breaker 31 may be, for example, a semiconductor switching element or a mechanical switching element, such as a relay, a contactor or the like, act.
  • the circuit breaker 31 can be driven, for example, by means of a suitable control device 32 or the like to connect or disconnect the electrical connection between the DC voltage source 3 and the inverter 2.
  • an electrical load 4 such as an electric machine or the like, may be provided.
  • the electrical load 4 is not limited to an electric machine or the like, but may include any electrical load that can be controlled by an inverter 2.
  • a DC-DC converter 11 is provided, which is electrically coupled to the DC voltage source 2 with a first connection. In this case, this connection of the DC voltage source 3 is electrically connected to the
  • DC voltage source 10 may be, for example, the
  • Low-voltage electrical system of a vehicle such as an electric or hybrid vehicle act.
  • a vehicle such as an electric or hybrid vehicle act.
  • DC voltage source 10 for example, a battery, such as a lead-acid battery of a low-voltage electrical system of a vehicle include.
  • a battery such as a lead-acid battery of a low-voltage electrical system of a vehicle
  • the electrical voltage of the DC voltage source 3 by means of
  • DC converter 11 in a voltage of the other DC voltage source 10 coupled electrical network can be converted.
  • the DC-DC converter 11 can also convert the voltage of the further DC voltage source 10 into a voltage which corresponds to the voltage level of the DC voltage source 3 or the voltage level at the input of the inverter 2.
  • the device for determining the capacity of a DC link capacitor also includes a voltage sensor 12 which detects the electrical voltage across the DC link capacitor 21, ie at the input of the inverter 2.
  • This voltage sensor 12 may be any
  • Voltage sensor which is adapted to detect an electrical voltage in the corresponding voltage level and provide a corresponding to the detected voltage output signal.
  • it can be both an analog and a digital
  • Inverter 2 is arranged with the DC link capacitor 21.
  • This current sensor 13 is in particular designed to detect an electric current from the DC-DC converter 11 in the DC link capacitor 21 and to provide an output signal corresponding to the detected electric current in analog or digital form.
  • the output signal of the voltage sensor 12 and of the current sensor 13 can be provided, for example, to an evaluation device 14.
  • the evaluation device 14 can in this case, as will be explained in more detail below, determine a capacitance of the DC link capacitor 21 based on the measured values of the voltage sensor 12 and the current sensor 13.
  • DC power source 3 and inverter 2 are opened to the interrupt electrical connection between DC voltage source 3 and inverter 2.
  • the circuit breaker 31 can be driven accordingly, for example by means of the control device 32.
  • the control device 32 can also deactivate the consumers 4 connected to the inverter 2. If necessary, this can be done between
  • Inverter 2 and electrical consumer 3 also a suitable switch (not shown) may be provided which interrupts electrical connections between inverter 2 and electrical load 4.
  • the inverter 2 for example, for a short time, an electrical connection between the two terminals of the
  • Inverter 2 possibly existing electrical connections between the terminals of the DC link capacitor 21 is opened,
  • the electrical voltage of the further DC voltage source 10 is converted by means of DC-DC converter 11 into a predetermined DC voltage and this converted DC voltage at the input of
  • DC converter 11 are charged by the further DC voltage source 10. During this charging of the DC link capacitor 21, the voltage across the DC link capacitor 21 is detected by means of voltage sensor 12 and a corresponding signal at the
  • Evaluation device 14 is provided. Further, the electric current from the DC-DC converter 11 is detected in the DC-link capacitor 21 from the current sensor 13 and a corresponding signal, which to the
  • Evaluation device 14 is provided.
  • the signals of the measured values for voltage Over the DC link capacitor 21 and charging current can be provided either continuously to the evaluation device 14, or alternatively, in each case at discrete times in each case a measured value of the current and voltage sensor to the evaluation device 14 are transmitted.
  • the DC link capacitor 21 is preferably charged with a predetermined constant charging current. Accordingly, the voltage provided by the DC voltage converter 11 at the input of the inverter 2 can be adjusted. For example, the control of the DC voltage converter 11 for charging the DC link capacitor 21 can be carried out with a constant current through the evaluation device 14.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the waveforms of voltage across the DC link capacitor UZK and charging current k over time.
  • the charging of the discharged intermediate circuit capacitor 21 via the voltage converter 11 is started. Up to the time t s , an initialization takes place, which includes, for example, the setting of a constant charging current.
  • the determination of the capacitance of the DC link capacitor 21 can be started.
  • the capacitance CZK of the DC link capacitor 21 results from the quotient of the sum (of the integral) of the charging current i (t) that has flowed from the starting time to until this time t into the DC link capacitor 21 divided by the DC link at this time.
  • the capacitance of the DC link capacitor 21 can thus be calculated according to the following formula. f, d i (t) dt
  • the DC link capacitance determined in this way may also include additional capacitors applied to the input of the inverter 2. However, these are usually relatively small and therefore may be neglected. Are however If these further capacities are wholly or at least partially known, then the ascertained capacity can be reduced by a corresponding proportion in order to arrive at the actual capacity of the DC link capacitor 21.
  • the calculation of the capacitance of the DC link capacitor 21 is generally carried out based on measured values, after stable conditions have been set for the charging of the DC link capacitance 21 and, for example, a stable constant charging current L has been established. This is the case, for example, in FIG. 2 at time t s . Subsequently, in each case at predetermined times, for example, at predetermined time intervals of the flowing into the DC link capacitor 21 stream integrated or
  • DC link voltage are divided to calculate a value for the capacitance of the DC link capacitor 21. If a number of such calculations for the value of the intermediate circuit capacitance 21 occur successively, a value for the capacitance of the intermediate circuit capacitor 21 can then be calculated on the basis of these several intermediate values. For example, this can be done by averaging the previously calculated intermediate values. Where appropriate, other, such as weighted,
  • the decrease in the capacitance of the DC link capacitor 21 may indicate increasing aging or other damage to the DC link capacitor 21. If the value of the capacitance of the DC link capacitor 21 drops below a predetermined threshold value, for example, this may indicate excessive aging or damage to the capacitor. Therefore, when falling below a predetermined limit value for the capacitance of the DC link capacitor 21, a warning message can be output or optionally, the further operation of the inverter 2
  • the operation of the inverter 2 is adjusted in accordance with the determined value for the capacitance of the DC link capacitor 21.
  • the determined value for the capacitance of the DC link capacitor 21 can be included in a temperature model.
  • Inverter 2 are adapted such that a possible heating of the inverter 2 and in particular the intermediate circuit capacitor 21 does not exceed a predetermined maximum temperature value.
  • the maximum allowable power of the DC link capacitor 21 For example, based on the determined value for the capacitance of the DC link capacitor 21, the maximum allowable power of
  • Inverter 2 adapted or reduced. In addition, any further adjustments of the operation of the inverter 2 based on the determined capacitance of the DC link capacitor 21 are possible.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a flowchart, as it is based on a method for determining the capacitance of a DC link capacitor 21 for an inverter 2.
  • this step Sl may include a step Sla, in which an electrical connection between the DC link capacitor 21 and a connected to the DC link capacitor 21 voltage source 3 is disconnected.
  • the step Sl may also comprise a step Slb, in which optionally connected to the inverter 2 consumers 4 are deactivated.
  • step S2 charging of the DC-link capacitor 21 by means of a DC-DC converter 11 takes place.
  • the DC-link capacitor 21 can in particular be charged with a predetermined constant charging current.
  • step S3 during charging of the DC link capacitor 21, the charging current is detected by the DC voltage converter 11 in the DC link capacitor 21. Further, in step S4, during charging of the DC link capacitor 21, the DC link voltage across the
  • step S5 The calculation of the capacitance of the DC-link capacitor 21 takes place, as already described above, based on the values of the detected
  • the present invention relates to a method and apparatus for determining the capacitance of a DC link capacitor for an inverter.
  • the DC link capacitor via a

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Abstract

The invention relates to a method and a device for determining the capacitance of a DC link capacitor for an inverter. For this purpose, the DC link capacitor is charged via a DC voltage converter, and the charging current and the voltage are measured via the DC link capacitor in said process. The capacitance value of the DC link capacitor can be deduced from the charging current and the voltage over the DC link capacitor.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis- Kondensators  Method and device for determining a capacitance of a DC link capacitor
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur The present invention relates to a method and a device for
Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis-Kondensators. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Bestimmung der Kapazität eines Determining a capacity of a DC link capacitor. In particular, the present invention relates to the determination of the capacity of a
Zwischenkreis-Kondensators für einen Wechselrichter. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Wechselrichteranordnung mit einer Vorrichtung zur Bestimmung der Kapazität eines Zwischenkreis-Kondensators. DC link capacitor for an inverter. Furthermore, the present invention relates to an inverter arrangement with a device for determining the capacitance of a DC link capacitor.
Stand der Technik State of the art
Elektrische Antriebssysteme, wie sie zum Beispiel in Elektro- oder Electric drive systems, such as those in electrical or
Hybridfahrzeugen Verwendung finden, umfassen in der Regel einen Hybrid vehicles find use usually include one
Wechselrichter. Solche Wechselrichter werden von einer Gleichspannungsquelle, wie zum Beispiel einer Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, gespeist. Zur Stabilisierung der Eingangsspannung derartiger Wechselrichter ist am Eingang des Wechselrichters ein Zwischenkreis-Kondensator vorgesehen. Der Ausgang des Wechselrichters kann zum Beispiel mit einer elektrischen Maschine verbunden werden, um an der Maschine die erforderlichen Inverter. Such inverters are powered by a DC power source, such as a traction battery of an electric or hybrid vehicle. To stabilize the input voltage of such inverters, a DC link capacitor is provided at the input of the inverter. The output of the inverter may, for example, be connected to an electrical machine to provide the required power to the machine
Spannungen bereitzustellen. Provide voltages.
Die elektrische Energie der Gleichspannungsquelle, welche den Wechselrichter speist, kann darüber hinaus in Elektro- oder Hybridfahrzeugen auch ein The electrical energy of the DC voltage source, which feeds the inverter, moreover, in electric or hybrid vehicles also a
Niederspannungs-Bordnetz speisen. Hierzu kann die elektrische Spannung der Gleichspannungsquelle (beispielsweise der Traktionsbatterie) mittels eines Gleichspannungskonverters (DC-DC-Konverter) auf die gewünschte Spannung von beispielsweise ca. 13,2 Volt des Niederspannungs-Bordnetzes konvertiert werden. Dine low-voltage on-board electrical system. For this purpose, the electrical voltage of the DC voltage source (for example, the traction battery) by means of a DC converter (DC-DC converter) to the desired voltage be converted from, for example, about 13.2 volts of the low-voltage electrical system.
Die Druckschrift DE 10 2012 220 247 AI offenbart eine Inverterschaltung für einen elektrischen Antrieb, sowie ein Elektrofahrzeug mit einer Inverterschaltung und ein Verfahren zum Betrieb einer Inverterschaltung. Die Inverterschaltung umfasst dabei insbesondere einen Inverter, an dessen Eingang ein The document DE 10 2012 220 247 AI discloses an inverter circuit for an electric drive, as well as an electric vehicle with an inverter circuit and a method for operating an inverter circuit. In particular, the inverter circuit comprises an inverter at its input
Zwischenkreis-Kondensator vorgesehen ist. DC link capacitor is provided.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis- Kondensators mit den Merkmalen des The present invention discloses a method for determining a capacitance of a DC link capacitor having the features of
Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis-Kondensators mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Patent claim 1 and a device for determining a capacitance of a DC link capacitor with the features of claim 10.
Demgemäß ist vorgesehen: Accordingly, it is provided:
Ein Verfahren zur Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis- Kondensators für einen Wechselrichter. Das Verfahren umfasst die Schritte des Aufladens des Zwischenkreis- Kondensators mittels eines Gleichspannungs- Konverters, des Erfassens eines Ladestroms von dem Gleichspannungs- Konverter in den Zwischenkreis-Kondensator während des Aufladens des Zwischenkreis-Kondensators und des Erfassens einer Zwischenkreisspannung über dem Zwischenkreis-Kondensator während des Aufladens des A method of determining a capacitance of a DC link capacitor for an inverter. The method comprises the steps of charging the DC link capacitor by means of a dc converter, detecting a charging current from the dc converter into the dc capacitor during charging of the dc capacitor, and detecting a dc voltage across the dc capacitor during the dc converter Charging the
Zwischenkreis-Kondensators. Ferner umfasst das Verfahren den Schritt des Berechnens eines Wertes für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators basierend auf Werten des erfassten Ladestroms und der erfassten DC link capacitor. Furthermore, the method comprises the step of calculating a value for the capacitance of the DC link capacitor based on values of the detected charging current and the detected
Zwischenkreis-Spannung, die während des Aufladens des Zwischenkreis- Kondensators erfasst worden sind. DC bus voltage detected during charging of the DC link capacitor.
Ferner ist vorgesehen: It is also provided:
Eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis- Kondensators für einen Wechselrichter. Die Vorrichtung umfasst einen Gleichspannungs-Konverter, einen Spannungssensor, einen Stromsensor und eine Auswerteeinrichtung. Der Gleichspannungs-Konverter ist mit dem A device for determining a capacitance of a DC link capacitor for an inverter. The device comprises a DC-DC converter, a voltage sensor, a current sensor and an evaluation device. The DC-DC converter is with the
Zwischenkreis-Kondensator elektrisch gekoppelt. Der Gleichspannungs- Konverter ist dabei dazu ausgelegt, an dem Zwischenkreis-Kondensator eine vorbestimmte elektrische Spannung bereitzustellen, um den Zwischenkreis-DC link capacitor electrically coupled. The DC voltage converter is designed to provide a predetermined electrical voltage to the DC link capacitor to the DC link
Kondensator aufzuladen. Der Spannungssensor ist dazu ausgelegt, eine elektrische Spannung über den Zwischenkreis-Kondensator zu erfassen. Der Stromsensor ist dazu ausgelegt, während des Aufladens des Zwischenkreis- Kondensators einen elektrischen Strom von dem Gleichspannungs-Konverter in den Zwischenkreis-Kondensator zu erfassen. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt, Messwerte der von dem Spannungssensor erfassten elektrischen Spannung über dem Zwischenkreis-Kondensator und Messwerte des von dem Stromsensor erfassten elektrischen Stroms in den Zwischenkreis-Kondensator zu empfangen. Ferner ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, basierend auf den empfangenen Messwerten von dem Spannungssensor und dem Charge capacitor. The voltage sensor is designed to detect an electrical voltage across the DC link capacitor. The current sensor is designed to detect an electric current from the DC-DC converter into the DC-link capacitor during charging of the DC-link capacitor. The evaluation device is designed to receive measured values of the electrical voltage detected by the voltage sensor across the DC link capacitor and measured values of the electrical current detected by the current sensor into the DC link capacitor. Furthermore, the evaluation device is designed based on the received measured values from the voltage sensor and the
Stromsensor einen Wert für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators zu berechnen.  Current sensor to calculate a value for the capacitance of the DC link capacitor.
Weiterhin ist vorgesehen: Furthermore, it is provided:
Eine Wechselrichteranordnung mit einem Wechselrichter, einem Trennschalter und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis-Kondensators. Der Wechselrichter umfasst einen Zwischenkreis- Kondensator, der an einem Eingangsanschluss des Wechselrichters mit einer Gleichspannungsquelle verbindbar ist. Der Trennschalter ist zwischen demAn inverter arrangement with an inverter, a circuit breaker and a device according to the invention for determining a capacitance of a DC link capacitor. The inverter comprises a DC link capacitor, which is connectable to a DC voltage source at an input terminal of the inverter. The circuit breaker is between the
Eingangsanschluss des Wechselrichters und der Gleichspannungsquelle angeordnet. Der Trennschalter ist dazu ausgelegt, eine elektrische Verbindung zwischen dem Eingangsanschluss des Wechselrichters und der Input terminal of the inverter and the DC voltage source arranged. The circuit breaker is designed to provide an electrical connection between the input terminal of the inverter and the inverter
Gleichspannungsquelle zu unterbrechen. DC source to interrupt.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die The present invention is based on the finding that the
Kapazität eines Zwischenkreis- Kondensators, insbesondere beispielsweise die Zwischenkreiskapazität in einem Wechselrichter, während des Betriebs bzw. während der Lebensdauer des Wechselrichters ändern kann. Diese Änderung der Zwischenkreis-Kapazität kann sich gegebenenfalls ungünstig auf den Betrieb des Wechselrichters auswirken. Daher ist es eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und ein Verfahren sowie eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine einfache und effiziente Bestimmung einer Zwischenkreis-Kapazität ermöglichen, wie sie beispielsweise in einem Wechselrichter verwendet wird. Capacity of a DC link capacitor, in particular, for example, the DC link capacity in an inverter, during operation or during the life of the inverter. This change in the DC link capacitance may possibly adversely affect the operation of the inverter. Therefore, it is an idea of the present invention to take this knowledge into account and to provide a method and a device that allow a simple and efficient determination of a DC link capacity, as used for example in an inverter.
Eine Idee, die der vorliegenden Erfindung dabei zugrunde liegt, besteht darin, den Zwischenkreis-Kondensator für einen Wechselrichter mittels eines gegebenenfalls ohnehin vorhandenen Gleichspannungs-Konverters von einer weiteren Spannungsquelle aufzuladen und dabei den Ladestrom und die Ladespannung zu überwachen. Durch ein solches kontrolliertes Aufladen eines Zwischenkreis-Kondensators und das Auswerten der dabei erfassten Messwerte für Ladestrom und Ladespannung kann die aktuelle Kapazität des One idea, which is the basis of the present invention, is to charge the DC link capacitor for an inverter by means of an optionally existing anyway DC-DC converter from another voltage source while monitoring the charging current and the charging voltage. Such a controlled charging of a DC link capacitor and the evaluation of the measured values for the charging current and the charging voltage can determine the current capacity of the DC bus
Zwischenkreis-Kondensators ermittelt werden. Da die hierzu erforderlichen Komponenten wie Gleichspannungs-Konverter und die Spannungsquelle, welche den Gleichspannungs-Konverter speist, in der Regel bereits vorhanden sind, kann die Ermittlung der Kapazität des Zwischenkreis- Kondensators mit relativ geringem Aufwand und somit sehr kostengünstig realisiert werden. DC link capacitor can be determined. Since the components required for this purpose, such as DC voltage converters and the voltage source, which feeds the DC voltage converter, are generally already present, the determination of the capacitance of the DC link capacitor can be realized with relatively little effort and thus very cost-effectively.
Die so ermittelte Kapazität des Zwischenkreis- Kondensators ermöglicht The thus determined capacity of the DC link capacitor allows
Rückschlüsse über den Zustand des Zwischenkreis- Kondensators und eine gegebenenfalls fortgeschrittene Alterung. Somit kann ein eventuell Conclusions about the condition of the DC link capacitor and possibly advanced aging. Thus, a possibly
bevorstehender Ausfall oder eine Beschädigung eines Wechselrichters mit einem Zwischenkreis-Kondensator frühzeitig erkannt werden. Damit steigt insbesondere auch die Verfügbarkeit eines Systems mit einem Wechselrichter, dessen Zwischenkreis-Kondensator überwacht wird. impending failure or damage to an inverter with a DC link capacitor are detected early. This increases in particular the availability of a system with an inverter whose DC link capacitor is monitored.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis- Kondensators ferner einen Schritt zum Trennen einer elektrischen Verbindung zwischen dem Zwischenkreis-Kondensator und einer an den Zwischenkreis-Kondensator angeschlossenen Spannungsquelle. Ferner kann das Verfahren auch einen Schritt zum Deaktivieren von Verbrauchern umfassen, die an einen Wechselrichter mit dem überwachten Zwischenkreiskondensator angeschlossenen sind. Hierdurch kann der According to one embodiment, the method for determining a capacitance of a DC link capacitor further comprises a step of disconnecting an electrical connection between the DC link capacitor and a voltage source connected to the DC link capacitor. Furthermore, the method may also include a step of disabling Consumers that are connected to an inverter with the monitored DC link capacitor. This allows the
Wechselrichter mit dem zu überwachenden Zwischenkreis-Kondensator von seiner Umgebung abgetrennt werden. Auf diese Weise können störende Inverter with the monitored DC link capacitor are separated from its environment. This way can be disturbing
Außeneinflüsse bei der Bestimmung der Kapazität des Zwischenkreis- Kondensators vermieden werden. External influences in determining the capacity of the DC link capacitor can be avoided.
Gemäß einer Ausführungsform werden bei den Schritten des Erfassens des Ladestroms in den Zwischenkreis-Kondensator und des Erfassens der According to an embodiment, in the steps of detecting the charging current in the DC link capacitor and detecting the
Zwischenkreis-Spannung über dem Zwischenkreis-Kondensator jeweils DC link voltage across the DC link capacitor respectively
Ladestrom und Zwischenkreis-Spannung in einer Mehrzahl von Charging current and DC link voltage in a plurality of
aufeinanderfolgenden Zeitintervallen erfasst. Durch eine derartige recorded successive time intervals. By such
Untergliederung für die Erfassung von Zwischenkreis-Spannung und Ladestrom kann die Genauigkeit bei der Bestimmung der Zwischenkreis-Kapazität gesteigert werden. Subassembly for the detection of DC link voltage and charging current, the accuracy in the determination of the DC link capacity can be increased.
Gemäß einer Ausführungsform werden in dem Schritt zum Berechnen der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators für jedes Zeitintervall zunächst ein Zwischenwert für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators berechnet. Unter Verwendung der so berechneten Zwischenwerte für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators wird daraufhin die Kapazität des Zwischenkreis- Kondensators bestimmt. Beispielsweise kann die Bestimmung der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators durch Mittelwertbildung der Zwischenwerte der einzelnen berechneten Kapazitäten des Zwischenkreis- Kondensators bestimmt werden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der ermittelten Zwischenkreis- Kapazität weiter erhöht werden. According to one embodiment, in the step for calculating the capacitance of the DC link capacitor for each time interval, an intermediate value for the capacitance of the DC link capacitor is first calculated. Using the calculated intermediate values for the capacitance of the DC link capacitor, the capacitance of the DC link capacitor is then determined. For example, the determination of the capacitance of the DC link capacitor can be determined by averaging the intermediate values of the individual calculated capacitances of the DC link capacitor. In this way, the accuracy of the detected DC link capacity can be further increased.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Gleichspannungs-Konverter in der Vorrichtung zur Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis-Kondensators einen Hochsetzsteller und/oder einen Tiefsetzsteller. Insbesondere kann es sich bei dem Gleichspannungs-Konverter um einen Spannungskonverter handeln, der dazu ausgelegt ist, sowohl eine an den mit dem Zwischenkreis- Kondensator verbundenen Anschlüssen anliegende Hochspannung in eine niedrigere According to one embodiment, the DC-DC converter in the device for determining a capacitance of a DC link capacitor comprises a step-up converter and / or a step-down converter. In particular, the DC-DC converter can be a voltage converter which is designed both to supply a high voltage applied to the terminals connected to the DC link capacitor and to a lower one
Spannung zu konvertieren, als auch in einem inversen Betrieb eine niedrigere Spannung in eine höhere Spannung zu konvertieren und die höhere Spannung dann an dem Zwischenkreis- Kondensator bereitzustellen. Voltage to convert, as well as lower in an inverse operation Convert voltage to a higher voltage and then provide the higher voltage to the DC link capacitor.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Gleichspannungs-Konverter der According to one embodiment, the DC-DC converter is the
Wechselrichteranordnung mit einem Niederspannungs-Bordnetz eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges elektrisch gekoppelt. Inverter assembly with a low-voltage electrical system of an electric or hybrid vehicle electrically coupled.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Wechselrichteranordnung eine Steuereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, vor dem Aufladen des According to a further embodiment, the inverter arrangement comprises a control device, which is designed before the charging of the
Zwischenkreis-Kondensators die elektrische Verbindung zwischen dem DC link capacitor the electrical connection between the
Eingangsanschluss des Wechselrichters und der Gleichspannungsquelle zu unterbrechen. Ferner kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, elektrische Verbraucher, die an einem Ausgangsanschluss des Wechselrichters angeschlossen sind, zu deaktivieren und/oder die elektrischen Verbraucher von dem Wechselrichter elektrisch zu trennen. Interrupt the input connection of the inverter and the DC voltage source. Furthermore, the control device can be designed to deactivate electrical consumers which are connected to an output terminal of the inverter and / or to electrically disconnect the electrical consumers from the inverter.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Wechselrichter dazu ausgelegt, einen Betriebspunkt des Wechselrichters in Abhängigkeit von der berechneten Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators anzupassen. Auf diese Weise kann auch bei sich ändernden Kapazitäten des Zwischenkreis-Kondensators der Wechselrichter stets in einem möglichst optimalen Betriebspunkt betrieben werden. According to a further embodiment, the inverter is designed to adapt an operating point of the inverter as a function of the calculated capacitance of the DC link capacitor. In this way, even with changing capacities of the DC link capacitor, the inverter can always be operated in the best possible operating point.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den The above embodiments and developments can, as far as appropriate, combine arbitrarily. Further refinements, further developments and implementations of the invention also include combinations of previously or below that are not explicitly mentioned with respect to FIG
Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann dabei auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen. Embodiments described features of the invention. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen: Brief description of the drawings The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. Showing:
Figur 1: eine schematische Darstellung einer Wechselrichteranordnung mit einer Vorrichtung zur Bestimmung eine Kapazität eines Figure 1: a schematic representation of an inverter arrangement with a device for determining a capacity of a
Zwischenkreis-Kondensators gemäß einer Ausführungsform;  DC link capacitor according to one embodiment;
Figur 2: eine schematische Darstellung eines Diagramms von Strom- und Figure 2 is a schematic representation of a diagram of current and
Spannungsverlauf über die Zeit, wie sie einer Ausführungsform zugrunde liegen; und  Voltage over time, as they are based on an embodiment; and
Figur 3: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zur Bestimmung einer Kapazität eines FIG. 3 shows a schematic representation of a flow diagram, such as a method for determining a capacity of a
Zwischenkreis-Kondensators gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.  DC link capacitor according to one embodiment is based.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen, soweit nicht anders angegeben, mit gleichen Bezugszeichen versehen. In all figures, identical or functionally identical elements and devices, unless otherwise stated, provided with the same reference numerals.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbildes für eine Wechselrichteranordnung mit einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis- Kondensators gemäß einer Ausführungsform. Die 1 shows a schematic representation of a block diagram for an inverter arrangement with a device for determining a capacitance of a DC link capacitor according to an embodiment. The
Wechselrichteranordnung umfasst einen Wechselrichter 2, an dessen Eingang ein Zwischenkreis-Kondensator 21 angeordnet ist. Bei dem Zwischenkreis- Kondensator 21 kann es sich dabei um einem in den Wechselrichter 2 integrierten Zwischenkreis- Kondensator 21 handelt. Alternativ kann der Inverter arrangement comprises an inverter 2, at whose input a DC link capacitor 21 is arranged. The intermediate circuit capacitor 21 may be a DC link capacitor 21 integrated in the inverter 2. Alternatively, the
Zwischenkreis-Kondensator 21 jedoch auch als separates Bauelement oder als Baugruppe mit mehreren einzelnen Kondensatoren unabhängig von dem DC link capacitor 21, however, as a separate component or as an assembly with several individual capacitors regardless of the
Wechselrichter 2 bereitgestellt werden. Der Eingang des Wechselrichters 2 ist mit einer Gleichspannungsquelle 3 verbindbar. Beispielsweise kann es sich bei der Gleichspannungsquelle 3 um eine Batterie bzw. einen Akkumulator, wie zum Beispiel eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, handeln. Zwischen der Gleichspannungsquelle 3 und dem Wechselrichter 2 ist ein Inverter 2 can be provided. The input of the inverter 2 can be connected to a DC voltage source 3. For example, the DC voltage source 3 can be a battery or a rechargeable battery, such as, for example, a traction battery of an electric or hybrid vehicle. Between the DC voltage source 3 and the inverter 2 is a
Trennschalter 31 vorgesehen. Dieser Trennschalter 31 kann die elektrische Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle 3 und dem Wechselrichter 2 unterbrechen. Dabei kann der Trennschalter 31 entweder nur eine Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle 3 und dem Wechselrichter 2 unterbrechen, oder alternativ ist es auch möglich, dass der Trennschalter 31 beide Disconnector 31 is provided. This disconnect switch 31 can interrupt the electrical connection between the DC voltage source 3 and the inverter 2. In this case, the circuit breaker 31 can either interrupt only a connection between the DC voltage source 3 and the inverter 2, or alternatively it is also possible that the circuit breaker 31 both
Verbindungen zwischen der Gleichspannungsquelle 3 und dem Wechselrichter 2 unterbricht. Bei dem Trennschalter 31 kann es sich dabei beispielsweise um ein Halbleiterschaltelement oder um ein mechanisches Schaltelement, wie zum Beispiel ein Relais, einen Schütz oder ähnliches, handeln. Der Trennschalter 31 kann dabei beispielsweise mittels einer geeigneten Steuereinrichtung 32 oder ähnlichem angesteuert werden, um die elektrische Verbindung zwischen der Gleichspannungsquelle 3 und dem Wechselrichter 2 zu verbinden oder zu trennen. Am Ausgang des Wechselrichters 2 kann eine elektrische Last 4, wie zum Beispiel eine elektrische Maschine oder ähnliches, vorgesehen sein. Die elektrische Last 4 ist dabei jedoch nicht auf eine elektrische Maschine oder ähnliches begrenzt, sondern kann eine beliebige elektrische Last umfassen, die von einem Wechselrichter 2 angesteuert werden kann. Weiterhin ist ein Gleichspannungs-Konverter 11 vorgesehen, der mit einem ersten Anschluss mit der Gleichspannungsquelle 2 elektrisch gekoppelt ist. Dabei ist dieser Anschluss der Gleichspannungsquelle 3 elektrisch mit dem Disconnects connections between the DC voltage source 3 and the inverter 2. The circuit breaker 31 may be, for example, a semiconductor switching element or a mechanical switching element, such as a relay, a contactor or the like, act. The circuit breaker 31 can be driven, for example, by means of a suitable control device 32 or the like to connect or disconnect the electrical connection between the DC voltage source 3 and the inverter 2. At the output of the inverter 2, an electrical load 4, such as an electric machine or the like, may be provided. However, the electrical load 4 is not limited to an electric machine or the like, but may include any electrical load that can be controlled by an inverter 2. Furthermore, a DC-DC converter 11 is provided, which is electrically coupled to the DC voltage source 2 with a first connection. In this case, this connection of the DC voltage source 3 is electrically connected to the
Eingangsanschluss des Wechselrichters 2 verbunden. Entsprechend ist dieser Anschluss des Gleichspannungs-Konverters 11 auch über den Trennschalter 31 mit der Gleichspannungsquelle 3 elektrisch verbunden. Ein weiterer Anschluss des Gleichspannungs-Konverters 11 ist mit einer weiteren Input terminal of the inverter 2 connected. Accordingly, this connection of the DC-DC converter 11 is also electrically connected via the disconnecting switch 31 to the DC voltage source 3. Another connection of the DC-DC converter 11 is with another
Gleichspannungsquelle 10 elektrisch gekoppelt. Bei der weiteren DC voltage source 10 is electrically coupled. At the other
Gleichspannungsquelle 10 kann es sich beispielsweise um das DC voltage source 10 may be, for example, the
Niederspannungs-Bordnetz eines Fahrzeugs, wie zum Beispiel eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, handeln. Insbesondere kann die weitere Low-voltage electrical system of a vehicle, such as an electric or hybrid vehicle act. In particular, the other
Gleichspannungsquelle 10 beispielsweise einen Akkumulator, wie zum Beispiel einen Bleiakkumulator eines Niederspannungs-Bordnetzes eines Fahrzeugs, umfassen. Somit kann beispielsweise bei einem geschlossenen Trennschalter 31 die elektrische Spannung der Gleichspannungsquelle 3 mittels des  DC voltage source 10, for example, a battery, such as a lead-acid battery of a low-voltage electrical system of a vehicle include. Thus, for example, in a closed circuit breaker 31, the electrical voltage of the DC voltage source 3 by means of
Gleichspannungs-Konverters 11 in eine Spannung des mit der weiteren Gleichspannungsquelle 10 gekoppelten elektrischen Netzwerkes konvertiert werden. Alternativ kann der Gleichspannungs-Konverters 11 auch die Spannung der weiteren Gleichspannungsquelle 10 in eine Spannung konvertieren, die dem Spannungsniveau der Gleichspannungsquelle 3 bzw. dem Spannungsniveau am Eingang des Wechselrichters 2 entspricht. DC converter 11 in a voltage of the other DC voltage source 10 coupled electrical network can be converted. Alternatively, the DC-DC converter 11 can also convert the voltage of the further DC voltage source 10 into a voltage which corresponds to the voltage level of the DC voltage source 3 or the voltage level at the input of the inverter 2.
Die Vorrichtung zur Bestimmung der Kapazität eines Zwischenkreis- Kondensators gemäß dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 umfasst darüber hinaus einen Spannungssensor 12, der die elektrische Spannung über dem Zwischenkreis-Kondensator 21, also am Eingang des Wechselrichters 2, erfasst. Bei diesem Spannungssensor 12 kann es sich um einen beliebigen The device for determining the capacity of a DC link capacitor according to the embodiment of Figure 1 also includes a voltage sensor 12 which detects the electrical voltage across the DC link capacitor 21, ie at the input of the inverter 2. This voltage sensor 12 may be any
Spannungssensor handeln, der dazu ausgelegt ist, eine elektrische Spannung in der entsprechenden Spannungshöhe zu erfassen und ein zu der erfassten Spannung korrespondierendes Ausgangssignal bereitzustellen. Insbesondere kann es sich dabei sowohl um ein analoges wie auch ein digitales Voltage sensor, which is adapted to detect an electrical voltage in the corresponding voltage level and provide a corresponding to the detected voltage output signal. In particular, it can be both an analog and a digital
Ausgangssignal handeln. Act output signal.
Weiterhin umfasst die Vorrichtung zur Bestimmung der Kapazität des Furthermore, the device for determining the capacity of the
Zwischenkreis-Kondensators einen Stromsensor 13, der in dem elektrischen Strompfad zwischen Gleichspannungs-Konverter 11 und Eingang des DC link capacitor, a current sensor 13, in the electrical current path between DC-DC converter 11 and input of
Wechselrichters 2 mit dem Zwischenkreis-Kondensator 21 angeordnet ist. Dieser Stromsensor 13 ist dabei insbesondere dazu ausgelegt, einen elektrischen Strom von dem Gleichspannungs-Konverter 11 in den Zwischenkreis-Kondensator 21 zu erfassen und ein zu dem erfassten elektrischen Strom korrespondierendes Ausgangssignal in analoger oder digitaler Form bereitzustellen. Inverter 2 is arranged with the DC link capacitor 21. This current sensor 13 is in particular designed to detect an electric current from the DC-DC converter 11 in the DC link capacitor 21 and to provide an output signal corresponding to the detected electric current in analog or digital form.
Das Ausgangssignal des Spannungssensors 12 und des Stromsensors 13 können beispielsweise einer Auswerteeinrichtung 14 bereitgestellt werden. Die Auswerteeinrichtung 14 kann hierbei, wie nachfolgend noch näher erläutert wird, basierend auf den Messwerten von Spannungssensor 12 und Stromsensor 13 eine Kapazität des Zwischenkreis- Kondensators 21 ermitteln. The output signal of the voltage sensor 12 and of the current sensor 13 can be provided, for example, to an evaluation device 14. The evaluation device 14 can in this case, as will be explained in more detail below, determine a capacitance of the DC link capacitor 21 based on the measured values of the voltage sensor 12 and the current sensor 13.
Für die Ermittlung der Kapazität des Zwischenkreis- Kondensators 21 für den Wechselrichter 2 kann hierzu zunächst der Trennschalter 31 zwischen For the determination of the capacitance of the DC link capacitor 21 for the inverter 2, the circuit breaker 31 between this
Gleichspannungsquelle 3 und Wechselrichter 2 geöffnet werden, um die elektrische Verbindung zwischen Gleichspannungsquelle 3 und Wechselrichter 2 zu unterbrechen. Hierzu kann der Trennschalter 31 beispielsweise mittels der Steuereinrichtung 32 entsprechend angesteuert werden. Ferner kann die Steuereinrichtung 32 auch die an den Wechselrichter 2 angeschlossenen Verbraucher 4 deaktivieren. Gegebenenfalls kann hierzu zwischen DC power source 3 and inverter 2 are opened to the interrupt electrical connection between DC voltage source 3 and inverter 2. For this purpose, the circuit breaker 31 can be driven accordingly, for example by means of the control device 32. Furthermore, the control device 32 can also deactivate the consumers 4 connected to the inverter 2. If necessary, this can be done between
Wechselrichter 2 und elektrischem Verbraucher 3 auch ein geeigneter Schalter (nicht dargestellt) vorgesehen sein, der elektrische Verbindungen zwischen Wechselrichter 2 und elektrischem Verbraucher 4 unterbricht. Inverter 2 and electrical consumer 3 also a suitable switch (not shown) may be provided which interrupts electrical connections between inverter 2 and electrical load 4.
Gegebenenfalls kann zur Initialisierung der Bestimmung der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators zunächst der Zwischenkreis-Kondensator 21 entladen werden. Hierzu kann der Wechselrichter 2 beispielsweise kurzzeitig eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen des Optionally, to initialize the determination of the capacitance of the DC link capacitor first the DC link capacitor 21 are discharged. For this purpose, the inverter 2, for example, for a short time, an electrical connection between the two terminals of the
Zwischenkreis-Kondensators 21 herstellen. Anschließend werden vor der Bestimmung der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 in dem Make DC link capacitor 21. Subsequently, before determining the capacitance of the DC link capacitor 21 in the
Wechselrichter 2 eventuell vorhandene elektrische Verbindungen zwischen den Anschlüssen des Zwischenkreiskondensators 21 geöffnet, Inverter 2 possibly existing electrical connections between the terminals of the DC link capacitor 21 is opened,
um einen möglichen Stromfluss zwischen den beiden Anschlüssen des for a possible current flow between the two terminals of the
Zwischenkreis-Kondensators 21 zu vermeiden. DC link capacitor 21 to avoid.
Für die Ermittlung der Kapazität des Zwischenkreis- Kondensators 21 wird daraufhin die elektrische Spannung der weiteren Gleichspannungsquelle 10 mittels Gleichspannungs-Konverter 11 in eine vorbestimmte Gleichspannung konvertiert und diese konvertierte Gleichspannung am Eingang des For the determination of the capacitance of the DC link capacitor 21 then the electrical voltage of the further DC voltage source 10 is converted by means of DC-DC converter 11 into a predetermined DC voltage and this converted DC voltage at the input of
Wechselrichters 2, also über dem Zwischenkreis-Kondensator 21 bereitgestellt. Auf diese Weise kann der Zwischenkreis-Kondensator 21 über den Inverter 2, that is provided over the DC link capacitor 21. In this way, the DC link capacitor 21 via the
Gleichspannungs-Konverter 11 von der weiteren Gleichspannungsquelle 10 aufgeladen werden. Während dieses Aufladens des Zwischenkreis-Kondensators 21 wird mittels Spannungssensor 12 die Spannung über dem Zwischenkreis- Kondensator 21 erfasst und ein entsprechendes Signal an der DC converter 11 are charged by the further DC voltage source 10. During this charging of the DC link capacitor 21, the voltage across the DC link capacitor 21 is detected by means of voltage sensor 12 and a corresponding signal at the
Auswerteeinrichtung 14 bereitgestellt. Ferner wird der elektrische Strom von dem Gleichspannungs-Konverter 11 in den Zwischenkreis-Kondensator 21 von dem Stromsensor 13 erfasst und ein entsprechendes Signal, welches zu dem Evaluation device 14 is provided. Further, the electric current from the DC-DC converter 11 is detected in the DC-link capacitor 21 from the current sensor 13 and a corresponding signal, which to the
Ladestrom des Zwischenkreis- Kondensators 21 korrespondiert, an der Charging current of the DC link capacitor 21 corresponds to the
Auswerteeinrichtung 14 bereitgestellt. Die Signale der Messwerte für Spannung über dem Zwischenkreis-Kondensator 21 und Ladestrom können dabei entweder kontinuierlich an der Auswerteeinrichtung 14 bereitgestellt werden, oder alternativ kann auch jeweils zu diskreten Zeitpunkten jeweils ein Messwert von dem Strom- und Spannungssensor an die Auswerteeinrichtung 14 übertragen werden. Evaluation device 14 is provided. The signals of the measured values for voltage Over the DC link capacitor 21 and charging current can be provided either continuously to the evaluation device 14, or alternatively, in each case at discrete times in each case a measured value of the current and voltage sensor to the evaluation device 14 are transmitted.
Vorzugsweise wird während des Aufladens des Zwischenkreis-Kondensators 21 der Zwischenkreis-Kondensator 21 dabei mit einem vorgegebenen konstanten Ladestrom aufgeladen. Entsprechend kann dabei die von dem Gleichspannungs- Konverter 11 am Eingang des Wechselrichters 2 bereitgestellte Spannung angepasst werden. Beispielsweise kann die Ansteuerung des Gleichspannungs- Konverters 11 zum Aufladen des Zwischenkreis- Kondensators 21 mit einem konstanten Strom durch die Auswerteeinrichtung 14 erfolgen. During the charging of the DC link capacitor 21, the DC link capacitor 21 is preferably charged with a predetermined constant charging current. Accordingly, the voltage provided by the DC voltage converter 11 at the input of the inverter 2 can be adjusted. For example, the control of the DC voltage converter 11 for charging the DC link capacitor 21 can be carried out with a constant current through the evaluation device 14.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der Verläufe von Spannung über dem Zwischenkreis-Kondensator UZK und Ladestrom k über der Zeit. Zum Zeitpunkt to wird dabei das Aufladen des entladenen Zwischenkreis- Kondensators 21 über den Spannungskonverter 11 gestartet. Bis zum Zeitpunkt ts erfolgt dabei eine Initialisierung, die beispielsweise das Einstellen eines konstanten Ladestroms umfasst. Nachdem zum Zeitpunkt ts stabilen Strom- bzw. Spannungsverhältnisse eingestellt worden sind, kann mit der Bestimmung der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 begonnen werden. Die Kapazität CZK des Zwischenkreis-Kondensators 21 ergibt sich dabei aus dem Quotient der Summe (des Integrals) des vom Startzeitpunkt to bis zu diesem Zeitpunkt t in den Zwischenkreis-Kondensator 21 geflossenen Ladestroms i(t) geteilt durch die zu diesem Zeitpunkt am Zwischenkreis-Kondensator 21 anliegende Spannung u(t). Beispielsweise kann die Kapazität des Zwischenkreis- Kondensators 21 somit gemäß der nachfolgenden Formel berechnet werden. f,d i(t)dt Figure 2 shows a schematic representation of the waveforms of voltage across the DC link capacitor UZK and charging current k over time. At the time to, the charging of the discharged intermediate circuit capacitor 21 via the voltage converter 11 is started. Up to the time t s , an initialization takes place, which includes, for example, the setting of a constant charging current. After stable current or voltage ratios have been set at time t s , the determination of the capacitance of the DC link capacitor 21 can be started. The capacitance CZK of the DC link capacitor 21 results from the quotient of the sum (of the integral) of the charging current i (t) that has flowed from the starting time to until this time t into the DC link capacitor 21 divided by the DC link at this time. Capacitor 21 applied voltage u (t). For example, the capacitance of the DC link capacitor 21 can thus be calculated according to the following formula. f, d i (t) dt
r - _£_!  r - _ £ _!
LzK ~ u(t) LzK ~ u (t)
Die so ermittelte Zwischenkreis-Kapazität umfasst neben der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 gegebenenfalls auch weitere am Eingang des Wechselrichters 2 anliegende Kapazitäten. Diese sind jedoch in der Regel relativ klein und können daher gegebenenfalls vernachlässigt werden. Sind jedoch diese weiteren Kapazitäten ganz oder zumindest teilweise bekannt, so kann die ermittelte Kapazität um einen entsprechenden Anteil vermindert werden, um zu der tatsächlichen Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 zu gelangen. In addition to the capacitance of the DC link capacitor 21, the DC link capacitance determined in this way may also include additional capacitors applied to the input of the inverter 2. However, these are usually relatively small and therefore may be neglected. Are however If these further capacities are wholly or at least partially known, then the ascertained capacity can be reduced by a corresponding proportion in order to arrive at the actual capacity of the DC link capacitor 21.
Die Berechnung der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 erfolgt dabei in der Regel erst basierend auf Messwerten, nachdem sich für das Aufladen der Zwischenkreis-Kapazität 21 stabile Verhältnisse eingestellt haben und sich beispielsweise ein stabiler konstanter Ladestrom L eingestellt hat. Dies ist beispielsweise in Figur 2 zum Zeitpunkt ts der Fall. Anschließend kann jeweils zu vorgegebenen Zeitpunkten, beispielsweise in vorgegebenen Zeitintervallen der in den Zwischenkreis- Kondensator 21 hineinfließende Strom integriert bzw. The calculation of the capacitance of the DC link capacitor 21 is generally carried out based on measured values, after stable conditions have been set for the charging of the DC link capacitance 21 and, for example, a stable constant charging current L has been established. This is the case, for example, in FIG. 2 at time t s . Subsequently, in each case at predetermined times, for example, at predetermined time intervals of the flowing into the DC link capacitor 21 stream integrated or
aufsummiert werden und durch die zu diesem Zeitpunkt anliegende be summed up and by the present at that time
Zwischenkreis-Spannung dividiert werden, um einen Wert für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 zu berechnen. Erfolgen nacheinander mehrere solche Berechnungen für den Wert der Zwischenkreis-Kapazität 21, so kann daraufhin basierend auf diesen mehreren Zwischenwerten ein Wert für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 berechnet werden. Beispielsweise kann dies durch Mittelwertbildung der zuvor berechneten Zwischenwerte erfolgen. Gegebenenfalls sind auch andere, beispielsweise gewichtete, DC link voltage are divided to calculate a value for the capacitance of the DC link capacitor 21. If a number of such calculations for the value of the intermediate circuit capacitance 21 occur successively, a value for the capacitance of the intermediate circuit capacitor 21 can then be calculated on the basis of these several intermediate values. For example, this can be done by averaging the previously calculated intermediate values. Where appropriate, other, such as weighted,
Rechenverfahren möglich. Calculation possible.
Die so ermittelte Kapazität des Zwischenkreis- Kondensators 21 kann The thus determined capacitance of the DC link capacitor 21 can
beispielsweise ausgewertet werden, um eine Aussage über den Zustand des Zwischenkreis-Kondensators 21 zu treffen. Beispielsweise kann das Absinken der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 auf eine zunehmende Alterung oder eine andere Beschädigung des Zwischenkreis-Kondensators 21 hindeuten. Sinkt der Wert der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 beispielsweise unterhalb einen vorgegebenen Schwellwert, so kann dies auf eine übermäßige Alterung bzw. Beschädigung des Kondensators hinweisen. Daher kann beim Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 ein Warnhinweis ausgegeben werden oder gegebenenfalls kann auch der weitere Betrieb des Wechselrichters 2 be evaluated, for example, to make a statement about the state of the DC link capacitor 21. For example, the decrease in the capacitance of the DC link capacitor 21 may indicate increasing aging or other damage to the DC link capacitor 21. If the value of the capacitance of the DC link capacitor 21 drops below a predetermined threshold value, for example, this may indicate excessive aging or damage to the capacitor. Therefore, when falling below a predetermined limit value for the capacitance of the DC link capacitor 21, a warning message can be output or optionally, the further operation of the inverter 2
unterbunden werden. Ferner ist es auch möglich, dass der Betrieb des Wechselrichters 2 entsprechend dem ermittelten Wert für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 angepasst wird. Beispielsweise kann der ermittelte Wert für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 in ein Temperaturmodell mit einfließen. be prevented. Furthermore, it is also possible that the operation of the inverter 2 is adjusted in accordance with the determined value for the capacitance of the DC link capacitor 21. For example, the determined value for the capacitance of the DC link capacitor 21 can be included in a temperature model.
Basierend auf einem solchen Temperaturmodell kann der Betrieb des Based on such a temperature model, the operation of the
Wechselrichters 2 derart angepasst werden, dass eine mögliche Erwärmung des Wechselrichters 2 und insbesondere auch des Zwischenkreis-Kondensators 21 einen vorgegebenen maximalen Temperaturwert nicht überschreitet. Inverter 2 are adapted such that a possible heating of the inverter 2 and in particular the intermediate circuit capacitor 21 does not exceed a predetermined maximum temperature value.
Beispielsweise kann basierend auf dem ermittelten Wert für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 die maximal zulässige Leistung des For example, based on the determined value for the capacitance of the DC link capacitor 21, the maximum allowable power of
Wechselrichters 2 angepasst bzw. reduziert werden. Darüber hinaus sind auch beliebige weitere Anpassungen des Betriebs des Wechselrichters 2 basierend auf der ermittelten Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 möglich. Inverter 2 adapted or reduced. In addition, any further adjustments of the operation of the inverter 2 based on the determined capacitance of the DC link capacitor 21 are possible.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Bestimmen der Kapazität eines Zwischenkreis- Kondensators 21 für einen Wechselrichter 2 zugrunde liegt. In Schritt Sl können gegebenenfalls zunächst vorbereitende Schritte für die Ermittlung der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 ausgeführt werden. Beispielsweise kann dieser Schritt Sl einen Schritt Sla umfassen, in dem eine elektrische Verbindung zwischen dem Zwischenkreis-Kondensator 21 und einer an den Zwischenkreis- Kondensator 21 angeschlossenen Spannungsquelle 3 getrennt wird. Weiterhin kann der Schritt Sl auch einen Schritt Slb umfassen, in dem gegebenenfalls an den Wechselrichter 2 angeschlossene Verbraucher 4 deaktiviert werden. FIG. 3 shows a schematic representation of a flowchart, as it is based on a method for determining the capacitance of a DC link capacitor 21 for an inverter 2. If necessary, preparatory steps for determining the capacitance of the DC link capacitor 21 may initially be carried out in step S1. For example, this step Sl may include a step Sla, in which an electrical connection between the DC link capacitor 21 and a connected to the DC link capacitor 21 voltage source 3 is disconnected. Furthermore, the step Sl may also comprise a step Slb, in which optionally connected to the inverter 2 consumers 4 are deactivated.
Weiterhin kann gegebenenfalls auch in dem Schritt Sl zunächst der Furthermore, optionally in the step Sl, the first
Zwischenkreis-Kondensator 21 vollständig entladen werden. DC link capacitor 21 are completely discharged.
Daraufhin erfolgt in Schritt S2 zunächst ein Aufladen des Zwischenkreis- Kondensators 21 mittels eines Gleichspannungs-Konverters 11. Insbesondere kann dabei beispielsweise der Zwischenkreis-Kondensator 21 mit einem vorgegebenen konstanten Ladestrom aufgeladen werden. Then, in step S2, charging of the DC-link capacitor 21 by means of a DC-DC converter 11 takes place. In particular, the DC-link capacitor 21 can in particular be charged with a predetermined constant charging current.
In Schritt S3 wird dabei während des Aufladens des Zwischenkreis- Kondensators 21 der Ladestrom von dem Gleichspannungs-Konverter 11 in den Zwischenkreis- Kondensator 21 erfasst. Ferner wird in Schritt S4 während des Aufladens des Zwischenkreis-Kondensators 21 die Zwischenkreis-Spannung über dem In step S3, during charging of the DC link capacitor 21, the charging current is detected by the DC voltage converter 11 in the DC link capacitor 21. Further, in step S4, during charging of the DC link capacitor 21, the DC link voltage across the
Zwischenkreis-Kondensator 21 erfasst. In Schritt S5 erfolgt daraufhin das Berechnen eines Werts für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21. Die Berechnung der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators 21 erfolgt dabei, wie zuvor bereits beschrieben, basierend auf den Werten des erfassten DC link capacitor 21 detected. The calculation of a value for the capacitance of the DC-link capacitor 21 then takes place in step S5. The calculation of the capacitance of the DC-link capacitor 21 takes place, as already described above, based on the values of the detected
Ladestroms und der erfassten Zwischenkreis-Spannung.  Charging current and the detected DC link voltage.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Kapazität eines Zwischenkreis-Kondensators für einen Wechselrichter. Hierzu wird der Zwischenkreis-Kondensator über einenIn summary, the present invention relates to a method and apparatus for determining the capacitance of a DC link capacitor for an inverter. For this purpose, the DC link capacitor via a
Gleichspannungs-Konverter aufgeladen und dabei Ladestrom und Spannung über dem Zwischenkreis-Kondensator erfasst. Basierend auf Ladestrom und Spannung über dem Zwischenkreis-Kondensator kann daraus auf den Wert der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators geschlossen werden. DC converter charged while charging current and voltage detected across the DC link capacitor. Based on the charging current and the voltage across the DC link capacitor, this can be used to deduce the value of the capacitance of the DC link capacitor.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis- Kondensators (21) für einen Wechselrichter (2), mit den Schritten: A method of determining a capacitance of a DC link capacitor (21) for an inverter (2), comprising the steps of:
Aufladen (S2) des Zwischenkreis-Kondensators (21) mittels eines Gleichspannungs-Konverters (11); Charging (S2) of the DC link capacitor (21) by means of a DC-DC converter (11);
Erfassen (S3) eines Ladestroms von dem Gleichspannungs-Konverter (11) in den Zwischenkreis-Kondensator (21) während des Aufladens des Zwischenkreis-Kondensators (21); Detecting (S3) a charging current from the DC-DC converter (11) into the DC-link capacitor (21) during charging of the DC-link capacitor (21);
Erfassen (S4) einer Zwischenkreis-Spannung über dem Zwischenkreis- Kondensator (21) während des Aufladens des Zwischenkreis- Kondensators (21); und Detecting (S4) a DC link voltage across the DC link capacitor (21) during charging of the DC link capacitor (21); and
Berechnen (S5) eines Wertes für die Kapazität des Zwischenkreis- Kondensators (21) basierend auf Werten des erfassten Ladestroms und der erfassten Zwischenkreis-Spannung, die während des Aufladens des Zwischenkreis-Kondensators (21) erfasst worden sind. Calculating (S5) a value for the capacitance of the DC link capacitor (21) based on values of the detected charging current and the detected DC link voltage detected during the charging of the DC link capacitor (21).
2. Verfahren nach Anspruch 1, mit den Schritten: 2. The method of claim 1, comprising the steps of:
Trennen (Sla) einer elektrischen Verbindung zwischen dem Disconnecting (Sla) an electrical connection between the
Zwischenkreis-Kondensator (21) und einer an den Zwischenkreis- Kondensator (21) angeschlossenen Spannungsquelle (3), und  DC link capacitor (21) and connected to the DC link capacitor (21) voltage source (3), and
Deaktivieren (Slb) von an den Wechselrichter (2) angeschlossenen Verbrauchern (4). Deactivating (Slb) consumers connected to the inverter (2) (4).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schritte des Erfassen (S3) des Ladestroms und des Erfassen (S4) der Zwischenkreis-Spannung den Ladestrom und die Zwischenkreis-Spannung in einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Zeitintervallen erfassen. The method of claim 1 or 2, wherein the steps of detecting (S3) the charging current and detecting (S4) the DC link voltage detect the charging current and the DC link voltage in a plurality of successive time intervals.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt (S5) zum Berechnen der Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators (21) für jedes Zeitintervall einen Zwischenwert für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators (21) berechnet, und die Kapazität des Zwischenkreis- Kondensators (21) unter Verwendung der berechneten Zwischenwerte für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators (21) bestimmt wird. Method according to claim 3, wherein the step (S5) for calculating the capacitance of the DC link capacitor (21) calculates an intermediate value for the capacitance of the DC link capacitor (21) for each time interval, and reduces the capacitance of the DC link capacitor (21) Use of the calculated intermediate values for the capacitance of the DC link capacitor (21) is determined.
Vorrichtungen zur Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis- Kondensators (21) für einen Wechselrichter (2), mit: einem Gleichspannungs-Konverter (11), der mit dem Zwischenkreis- Kondensator (21) elektrischen gekoppelt ist, und der dazu ausgelegt ist, an dem Zwischenkreis-Kondensator (21) eine vorbestimmte elektrische Spannung bereitzustellen, um den Zwischenkreis-Kondensator (21) aufzuladen; einem Spannungssensor (12), der dazu ausgelegt ist, eine elektrische Spannung über dem Zwischenkreis-Kondensator (21) zu erfassen; einem Stromsensor (13), der dazu ausgelegt ist, während des Aufladens des Zwischenkreis-Kondensators (21) einen elektrischen Strom von dem Gleichspannungs-Konverter (11) in den Zwischenkreis- Kondensator (21) zu erfassen; und einer Auswerteeinrichtung (14), die dazu ausgelegt ist, Messwerte der von dem Spannungssensor (12) erfassten elektrischen Spannung über dem Zwischenkreis-Kondensator (21) und Messwerte des von dem Stromsensor (13) erfassten elektrischen Stroms in den Zwischenkreis- Kondensator (21) zu empfangen, und basierend auf den empfangenen Messwerten von dem Spannungssensor (12) und dem Stromsensor (13) einen Wert für die Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators (21) zu berechnen. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei der Gleichspannungs-Konverter (11) einen Hochsetzsteller und/oder einen Tiefsetzsteller umfasst. Apparatus for determining a capacitance of a DC link capacitor (21) for an inverter (2), comprising: a DC-DC converter (11) electrically coupled to the DC link capacitor (21) and adapted to be connected to the DC link DC link capacitor (21) to provide a predetermined electrical voltage to charge the DC link capacitor (21); a voltage sensor (12) configured to detect an electrical voltage across the DC link capacitor (21); a current sensor (13) adapted to detect an electric current from the DC-DC converter (11) to the DC-link capacitor (21) during charging of the DC-link capacitor (21); and an evaluation device (14) which is designed to transmit measured values of the electrical voltage detected by the voltage sensor (12) across the DC link capacitor (21) and measured values of the electrical current detected by the current sensor (13) into the DC link capacitor ) and to calculate a value for the capacitance of the DC link capacitor (21) based on the received measurements from the voltage sensor (12) and the current sensor (13). Apparatus according to claim 5, wherein the DC-DC converter (11) comprises a boost converter and / or a buck converter.
Wechselrichteranordnung, mit: einem Wechselrichter (2) mit einem Zwischenkreis-Kondensator (21), der an einem Eingangsanschluss mit einer Gleichspannungsquelle (3) verbindbar ist; einem Trennschalter (31), der zwischen dem Eingangsanschluss des Wechselrichters (2) und der Gleichspannungsquelle (3) angeordnet ist, und der dazu ausgelegt ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem Eingangsanschluss des Wechselrichters (2) und der An inverter arrangement comprising: an inverter (2) having a DC link capacitor (21) connectable to a DC voltage source (3) at an input terminal; a circuit breaker (31) disposed between the input terminal of the inverter (2) and the DC power source (3) and adapted to provide an electrical connection between the input terminal of the inverter (2) and the inverter
Gleichspannungsquelle (3) zu unterbrechen; und einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Kapazität eines Zwischenkreis- Kondensators (21) nach Anspruch 5 oder 6. Interrupt DC voltage source (3); and a device for determining a capacitance of a DC link capacitor (21) according to claim 5 or 6.
Wechselrichteranordnungen nach Anspruch 7, wobei die Inverter arrangements according to claim 7, wherein the
Gleichspannungsquelle (3) eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs umfasst; und wobei der Gleichspannungs-Konverter (11) mit einem Niederspannung- Bordnetz des Elektro- oder Hybridfahrzeugs elektrisch gekoppelt ist. DC source (3) comprises a traction battery of an electric or hybrid vehicle; and wherein the DC-DC converter (11) is electrically coupled to a low-voltage electrical system of the electric or hybrid vehicle.
Wechselrichteranordnungen nach Anspruch 7 oder 8, mit einer Inverter arrangements according to claim 7 or 8, with a
Steuereinrichtung (32), die dazu ausgelegt ist, vor dem Aufladen des Zwischenkreis-Kondensators (21) die elektrische Verbindung zwischen dem Eingangsanschluss des Wechselrichters (2) und der Control device (32), which is designed, prior to charging the DC link capacitor (21), the electrical connection between the input terminal of the inverter (2) and the
Gleichspannungsquelle (3) zu unterbrechen und elektrische Verbraucher (4), die an einem Ausgangsanschluss des Wechselrichters (2) angeschlossen sind, zu deaktivieren. Wechselrichteranordnungen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Wechselrichter (2) dazu ausgelegt ist, einen Betriebspunkt des Wechselrichters (2) in Abhängigkeit von der berechneten Kapazität des Zwischenkreis-Kondensators (21) anzupassen. DC source (3) to interrupt and electrical loads (4), which are connected to an output terminal of the inverter (2) to disable. Inverter arrangements according to one of claims 7 to 9, wherein the inverter (2) is adapted to adapt an operating point of the inverter (2) in dependence on the calculated capacitance of the DC link capacitor (21).
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