WO2023020996A1 - Entladevorrichtung - Google Patents

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WO2023020996A1
WO2023020996A1 PCT/EP2022/072766 EP2022072766W WO2023020996A1 WO 2023020996 A1 WO2023020996 A1 WO 2023020996A1 EP 2022072766 W EP2022072766 W EP 2022072766W WO 2023020996 A1 WO2023020996 A1 WO 2023020996A1
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WO
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discharge
voltage
controller
pulse width
unit
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PCT/EP2022/072766
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French (fr)
Inventor
Michael Rök-Ramirez
Volkmar Buckow
Original Assignee
Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg
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Publication date
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Priority to US18/512,312 priority patent/US20240088689A1/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2207/00—Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J2207/20—Charging or discharging characterised by the power electronics converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle

Definitions

  • the invention relates to a discharge device or discharge arrangement for discharging an electrical network, in particular a high-voltage network, or an electrically operated unit of such a network.
  • the invention further relates to such an electrical unit with such a discharge device and a discharge method.
  • high-voltage network In modern motor vehicles, components that are operated with a higher operating voltage value are usually used in parallel with the components that are operated with a voltage value of 12 V (volts). Such high operating voltages can exceed a value of 100 V, particularly in the case of motor vehicles with a purely electric drive or with a hybrid drive. In the automotive sector, voltage values of more than 60 V are already referred to as "high voltage (HV)".
  • HV high voltage
  • the electrical units operated with high voltage typically electrical drive systems, which include, for example, a traction motor, a coolant or lubricant pump, a refrigerant compressor (air conditioning compressor) or the like, are integrated into a so-called “high-voltage network".
  • Such a high-voltage network usually also includes at least one energy store (e.g.
  • a capacitor which is assigned to one or all electrical units of the high-voltage network. This is used, for example, to keep the operating voltage value required for the electrical unit or electrical units constant. For safety reasons, however, it is necessary for such high-voltage networks to be able to be switched off on the one hand and, in particular, to be able to be discharged on the other. This is particularly the case when people can come into contact with the respective high-voltage network, or electrical short circuits can otherwise occur, for example during vehicle maintenance or vehicle repairs or possibly also in the event of a vehicle accident.
  • resistive or passive methods In order to enable automatic discharge, for example of a high-voltage capacitor as an energy store, either a purely passive resistive method or a circuit with controlling semiconductors (semiconductor switches) can be used as the discharge device (active discharge).
  • the discharge device active discharge
  • resistive or passive methods have the disadvantage that a very high power loss is generated, or that the high voltage is only reduced to a harmless value after quite a long time.
  • the invention is based on the object of specifying a particularly suitable unloading device.
  • the safest possible discharge of an electrical network or an electrically operated unit of such an electrical network should be made possible.
  • the highest possible discharge rate should be achieved with a simultaneously low power loss.
  • the invention is also based on the object of specifying a particularly suitable electrical unit and a particularly suitable discharging method.
  • the discharging device is intended for passive discharging of an electrical network or an electrically operated unit, ie for passive discharging of the network or of the unit, and is suitable and set up for this.
  • the network is preferably a high-voltage network.
  • a high-voltage network in particular a high-voltage on-board network of a motor vehicle, is understood here and below to mean in particular an (on-board) network in which voltages greater than or equal to 60 V are processed.
  • the electrically operated unit is, for example, a component of such a high-voltage network.
  • the unit is designed as an electric refrigerant compressor or air conditioning compressor of the motor vehicle.
  • the discharging device has a discharging circuit, via which a component of the network or of the electrically operated unit to be discharged is connected to a reference potential (preferably ground potential) in particular in a discharging operation.
  • the discharge circuit is connected in particular in parallel with the component to be discharged.
  • the discharge circuit has an im The (ohmic) resistor referred to below as a “current-limiting resistor” or “discharge resistor” as a power consumer and a first semiconductor switch, referred to below as a “discharge switch”.
  • the discharge switch is used for the reversible connection of this component to be discharged to the reference potential, in particular indirectly via the discharge resistor.
  • the discharge circuit is designed in such a way that the high-voltage network or at least the electrically operated unit (in particular at least the component to be discharged) is electrically conductively connected to the reference potential via the discharge resistor when the discharge switch is closed (i.e. switched through or switched on).
  • the discharging switch is designed to be normally blocking, which means that the discharging switch is in an open or non-conductively switched state without a triggering or discharging signal.
  • the discharge switch is designed in particular as a MOSFET, as an IGBT, or as a SiCMOS.
  • the discharging device has a controller, ie a control unit or a control circuit, which is arranged on the control connection side of the discharging circuit or the discharging switch and is preferably conductively connected to it.
  • a controller ie a control unit or a control circuit, which is arranged on the control connection side of the discharging circuit or the discharging switch and is preferably conductively connected to it.
  • the controller is commanded in such a way that the discharge circuit is deactivated during normal operation of the network or the unit, and that the discharge circuit is activated if there is no command.
  • the controller automatically or independently switches the discharge switch to the on state, and thus switches the discharge circuit from a quiescent mode to a discharge mode if there is no command.
  • the discharge device has a lower power consumption in the idle state (normal operation) and is constantly active without a control device.
  • the discharge current is preferably changed as a function of the voltage of the network or of the unit--which decreases during the discharge.
  • the controller is generally set up—in terms of program and/or circuitry—to carry out the functionality according to the invention described above.
  • the controller is thus specifically set up to detect the absence of a command and to activate the discharge circuit or the semiconductor switch in the event of such an absence.
  • the controller is formed, at least in its core, by a microcontroller with a processor and a data memory, in which the functionality for performing the functionality according to the invention is implemented programmatically in the form of operating software (firmware), so that the functionality when the operating software is executed in carried out automatically by the microcontroller.
  • the controller can also be formed by a non-programmable electronic component, such as an application-specific integrated circuit (ASIC), in which the functionality is implemented using circuitry means.
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the controller has a disable input (“disable” input) for a disable signal (“disable” signal).
  • the controller monitors the disable input.
  • the blocking input is monitored by the controller to see whether it is switched on and off at regular time intervals.
  • the blocking signal used for commanding is generated, for example, as an alternating signal, ie as an alternating voltage or as a pulsed signal, by a higher-level control element (control device) of a vehicle electrical system.
  • the disable signal is generated, for example, by a main microcontroller, which implements the actual device function of the network.
  • the main microcontroller is, for example, an engine controller, a current monitor, or a communication system, and is fed by a low voltage (for example from a 12 V vehicle electrical system).
  • a low voltage for example from a 12 V vehicle electrical system.
  • the discharge circuit or the discharge switch is automatically activated according to the invention. This means that the controller turns on the discharge switch and thus switches the discharge circuit from a quiescent mode to a discharge mode when no blocking signal is fed into the blocking input, i.e. when the expected blocking signal does not occur or differs from the expected signal.
  • a particularly suitable unloading device is realized.
  • the discharging device is commanded by the blocking signal in such a way that the discharging circuit is switched off during normal operation. This reduces the continuous power loss of the discharge device. If there is no command, the discharge circuit is automatically active. According to the invention, a discharge arrangement is thus specified which has low power consumption in the idle state (normal operation) and is constantly active without an additional control device. This allows for shorter discharge times of energy stores at higher voltages. In particular, no software and no processor functions are therefore necessary for the correct functioning of the discharge device.
  • a pulse width modulation driver ie a driver circuit or a gate driver, is arranged between the controller and a control input of the discharge switch for pulse width modulated control of the discharge resistor. Due to the PWM control, lower power requirements are placed on the load resistors or the discharge resistor.
  • the PWM driver has an emitter circuit connected to the controller with a bipolar transistor and with a base series resistor connected between the base and the controller, and with a collector resistor which is connected to the reference potential on the emitter side and to an output stage with two complementary resistors on the collector side second semiconductor switches is performed.
  • the emitter circuit controls the second semiconductor switches, which are preferably embodied as bipolar transistors, on the base side.
  • the second semiconductor switches are in this case designed as an NPN and as a PNP transistor.
  • a current amplification for the control current of the discharge switch is realized by the complementary output stage, so that rapid switching for the clocked discharge operation is made possible.
  • An additional or further aspect of the invention provides that the controller detects the voltage of the network (mains voltage) or the (operating) voltage applied to the unit or the component by means of a voltage divider.
  • the controller is linked to a (high-voltage) voltage measurement in order to monitor the voltage curve over time during the discharge process.
  • a pulse width of the pulse width modulated activation of the discharge switch is controlled as a function of the voltage detected by the controller.
  • a voltage regulator or level converter (level shifter) controlled by the controller is connected between the controller and the PWM driver, which adjusts the pulse width of the PWM control as a function of the current voltage.
  • the discharging device preferably controls itself in such a way that a predetermined maximum power loss during discharging is not exceeded.
  • the PWM control is controlled in such a way that the pulse width increases as the voltage of the network or the unit decreases.
  • the relationship between the current voltage and the pulse width is preferably measured or dimensioned in such a way that, on average, the same power is converted in the discharge resistor for each (operating) voltage.
  • the discharge circuit has a resistor which is connected in series with the discharge resistor and the discharge switch, with an output voltage of the resistor being monitored by the controller if the blocking signal is absent. During activation of the discharge due to the absence of the blocking signal, the output voltage is measured at the resistor in order to determine the correct functioning of the discharge circuit. This makes it possible to protect the function via controller during operation.
  • the discharge device thus contains an output signal with which its function can be checked on request from a control element. This further improves the safety and reliability of the unloading device.
  • the electrically operated unit according to the invention is preferably part of a motor vehicle and is set up in particular for high-voltage operation.
  • the electrically operated unit is therefore part of a high-voltage network as described above or forms such a high-voltage network itself.
  • the electrically operated unit according to the invention is, for example, an electric refrigerant compressor of a motor vehicle, the high-voltage network being in particular an intermediate circuit of the motor electronics, and the component to be discharged being an intermediate circuit capacitor, for example.
  • the unit has the discharge device described above.
  • the discharging method according to the invention is used for discharging the electrical (high-voltage) network described above or the electrically operated unit described above.
  • the preferably passive discharging method is carried out by means of the discharging device described above carried out automatically or automatically.
  • the discharge switch is turned on if no blocking signal is fed into the blocking input of the controller.
  • the component to be discharged is discharged via the discharge circuit at a high discharge rate and thus in a particularly short time.
  • the continuous power loss of the discharging device is reduced by the discharging process.
  • a loss reduction is realized with a fast passive discharge.
  • FIG. 1 shows a schematic circuit diagram of a discharge device for an electrically operated unit
  • Fig. 2 in a block diagram, the discharge device, and
  • FIG 3 shows a discharge process of the discharge device in a schematic time-voltage diagram.
  • the discharge device 2 is part of a high-voltage network, shown in detail in FIG. 2, of an electrically operated unit 4.
  • the unit 4 is designed, for example, as an electric refrigerant drive of a motor vehicle air conditioning system.
  • the unit 4 here comprises an electric motor (not shown in detail) and an energy store formed by a capacitor 6 for stabilizing an operating voltage value required for the operation of the electric motor as components.
  • the electrically operated unit 4 has the discharge device 2 for discharging the capacitor 6 as required.
  • the unloading device 2 has in turn a discharge circuit 8, which is connected in parallel to the capacitor 6 to be discharged.
  • the discharge circuit 8 has a series connection of a discharge resistor 10 and a semiconductor switch 12 as well as a resistor 13 .
  • the semiconductor switch 12 is referred to below as the discharge switch 12 .
  • the discharge switch 12 is designed as a normally blocking MOSFET, which is connected to the discharge resistor 10 on the drain side and to the resistor 13 connected to a reference potential 14, for example high-voltage minus or a ground potential, on the source side.
  • the second connection of the discharge resistor 10 is in contact with an operating voltage (for example high-voltage plus) 16 of the unit 1 .
  • the reference potential 14 and the operating voltage 16 are only provided with reference symbols in the figures as an example.
  • the discharge switch 12 is connected on the gate side to a pulse width modulation driver (PWM driver) 18, which in turn is controlled by a controller 20 as a dynamic signal detector.
  • PWM driver pulse width modulation driver
  • the controller 20 is embodied as a microcontroller, for example, and is also referred to as such below.
  • a (high-voltage) voltage measurement 24 is provided for detecting the operating voltage 16 and is coupled to the controller 20 and/or the voltage regulator 22 .
  • the voltage measurement 24 is designed, for example, as a voltage divider with two resistors 26, 28 connected in series, which are connected on the one hand to the operating voltage 16 and on the other hand to the reference potential 14.
  • the resistor 26 is connected to the reference voltage 16 and the resistor 28 to the reference potential 14, with a tapping point formed between them being connected to the microcontroller 20.
  • the voltage divider 24 thus acts effectively as a (passive) discharge resistor with regard to the capacitor 4 or the component of the unit 4 to be discharged.
  • the voltage divider 24 or the resistors 26, 28 are dimensioned for a discharge time of the capacitor 6 of about 30 seconds, for example.
  • a capacitor 30 for stabilizing the regulated voltage is contacted between the microcontroller 20 and the voltage regulator 22 .
  • the PWM driver 18 has an emitter circuit connected to the microcontroller 20 with a semiconductor switch 32 designed as a bipolar transistor and with a (base) series resistor 34 connected between the base and the microcontroller 20 and with a collector resistor 36, with the bipolar transistor 32 on the emitter side the reference potential 14 is guided.
  • the PWM driver 18 also has an output stage with a half-bridge with two complementary semiconductor switches 38, 40.
  • the semiconductor switches 38, 40 are designed as bipolar transistors, the semiconductor switch 38 being in particular an NPN bipolar transistor and the semiconductor switch 40 being in particular a PNP bipolar transistor.
  • the gate connection of the discharge switch 12 is connected between the emitter of the semiconductor switch 38 and the collector of the semiconductor switch 40 .
  • the collector of the semiconductor switch 40 is connected to the reference potential 14, the collector of the semiconductor switch 38 being connected together with the collector resistor 36 to the output of the voltage regulator 22.
  • the collector of the semiconductor switch 40 and the collector of the semiconductor switch 38 are also coupled to a (supply) circuit 42 .
  • the circuit 42 has a series connection of a resistor 44 and a zener diode 46, with the resistor 44 being connected to the operating voltage and the anode of the zener diode 46 being connected to the reference potential 14.
  • the collector of the semiconductor switch 40 and the collector of the semiconductor switch 38 are in this case connected between the resistor 44 and the zener diode 46, with parallel a capacitor 48 is connected to the reference potential 14 in relation to the zener diode 46 .
  • the Zener diode 46 prevents the PWM (on) control voltage at the gate terminal of the discharge switch 12 from exceeding a permissible maximum value, with the capacitor 48 serving to stabilize the PWM voltage generated by the PWM driver 18 .
  • the applied high voltage or operating voltage 16 charges the capacitor 6 to a high voltage level, which can be hazardous to health or life if touched.
  • the discharge switch 12 is controlled by the microcontroller 20 in such a way that the discharge circuit 8 is inactive in normal operation.
  • the microcontroller 20 has a blocking input (“Disable” input) 50 for a blocking signal (“Disable” signal) 52.
  • the blocking signal 52 is fed in or is present, the blocking input 50 is activated and sets the discharge circuit 12 subsequently out of service.
  • the blocking input 50 is monitored by the microcontroller 20 to determine whether it is switched on and off at regular time intervals. If this alternating signal is omitted or if it is disrupted, the discharge circuit 12 is activated. This means that the microcontroller 20 turns on the discharge switch 12 by means of the PWM driver 18, and the discharge circuit 8 thus by one Put idle mode in a discharge mode when no locking signal 52 is fed into the locking input 50.
  • the pulse width of the (PWM) discharge signal is controlled by the microcontroller 20 with the voltage regulator 22, which allows rapid discharge with low power loss because the current voltage is provided by means of the voltage measurement 24.
  • the pulse width of the discharge current through the discharge resistor 10 is controlled as a function of the current operating voltage 16 in such a way that a decreasing voltage causes the discharge signal generated by the PWM driver 18 to have a larger pulse width.
  • the relationship between the current voltage and the pulse width is dimensioned in such a way that, on average, the same power is converted in the discharge resistor 10 for each voltage.
  • the discharge can be commanded by the blocking input 50: while the discharge is activated due to the absence of the blocking signal 52, the output voltage is measured at the resistor 13 in order to monitor the correct functioning of the discharge circuit 8.
  • the time t is horizontal, i.e. along the abscissa axis (X-axis), and along the vertical ordinate-axis (Y-axis) is a voltage U, for example in kilovolts (kV ), applied.
  • the diagram shows three voltage curves 54, 56 and 58 for a discharging process of the discharging device 2 described above.
  • the voltage curve 54 is shown as a dotted line and has a constant, horizontal curve parallel to the time axis t.
  • the voltage profile 54 here corresponds to a safe discharge voltage, ie an operationally safe voltage level, of the capacitor 6, which is 60 V, for example.
  • the voltage curve 56 shows a conventional RC discharge, ie a discharge of a capacitor via an ohmic resistor, with the voltage curve 58 shown in broken lines showing the PWM-controlled discharge of the capacitor 6 with a constant power according to the invention.
  • the safe voltage level 54 is reached much faster with the discharge device 2 according to the invention than with a conventional RC discharge.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entladevorrichtung (2) zum Entladen eines elektrischen Netzes oder einer elektrisch betriebenen Einheit (4), aufweisend eine Entladeschaltung (8) mit einem Entladewiderstand (10) und einem hierzu in Reihe geschalteten normal-sperrenden ersten Halbleiterschalter (12), und einen Controller (20) zur Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters (12), wobei der Controller (20) so kommandiert ist, dass im Normalbetrieb des Netzes oder der Einheit (4) die Entladeschaltung (8) deaktiviert ist, und dass bei einem Ausbleiben der Kommandierung die Entladeschaltung (8) aktiviert ist.

Description

Beschreibung
Entladevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Entladevorrichtung oder Entladungsanordnung zum Entladen eines elektrischen Netzes, insbesondere eines Hochspannungsnetzes, oder einer elektrisch betriebenen Einheit eines solchen Netzes. Die Erfindung betrifft weiterhin eine solche elektrische Einheit mit einer solchen Entladevorrichtung sowie ein Entladeverfahren.
Bei modernen Kraftfahrzeugen werden üblicherweise parallel zu den mit einer Spannung mit einem Spannungswert von 12 V (Volt) betriebenen Komponenten häufig auch solche Komponenten eingesetzt, welche mit einem höheren Betriebsspannungswert betrieben werden. Insbesondere bei Kraftahrzeugen mit einem rein elektrischen Antrieb oder mit einem Hybridantrieb können derart hohe Betriebsspannungen einen Wert von 100 V überschreiten. Dabei werden im Automobilbereich bereits Spannungswerte von mehr als 60 V als „Hochspannung (HV)“ bezeichnet. Insbesondere die mit Hochspannung betriebenen elektrischen Einheiten, typischerweise elektrische Antriebssysteme, die zum Beispiel einen Fahrmotor, eine Kühl- oder Schmiermittelpumpe, ein Kältemittelverdichter (Klimakompressor) oder dergleichen umfassen, sind dabei in einem sogenannten „Hochspannungsnetz“ eingebunden. Ein solches Hochspannungsnetz umfasst in der Regel auch wenigstens einen Energiespeicher (z. B. einen Kondensator), der jeweils einer oder allen elektrischen Einheiten des Hochspannungsnetzes zugeordnet ist. Dieser dient beispielsweise dazu, den für die elektrische Einheit oder die elektrischen Einheiten erforderlichen Betriebsspannungswert konstant zu halten. Aus Sicherheitsgründen ist es jedoch erforderlich, dass derartige Hochspannungsnetze einerseits abgeschaltet und andererseits insbesondere entladen werden können. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn Personen mit dem jeweiligen Hochspannungsnetz in Kontakt gelangen können, oder es anderweitig zu elektrischen Kurzschlüssen kommen kann, beispielsweise bei einer Fahrzeugwartung oder Fahrzeugreparatur oder unter Umständen auch bei einem Fahrzeugunfall.
Um eine automatische Entladung beispielweise eines Hochspannung führenden Kondensators als Energiespeicher zu ermöglichen, kann entweder ein rein passives resistives Verfahren oder eine Schaltung mit steuernden Halbleitern (Halbleiterschaltern) als Entladevorrichtung eingesetzt werden (aktives Entladen). Resistive oder passive Verfahren haben typischerweise den Nachteil, dass eine sehr hohe Verlustleitung erzeugt wird, oder dass die Hochspannung erst nach recht langer Zeit auf einen ungefährlichen Wert abgesenkt ist.
Zur Entladung der elektrischen Einheit mit einer hohen, gefährlichen, Betriebsspannung ist es im Störungs- oder Fehlerfall notwendig, dass auch bei einem Ausfall von Steuerelementen die Spannung möglichst schnell und zuverlässig auf einen ungefährlichen Wert reduziert oder entladen wird. Die hierfür vorgehaltenen (passiven) Entladevorrichtungen weisen hierbei jedoch häufig einen hohen Leistungsverbrauch im Ruhezustand, bei welchem keine Entladung erfolgt, auf. Des Weiteren werden Entladevorrichtungen in der Regel derart dimensioniert, dass deren Leistungsverbrauch bei hohen Restspannungen noch akzeptabel ist, was bei einer zunehmenden Entladung - und damit abnehmender Restspannung - zu einer Verlangsamung der Entladungsgeschwindigkeit führt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Entladevorrichtung anzugeben. Insbesondere soll eine möglichst sichere Entladung eines elektrischen Netzes oder einer elektrisch betriebenen Einheit eines solchen elektrischen Netzes ermöglicht werden. Weiterhin soll bei gleichzeitig geringer Verlustleitung eine möglichst hohe Entladegeschwindigkeit erreicht werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete elektrische Einheit sowie ein besonders geeignetes Entladeverfahren anzugeben.
Hinsichtlich der Entladevorrichtung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 10 sowie hinsichtlich des Entladeverfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Sofern nachfolgend Verfahrensschritte beschrieben werden, ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen für die Entladevorrichtung und/oder die Einheit insbesondere dadurch, dass diese ausgebildet sind, einen oder mehrere dieser Verfahrensschritte auszuführen. Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
Die erfindungsgemäße Entladevorrichtung ist zum passiven Entladen eines elektrischen Netzes oder einer elektrisch betriebenen Einheit, also für ein passives Entladen des Netzes oder der Einheit vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. Bei dem Netz handelt es sich vorzugsweise um ein Hochspannungsnetz. Unter einem Hochspannungsnetz, insbesondere einem Hochspannungs-Bordnetz eines Kraftahrzeugs, wird hier und im Folgenden insbesondere ein (Bord-)Netz verstanden, in welchem Spannungen größer oder gleich 60 V verarbeitet werden. Die elektrisch betriebene Einheit ist beispielsweise eine Komponente eines solchen Hochspannungsnetzes. Beispielsweise ist die Einheit als ein elektrischer Kältemittelverdichter oder Klimakompressor des Kraftfahrzeugs ausgeführt.
Die Entladevorrichtung weist eine Entladeschaltung auf, über die insbesondere in einem Entladebetrieb ein zu entladendes Bauteil des Netzes bzw. der elektrisch betriebenen Einheit mit einem Referenzpotential (vorzugsweise Massepotential) verbunden ist. Die Entladeschaltung ist hierbei insbesondere parallel zu dem zu entladenden Bauteil verschaltet. Die Entladeschaltung weist dazu einen im Folgenden als „Strombegrenzungswiderstand“ oder „Entladewiderstand“ bezeichneten (ohmschen) Widerstand als Leistungsverbraucher und einen ersten Halbleiterschalter, im Folgenden als „Entladeschalter“ bezeichnet, auf. Der Entladeschalter dient hierbei zum insbesondere reversiblen Verbinden dieses zu entladenden Bauteils mit dem Referenzpotential mittelbar über den Entladewiderstand. Mit anderen Worten ist die Entladeschaltung derart gestaltet, dass das Hochspannungsnetz oder zumindest die elektrisch betriebene Einheit (insbesondere zumindest das zu entladende Bauteil) bei geschlossenem (also durchgeschaltetem oder leitend geschaltetem) Entladeschalter über den Entladewiderstand mit dem Referenzpotential elektrisch leitfähig verbunden ist.
Der Entladeschalter ist hierbei normal-sperrend ausgeführt, dies bedeutet, dass der Entladeschalter ohne ein Ansteuer- oder Entladesignal in einem offenen oder nicht-leitend geschalteten Zustand ist. Der Entladeschalter ist insbesondere als ein MOS-FET, als ein IGBT, oder als ein SiCMOS ausgeführt.
Außerdem weist die Entladevorrichtung einen zu der Entladeschaltung beziehungsweise zu dem Entladeschalter steueranschlussseitig angeordneten und vorzugsweise mit diesem leitfähig verbundenen Controller, also eine Steuereinheit oder eine Steuerschaltung, zur Ansteuerung auf.
Erfindungsgemäß ist der Controller derart kommandiert, dass im Normalbetrieb des Netzes oder der Einheit die Entladeschaltung deaktiviert ist, und dass bei einem Ausbleiben der Kommandierung die Entladeschaltung aktiviert ist. Dies bedeutet, dass der Controller den Entladeschalter automatisch oder selbsttätig leitend schaltet, und die Entladeschaltung somit von einem Ruhebetrieb in einen Entladebetrieb versetzt, wenn die Kommandierung ausbleibt. Dadurch ist eine besonders geeignete Entladevorrichtung realisiert. Insbesondere weist die Entladevorrichtung im Ruhezustand (Normalbetrieb) einen geringeren Leistungsverbrauch auf, und ist ohne eine Ansteuereinrichtung ständig aktiv. Vorzugsweise wird der Entladestrom bei einer aktiven Entladeschaltung abhängig von der - bei der Entladung abnehmenden - Spannung des Netzes oder der Einheit verändert. Der Controller ist hierbei allgemein - programm- und/oder schaltungstechnisch - zur Durchführung der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Funktionalität eingerichtet. Der Controller ist somit konkret dazu eingerichtet, das Ausbleiben einer Kommandierung zu erfassen, und die Entladeschaltung beziehungsweise den Halbleiterschalter bei einem solchen Ausbleiben zu aktivieren.
In einer denkbaren Ausgestaltungsform ist der Controller zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung der erfindungsgemäßen Funktionalität in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, so dass die Funktionalität bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Mikrocontroller automatisch durchgeführt wird. Der Controller kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, wie zum Beispiel einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), gebildet sein, in dem die Funktionalität mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.
In einer bevorzugten Ausführung weist Controller einen Sperreingang („Disable“- Eingang) für ein Sperrsignal (,,Disable“-Signal) auf. Im Betrieb überwacht der Controller den Sperreingang. Beispielsweise wird der Sperreingang hierbei von dem Controller dahingehend überwacht, ob er in regelmäßigen Zeitabständen ein- und ausgeschaltet wird. Das zur Kommandierung verwendete Sperrsignal wird beispielsweise als ein Wechselsignal, also als eine Wechselspannung oder als ein gepulstes Signal, von einem übergeordneten Steuerelement (Ansteuereinrichtung) eines Fahrzeugbordnetzes erzeugt. Das Disable-Signal wird hierbei beispielsweise von einem Haupt-Mikrocontroller erzeugt, welcher die eigentliche Geräte Funktion des Netzes realisiert. Der Haupt-Mikrocontroller ist beispielsweise eine Motorsteuerung, eine Stromüberwachung, oder eine Kommunikation, und wird von einer Niederspannung (beispielsweise aus einem 12 V-Bordnetz) gespeist. Bei einem Entfall dieses Wechselsignals oder einer Störung derselben wird erfindungsgemäß die Entladeschaltung beziehungsweise der Entladeschalter selbsttätig aktiviert. Dies bedeutet, dass der Controller den Entladeschalter leitend schaltet, und die Entladeschaltung somit von einem Ruhebetrieb in einen Entladebetrieb versetzt, wenn kein Sperrsignal in den Sperreingang eingespeist wird, also wenn das erwartete Sperrsignal nicht auftritt oder von dem erwarteten Signal abweicht. Dadurch ist eine besonders geeignete Entladevorrichtung realisiert.
Die Entladevorrichtung wird mittels des Sperrsignals so kommandiert, dass die Entladeschaltung im Normalbetrieb abgeschaltet ist. Dadurch reduziert sich die Dauerverlustleistung der Entladevorrichtung. Bei Wegfall der Kommandierung ist die Entladeschaltung automatisch aktiv. Erfindungsgemäß ist somit eine Entladeanordnung angegeben, welche im Ruhezustand (Normalbetrieb) einen geringen Leistungsverbrauch aufweist und ohne eine zusätzliche Ansteuereinrichtung ständig aktiv ist. Dadurch sind kürzere Entladezeiten von Energiespeichern bei höheren Spannungen ermöglicht. Insbesondere sind somit keine Software und keine Prozessorfunktionen zur korrekten Funktion der Entladevorrichtung notwendig.
In einer vorteilhaften Ausführung ist zwischen dem Controller und einem Steuereingang des Entladeschalters ein Pulsweitenmodulationstreiber (PWM-Treiber), also eine Treiberschaltung oder ein Gate-Treiber, zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung des Entladewiderstands angeordnet. Durch die PWM-Ansteuerung werden geringere Leistungsanforderungen an die Belastungswiderstände beziehungsweise an den Entladewiderstand gestellt.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung weist der PWM-Treiber eine an den Controller angeschlossene Emitterschaltung mit einem Bipolartransistor und mit einem zwischen der Basis und dem Controller verschalteten Basis-Vorwiderstand sowie mit einem Kollektorwiderstand auf, welcher emitterseitig an das Referenzpotenzial und kollektorseitig an eine Endstufe mit zwei komplementären zweiten Halbleiterschaltern geführt ist. Die Emitterschaltung steuert hierbei die vorzugsweise als Bipolartransistoren ausgeführten zweiten Halbleiterschalter basisseitig an. Die zweiten Halbleiterschalter sind hierbei als ein NPN- und als ein PNP-Transistor ausgeführt. Durch die komplementäre Endstufe wird eine Stromverstärkung für den Ansteuerstrom des Entladeschalters realisiert, so dass ein schnelles Umschalten für den getakteten Entladebetrieb ermöglicht ist.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Controller die Spannung des Netzes (Netzspannung) beziehungsweise die an der Einheit oder dem Bauteil anliegende (Betriebs-)Spannung mittels eines Spannungsteilers erfasst. Mit anderen Worten ist der Controller mit einer (Hochvolt-)Spannungsmes- sung gekoppelt, um den zeitlichen Spannungsverlauf im Zuge des Entladevorgangs zu überwachen.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Entladestrom - und somit der Entladevorgang oder Entladebetrieb - in Abhängigkeit der bei der Entladung abnehmenden Spannung verändert. Hierzu ist eine Pulsbreite der pulsweitenmodulierten Ansteuerung des Entladeschalters in Abhängigkeit der vom Controller erfassten Spannung gesteuert.
In einer denkbaren Ausbildung ist hierbei zwischen dem Controller und dem PWM- Treiber ein vom Controller angesteuerter Spannungsregler oder Pegelwandler (Level Shifter) geschaltet, welcher in Abhängigkeit der aktuellen Spannung die Pulsbreite der PWM-Ansteuerung einstellt. Vorzugsweise steuert sich die Entladevorrichtung selber so, dass eine vorgegebene Maximalverlustleistung bei der Entladung nicht überschritten wird.
In einer zweckmäßigen Ausführung ist die PWM-Ansteuerung derart gesteuert, dass die Pulsbreite mit abnehmender Spannung des Netzes oder der Einheit vergrößert wird. Dies bedeutet, dass die Entladung durch Belastung mit einem (Ent- lade-)Widerstand erfolgt, der durch ein Schaltelement (Entladeschalter) gesteuert wird, dessen Pulsbreite sich bei abnehmender Betriebsspannung erhöht. Der Zusammenhang zwischen der aktuellen Spannung und der Pulsbreite ist vorzugsweise derart bemessen oder dimensioniert, dass bei jeder (Betriebs- )Spannung im Mittel die gleiche Leistung im Entladewiderstand umgesetzt wird.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist die Entladeschaltung einen Widerstand auf, welcher in Reihe zu dem Entladewiderstand und dem Entladeschalter geschaltet ist, wobei bei einem Ausbleiben des Sperrsignals eine Ausgangsspannung des Widerstands von dem Controller überwacht wird. Während einer Aktivierung der Entladung durch ein Ausbleiben des Sperrsignals, wird die Ausgangsspannung am Widerstand gemessen, um die korrekte Funktion der Entladeschaltung festzustellen. Dadurch ist eine Absicherung der Funktion per Controller im Betrieb möglich. Die Entladevorrichtung enthält somit ein Ausgangssignal mit dem ihre Funktion auf Anforderung eines Steuerelementes geprüft werden kann. Dadurch wird die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Entladevorrichtung weiter verbessert.
Die erfindungsgemäße elektrisch betriebene Einheit ist vorzugsweise Teil eines Kraftfahrzeugs und insbesondere zum Hochspannungsbetrieb eingerichtet. Die elektrisch betriebene Einheit ist somit Teil eines vorstehend beschriebenen Hochspannungsnetzes oder bildet ein derartiges Hochspannungsnetz selbst aus. Die erfindungsgemäße elektrische betriebene Einheit ist beispielsweise ein elektrischer Kältemittelverdichter eines Kraftfahrzeugs, wobei das Hochspannungsnetz insbesondere ein Zwischenkreis der Motorelektronik ist, und wobei das zu entladende Bauteil beziehungsweise die zu entladende Komponente beispielsweise ein Zwischenkreiskondensator ist. Die Einheit weist hierbei die vorstehend beschriebene Entladevorrichtung auf. Die im Hinblick auf die Entladevorrichtung angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Einheit übertragbar und umgekehrt.
Das erfindungsgemäße Entladeverfahren dient zum Entladen des vorstehend beschriebenen elektrischen (Hochspannungs-)Netzes beziehungsweise der vorstehend beschriebenen elektrisch betriebenen Einheit. Das vorzugsweise passive Entladeverfahren wird mittels der vorstehend beschriebenen Entladevorrichtung automatisch oder selbsttätig durchgeführt. Dabei wird der Entladeschalter leitend geschaltet, wenn kein Sperrsignal in den Sperreingang des Controllers eingespeist wird. Dadurch wird das zu entladende Bauteil über die Entladeschaltung mit einer hohen Entladegeschwindigkeit und somit in besonders kurzer Zeit entladen.
Gleichzeitig wird durch das Entladeverfahren die Dauerverlustleistung der Entladevorrichtung reduziert. Mit anderen Worten ist eine Verlustreduzierung bei einer schnellen passiven Entladung realisiert.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 in einem schematischen Schaltbild eine Entladevorrichtung für eine elektrisch betriebene Einheit,
Fig. 2 in einem Blockschaltbild die Entladevorrichtung, und
Fig. 3 in einem schematischen Zeit-Spannungs-Diagramm einen Entladevorgang der Entladevorrichtung.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In der Fig. 1 ist in schematischer und vereinfachter Darstellung eine Entladevorrichtung 2 gezeigt. Die Entladevorrichtung 2 ist Teil eines in Fig. 2 ausschnittsweise gezeigten Hochspannungsnetzes einer elektrisch betriebenen Einheit 4. Die Einheit 4 ist beispielsweise als ein elektrischer Kältemittelantrieb einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage ausgeführt. Die Einheit 4 umfasst hierbei dabei als Bauteile einen nicht näher gezeigten Elektromotor sowie einen durch einen Kondensator 6 gebildeten Energiespeicher zur Stabilisierung eines zum Betrieb des Elektromotors erforderlichen Betriebsspannungswerts.
Zur bedarfsweise Entladung des Kondensators 6 weist die elektrisch betriebene Einheit 4 die Entladevorrichtung 2 auf. Die Entladevorrichtung 2 weist wiederum eine Entladeschaltung 8 auf, welche parallel zu dem zu entladenden Kondensator 6 verschaltet ist.
Die Entladeschaltung 8 weist hierbei eine Reihenschaltung eines Entladewiderstandes 10 und eines Halbleiterschalters 12 sowie eines Widerstandes 13 auf. Der Halbleiterschalter 12 ist nachfolgend als Entladeschalter 12 bezeichnet. Der Entladeschalter 12 ist hierbei als ein normal-sperrender MOS-FET ausgeführt, welcher drainseitig an den Entladewiderstand 10 und sourceseitig an den an ein Referenzpotential 14, beispielsweise Hochvolt-Minus oder einem Massepotential, angeschlossenen Widerstand 13 geführt ist. Der zweite Anschluss des Entladewiderstands 10 ist an eine Betriebsspannung (bspw. Hochvolt-Plus) 16 der Einheit 1 kontaktiert. Das Referenzpotential 14 und die Betriebsspannung 16 sind in den Figuren lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen.
Der Entladeschalter 12 ist gateseitig an einen Pulsweitenmodulationstreiber (PWM-Treiber) 18 angeschlossen, welcher wiederum von einem Controller 20 als dynamischen Signaldetektor angesteuert ist. Der Controller 20 ist beispielsweise als ein Mikrocontroller ausgeführt, und ist nachfolgend auch als solcher bezeichnet. Zwischen dem Mikrocontroller 20 und dem PWM-Treiber 18 ist ein vom Mikrocontroller 20 angesteuerter Spannungsregler 22 oder Pegelwandler (Level Shifter) für niedrige Leistungen geschaltet, welcher in Abhängigkeit der aktuellen Betriebsspannung 16 die Pulsbreite für die PWM-Ansteuerung des Entladeschalters 12 bereitstellt. Zur Erfassung der Betriebsspannung 16 ist eine (Hochvolt-)Spannungs- messung 24 vorgesehen, welche mit dem Controller 20 und/oder dem Spannungsregler 22 gekoppelt ist.
Die Spannungsmessung 24 ist beispielsweise als ein Spannungsteiler mit zwei in Reihe geschalteten Widerständen 26, 28 ausgeführt, welche einerseits an die Betriebsspannung 16 und andererseits an das Referenzpotential 14 angeschlossen sind. Der Widerstand 26 ist hierbei an die Bezugsspannung 16 und der Widerstand 28 an das Referenzpotential 14 angeschlossen, wobei ein dazwischen gebildeter Abgriffspunkt an den Mikrocontroller 20 geführt ist. Der Spannungsteiler 24 wirkt somit hinsichtlich des Kondensators 4 beziehungsweise des zu entladenden Bauteils der Einheit 4 effektiv als (passiver) Entladewiderstand. Der Spannungsteiler 24 beziehungsweise die Widerstände 26, 28 sind hierbei beispielsweise für eine Entladezeit des Kondensators 6 von etwa 30 Sekunden dimensioniert.
Zwischen dem Mikrocontroller 20 und den Spannungsregler 22 ist ein Kondensator 30 zur Stabilisierung der geregelten Spannung kontaktiert.
Der PWM-Treiber 18 weist eine an den Mikrocontroller 20 angeschlossene Emitterschaltung mit einem als Bipolartransistor ausgeführten Halbleiterschalter 32 und mit einem zwischen der Basis und dem Mikrocontroller 20 verschalteten (Basis- )Vorwiderstand 34 sowie mit einem Kollektorwiderstand 36 auf, wobei der Bipolartransistor 32 emitterseitig an das Referenzpotenzial 14 geführt ist. Der PWM- Treiber 18 weist weiterhin eine Endstufe mit einer Halbbrücke mit zwei komplementären Halbleiterschaltern 38, 40 auf. Die Halbleiterschalter 38, 40 sind als Bipolartransistoren ausgeführt, wobei der Halbleiterschalter 38 insbesondere ein NPN-Bipolartransistor und der Halbleiterschalter 40 insbesondere ein PNP- Bipolartransistor ist.
Der Gateanschluss des Entladeschalters 12 ist zwischen dem Emitter des Halbleiterschalters 38 und dem Kollektor des Halbleiterschalters 40 verschaltet. Der Kollektor des Halbleiterschalters 40 ist an das Referenzpotential 14 geführt, wobei der Kollektor des Halbleiterschalters 38 zusammen mit dem Kollektorwiderstand 36 an den Ausgang des Spannungsreglers 22 angeschlossen ist.
Der Kollektor des Halbleiterschalters 40 und der Kollektor des Halbleiterschalters 38 sind weiterhin mit einer (Versorgungs-)Schaltung 42 gekoppelt. Die Schaltung 42 weist eine Reihenschaltung eines Widerstands 44 und einer Zenerdiode 46 auf, wobei der Widerstand 44 an die Betriebsspannung und die Anode der Zenerdiode 46 an das Referenzpotential 14 angeschlossen sind. Der Kollektor des Halbleiterschalters 40 und der Kollektor des Halbleiterschalters 38 sind hierbei zwischen dem Widerstand 44 und der Zenerdiode 46 verschaltet, wobei parallel zur Zenerdiode 46 ein Kondensator 48 gegen das Referenzpotential 14 geschaltet ist.
Die Zenerdiode 46 verhindert hierbei, dass die PWM-(An-)Steuerspannung am Gateanschluss des Entladeschalters 12 einen zulässigen Maximalwert überschreitet, wobei der Kondensator 48 zur Spannungsstabilisierung der durch den PWM- Treiber 18 erzeugten PWM-Spannung dient.
Nachfolgend ist ein verfahrensgemäßer Betrieb der Entladevorrichtung 2 näher erläutert.
Im Betrieb der Einheit 4 lädt die anliegende Hochspannung beziehungsweise Betriebsspannung 16 den Kondensator 6 auf ein hohes Spannungsniveau auf, welches bei Berührung gesundheits- oder lebensgefährdend sein kann. Um die Gefahr bedarfsweise zu verringern, ist es notwendig, den Kondensator 6 möglichst schnell zu entladen. Diese Entladung erfolgt über den Last- oder Entladewiderstand 10 der Entladeschaltung 8, welcher durch den schnellen Entladeschalter 12 als Verbraucher eingeschaltet wird.
Um kurze Entladezeiten zu erreichen, aber wenig Verlustleistung im Dauerbetrieb zu generieren, wird der Entladeschalter 12 so durch den Mikrocontroller 20 angesteuert, dass die Entladeschaltung 8 im Normalbetrieb inaktiv ist. Hierzu weist der Mikrocontroller 20 einen Sperreingang (,,Disable"-Eingang) 50 für ein Sperrsignal (,,Disable“-Signal) 52 auf. Bei einer Einspeisung oder einem Anliegen des Sperrsignals 52 wird der Sperreingang 50 aktiviert, und setzt die Entladeschaltung 12 in der Folge außer Betrieb.
Der Sperreingang 50 wird von dem Mikrocontroller 20 daraufhin überwacht, ob er in regelmäßigen Zeitabständen ein- und ausgeschaltet wird. Bei Entfall dieses Wechselsignales oder Störung desselben, wird die Entladeschaltung 12 aktiviert. Dies bedeutet, dass der Mikrocontroller 20 den Entladeschalter 12 mittels des PWM-Treibers 18 leitend schaltet, und die Entladeschaltung 8 somit von einem Ruhebetrieb in einen Entladebetrieb versetzt, wenn kein Sperrsignal 52 in den Sperreingang 50 eingespeist wird.
Erfindungsgemäß wird hierbei die Pulsbreite des (PWM-)Entladesignals durch den Mikrocontroller 20 mit dem Spannungsregler 22 gesteuert, was bei geringer Verlustleistung eine schnelle Entladung dadurch erlaubt, dass die aktuelle Spannung mittels der Spannungsmessung 24 bereitgestellt wird. Die Pulsbreite des Entladestroms durch den Entladewiderstand 10 wird abhängig von der aktuellen Betriebsspannung 16 so gesteuert, dass eine abnehmende Spannung eine größere Pulsbreite des vom PWM-Treiber 18 erzeugten Entladesignals bewirkt.
Der Zusammenhang zwischen aktueller Spannung und Pulsbreite wird im Idealfall so bemessen, dass bei jeder Spannung im Mittel die gleiche Leistung im Entladewiderstand 10 umgesetzt wird.
Die Entladung kann durch den Sperreingang 50 kommandiert werden: Während einer Aktivierung der Entladung durch ein Ausbleiben des Sperrsignals 52 wird die Ausgangsspannung am Widerstand 13 gemessen, um die korrekte Funktion der Entladeschaltung 8 zu überwachen.
In dem schematischen Zeit-Spannungs-Diagramm der Fig. 3 ist horizontal, also entlang der Abszissenachse (X-Achse), die Zeit t, und entlang der vertikalen Ordi- natenachse (Y-Achse) eine Spannung U, beispielsweise in Kilovolt (kV), aufgetragen. In dem Diagramm sind drei Spannungsverläufe 54, 56 und 58 für einen Entladevorgang der vorstehend beschriebenen Entladevorrichtung 2 gezeigt.
Der Spannungsverlauf 54 ist punktiert dargestellt und weist einen konstanten, horizontalen Verlauf parallel zur Zeitachse t auf. Der Spannungsverlauf 54 entspricht hierbei einer sicheren Entladespannung, also eines betriebssicheren Spannungsniveaus, des Kondensators 6, welcher beispielsweise 60 V beträgt. Der Spannungsverlauf 56 zeigt eine herkömmliche RC-Entladung, also eine Entladung eines Kondensators über einen ohmschen Widerstand, wobei der strichpunktiert gezeigte Spannungsverlauf 58 die erfindungsgemäße, PWM-gesteuerte, Entladung des Kondensators 6 mit einer konstanten Leistung zeigt. Wie in der Fig. 3 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, wird das sichere Spannungsniveau 54 mit der erfindungsgemäßen Entladevorrichtung 2 wesentlich schneller erreicht, als mit einer herkömmlichen RC-Entladung.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste
2 Entladevorrichtung
4 Einheit
6 Kondensator
8 Entladeschaltung
10 Entladewiderstand
12 Halbleiterschalter/Entladeschalter
13 Widerstand
14 Referenzpotential
16 Betriebsspannung
18 Pulsweitenmodulationstreiber
20 Mikrocontroller
22 Spannungsregler
24 Spannungsmessung/Spannungsteiler
26 Widerstand
28 Widerstand
30 Kondensator
32 Halbleiterschalter/Bipolartransistor
34 Vorwiderstand
36 Kollektorwiderstand
38 Halbleiterschalter/Bipolartransistor
40 Halbleiterschalter/Bipolartransistor
42 Schaltung
44 Widerstand
46 Zenerdiode
48 Kondensator
50 Sperreingang
52 Sperrsignal
54 Spannungsverlauf
56 Spannungsverlauf
58 Spannungsverlauf U Spannung t Zeit

Claims

Ansprüche Entladevorrichtung (2) zum Entladen eines elektrischen Netzes oder einer elektrisch betriebenen Einheit (4), aufweisend
- eine Entladeschaltung (8) mit einem Entladewiderstand (10) und einem hierzu in Reihe geschalteten normal-sperrenden ersten Halbleiterschalter (12), und
- einen Controller (20) zur Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters (12),
- wobei der Controller (20) so kommandiert ist, dass im Normalbetrieb des Netzes oder der Einheit (4) die Entladeschaltung (8) deaktiviert ist, und dass bei einem Ausbleiben der Kommandierung die Entladeschaltung (8) aktiviert ist. Entladevorrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass der Controller (20) einen Sperreingang (50) für ein Sperrsignal (52) als Kommandierung aufweist, und
- dass der Controller (20) den ersten Halbleiterschalter (12) leitend schaltet, wenn kein Sperrsignal (52) an dem Sperreingang (50) anliegt. Entladevorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Controller (20) und einem Steuereingang des ersten Halbleiterschalters (12) ein Pulsweitenmodulationstreiber (18) zur pulsweitenmodulierten Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters (12) angeordnet ist. Entladevorrichtung (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsweitenmodulationstreiber (18) eine an den Controller (20) angeschlossene Emitterschaltung aufweist, welche eine Endstufe mit zwei komplementären zweiten Halbleiterschaltern (38, 40) ansteuert. 5. Entladevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (20) die Spannung des Netzes oder der Einheit (4) mittels eines Spannungsteilers (24) erfasst.
6. Entladevorrichtung (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pulsbreite der pulsweitenmodulierten Ansteuerung des ersten Halbleiterschalters (12) in Abhängigkeit der aktuellen Spannung des Netzes oder der Einheit (4) gesteuert ist.
7. Entladevorrichtung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Controller (20) und dem Pulsweitenmodulationstreiber (18) ein Spannungsregler (22) geschaltet ist, welcher in Abhängigkeit der aktuellen Spannung des Netzes oder der Einheit (4) die Pulsbreite der pulsweitenmodulierten Ansteuerung einstellt.
8. Entladevorrichtung (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die pulsweitenmodulierten Ansteuerung derart gesteuert ist, dass die Pulsbreite mit abnehmender Spannung des Netzes oder der Einheit (4) vergrößert wird.
9. Entladevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladeschaltung (8) einen Widerstand (13) aufweist, welcher in Reihe zu dem Entladewiderstand (10) und dem ersten Halbleiterschalter (12) geschaltet ist, wobei bei einem Ausbleiben der Kommandierung eine Ausgangsspannung des Widerstands (13) von dem Controller (20) überwacht wird. 19 Elektrisch betriebene Einheit (4), insbesondere elektrischer Kältemittelverdichter eines Kraftfahrzeugs, aufweisend eine Entladevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9. Entladeverfahren zum Entladen eines elektrischen Netzes oder einer elektrisch betriebenen Einheit (4) mittels einer Entladevorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste Halbleiterschalter (12) leitend geschaltet wird, wenn kein Sperrsignal (50) in den Sperreingang (52) einge- speist wird.
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