WO2023006422A1 - Steuervorrichtung für ein Antriebssystem, Antriebssystem, Verfahren - Google Patents

Steuervorrichtung für ein Antriebssystem, Antriebssystem, Verfahren Download PDF

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WO2023006422A1
WO2023006422A1 PCT/EP2022/069550 EP2022069550W WO2023006422A1 WO 2023006422 A1 WO2023006422 A1 WO 2023006422A1 EP 2022069550 W EP2022069550 W EP 2022069550W WO 2023006422 A1 WO2023006422 A1 WO 2023006422A1
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WO
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control device
gate driver
driver circuits
power electronics
control instruction
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/069550
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marco Graf
Volker Gilgenbach
Martin HENNEN
Erik Weissenborn
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/025—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being a power interruption
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor
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    • H02P3/22—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor by short-circuit or resistive braking

Definitions

  • the invention relates to a control device for a drive system which has an electrical machine which is electrically connected to an electrical energy store by means of power electronics, the control device having a computing unit and a plurality of gate driver circuits and being designed to do so when a fault in the drive system is detected and / or the control device to set a safe operating state in the power electronics.
  • the invention also relates to a drive system with such a control device.
  • the invention relates to a method for operating a drive system.
  • Drive systems are known from the prior art which have an electrical machine which is electrically connected to an electrical energy store by means of power electronics. Such electric drive systems are becoming increasingly important, particularly in electrically powered motor vehicles.
  • a control device is usually present in such drive systems, which has a computing unit and a plurality of gate driver circuits.
  • a safe operating state is usually set in the power electronics.
  • Examples of safe operating states are: an active short circuit or a so-called freewheeling known.
  • an active short circuit the phase connections of the electrical machine are electrically short-circuited by means of the switching elements in the power electronics.
  • freewheeling on the other hand, all switching elements of the power electronics are opened or switched to non-conducting.
  • the published application DE 102011081173 A1 discloses a control device that sets the safe operating state as a function of a current actual speed of the electrical machine.
  • the active short circuit is fundamentally safe regardless of the actual speed.
  • the active short circuit at low actual speeds has the disadvantage that the electric machine generates a high deceleration torque when switching to the active short circuit. This is usually undesirable.
  • Freewheeling is fundamentally advantageous at low actual speeds, but has the disadvantage at high actual speeds that such high electrical voltages can be induced in the phases of the electrical machine that a current flow from the electrical machine into the energy store results. Such a current flow and the resulting torque are undesirable.
  • published application DE 102011081173 A1 proposes setting freewheeling when the actual speed falls below a predefined threshold speed and active short-circuiting when the actual speed exceeds the threshold speed.
  • the control device is characterized with the features of claim 1 in that the arithmetic unit is designed to determine a control instruction as a function of the current actual speed of the machine and to store the control instruction in the gate driver circuits, and that the gate -Driver circuits set the safe operating state according to the stored control instruction when an error is detected.
  • the current actual speeds of the machine are typically determined by the computing unit. If the detected error affects the computing unit, the actual speeds are no longer available and can be used to decide which safe operating state to be set are not taken into account. In previously known control devices, the active short circuit is therefore always set as a safe operating state in the event of a fault in the computing unit. However, as mentioned above, freewheeling is preferred at least at low actual speeds of the electrical machine.
  • the design of the control device ensures that an advantageous selection of the safe operating state can be made even in the event of a fault affecting the computing unit.
  • the computing unit is designed to determine the control instruction as a function of the current actual speed and to store the specific control instruction in the gate driver circuits. If an error occurs that affects the arithmetic unit, the gate driver circuits can access the stored control instruction independently of the arithmetic unit and set the safe operating state according to the control instruction.
  • the arithmetic unit is preferably designed as a microcontroller.
  • the gate driver circuits are preferably each in the form of an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). According to the invention, the arithmetic unit stores the control instruction in the gate driver circuits.
  • the gate driver circuits each have a data memory for storing the control instruction.
  • the power electronics preferably have a number of half-bridges corresponding to the number of phases of the electrical machine, each half-bridge having at least one high-side switch and at least one low-side switch.
  • the electric machine particularly preferably has three phases, so that the power electronics then includes three half-bridges and is in this respect designed as a B6 bridge.
  • the number of gate driver circuits preferably corresponds to the number of switches in the power electronics. If the power electronics are in the form of a B6 bridge, for example, then the control device has six corresponding gate driver circuits, each of the gate driver circuits being assigned to a different switch in the power electronics.
  • the arithmetic unit is preferably designed to determine continuously updated control instructions and store them in the gate driver circuits. If an updated control instruction is stored in the gate driver circuits, a control instruction already stored in the gate driver circuits is preferably replaced by the updated control instruction. According to a preferred embodiment, it is provided that the control instruction has information on whether active short-circuiting or freewheeling in the power electronics is to be set as a safe operating state. In this embodiment of the method, the arithmetic unit thus determines, depending on the current actual speed, whether active short-circuiting or freewheeling is to be set as the safe operating state, and defines the control instruction accordingly. For example, at low actual speeds, the arithmetic unit determines that the freewheel should be set. This results in the advantages associated with setting the freewheel.
  • the computing unit is designed to predict a maximum speed that the machine can reach within a predetermined first time interval based on the current actual speed, and the control instruction depending on the predicted maximum to determine speed.
  • the arithmetic unit preferably compares the predicted maximum speed with a predefined threshold speed. If the comparison shows that the maximum speed falls below the threshold speed, the arithmetic unit preferably determines that freewheeling should be set as a safe operating state and determines the control instruction accordingly. However, if the comparison shows that the maximum speed exceeds the threshold speed, the computing unit preferably determines that the active short circuit is to be set as the safe operating state and determines the control instruction accordingly.
  • a time interval of 50 ms to 300 ms is preferably specified as the first time interval, particularly preferably a time interval of 100 ms to 200 ms.
  • the computing unit is preferably designed to predict the maximum speed as a function of a maximum torque of the electrical machine and/or as a function of a mass of a motor vehicle having the drive system. Based on these parameters, a precise prediction of the maximum speed is possible.
  • the speed range in which the freewheel should be set essentially corresponds to that Base speed range of the machine.
  • the maximum torque in the base speed range is preferably used as the basis for the maximum torque of the machine. This procedure corresponds to a simplified worst-case scenario.
  • the maximum torque that the machine can generate at its current operating point is preferably used as the basis for the maximum torque.
  • the control instruction has a time duration that the gate driver circuits start the time duration when the fault is detected and set freewheeling in the power electronics as a safe operating state, and that the gate driver circuits when the time duration expires based on the set freewheeling as a safe operating state, set the active short circuit in the power electronics.
  • the arithmetic unit thus determines the period of time as a function of the current actual speed. When the malfunction is detected, freewheeling is then set first and the active short circuit is set when the time period has elapsed. This is based on the finding that freewheeling is safe, at least temporarily or for the period of time contained in the control instruction, even at high actual speeds.
  • the arithmetic unit preferably determines the period of time in such a way that, based on the set freewheeling, the active short circuit is set before undesirably high electrical voltages are induced in the phases of the machine.
  • the period of time is preferably reduced with increasing actual speeds.
  • the gate driver circuits each have a data memory for storing the control instruction, and that the arithmetic unit is connected to the data memories for communication purposes by bidirectional communication devices. Because the arithmetic unit is connected to the data memories by bidirectional communication devices, the arithmetic unit can check whether the control instruction was stored correctly in the gate driver circuits or in the data memories of the gate driver circuits.
  • the bidirectional communication devices preferably each have a data bus, in particular a UART bus, on.
  • the arithmetic unit is preferably designed to secure the control instruction via end-to-end protection with a message counter and/or checksum. If an error is detected when the control instruction is stored, the computing unit preferably initiates a safety reaction, such as a warning message or a reduction in the power of the electrical machine, after a specified debounce time has elapsed.
  • the gate driver circuits preferably each have a safety logic unit for monitoring the arithmetic unit. If there is an error affecting the arithmetic logic unit, then this error is detected by the gate driver circuits themselves.
  • the safety logic units are connected in terms of communication technology to an amplifier of the respective gate driver circuit by a respective safety control path.
  • the amplifier which is also referred to as a booster, is a unit that is designed to amplify an incoming control signal and apply the amplified control signal to a control connection of the associated switch of the power electronics in order to switch the switch.
  • the safety logic units are preferably connected to the data memory of the respective gate driver circuit in terms of communication technology, so that the safety logic units can access the control instruction stored in the data memory.
  • the arithmetic unit is connected to the amplifiers in terms of communication by a respective standard control path, and that the safety control paths have a higher priority than the standard control paths.
  • the standard control paths are the control paths through which the arithmetic unit applies pulse-width-modulated control signals to the amplifiers when the electrical machine is operating correctly. Because the safety control paths have a higher priority than the standard control paths, the control signals transmitted through the safety control paths are passed the amplifiers implemented with a higher priority than the control signals transmitted through the standard control paths.
  • the control device preferably has a bidirectional safety communication network, with the safety communication network having a node to which both the processing unit and the safety logic units are connected in terms of communication technology.
  • the safety communication network is bidirectional.
  • the safety logic units and the computing unit are each connected to the node by at least one bidirectional communication path.
  • Such a safety communication network allows each of the safety logic units to monitor both the computing unit and the other safety logic units for errors.
  • the processing unit can provide the safety logic units with information regarding an error detected by the processing unit via the safety communication network.
  • the gate driver circuits preferably each have a low-voltage side and a high-voltage side, the high-voltage sides each having a unit for internal monitoring of the respective low-voltage side. This has the advantage that the gate driver circuits themselves can detect a failure affecting their low-voltage side.
  • the high-voltage sides of the gate driver circuits preferably have at least that part of the safety logic units which is communicatively connected to the respective amplifier by the safety control path.
  • the high voltage sides of the gate driver circuits include the data memory.
  • the high-voltage sides are fed by an electrical energy source of a high-voltage network.
  • the energy source is preferably the energy store, which is electrically connected to the electrical machine by the power electronics.
  • the low-voltage sides are fed by an energy source of a low-voltage network.
  • the energy source is another electrical energy store whose nominal voltage is lower than that Rated voltage of the energy store that is electrically connected to the electrical machine by the power electronics.
  • the electric drive system according to the invention has an electric machine which is electrically connected to an electric energy store by means of power electronics.
  • the drive system is characterized with the features of claim 12 by the control device according to the invention for controlling the power electronics.
  • the method according to the invention for operating an electric drive system which has an electric machine that is electrically connected to an electric energy store by power electronics, and a control device for driving the power electronics, the control device having a computing unit and a plurality of gate driver circuits, is characterized by the features of claim 13 in that the arithmetic unit determines a control instruction as a function of a current actual speed of the machine and stores the control instruction in the gate driver circuits, that the drive system is monitored for faults, and that the gate driver circuits when detecting In the event of an error, set the safe operating state according to the stored control instruction.
  • the control instruction has information on whether an active short circuit or freewheeling should be set in the power electronics as a safe operating state, that the computing unit predicts a maximum speed that the machine is based on the current actual - Maximum speed can be reached within a predetermined first time interval, and the control instruction as a function of the predicted maximum Speed determines that when an error case affecting the arithmetic unit is detected, a second time interval is started that is shorter than the first time interval, and that the gate driver circuits program the active short circuit as a safe operating state after the second time interval has expired. For example, a time interval of 20 to 250 ms is specified as the second time interval.
  • the arithmetic unit predicts the maximum speed that the machine can reach within the first time interval, based on the current actual speed, and determines the control instruction based on this maximum speed.
  • the speed of the engine may increase further. In this case, it is undesirable that an originally set freewheel is maintained.
  • the processing unit can continue to monitor the actual speed and, if necessary, set the active short circuit. However, if the error occurs in the processing unit, this option is not available. In this case, in order to avoid a current flow from the machine into the energy store, it is advantageous for the active short circuit to be programmed or set as a safe operating state after the second time interval has elapsed.
  • Figure 1 a drive system
  • Figure 2 shows a control device of the drive system
  • FIG. 3 shows a method for operating the drive system
  • FIG. 5 shows another method for operating the drive system.
  • FIG. 1 shows a drive system 1 of a motor vehicle, not shown in detail, in a simplified representation.
  • the drive system 1 has an electric machine 2 up.
  • the electrical machine 2 has a rotatably mounted rotor 3 on which a plurality of permanent magnets 4 are arranged in a torque-proof manner.
  • the electrical machine 2 also has a motor winding 5 with three phases U, V and W in the present case.
  • the motor winding 5 is distributed around the rotor 3 in such a way that the rotor 3 can be rotated by suitably energizing the phases U, V and W.
  • the drive system 1 also has an electrical energy store 6 .
  • Motor winding 5 is electrically connected to energy store 6 by power electronics 7 of drive system 1 .
  • the power electronics 7 has a number of half-bridges corresponding to the number of phases U, V and W, each of which has at least one low-side switch and at least one high-side switch. Accordingly, the power electronics in the present case has three half-bridges.
  • the drive system 1 also has a control device 8 .
  • the control device 8 is designed to control or switch the switches of the power electronics 7 .
  • the specific structure of the control device 8 is explained in more detail below with reference to FIG.
  • a half-bridge 9 of the power electronics 7 is shown on the right-hand edge of FIG. As can be seen from FIG. 2, the half-bridge 9 has a high-side switch 10 and a low-side switch 11 .
  • the other two half-bridges correspond in terms of their design to the half-bridge 9 shown in FIG.
  • the control device 8 has a computing unit 12 .
  • the computing unit 12 is embodied as a microcontroller 12 in the present case.
  • the control device 8 also has a number of gate driver circuits corresponding to the number of switches in the power electronics 7, with each of the switches being assigned a different one of the gate driver circuits.
  • the gate driver circuits are each designed as an ASIC. Only two of the gate driver circuits are shown in FIG a second gate driver circuit 14 associated with the low-side switch 11. In addition to the gate driver circuits 13 and 14, there are further gate driver circuits which are associated with the switches of the half-bridges of the power electronics 7, not shown in FIG.
  • the structure of the first gate drive circuit 13 is explained below.
  • the gate driver circuits are essentially the same in terms of their structural features.
  • the gate driver circuits differ only in that they are configured to match the switch they drive.
  • Design features disclosed with regard to the first gate driver circuit 13 are accordingly also implemented in the other gate driver circuits.
  • the first gate drive circuit 13 has a low voltage side 15A and a high voltage side 16A.
  • a potential barrier 17A is arranged between the low-voltage side 15A and the high-voltage side 16A.
  • the high voltage side 16A has an amplifier 18A.
  • the amplifier 18A is electrically connected to a control terminal of the high-side switch 10 by a control path 19A.
  • the computing unit 12 is communicatively connected to the amplifier 18A by a standard control path 60A.
  • the standard control path 60A has a first standard control sub-path 20A, through which the computing unit 12 is connected in terms of communication to a GTR logic unit 21A on the low-voltage side 15A.
  • the standard control path 60A also has a second standard control sub-path 22A through which the GTR logic unit 21A is communicatively connected to the amplifier 18A.
  • the arithmetic unit 12 applies pulse width modulated control signals to the amplifier 18A during operation of the drive system 1 by means of the standard control path 60A.
  • the amplifier 18A amplifies the pulse width modulated control signals and applies the amplified, pulse width modulated control signals to the control terminal of the high-side switch 10 in order to switch the high-side switch 10 .
  • the high voltage side 16A also has a data memory 23A.
  • the processing unit 12 is connected in terms of communication technology to the data memory 23A by a bidirectional communication device 24A.
  • the bidirectional communication device 24A has a data bus 25A and a buffer store 26A.
  • the data bus 25A and the latch 26A are part of the low voltage side 15A.
  • the processing unit 12 is connected in terms of communication technology to the data bus 25A by two communication paths 27A, 28A of the communication device 24A.
  • the data bus 25A is also connected in terms of communication technology to the buffer store 26A by a bidirectional communication path 29A.
  • the buffer memory 26A is connected in terms of communication technology to the data memory 23A by a bidirectional communication path 30A.
  • the first gate driver circuit 13 also includes a safety logic unit 31A.
  • the safety logic unit 31A has a part 32A on the low-voltage side and a part 33A on the high-voltage side.
  • the part 32A on the low-voltage side and the part 33A on the high-voltage side are communicatively connected to one another by a bidirectional communication path 34A.
  • the part 33A on the high-voltage side is also connected in terms of communication technology to the data memory 23A by a communication path 35A.
  • the high-voltage side part 33A is communicatively connected to the amplifier 18A by a safety control path 36A.
  • the security control path 36A has a higher priority than the standard control path 60A.
  • the control device 8 also has a bidirectional safety communication network 37 .
  • the security communication network 37 has a node 38 .
  • the part 33A on the low-voltage side of the safety logic unit 31A of the gate driver circuit 13 is connected in terms of communication technology to the node 38 by a bidirectional communication path 39A.
  • the parts of the safety logic units of the other gate driver circuits on the low-voltage side are also connected in terms of communication technology to the node 38 by a respective bidirectional communication path 39 .
  • the arithmetic unit 12 is through a bidirectional communication path 40 with the node 38 communication technology connected.
  • the control device 8 also has a watchdog unit 41 .
  • Watchdog units are known from the prior art and are used to trigger a microcontroller reset when a program crashes.
  • the watchdog unit 41 is connected to a node 43 of the communication path 40 by a communication path 42 .
  • the communication path 42 has a diode 44 which is conductive in the direction of the watchdog unit 41 .
  • the node 43 is also connected to the processing unit 12 by a communication path 45 .
  • the communication path 45 has a diode 46 which is conductive in the direction of the computing unit 12 .
  • the low-voltage side 15A also has a power supply monitoring unit 47A.
  • the voltage supply monitoring unit 47A is communicatively connected to the low-voltage-side part 32A of the safety logic unit 31A by a communication path 48A.
  • the voltage supply monitoring unit 47A is connected in terms of communication to the watchdog unit 41 by a supply path 49A.
  • the high-voltage side 16A has a unit 50A for internal monitoring of the low-voltage side 15A.
  • the unit 50A is communicatively connected to the low voltage side 15A by a communication path 51A.
  • the unit 50A is connected in terms of communication technology to the high-voltage-side part 33A of the safety logic unit 31A by a communication path 52A.
  • the high voltage side 16A also has an OTP unit 53A.
  • An OTP device is a programmable electronic component that has a non-volatile data memory that can only be written to once.
  • the OTP unit 53A is communicatively connected to the high-voltage-side part 33A of the safety logic unit 31A by a communication path 54A.
  • FIG. 3 shows the method using a flowchart.
  • FIG. 4 shows partial aspects of the method using a diagram. It is assumed here that the electric machine 2 is at least initially in operation. The motor winding 5 is thus energized in such a way that the rotor 3 rotates to generate a torque.
  • arithmetic unit 12 continuously determines the current actual speed n actual of the rotor 3 of the electric machine 2.
  • a second step S2 the computing unit 12 determines a maximum possible speed gradient n FHTI max as a function of a predefined first time interval FHTI.
  • the speed gradient n FHTI max is the speed interval by which the actual speed n actual of the electrical machine 2 can be increased at most during the first time interval FHTI.
  • n FHTI max The maximum possible speed gradient n FHTI max can thus be determined using the following formulas:
  • Step S3 the arithmetic unit 12 predicts a maximum speed n pred that the machine 2 can reach as a maximum by the end of the first time interval FHTI. For this purpose, the arithmetic unit 12 calculates the sum of the current actual speed n actual and the speed gradient n FHTI max . Step S3 is also carried out continuously.
  • arithmetic unit 12 compares predicted maximum speed n pred with a predefined threshold speed n FWTnax .
  • a fifth step S5 the computing unit 12 determines a control instruction.
  • the control instruction contains information on whether, in the event of a fault in the drive system 1, an active short circuit or freewheeling should be set in the power electronics 7 as a safe operating state. If the comparison in step S4 shows that the maximum speed n pred falls below the threshold speed n FW max , the arithmetic unit 12 determines that freewheeling should be set as a safe operating state and determines the control instruction accordingly. However, if the comparison shows that the maximum speed n pred exceeds the threshold speed n FW max , the arithmetic unit 12 determines that the active short circuit is to be set as the safe operating state and determines the control instruction accordingly.
  • arithmetic unit 12 stores the specific control instruction in the data memories 23 using the bidirectional communication devices 24.
  • the transmission of the control instruction is protected by end-to-end protection with a message counter and checksum.
  • the processing unit 12 checks whether the control statement is correct in the Data save 23 was saved. If the arithmetic unit 12 detects an error with regard to the storage of the control instruction, then the arithmetic unit 12 initiates a suitable safety response such as a warning message or a reduction in the power of the electric machine after a debounce time has elapsed.
  • Steps S5 and S6 are also carried out continuously, so that continuously updated control instructions are determined and stored in the data memories 23.
  • a seventh step S7 the control device 8 monitors the drive system 1 for errors. In this case, the monitoring is carried out by various elements of the control device 8 .
  • the arithmetic unit 12 monitors the phases U, V and W and the power electronics 7 for faults.
  • the parts 32 of the safety logic units 31 on the low-voltage side monitor the arithmetic unit 12, the watchdog unit 41 and the respective other gate driver circuits by means of the safety communication network 37 for faults.
  • the parts 32 on the low-voltage side detect a fault in one of the above-mentioned elements if the element in question provides an unexpected signal via the safety communication network 37, or if an expected signal from the element in question fails to appear.
  • the parts 32 on the low-voltage side also monitor the voltage supply monitoring units 47 for faults.
  • the part 32A on the low-voltage side detects a fault in the voltage monitoring unit 47A if the voltage monitoring unit 47A provides an unexpected signal via the communication path 48A, or if an expected signal fails to appear.
  • the units 50 monitor the low-voltage sides 15 for faults. For example, the unit 50A detects a low voltage side failure event 15A when the low-voltage side 50A provides an unexpected signal via the communication path 51A, or when an expected signal fails to materialize.
  • step S8 If a fault is detected in step S7, then in a step S8 the high-voltage-side parts 33 of the safety logic units 31 are provided with information regarding the detection of the fault.
  • the parts 33 on the high-voltage side then call up the control instruction currently stored in the data memories 23 in a step S9.
  • a tenth step S10 the parts 33 on the high-voltage side control the amplifiers 18 by means of the safety control lines 36 in such a way that the safe operating state is set in the power electronics 7 in accordance with the control instruction retrieved.
  • the safety logic units 31 start a predetermined second time interval in an eleventh step Sil.
  • the safety logic units 31 start the second time interval by detecting the error that affects the computing unit 12 .
  • the second time interval is shorter than the first time interval.
  • the second time interval is 20 ms to 250 ms.
  • the high-voltage-side parts 33 of the safety logic units 31 call up a second control instruction stored in the OTP units 53.
  • the second control instruction contains information about how the switch controlled by the respective gate driver circuit is to be switched so that the active short circuit is set in the power electronics 7 .
  • step S13 the active short circuit in power electronics 7 is set.
  • Figure 5 shows another method for operating the drive system 1.
  • a first step VI the computing unit 12 continuously determines the current actual speed n actual of the rotor 3 of the electrical machine 2. This step VI corresponds to step S1 of the method illustrated in FIG.
  • the computing unit 12 determines a control instruction that has a duration.
  • the arithmetic unit 12 determines the period of time as a function of the current actual speed n actual .
  • the period of time is preferably reduced when the actual speed n actual increases.
  • a third step V3 the arithmetic unit 12 stores the specific control instruction in the data memories 23 by means of the bidirectional communication devices 24.
  • This step V3 corresponds to the step S6 of the exemplary embodiment illustrated in FIG.
  • Steps V4 to V6 correspond to steps S7 to S9 of the exemplary embodiment illustrated in FIG. With regard to these steps V4 to V6, reference is made to the corresponding text passages above.
  • a seventh step V7 the parts 33 on the high-voltage side control the amplifiers 18 by means of the safety control lines 36 in such a way that freewheeling in the power electronics 7 is set as a safe operating state.
  • the safety logic units 31 start the time period contained in the retrieved control instruction.
  • step V8 the high-voltage-side parts 33 control the amplifiers 18 by means of the safety control lines 36 in such a way that the active short circuit in the power electronics 7 is set based on the initially set freewheeling.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung (8) für ein Antriebssystem (1), das eine elektrische Maschine (2) aufweist, die durch eine Leistungselektronik (7) mit einem elektrischen Energiespeicher (6) elektrisch verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung (8) eine Recheneinheit (12) und mehrere Gate- Treiberschaltungen (13,14) aufweist und dazu ausgebildet ist, bei Erfassen eines Fehlerfalls des Antriebssystems (1) und/oder der Steuervorrichtung (8) einen sicheren Betriebszustand in der Leistungselektronik (7) einzustellen. Es ist vorgesehen, dass die Recheneinheit (12) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer aktuellen Ist-Drehzahl (n Ist ) der Maschine (2) eine Steueranweisung zu bestimmen und die Steueranweisung in den Gate-Treiberschaltungen (13,14) zu speichern, und dass die Gate-Treiberschaltungen (13,14) bei Erfassen eines Fehlerfalls den sicheren Betriebszustand gemäß der gespeicherten Steueranweisung einstellen.

Description

Beschreibung
Titel
Steuervorrichtung für ein Antriebssystem, Antriebssystem, Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für ein Antriebssystem, das eine elektrische Maschine aufweist, die durch eine Leistungselektronik mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung eine Recheneinheit und mehrere Gate-Treiberschaltungen aufweist und dazu ausgebildet ist, bei Erfassen eines Fehlerfalls des Antriebssystems und/oder der Steuervorrichtung einen sicheren Betriebszustand in der Leistungselektronik einzustellen.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Antriebssystem mit einer derartigen Steuervorrichtung.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems. Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Antriebssysteme bekannt, die eine elektrische Maschine aufweisen, die durch eine Leistungselektronik mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden ist. Derartige elektrische Antriebssysteme gewinnen zunehmend an Bedeutung, insbesondere in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen. Zur Ansteuerung der Leistungselektronik ist in derartigen Antriebssystemen üblicherweise eine Steuervorrichtung vorhanden, die eine Recheneinheit und mehrere Gate-Treiberschaltungen aufweist.
Aus Sicherheitsgründen wird bei Erfassen eines Fehlerfalls des Antriebssystems und/oder der Steuervorrichtung üblicherweise ein sicherer Betriebszustand in der Leistungselektronik eingestellt. Als sichere Betriebszustände sind beispielsweise ein aktiver Kurzschluss oder ein sogenannter Freilauf bekannt. Bei einem aktiven Kurzschluss werden mittels der Schaltelemente in der Leistungselektronik die Phasenanschlüsse der elektrischen Maschine elektrisch kurzgeschlossen. Bei einem Freilauf hingegen werden alle Schaltelemente der Leistungselektronik geöffnet beziehungsweise nichtleitend geschaltet.
Die Offenlegungsschrift DE 102011081173 Al offenbart eine Steuervorrichtung, die den sicheren Betriebszustand in Abhängigkeit von einer aktuellen Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine einstellt. Der aktive Kurzschluss ist unabhängig von der Ist-Drehzahl grundsätzlich sicher. Allerdings hat der aktive Kurzschluss bei niedrigen Ist-Drehzahlen den Nachteil, dass die elektrische Maschine beim Schalten in den aktiven Kurzschluss ein hohes Verzögerungsmoment erzeugt. Dies ist in der Regel unerwünscht. Der Freilauf ist bei niedrigen Ist-Drehzahlen grundsätzlich vorteilhaft, hat jedoch bei hohen Ist- Drehzahlen den Nachteil, dass derart hohe elektrische Spannungen in die Phasen der elektrischen Maschine induziert werden können, dass ein Stromfluss aus der elektrischen Maschine in den Energiespeicher resultiert. Ein derartiger Stromfluss und das daraus resultierende Drehmoment sind unerwünscht.
Insofern schlägt die Offenlegungsschrift DE 102011081173 Al vor, den Freilauf einzustellen, wenn die Ist-Drehzahl eine vorgegebene Schwellendrehzahl unterschreitet, und den aktiven Kurzschluss, wenn die Ist-Drehzahl die Schwellendrehzahl übersteigt.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch aus, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der aktuellen Ist-Drehzahl der Maschine eine Steueranweisung zu bestimmen und die Steueranweisung in den Gate-Treiberschaltungen zu speichern, und dass die Gate-Treiberschaltungen bei Erfassen eines Fehlerfalls den sicheren Betriebszustand gemäß der gespeicherten Steueranweisung einstellen. Die aktuellen Ist-Drehzahlen der Maschine werden typischerweise durch die Recheneinheit ermittelt. Betrifft der erfasste Fehlerfall die Recheneinheit, so stehen die Ist-Drehzahlen entsprechend nicht mehr zur Verfügung und können bei der Entscheidung, welcher sichere Betriebszustand eingestellt werden soll, nicht berücksichtigt werden. In vorbekannten Steuervorrichtungen wird deshalb bei einem Fehlerfall der Recheneinheit stets der aktive Kurzschluss als sicherer Betriebszustand eingestellt. Wie vorstehend erwähnt wurde ist der Freilauf jedoch zumindest bei niedrigen Ist-Drehzahlen der elektrischen Maschine bevorzugt. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Steuervorrichtung wird erreicht, dass auch bei einem die Recheneinheit betreffenden Fehlerfall eine vorteilhafte Auswahl des sicheren Betriebszustands getroffen werden kann. Erfindungsgemäß ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Steueranweisung in Abhängigkeit von der aktuellen Ist-Drehzahl zu bestimmen und die bestimmte Steueranweisung in den Gate- Treiberschaltungen zu speichern. Tritt nun ein die Recheneinheit betreffender Fehlerfall ein, so können die Gate-Treiberschaltungen unabhängig von der Recheneinheit auf die gespeicherte Steueranweisung zugreifen und den sicheren Betriebszustand gemäß der Steueranweisung einstellen. Vorzugsweise ist die Recheneinheit als Mikrocontroller ausgebildet. Die Gate-Treiberschaltungen sind vorzugsweise jeweils als ASIC (Anwendungsspezifische integrierte Schaltung) ausgebildet. Erfindungsgemäß speichert die Recheneinheit die Steueranweisung in den Gate-Treiberschaltungen. Insofern weisen die Gate-Treiberschaltungen jeweils einen Datenspeicher zum Speichern der Steueranweisung auf. Die Leistungselektronik weist vorzugsweise eine der Anzahl an Phasen der elektrischen Maschine entsprechende Anzahl an Halbbrücken auf, wobei jede Halbbrücke jeweils zumindest einen Highside-Schalter und zumindest einen Lowside-Schalter aufweist. Besonders bevorzugt weist die elektrische Maschine drei Phasen auf, sodass dann die Leistungselektronik drei Halbbrücken umfasst und insofern als B6-Brücke ausgebildet ist. Vorzugsweise entspricht die Anzahl an Gate-Treiberschaltungen der Anzahl an Schaltern der Leistungselektronik. Ist die Leistungselektronik beispielsweise als B6-Brücke ausgebildet, so weist die Steuervorrichtung entsprechend sechs Gate-Treiberschaltungen auf, wobei jede der Gate-Treiberschaltungen einem jeweils anderen der Schalter der Leistungselektronik zugeordnet ist. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, laufend aktualisierte Steueranweisungen zu bestimmen und in den Gate-Treiberschaltungen zu speichern. Wird eine aktualisierte Steueranweisung in den Gate-Treiberschaltungen gespeichert, so wird eine bereits in den Gate- Treiberschaltungen gespeicherte Steueranweisung vorzugsweise durch die aktualisierte Steueranweisung ersetzt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steueranweisung Informationen dazu aufweist, ob als sicherer Betriebszustand der aktive Kurzschluss oder der Freilauf in der Leistungselektronik eingestellt werden soll. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens bestimmt die Recheneinheit also in Abhängigkeit von der aktuellen Ist-Drehzahl, ob als sicherer Betriebszustand der aktive Kurzschluss oder der Freilauf eingestellt werden soll, und legt die Steueranweisung demgemäß fest. Beispielsweise bestimmt die Recheneinheit bei niedrigen Ist-Drehzahlen, dass der Freilauf eingestellt werden soll. Es ergeben sich daraus die mit der Einstellung des Freilaufs einhergehenden Vorteile.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, eine Maximal-Drehzahl zu prädizieren, die die Maschine ausgehend von der aktuellen Ist-Drehzahl innerhalb eines vorgegebenen ersten Zeitintervalls maximal erreichen kann, und die Steueranweisung in Abhängigkeit von der prädizierten Maximal-Drehzahl zu bestimmen. Vorzugsweise vergleicht die Recheneinheit die prädizierte Maximal- Drehzahl mit einer vorgegebenen Schwellendrehzahl. Ergibt der Vergleich, dass die Maximal-Drehzahl die Schwellendrehzahl unterschreitet, so legt die Recheneinheit vorzugsweise fest, dass als sicherer Betriebszustand der Freilauf eingestellt werden soll, und bestimmt die Steueranweisung entsprechend. Ergibt der Vergleich jedoch, dass die Maximal-Drehzahl die Schwellendrehzahl übersteigt, so legt die Recheneinheit vorzugsweise fest, dass als sicherer Betriebszustand der aktive Kurzschluss eingestellt werden soll, und bestimmt die Steueranweisung entsprechend. Vorzugsweise wird als erstes Zeitintervall ein Zeitintervall von 50 ms bis 300 ms vorgegeben, besonders bevorzugt ein Zeitintervall von 100 ms bis 200 ms.
Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Maximal-Drehzahl in Abhängigkeit von einem Maximal-Drehmoment der elektrischen Maschine und/oder in Abhängigkeit von einer Masse eines das Antriebssystem aufweisenden Kraftfahrzeugs zu prädizieren. Anhand dieser Parameter ist eine präzise Prädizierung der Maximal-Drehzahl möglich. Der Drehzahlbereich, in dem der Freilauf eingestellt werden soll, deckt sich im Wesentlichen mit dem Grunddrehzahlbereich der Maschine. Insofern wird als Maximal-Drehmoment der Maschine vorzugsweise das Maximal-Drehmoment im Grunddrehzahlbereich zugrunde gelegt. Diese Vorgehensweise entspricht einer vereinfachten worst- case- Betrachtung. Alternativ dazu wird als Maximal-Drehmoment vorzugsweise das Maximal-Drehmoment zugrunde gelegt, das die Maschine in ihrem aktuellen Betriebspunkt maximal erzeugen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steueranweisung eine Zeitdauer aufweist, dass die Gate-Treiberschaltungen bei Erfassen des Fehlerfalls die Zeitdauer starten und als sicheren Betriebszustand den Freilauf in der Leistungselektronik einstellen, und dass die Gate- Treiberschaltungen mit Ablauf der Zeitdauer ausgehend von dem eingestellten Freilauf als sicheren Betriebszustand den aktiven Kurzschluss in der Leistungselektronik einstellen. Gemäß dieser Ausführungsform ermittelt die Recheneinheit also in Abhängigkeit von der aktuellen Ist-Drehzahl die Zeitdauer. Es wird dann bei Erfassen der Fehlfunktion zunächst der Freilauf und mit Ablauf der Zeitdauer der aktive Kurzschluss eingestellt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Freilauf auch bei hohen Ist-Drehzahlen zumindest vorübergehend beziehungsweise für die in der Steueranweisung enthaltene Zeitdauer sicher ist. Vorzugsweise bestimmt die Recheneinheit die Zeitdauer derart, dass ausgehend von dem eingestellten Freilauf der aktive Kurzschluss eingestellt wird, bevor unerwünscht hohe elektrische Spannungen in die Phasen der Maschine induziert werden. Vorzugsweise wird die Zeitdauer mit steigenden Ist-Drehzahlen verringert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gate- Treiberschaltungen jeweils einen Datenspeicher zur Speicherung der Steueranweisung aufweisen, und dass die Recheneinheit durch bidirektionale Kommunikationseinrichtungen mit den Datenspeichern kommunikationstechnisch verbunden ist. Weil die Recheneinheit durch bidirektionale Kommunikationseinrichtungen mit den Datenspeichern verbunden ist, kann die Recheneinheit prüfen, ob die Steueranweisung in den Gate-Treiberschaltungen beziehungsweise den Datenspeichern der Gate-Treiberschaltungen korrekt gespeichert wurde. Vorzugsweise weisen die bidirektionalen Kommunikationseinrichtungen jeweils einen Datenbus, insbesondere UART-Bus, auf. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Steueranweisung übereine End-to-End-Protection mit Botschaftszähler und/oder Checksumme abzusichern. Falls ein Fehler bei der Speicherung der Steueranweisung erkannt wird, leitet die Recheneinheit vorzugsweise nach Ablauf einer vorgegebenen Entprellzeit eine Sicherheitsreaktion wie beispielsweise eine Warnmeldung oder eine Verringerung der Leistung der elektrischen Maschine ein.
Vorzugsweise weisen die Gate-Treiberschaltungen jeweils eine Sicherheitslogikeinheit zum Überwachen der Recheneinheit auf. Liegt ein die Recheneinheit betreffender Fehlerfall vor, so wird dieser Fehlerfall also durch die Gate-Treiberschaltungen selbst erfasst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sicherheitslogikeinheiten durch jeweils einen Sicherheits-Steuerpfad mit einem Verstärker der jeweiligen Gate-Treiberschaltung kommunikationstechnisch verbunden sind. Bei dem Verstärker, der auch als Booster bezeichnet wird, handelt es sich um eine Einheit, die dazu ausgebildet ist, ein eingehendes Steuersignal zu verstärken und einen Steueranschluss des zugeordneten Schalters der Leistungselektronik mit dem verstärkten Steuersignal zu beaufschlagen, um den Schalter zu schalten. Vorzugsweise sind die Sicherheitslogikeinheiten mit dem Datenspeicher der jeweiligen Gate- Treiberschaltung kommunikationstechnisch verbunden, sodass die Sicherheitslogikeinheiten auf die in dem Datenspeicher gespeicherte Steueranweisung zugreifen können.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Recheneinheit durch jeweils einen Standard-Steuerpfad mit den Verstärkern kommunikationstechnisch verbunden ist, und dass die Sicherheits-Steuerpfade eine höhere Priorisierung aufweisen als die Standard-Steuerpfade. Bei den Standard-Steuerpfaden handelt es sich um die Steuerpfade, durch die die Recheneinheit die Verstärker im fehlerfreien Betrieb der elektrischen Maschine mit pulsweitenmodulierten Steuersignalen beaufschlagt. Weil die Sicherheits- Steuerpfade eine höhere Priorisierung als die Standard-Steuerpfade aufweisen, werden die durch die Sicherheits-Steuerpfade übertragenen Steuersignale durch die Verstärker mit einer höheren Priorität umgesetzt als die durch die Standard- Steuerpfade übertragenen Steuersignale.
Vorzugsweise weist die Steuervorrichtung ein bidirektionales Sicherheits- Kommunikationsnetz auf, wobei das Sicherheits- Kommunikationsnetz einen Knotenpunkt aufweist, mit dem sowohl die Recheneinheit als auch die Sicherheitslogikeinheiten kommunikationstechnisch verbunden sind. Das Sicherheits- Kommunikationsnetz ist bidirektional. Insofern sind die Sicherheitslogikeinheiten und die Recheneinheit durch jeweils zumindest einen bidirektionalen Kommunikationspfad mit dem Knotenpunkt verbunden. Durch ein derartiges Sicherheits- Kommunikationsnetz kann jede der Sicherheitslogikeinheiten sowohl die Recheneinheit als auch die anderen der Sicherheitslogikeinheiten auf Fehlerfälle überwachen. Zudem kann die Recheneinheit den Sicherheitslogikeinheiten durch das Sicherheits- Kommunikationsnetz eine Information bezüglich eines durch die Recheneinheit erfassten Fehlerfalls bereitstellen.
Vorzugsweise weisen die Gate-Treiberschaltungen jeweils eine Niederspannungsseite und eine Hochspannungsseite auf, wobei die Hochspannungsseiten jeweils eine Einheit zur internen Überwachung der jeweiligen Niederspannungsseite aufweisen. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Gate-Treiberschaltungen selbst einen Fehlerfall erfassen können, der ihre Niederspannungsseite betrifft. Vorzugsweise weisen die Hochspannungsseiten der Gate-Treiberschaltungen zumindest den Teil der Sicherheitslogikeinheiten auf, der durch den Sicherheits-Steuerpfad mit dem jeweiligen Verstärker kommunikationstechnisch verbunden ist. Vorzugsweise weisen die Hochspannungsseiten der Gate-Treiberschaltungen den Datenspeicher auf. Die Hochspannungsseiten werden durch eine elektrische Energiequelle eines Hochspannungsnetzes gespeist. Vorzugsweise handelt sich bei der Energiequelle um den Energiespeicher, der durch die Leistungselektronik mit der elektrischen Maschine elektrisch verbunden ist. Die Niederspannungsseiten werden durch eine Energiequelle eines Niederspannungsnetzes gespeist. Beispielsweise handelt es sich bei der Energiequelle um einen weiteren elektrischen Energiespeicher, dessen Nennspannung geringer ist als die Nennspannung des Energiespeichers, der durch die Leistungselektronik mit der elektrischen Maschine elektrisch verbunden ist.
Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem weist eine elektrische Maschine auf, die durch eine Leistungselektronik mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden ist. Das Antriebssystem zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 12 durch die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zum Ansteuern der Leistungselektronik aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems, das eine elektrische Maschine, die durch eine Leistungselektronik mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden ist, und eine Steuervorrichtung zum Ansteuern der Leistungselektronik aufweist, wobei die Steuervorrichtung eine Recheneinheit und mehrere Gate- Treiberschaltungen aufweist, zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 13 dadurch aus, dass die Recheneinheit in Abhängigkeit von einer aktuellen Ist- Drehzahl der Maschine eine Steueranweisung bestimmt und die Steueranweisung in den Gate-Treiberschaltungen speichert, dass das Antriebssystem auf Fehlerfälle überwacht wird, und dass die Gate- Treiberschaltungen bei Erfassen eines Fehlerfalls den sicheren Betriebszustand gemäß der gespeicherten Steueranweisung einstellen. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie aus den Ansprüchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Steueranweisung Informationen dazu aufweist, ob als sicherer Betriebszustand ein aktiver Kurzschluss oder ein Freilauf in der Leistungselektronik eingestellt werden soll, dass die Recheneinheit eine Maximal-Drehzahl prädiziert, die die Maschine ausgehend von der aktuellen Ist- Drehzahl innerhalb eines vorgegebenen ersten Zeitintervalls maximal erreichen kann, und die Steueranweisung in Abhängigkeit von der prädizierten Maximal- Drehzahl bestimmt, dass bei Erfassen eines die Recheneinheit betreffenden Fehlerfalls ein zweites Zeitintervall gestartet wird, das kürzer als das erste Zeitintervall ist, und dass die Gate-Treiberschaltungen nach Ablauf des zweiten Zeitintervalls als sicheren Betriebszustand den aktiven Kurzschluss programmieren. Beispielsweise wird als zweites Zeitintervall ein Zeitintervall von 20 bis 250 ms vorgegeben. Die Recheneinheit prädiziert die Maximal-Drehzahl, die die Maschine ausgehend von der aktuellen Ist- Drehzahl innerhalb des ersten Zeitintervalls maximal erreichen kann, und bestimmt die Steueranweisung anhand dieser Maximal-Drehzahl. In bestimmten Situationen, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug, das das Antriebssystem aufweist, einen Hang hinab beschleunigt, kann jedoch die Drehzahl der Maschine weiter ansteigen. In diesem Fall ist es unerwünscht, dass ein ursprünglich eingestellter Freilauf beibehalten wird. Betrifft der Fehlerfall nicht die Recheneinheit, so kann die Recheneinheit weiterhin die Ist-Drehzahl überwachen und gegebenenfalls den aktiven Kurzschluss einstellen. Betrifft der Fehlerfall jedoch die Recheneinheit, so ist diese Möglichkeit nicht gegeben. In diesem Fall ist es zur Vermeidung eines Stromflusses aus der Maschine in den Energiespeicher vorteilhaft, dass nach Ablauf des zweiten Zeitintervalls als sicherer Betriebszustand der aktive Kurzschluss programmiert beziehungsweise eingestellt wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen
Figur 1 ein Antriebssystem,
Figur 2 eine Steuervorrichtung des Antriebssystems und
Figur 3 ein Verfahren zum Betreiben des Antriebssystems,
Figur 4 Teilaspekte des Verfahrens und
Figur 5 ein weiteres Verfahren zum Betreiben des Antriebssystems.
Figur 1 zeigt ein Antriebssystem 1 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs in einer vereinfachten Darstellung. Das Antriebssystem 1 weist eine elektrische Maschine 2 auf. Die elektrische Maschine 2 weist einen drehbar gelagerten Rotor 3 auf, an dem mehrere Permanentmagneten 4 drehfest angeordnet sind. Die elektrische Maschine 2 weist außerdem eine Motorwicklung 5 mit vorliegend drei Phasen U, V und W auf. Die Motorwicklung 5 ist derart verteilt um den Rotor 3 angeordnet, dass der Rotor 3 durch eine geeignete Bestromung der Phasen U, V und W drehbar ist.
Das Antriebssystem 1 weist außerdem einen elektrischen Energiespeicher 6 auf. Die Motorwicklung 5 ist durch eine Leistungselektronik 7 des Antriebssystems 1 mit dem Energiespeicher 6 elektrisch verbunden. Die Leistungselektronik 7 weist vorliegend eine der Anzahl an Phasen U, V und W entsprechende Anzahl an Halbbrücken auf, die jeweils zumindest einen Lowside-Schalter und zumindest einen Highside-Schalter aufweisen. Entsprechend weist die Leistungselektronik vorliegend drei Halbbrücken auf.
Das Antriebssystem 1 weist außerdem eine Steuervorrichtung 8 auf. Die Steuervorrichtung 8 ist dazu ausgebildet, die Schalter der Leistungselektronik 7 anzusteuern beziehungsweise zu schalten. Der konkrete Aufbau der Steuervorrichtung 8 wird im Folgenden mit Bezug auf Figur 2 näher erläutert.
Am rechten Rand der Figur 2 ist eine Halbbrücke 9 der Leistungselektronik 7 dargestellt. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist weist die Halbbrücke 9 einen Highside- Schalter 10 und einen Lowside-Schalter 11 auf. Die übrigen beiden Halbbrücken entsprechen im Hinblick auf ihre Ausgestaltung der in Figur 2 ersichtlichen Halbbrücke 9.
Die Steuervorrichtung 8 weist eine Recheneinheit 12 auf. Die Recheneinheit 12 ist vorliegend als Mikrocontroller 12 ausgebildet.
Die Steuervorrichtung 8 weist außerdem eine der Anzahl an Schaltern der Leistungselektronik 7 entsprechende Anzahl an Gate-Treiberschaltungen auf, wobei jedem der Schalter eine jeweils andere der Gate-Treiberschaltungen zugeordnet ist. Die Gate-Treiberschaltungen sind jeweils als ASIC ausgebildet. In Figur 2 sind lediglich zwei der Gate-Treiberschaltungen dargestellt, nämlich eine dem Highside-Schalter 10 zugeordnete erste Gate-Treiberschaltung 13 sowie eine dem Lowside-Schalter 11 zugeordnete zweite Gate-Treiberschaltung 14. Zusätzlich zu den Gate-Treiberschaltungen 13 und 14 sind noch weitere Gate- Treiberschaltungen vorhanden, die den Schaltern der in Figur 2 nicht dargestellten Halbbrücken der Leistungselektronik 7 zugeordnet sind.
Im Folgenden wird der Aufbau der ersten Gate-Treiberschaltung 13 erläutert. Die Gate-Treiberschaltungen sind jedoch im Hinblick auf ihre konstruktiven Merkmale im Wesentlichen gleich ausgebildet. Insbesondere unterscheiden sich die Gate- Treiberschaltungen nur dahingehend, dass sie hinsichtlich ihrer Konfiguration an den Schalter angepasst sind, den sie ansteuern. Im Hinblick auf die erste Gate- Treiberschaltung 13 offenbarte konstruktive Merkmale sind demnach auch in den anderen Gate-Treiberschaltungen verwirklicht.
Die erste Gate-Treiberschaltung 13 weist eine Niederspannungsseite 15A und eine Hochspannungsseite 16A auf. Zwischen der Niederspannungsseite 15A und der Hochspannungsseite 16A ist eine Potenzialbarriere 17A angeordnet.
Die Hochspannungsseite 16A weist einen Verstärker 18A auf. Der Verstärker 18A ist durch einen Steuerpfad 19A mit einem Steueranschluss des Highside- Schalters 10 elektrisch verbunden.
Die Recheneinheit 12 ist durch einen Standard-Steuerpfad 60A mit dem Verstärker 18A kommunikationstechnisch verbunden. Der Standard-Steuerpfad 60A weist einen ersten Standard-Steuerteilpfad 20A auf, durch den die Recheneinheit 12 mit einer GTR-Logikeinheit 21A der Niederspannungsseite 15A kommunikationstechnisch verbunden ist. Der Standard-Steuerpfad 60A weist außerdem einen zweiten Standard-Steuerteilpfad 22A auf, durch den die GTR- Logikeinheit 21A mit dem Verstärker 18A kommunikationstechnisch verbunden ist. Die Recheneinheit 12 beaufschlagt den Verstärker 18A im Betrieb des Antriebssystems 1 mittels des Standard-Steuerpfads 60A mit pulsweitenmodulierten Steuersignalen. Der Verstärker 18A verstärkt die pulsweitenmodulierten Steuersignale und beaufschlagt den Steueranschluss des Highside-Schalters 10 mit den verstärkten, pulsweitenmodulierten Steuersignalen, um den Highside-Schalter 10 zu schalten. Die Hochspannungsseite 16A weist außerdem einen Datenspeicher 23A auf. Die Recheneinheit 12 ist durch eine bidirektionale Kommunikationseinrichtung 24A mit dem Datenspeicher 23A kommunikationstechnisch verbunden. Die bidirektionale Kommunikationseinrichtung 24A weist vorliegend einen Datenbus 25A und einen Zwischenspeicher 26A auf. Der Datenbus 25A und der Zwischenspeicher 26A sind Teil der Niederspannungsseite 15A. Die Recheneinheit 12 ist durch zwei Kommunikationspfade 27A, 28A der Kommunikationseinrichtung 24A mit dem Datenbus 25A kommunikationstechnisch verbunden. Der Datenbus 25A ist zudem durch einen bidirektionalen Kommunikationspfad 29A mit dem Zwischenspeicher 26A kommunikationstechnisch verbunden. Der Zwischenspeicher 26A ist durch einen bidirektionalen Kommunikationspfad 30A mit dem Datenspeicher 23A kommunikationstechnisch verbunden.
Die erste Gate-Treiberschaltung 13 weist außerdem eine Sicherheitslogikeinheit 31A auf. Die Sicherheitslogikeinheit 31A weist einen niederspannungsseitigen Teil 32A und einen hochspannungsseitigen Teil 33A auf. Der niederspannungsseitige Teil 32A und der hochspannungsseitige Teil 33A sind durch einen bidirektionalen Kommunikationspfad 34A miteinander kommunikationstechnisch verbunden. Der hochspannungsseitige Teil 33A ist zudem durch einen Kommunikationspfad 35A mit dem Datenspeicher 23A kommunikationstechnisch verbunden. Außerdem ist der hochspannungsseitige Teil 33A durch einen Sicherheits-Steuerpfad 36A mit dem Verstärker 18A kommunikationstechnisch verbunden. Der Sicherheits-Steuerpfad 36A weist eine höhere Priorisierung auf als der Standard-Steuerpfad 60A.
Die Steuervorrichtung 8 weist außerdem ein bidirektionales Sicherheits- Kommunikationsnetz 37 auf. Das Sicherheits- Kommunikationsnetz 37 weist einen Knotenpunkt 38 auf. Der niederspannungsseitige Teil 33A der Sicherheitslogikeinheit 31 A der Gate-Treiberschaltung 13 ist durch einen bidirektionalen Kommunikationspfad 39A mit dem Knotenpunkt 38 kommunikationstechnisch verbunden. Auch die niederspannungsseitigen Teile der Sicherheitslogikeinheiten der anderen Gate-Treiberschaltungen sind durch jeweils einen bidirektionalen Kommunikationspfad 39 mit dem Knotenpunkt 38 kommunikationstechnisch verbunden. Die Recheneinheit 12 ist durch einen bidirektionalen Kommunikationspfad 40 mit dem Knotenpunkt 38 kommunikationstechnisch verbunden.
Die Steuervorrichtung 8 weist außerdem eine Watchdog- Einheit 41 auf. Watchdog- Einheiten sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden eingesetzt, um bei einem Programmabsturz eines Microcontrollers einen Reset des Microcontrollers auszulösen. Die Watchdog- Einheit 41 ist durch einen Kommunikationspfad 42 mit einem Knotenpunkt 43 des Kommunikationspfads 40 verbunden. Der Kommunikationspfad 42 weist eine Diode 44 auf, die in Richtung der Watchdog- Einheit 41 leitend ist. Der Knotenpunkt 43 ist außerdem durch einen Kommunikationspfad 45 mit der Recheneinheit 12 verbunden. Der Kommunikationspfad 45 weist eine Diode 46 auf, die in Richtung der Recheneinheit 12 leitend ist.
Die Niederspannungsseite 15A weist außerdem eine Spannungsversorgungsüberwachungseinheit 47A auf. Die Spannungsversorgungsüberwachungseinheit 47A ist mit dem niederspannungsseitigen Teil 32A der Sicherheitslogikeinheit 31A durch einen Kommunikationspfad 48A kommunikationstechnisch verbunden. Zudem ist die Spannungsversorgungsüberwachungseinheit 47A durch einen Versorgungspfad 49A mit der Watchdog- Einheit 41 kommunikationstechnisch verbunden.
Die Hochspannungsseite 16A weist eine Einheit 50A zur internen Überwachung der Niederspannungsseite 15A auf. Die Einheit 50A ist durch einen Kommunikationspfad 51A mit der Niederspannungsseite 15A kommunikationstechnisch verbunden. Zudem ist die Einheit 50A durch einen Kommunikationspfad 52A mit dem hochspannungsseitigen Teil 33A der Sicherheitslogikeinheit 31A kommunikationstechnisch verbunden.
Die Hochspannungsseite 16A weist außerdem eine OTP-Einheit 53A auf. Bei einer OTP-Einheit handelt es sich um ein programmierbares elektronisches Bauelement, das einen nicht flüchtigen Datenspeicher aufweist, der nur einmal beschrieben werden kann. Die OTP-Einheit 53A ist durch einen Kommunikationspfad 54A mit dem hochspannungsseitigen Teil 33A der Sicherheitslogikeinheit 31A kommunikationstechnisch verbunden. Im Folgenden wird mit Bezug auf die Figuren 3 und 4 ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben des Antriebssystems 1 näher erläutert. Hierzu zeigt Figur 3 das Verfahren anhand eines Flussdiagramms. Figur 4 zeigt Teilaspekte des Verfahrens anhand eines Diagramms. Es wird dabei davon ausgegangen, dass sich die elektrische Maschine 2 zumindest zunächst im Betrieb befindet. Die Motorwicklung 5 wird also derart bestromt, dass sich der Rotor 3 zur Erzeugung eines Drehmomentes dreht.
In einem ersten Schritt S1 ermittelt die Recheneinheit 12 laufend die aktuelle Ist- Drehzahl nIst des Rotors 3 der elektrischen Maschine 2. Beispielsweise ermittelt die Recheneinheit 12 die Ist-Drehzahl nIst in Abhängigkeit von einem Sensorsignal eines dem Rotor 3 zugeordneten Drehwinkelsensors.
In einem zweiten Schritt S2 ermittelt die Recheneinheit 12 in Abhängigkeit von einem vorgegebenen ersten Zeitintervall FHTI einen maximal möglichen Drehzahlgradienten nFHTI max. Bei dem Drehzahlgradienten nFHTI max handelt es sich um das Drehzahlintervall, um das die Ist-Drehzahl nIst der elektrischen Maschine 2 während des ersten Zeitintervalls FHTI höchstens gesteigert werden kann.
Vorliegend ermittelt die Recheneinheit 12 den Drehzahlgradienten nFHTI max mittels der Formel F = m * a, wobei mFhzg die Masse des Kraftfahrzeugs beschreibt, und wobei MmaX EM das Maximal-Drehmoment der elektrischen Maschine 2 im Grunddrehzahlbereich beschreibt:
Aus FmaxRad = MmaxRad und amaXFhzg =
Figure imgf000016_0001
folgt aufgrund des
' Rad rRad*mFhzg kinematischen Zusammenhangs
Figure imgf000016_0002
Die Änderung der Frequenz der Maschine 2 wird linear approximiert gemäß dfEM D nFHTI,max dt FHTI Somit kann über die nachfolgenden Formeln der maximal mögliche Drehzahlgradient nFHTI max ermittelt werden:
2nrRad D llFHT max amax,Fhzg i FHTI
Figure imgf000017_0001
n einem dritten Schritt S3 prädiziert die Recheneinheit 12 eine Maximal- Drehzahl npred, die die Maschine 2 bis Ablauf des ersten Zeitintervalls FHTI maximal erreichen kann. Hierzu berechnet die Recheneinheit 12 die Summe aus der aktuellen Ist-Drehzahl nIst und dem Drehzahlgradienten nFHTI max. Auch der Schritt S3 wird laufend durchgeführt.
In einem vierten Schritt S4 vergleicht die Recheneinheit 12 die prädizierte Maximal-Drehzahl npred mit einer vorgegebenen Schwellen-Drehzahl nFWTnax.
In einem fünften Schritt S5 bestimmt die Recheneinheit 12 eine Steueranweisung. Die Steueranweisung enthält Informationen dazu, ob bei einem Fehlerfall des Antriebssystems 1 als sicherer Betriebszustand ein aktiver Kurzschluss oder ein Freilauf in der Leistungselektronik 7 eingestellt werden soll. Ergibt der Vergleich in dem Schritt S4, dass die Maximal-Drehzahl npred die Schwellen-Drehzahl nFW max unterschreitet, so legt die Recheneinheit 12 fest, dass als sicherer Betriebszustand der Freilauf eingestellt werden soll, und bestimmt die Steueranweisung entsprechend. Ergibt der Vergleich jedoch, dass die Maximal- Drehzahl npred die Schwellen-Drehzahl nFW max übersteigt, so legt die Recheneinheit 12 fest, dass als sicherer Betriebszustand der aktive Kurzschluss eingestellt werden soll, und bestimmt die Steueranweisung entsprechend.
In einem sechsten Schritt S6 speichert die Recheneinheit 12 die bestimmte Steueranweisung mittels der bidirektionalen Kommunikationseinrichtungen 24 in den Datenspeichern 23. Die Übertragung der Steueranweisung wird dabei über eine End-to-End-Protection mit Botschaftszähler und Checksumme abgesichert. Zudem prüft die Recheneinheit 12, ob die Steueranweisung korrekt in den Datenspeichern 23 gespeichert wurde. Wird durch die Recheneinheit 12 ein Fehler im Hinblick auf die Speicherung der Steueranweisung erkannt, so leitet die Recheneinheit 12 nach Ablauf einer Entprellzeit eine geeignete Sicherheitsreaktion wie beispielsweise eine Warnmeldung oder eine Verringerung der Leistung der elektrischen Maschine ein.
Auch die Schritte S5 und S6 werden laufend durchgeführt, sodass laufend aktualisierte Steueranweisungen bestimmt und in den Datenspeichern 23 gespeichert werden.
In einem siebten Schritt S7 überwacht die Steuervorrichtung 8 das Antriebssystem 1 auf Fehlerfälle. Die Überwachung wird dabei durch verschiedene Elemente der Steuervorrichtung 8 durchgeführt.
Beispielsweise überwacht die Recheneinheit 12 die Phasen U, V und W und die Leistungselektronik 7 auf Fehlerfälle.
Die niederspannungsseitigen Teile 32 der Sicherheitslogikeinheiten 31 überwachen die Recheneinheit 12, die Watchdog- Einheit 41 und die jeweils anderen Gate-Treiberschaltungen mittels des Sicherheits- Kommunikationsnetzes 37 auf Fehlerfälle. Beispielsweise stellen die niederspannungsseitigen Teile 32 einen Fehlerfall eines der vorstehend genannten Elemente fest, wenn das betreffende Element mittels des Sicherheits- Kommunikationsnetzes 37 ein unerwartetes Signal bereitstellt, oder wenn ein erwartetes Signal des betreffendes Elementes ausbleibt.
Die niederspannungsseitigen Teile 32 überwachen zudem die Spannungsversorgungsüberwachungseinheiten 47 auf Fehlerfälle.
Beispielsweise erfasst der niederspannungsseitige Teil 32A einen Fehlerfall der Spannungsüberwachungseinheit 47A, wenn die Spannungsüberwachungseinheit 47A mittels des Kommunikationspfads 48A ein unerwartetes Signal bereitstellt, oder wenn ein erwartetes Signal ausbleibt.
Die Einheiten 50 überwachen die Niederspannungsseiten 15 auf Fehlerfälle. Beispielsweise erfasst die Einheit 50A einen Fehlerfall der Niederspannungsseite 15A, wenn die Niederspannungsseite 50A mittels des Kommunikationspfads 51A ein unerwartetes Signal bereitstellt, oder wenn ein erwartetes Signal ausbleibt.
Wird in dem Schritt S7 ein Fehlerfall erfasst, so wird in einem Schritt S8 den hochspannungsseitigen Teilen 33 der Sicherheitslogikeinheiten 31 eine Information bezüglich des Erfassens des Fehlerfalls bereitgestellt.
Die hochspannungsseitigen Teile 33 rufen dann in einem Schritt S9 die in den Datenspeichern 23 aktuell gespeicherte Steueranweisung ab.
In einem zehnten Schritt S10 steuern die hochspannungsseitigen Teile 33 die Verstärker 18 mittels der Sicherheits-Steuerleitungen 36 derart an, dass der sichere Betriebszustand gemäß der abgerufenen Steueranweisung in der Leistungselektronik 7 eingestellt wird.
Betrifft der in dem Schritt S7 erfasste Fehlerfall die Recheneinheit 12, so starten die Sicherheitslogikeinheiten 31 in einem elften Schritt Sil ein vorgegebenes zweites Zeitintervall. Beispielsweise starten die Sicherheitslogikeinheiten 31 das zweite Zeitintervall mit Erfassen des die Recheneinheit 12 betreffenden Fehlerfalls. Das zweite Zeitintervall ist kürzer als das erste Zeitintervall. Beispielsweise beträgt das zweite Zeitintervall 20 ms bis 250 ms.
In einem zwölften Schritt S12 rufen die hochspannungsseitigen Teile 33 der Sicherheitslogikeinheiten 31 eine in den OTP- Einheiten 53 abgespeicherte zweite Steueranweisung ab. Die zweite Steueranweisung enthält Informationen dazu, wie der durch die jeweilige Gate-Treiberschaltung angesteuerte Schalter geschaltet werden soll, damit in der Leistungselektronik 7 der aktive Kurzschluss eingestellt wird.
Mit Ablauf des zweiten Zeitintervalls steuern die hochspannungsseitigen Teile 33 der Sicherheitslogikeinheiten 31 mittels der Sicherheits-Steuerleitungen 36 die Verstärker 18 in einem dreizehnten Schritt S13 gemäß der zweiten Steueranweisung an. Wurde in dem Schritt S10 der Freilauf eingestellt, so wird in dem Schritt S13 ausgehend von dem Freilauf dann der aktive Kurzschluss in der Leistungselektronik 7 eingestellt. Figur 5 zeigt ein weiteres Verfahren zum Betreiben des Antriebssystems 1.
In einem ersten Schritt VI ermittelt die Recheneinheit 12 laufend die aktuelle Ist- Drehzahl nIst des Rotors 3 der elektrischen Maschine 2. Dieser Schritt VI entspricht dem Schritt S1 des in Figur 3 dargestellten Verfahrens.
In einem zweiten Schritt V2 bestimmt die Recheneinheit 12 eine Steueranweisung, die eine Zeitdauer aufweist. Die Recheneinheit 12 bestimmt die Zeitdauer dabei in Abhängigkeit von der aktuellen Ist-Drehzahl nIst. Vorzugsweise wird die Zeitdauer bei einer Erhöhung der Ist-Drehzahl nIst verringert.
In einem dritten Schritt V3 speichert die Recheneinheit 12 die bestimmte Steueranweisung mittels der bidirektionalen Kommunikationseinrichtungen 24 in den Datenspeichern 23. Dieser Schritt V3 entspricht dem Schritt S6 des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiels.
Die Schritte V4 bis V6 entsprechen den Schritten S7 bis S9 des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiels. Bezüglich dieser Schritte V4 bis V6 wird auf die vorstehenden entsprechenden Textpassagen verwiesen.
In einem siebten Schritt V7 steuern die hochspannungsseitigen Teile 33 die Verstärker 18 mittels der Sicherheits-Steuerleitungen 36 derart an, dass als sicherer Betriebszustand der Freilauf in der Leistungselektronik 7 eingestellt wird. Zudem starten die Sicherheitslogikeinheiten 31 in dem siebten Schritt V7 die in der abgerufenen Steueranweisung enthaltene Zeitdauer.
In einem achten Schritt V8 steuern die hochspannungsseitigen Teile 33 die Verstärker 18 mittels der Sicherheits-Steuerleitungen 36 derart an, dass ausgehend von dem zunächst eingestellten Freilauf der aktive Kurzschluss in der Leistungselektronik 7 eingestellt wird.

Claims

Ansprüche
1. Steuervorrichtung für ein Antriebssystem (1), das eine elektrische Maschine (2) aufweist, die durch eine Leistungselektronik (7) mit einem elektrischen Energiespeicher (6) elektrisch verbunden ist, wobei die Steuervorrichtung (8) eine Recheneinheit (12) und mehrere Gate- Treiberschaltungen (13,14) aufweist und dazu ausgebildet ist, bei Erfassen eines Fehlerfalls des Antriebssystems (1) und/oder der Steuervorrichtung (8) einen sicheren Betriebszustand in der Leistungselektronik (7) einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (12) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einer aktuellen Ist-Drehzahl (n/st) der Maschine (2) eine Steueranweisung zu bestimmen und die Steueranweisung in den Gate- Treiberschaltungen (13,14) zu speichern, und dass die Gate-Treiberschaltungen (13,14) bei Erfassen eines Fehlerfalls den sicheren Betriebszustand gemäß der gespeicherten Steueranweisung einstellen.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranweisung Informationen dazu aufweist, ob als sicherer Betriebszustand ein aktiver Kurzschluss oder ein Freilauf in der Leistungselektronik (7) eingestellt werden soll.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (12) dazu ausgebildet ist, eine Maximal-Drehzahl ( npred ) zu prädizieren, die die Maschine (2) ausgehend von der aktuellen Ist-Drehzahl ( nIst ) innerhalb eines vorgegebenen ersten Zeitintervalls (FHTI) maximal erreichen kann, und die Steueranweisung in Abhängigkeit von der prädizierten Maximal- Drehzahl ( npred ) zu bestimmen.
4. Steuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (12) dazu ausgebildet ist, die Maximal-Drehzahl ( npred ) in Abhängigkeit von einem Maximal-Drehmoment {MmaxEM) der Maschine (2) und/oder in Abhängigkeit von einer Masse ( mFhzg ) eines das Antriebssystem (1) aufweisenden Kraftfahrzeugs zu prädizieren.
5. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranweisung eine Zeitdauer aufweist, dass die Gate-Treiberschaltungen (13,14) bei Erfassen des Fehlerfalls die Zeitdauer starten und als sicheren Betriebszustand den Freilauf in der Leistungselektronik (7) einstellen, und dass die Gate-Treiberschaltungen (13,14) mit Ablauf der Zeitdauer ausgehend von dem eingestellten Freilauf als sicheren Betriebszustand den aktiven Kurzschluss in der Leistungselektronik (7) einstellen.
6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Treiberschaltungen (13,14) jeweils einen Datenspeicher (23) zum Speichern der Steueranweisung aufweisen, und dass die Recheneinheit (12) durch bidirektionale Kommunikationseinrichtungen (24) mit den Datenspeichern (23) kommunikationstechnisch verbunden ist.
7. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Treiberschaltungen (13,14) jeweils eine Sicherheitslogikeinheit (31) zum Überwachen der Recheneinheit (12) aufweisen.
8. Steuervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitslogikeinheiten (31) durch jeweils einen Sicherheits-Steuerpfad (36) mit einem Verstärker (18) der jeweiligen Gate-Treiberschaltung (13,14) kommunikationstechnisch verbunden sind.
9. Steuervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (12) durch jeweils einen Standard-Steuerpfad (60) mit den Verstärkern (18) kommunikationstechnisch verbunden ist, und dass die Sicherheits-Steuerpfade (36) eine höhere Priorisierung aufweisen als die Standard-Steuerpfade (60).
10. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch ein bidirektionales Sicherheits- Kommunikationsnetz (37), das einen Knotenpunkt (38) aufweist, mit dem sowohl die Recheneinheit (12) als auch die Sicherheitslogikeinheiten (31) kommunikationstechnisch verbunden sind.
11. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gate-Treiberschaltungen (13,14) jeweils eine Niederspannungsseite (15) und eine Hochspannungsseite (16) aufweisen, wobei die Hochspannungsseiten (16) jeweils eine Einheit (50) zur internen Überwachung der jeweiligen Niederspannungsseite (15) aufweisen.
12. Elektrisches Antriebssystem, aufweisend eine elektrische Maschine (2), die durch eine Leistungselektronik (7) mit einem elektrischen Energiespeicher (6) elektrisch verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Steuervorrichtung (8) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zum Ansteuern der Leistungselektronik (7).
13. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems (1), wobei das Antriebssystem (1) eine elektrische Maschine (2), die durch eine Leistungselektronik (7) mit einem elektrischen Energiespeicher (6) elektrisch verbunden ist, und eine Steuervorrichtung (8) zum Ansteuern der Leistungselektronik (7) aufweist, wobei die Steuervorrichtung (7) eine Recheneinheit (12) und mehrere Gate-Treiberschaltungen (13,14) aufweist, wobei die Recheneinheit (12) in Abhängigkeit von einer aktuellen Ist-Drehzahl (n/st) der Maschine (2) eine Steueranweisung bestimmt und in den Gate- Treiberschaltungen (13,14) speichert, wobei das Antriebssystem (1) auf Fehlerfälle überwacht wird, und wobei die Gate-Treiberschaltungen (13,14) bei Erfassen eines Fehlerfalls den sicheren Betriebszustand gemäß der gespeicherten Steueranweisung einstellen.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steueranweisung Informationen dazu aufweist, ob als sicherer Betriebszustand ein aktiver Kurzschluss oder ein Freilauf in der Leistungselektronik (7) eingestellt werden soll, dass die Recheneinheit (12) eine Maximal-Drehzahl (npred) prädiziert, die die Maschine (2) ausgehend von der aktuellen Ist-Drehzahl (nIst) innerhalb eines vorgegebenen ersten Zeitintervalls (FHTI) maximal erreichen kann, und die Steueranweisung in Abhängigkeit von der prädizierten Maximal- Drehzahl (npred ) bestimmt, dass bei Erfassen eines die Recheneinheit (12) betreffenden Fehlerfalls ein zweites Zeitintervall gestartet wird, das kürzer als das erste Zeitintervall (FHTI) ist, und dass die Gate-Treiberschaltungen (13,14) nach Ablauf des zweiten Zeitintervalls als sicheren Betriebszustand den aktiven Kurzschluss programmieren.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011081173A1 (de) 2011-08-18 2013-02-21 Robert Bosch Gmbh Betriebszustandsschaltung für Wechselrichter und Verfahren zum Einstellen von Betriebszuständen eines Wechselrichters
EP3203627A1 (de) * 2014-10-01 2017-08-09 Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. Stromwandlungsvorrichtung, stromwandlungsverfahren und stromwandlungssystem
EP3687066A1 (de) * 2019-01-25 2020-07-29 Infineon Technologies Austria AG Niedrigleistungszyklus zur bitübertragung in gate-treibern
US10924001B2 (en) * 2018-08-22 2021-02-16 Texas Instruments Incorporated Gate driver controller and associated discharge method
DE102019217834A1 (de) * 2019-11-19 2021-05-20 Vitesco Technologies Germany Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Inverters eines elektrischen Fahrzeugantriebs

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011081173A1 (de) 2011-08-18 2013-02-21 Robert Bosch Gmbh Betriebszustandsschaltung für Wechselrichter und Verfahren zum Einstellen von Betriebszuständen eines Wechselrichters
EP3203627A1 (de) * 2014-10-01 2017-08-09 Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd. Stromwandlungsvorrichtung, stromwandlungsverfahren und stromwandlungssystem
US10924001B2 (en) * 2018-08-22 2021-02-16 Texas Instruments Incorporated Gate driver controller and associated discharge method
EP3687066A1 (de) * 2019-01-25 2020-07-29 Infineon Technologies Austria AG Niedrigleistungszyklus zur bitübertragung in gate-treibern
DE102019217834A1 (de) * 2019-11-19 2021-05-20 Vitesco Technologies Germany Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Inverters eines elektrischen Fahrzeugantriebs

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NOUMAN Z ET AL: "FPGA usage for power inverters diagnostics", IECON 2013 - 39TH ANNUAL CONFERENCE OF THE IEEE INDUSTRIAL ELECTRONICS SOCIETY, IEEE, 10 November 2013 (2013-11-10), pages 785 - 789, XP032538999, ISSN: 1553-572X, [retrieved on 20131230], DOI: 10.1109/IECON.2013.6699234 *

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