WO2018001590A1 - Vorrichtung für eine elektromaschine, insbesondere eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung für eine elektromaschine, insbesondere eines kraftfahrzeugs Download PDF

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Thomas Saile
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device for an electric machine, in particular a motor vehicle, which is operable at least as a generator, with an electrical energy store connected to the electric machine by an electrical circuit having a main switch, the circuit having an engine brake circuit, which is designed by the
  • the device according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that, depending on the operating state of the energy storage or the
  • the motor brake circuit is designed, in the event of a failure of the main switch, to connect the circuit to the
  • the motor brake circuit is designed to independently depending on the operating state of the main switch, the connection to the energy storage and / or the energy storage itself generated energy in regenerative mode either the
  • the motor brake circuit thus decides independently whether the energy is supplied to the energy store or the resistor. By means of an appropriate interconnection, an automatic change of the power line takes place. Furthermore, it is preferably provided that the circuit has a bridge circuit with an at least one intermediate circuit capacitor
  • Bridge has a plurality of semiconductor switches for targeted energization of phases of the electric machine.
  • the motor brake circuit has a voltage limiting device which predetermines a limiting voltage
  • the voltage limitation limits the maximum speed of the electric machine during generator operation.
  • the motor brake circuit has one or more tens diodes, to which the electrical resistance is connected in parallel, wherein the resistor is associated with at least one resistance activating or deactivating switching device.
  • the zener diode forms the voltage limit. If the limit voltage is exceeded, the tensiometer diode becomes conductive and thereby switches
  • the switching device to supply the electrical energy to the resistor or the energy storage. Furthermore, it is preferably provided that the switching device a
  • MOSFET Semiconductor switch, in particular MOSFET has. This is the result
  • Switching device inexpensive to produce and has no mechanical wear. Switching is easy and without high energy consumption.
  • the semiconductor switch is through one of the tens diode
  • the engine brake circuit further preferably includes at least one device for monitoring its operating condition. This ensures during operation that the engine brake circuit is working properly.
  • the motor vehicle according to the invention with the features of claim 10 is characterized by the device according to the invention. This results in the already mentioned advantages.
  • Figure a device for operating an electric machine.
  • the single FIGURE shows a simplified representation of a device 1 for operating an electric machine 2.
  • the electric machine 2 generates in the motor operation a drive torque and in a regenerative operation a braking torque.
  • the device 1 has a circuit 3, by which the electric machine 2 is connected to an energy store 4 or connectable. On the
  • downstream filter 7 in the form of an inductance.
  • the DC link capacitor 9 Before and after the inductance 7, in the present case two DC link capacitors 8 and 9 are connected in parallel to the power source 4, the DC link capacitor 9 also being assigned a shunt 10 for current measurement.
  • a bridge circuit 12 in the form of a B6 bridge with three half-bridges, each having two semiconductor switches, each of the half-bridges, each with a phase U, V, W of the
  • Electric machine 2 is connected.
  • the intermediate circuit 11 is associated with a motor brake circuit 13, which is highlighted in the present case by a dashed box.
  • the engine brake circuit 13 is assigned to the intermediate circuit 11 in this respect. In energy storage availability, electrical energy is fed directly into the energy storage 4 in regenerative operation. In case of failure of the
  • the connection or the main switch is via a voltage divider R5, R6, which is connected between the main switch 5 and polarity reversal protection 6, the motor brake via a semiconductor switch Tl released.
  • the thereby released circuit 13 limits the voltage of
  • DC link 11 in this case, for example, to about 15 volts, and thus the maximum speed of the electric machine 2 in the generator mode.
  • a semiconductor switch T2 which is exemplified as Mosfet
  • Zener diode Z and R1 / R2 adjustable. Furthermore, the
  • the electric machine 2 accelerates in generator mode continues, which first the DC link 11 is charged. If the voltage in the DC link 11 reaches the threshold voltage of the Zener diode, the motor brake circuit 13 limits the further one

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Betreiben einer Elektromaschine (2), wobei die Elektromaschine (2) zumindest generatorisch betreibbar ist, mit einem mit der Elektromaschine (2) durch eine einen Hauptschalter (5) aufweisenden elektrische Schaltung (3) verbundenen elektrischen Energiespeicher (4), wobei die Schaltung (3) eine Motorbremsschaltung (13) aufweist, die dazu ausgebildet ist, von der Elektromaschine (2) im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie dem Energiespeicher (4) zuzuführen. Es ist vorgesehen, dass die Motorbremsschaltung (13) dazu ausgebildet ist, bei einem Ausfall des Hauptschalters (5), einer Anbindung der Schaltung (3) an den Energiespeicher (4) und/oder des Energiespeichers (4) selbst die elektrische Energie in Wärme umzuwandeln.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung für eine Elektromaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Elektromaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die zumindest generatorisch betreibbar ist, mit einem mit der Elektromaschine durch eine einen Hauptschalter aufweisende elektrische Schaltung verbundenen elektrischen Energiespeicher, wobei die Schaltung eine Motorbremsschaltung aufweist, die dazu ausgebildet ist, von der
Elektromaschine im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie dem
Energiespeicher zuzuführen.
Stand der Technik Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So ist es bekannt, dass Elektromaschinen motorisch und auch als Generator betrieben werden können. Es ist auch bekannt, dass elektrische Energie über einen elektrischen Widerstand als Wärme abgeführt oder in den elektrischen Energiespeicher zurückgespeist wird.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass je nach Betriebszustand des Energiespeichers oder des
Hauptschalters die im generatorischen Betrieb erzeugte Energie entweder als
Wärme abgeführt oder dem Energiespeicher zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass die Motorbremsschaltung dazu ausgebildet ist, bei einem Ausfall des Hauptschalters, einer Anbindung der Schaltung an den
Energiespeicher und/oder des Energiespeichers selbst die elektrische Energie in Wärme zu wandeln. Somit besteht eine Rückfallposition für den Fall, dass Energie nicht in das Bordnetz oder in den Energiespeicher eingespeist werden kann. Hierdurch wird eine redundante Motorbremse zur Umwandlung der kinetischen Energie in elektrische Energie zur Verfügung gestellt, wodurch die Verfügbarkeit der Motorbremse erhöht wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Motorbremsschaltung wenigstens einen elektrischen Widerstand für das
Wandeln von elektrischer Energie in Wärme aufweist. Hierdurch ist eine einfache Abfuhr der elektrischen Energie als Wärme in die Umgebung möglich.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Motorbremsschaltung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Hauptschalters, der Anbindung an den Energiespeicher und/oder des Energiespeichers selbst die im generatorischen Betrieb erzeugte Energie selbstständig entweder dem
Energiespeicher oder dem Widerstand zuzuführen. Die Motorbremsschaltung entscheidet somit selbstständig, ob die Energie dem Energiespeicher oder dem Widerstand zugeführt wird. Durch eine entsprechende Verschaltung erfolgt dabei ein automatischer Wechsel der Energieleitung. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schaltung eine Brückenschaltung mit einem zumindest einen Zwischenkreiskondensator aufweisenden
Zwischenkreis zum Betreiben der Elektromaschine aufweist, und dass die Motorbremsschaltung dem Zwischenkreis zugeordnet ist. Schaltungen dieser Art sind grundsätzlich bekannt. Elektrische Maschinen werden meistens durch eine Brückenschaltung, beispielsweise mit einer B6-Brücke angetrieben, wobei jede
Brücke mehrere Halbleiterschalter zum gezielten Bestromen von Phasen der Elektromaschine aufweist. Dem Zwischenkreis beziehungsweise
Zwischenkreiskondensator einer derartigen Schaltung ist nunmehr die
Motorbremsschaltung zugeordnet.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Motorbremsschaltung eine eine Grenzspannung vorgebende Spannungsbegrenzungseinrichtung für den
Zwischenkreise aufweist. Durch die Spannungsbegrenzung wird die maximale Drehzahl der Elektromaschine im generatorischen Betrieb begrenzt. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Motorbremsschaltung eine oder mehrere Zehnerdioden aufweist, zu welcher der elektrische Widerstand parallel geschaltet ist, wobei dem Widerstand zumindest eine den Widerstand aktivierende oder deaktivierende Schalteinrichtung zugeordnet ist. Insbesondere bildet die Zehnerdiode die Spannungsbegrenzung. Wird die Grenzspannung überschritten, so wird die Zehnerdiode leitend und schaltet dadurch
insbesondere die Schalteinrichtung, um die elektrische Energie dem Widerstand oder dem Energiespeicher zuzuführen. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schalteinrichtung einen
Halbleiterschalter, insbesondere MOSFET aufweist. Dadurch ist die
Schalteinrichtung kostengünstig herstellbar und weist keinen mechanischen Verschleiß auf. Das Schalten erfolgt einfach und ohne hohen Energieaufwand.
Bevorzugt wird der Halbleiterschalter durch einen der Zehnerdiode
nachgeschalteten Spannungsteiler angesteuert. Hierdurch ist eine einfache kostengünstige Lösung zum Betreiben eines Halbleiterschalters geboten.
Die Motorbremsschaltung weist weiterhin bevorzugt wenigstens eine Einrichtun zum Überwachen ihres Betriebszustands auf. Dadurch kann im laufenden Betrieb sichergestellt werden, dass die Motorbremsschaltung ordnungsgemäß funktioniert.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Es ergeben sich dabei die bereits genannten Vorteile.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige
Figur eine Vorrichtung zum Betreiben einer Elektromaschine.
Die einzige Figur zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Vorrichtung 1 zum Betreiben einer Elektromaschine 2. Die Elektromaschine 2 erzeugt im motorischen Betrieb ein Antriebsdrehmoment und in einem generatorischen Betrieb ein Bremsmoment.
Die Vorrichtung 1 weist eine Schaltung 3 auf, durch welche die Elektromaschine 2 mit einem Energiespeicher 4 verbunden oder verbindbar ist. Auf den
Energiespeicher 4 folgt ein Hauptschalter 5, welcher die
Hauptversorgungsleitung zu dem Energiespeicher mit diesem verbindet oder trennt. Auf den Hauptschalter 5 folgt ein Verpolschutz 6 mit einem
nachgeschalteten Filter 7 in Form einer Induktivität. Vor und nach der Induktivität 7 sind vorliegend zwei Zwischenkreiskondensatoren 8 und 9 parallel zu der Energiequelle 4 geschaltet, wobei dem Zwischenkreiskondensator 9 außerdem ein Shunt 10 zur Strommessung zugeordnet ist.
Auf diesen Zwischenkreis 11 folgt eine Brückenschaltung 12 in Form einer B6- Brücke mit drei Halb-Brücken, die jeweils zwei Halbleiterschalter aufweisen, wobei jede der Halb-Brücken mit jeweils einer Phase U, V, W der
Elektromaschine 2 verbunden ist.
Dem Zwischenkreis 11 ist eine Motorbremsschaltung 13 zugeordnet, die vorliegend durch einen gestrichelten Kasten hervorgehoben ist.
Die Motorbremsschaltung 13 ist insofern dem Zwischenkreis 11 zugeordnet. Bei Energiespeicherverfügbarkeit wird elektrische Energie im generatorischen Betrieb direkt in den Energiespeicher 4 gespeist. Bei einem Ausfall des
Energiespeichers 4, der Anbindung oder des Hauptschalters wird über einen Spannungsteiler R5, R6, welcher zwischen Hauptschalter 5 und Verpolschutz 6 angeschlossen ist, die Motorbremse über ein Halbleiterschalter Tl freigegeben. Die dabei freigegebene Schaltung 13 begrenzt die Spannung des
Zwischenkreises 11, vorliegend beispielsweise auf circa 15 Volt, und damit die maximale Drehzahl der Elektromaschine 2 im Generatorbetrieb. Wird die Spannungsgrenze erreicht oder überschritten, so werden in der vorliegenden Motorbremsschaltung eine nachgeschaltete Zehnerdiode Z und Spannungsteiler Rl, R2, ein Lastwiderstand 14 und ein Halbleiterschalter T2, der beispielhaft als Mosfet ausgebildet ist, parallel zu dem Zwischenkreis 11 geschaltet. Der Widerstand 14 wandelt dann die elektrische Energie in Wärme um und führt diese ab.
Die Spannungsgrenze und damit die maximale Drehzahl ist über die
Zehnerdiode Z und R1/R2 einstellbar. Des Weiteren kann die
Energieumwandlung in Wärme im Widerstand 14 und auch im Halbleiterschalter T2 zugleich erfolgen. Außerdem ist eine Überwachung des Betriebszustands des Bremsschaltkreises 13 über Widerstände R3/R4 und/oder über ADC möglich.
Bei einem Ausfall des Energiespeichers beschleunigt die Elektromaschine 2 im Generatorbetrieb immer weiter, wodurch zuerst der Zwischenkreis 11 aufgeladen wird. Erreicht die Spannung im Zwischenkreis 11 die Grenzspannung der Zehnerdiode, so begrenzt die Motorbremsschaltung 13 das weitere
Beschleunigen der Elektromaschine 2 im Generatorbetrieb durch das Begrenzen der Spannung im Zwischenkreise 11. Die entnommene Energie wird dabei in Wärme umgewandelt.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (1) zum Betreiben einer Elektromaschine (2), wobei die
Elektromaschine (2) zumindest generatorisch betreibbar ist, mit einem mit der Elektromaschine (2) durch eine einen Hauptschalter (5) aufweisenden elektrische Schaltung (3) verbundenen elektrischen Energiespeicher (4), wobei die Schaltung (3) eine Motorbremsschaltung (13) aufweist, die dazu ausgebildet ist, von der Elektromaschine (2) im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie dem Energiespeicher (4) zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorbremsschaltung (13) dazu ausgebildet ist, bei einem Ausfall des Hauptschalters (5), einer Anbindung der Schaltung (3) an den Energiespeicher (4) und/oder des Energiespeichers (4) selbst die elektrische Energie in Wärme umzuwandeln.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Motorbremsschaltung (13) wenigstens einen elektrischen Widerstand (14) für das Wandeln der Energie in Wärme aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Motorbremsschaltung (13) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Hauptschalters (5), der Anbildung an den Energiespeicher (4) und/oder des Energiespeichers (4) selbst die im generatorischen Betrieb erzeugte Energie selbstständig entweder dem Energiespeicher (4) oder dem Widerstand (14) zuzuführen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Schaltung (3) eine Brückenschaltung (12) mit zumindest einem Zwischenkreiskondensator (8,9) aufweisenden
Zwischenkreis (11) zum Betreiben der Elektromaschine (2) aufweist, und dass die Motorbremsschaltung (13) dem Zwischenkreis (11) zugeordnet ist. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorbremsschaltung (13) eine eine
Grenzspannung vorgebende Spannungsbegrenzungseinrichtung für den Zwischenkreis (11) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorbremsschaltung (13) eine Zehnerdiode (Z) aufweist, zu welcher der elektrische Widerstand (14) parallel geschaltet ist, wobei dem Widerstand (14) zumindest eine den Widerstand (14) aktivierende oder deaktivierende Schalteinrichtung (T2) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen Halbleiterschalter (T2), insbesondere MOSFET, aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterschalter (T2) durch einen der
Zehnerdiode (Z) nachgeschalteten Spannungsteiler (R1/R2) angesteuert wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorbremsschaltung (13) wenigstens eine Einrichtung (R3, R4,ADC) zum Überwachen ihres Betriebszustands aufweist.
10. Einrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Elektromaschine (2) und einer Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
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