WO2023036511A1 - Wechselrichter für einen elektrischen antriebsstrang und verfahren zum betrieb eines wechselrichters - Google Patents

Wechselrichter für einen elektrischen antriebsstrang und verfahren zum betrieb eines wechselrichters Download PDF

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inverter
energy source
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voltage
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Florian EICHKORN
Vignesh KUPPUSAMY
Martin Trunk
Manfred Kirschner
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Robert Bosch Gmbh
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    • B60L2210/40—DC to AC converters

Definitions

  • the invention relates to an inverter for an electric drive train and a method for operating an inverter. Furthermore, the invention relates to a drive train with an inverter and a vehicle with a drive train.
  • Inverters for converting a DC voltage from an energy source into a multi-phase AC voltage for supplying an electric machine, for example for an electric drive train of a vehicle are known.
  • a safe state is set in an inverter in the event of a fault, preferably in the event of a fault within an inverter. This ensures safety for people accessing the vehicle, such as rescue workers in the event of an accident, and the integrity of the electrical system. In addition, no incorrect torque is set.
  • the inverter is usually controlled by a control device with a microcontroller in a low-voltage part of the inverter.
  • an independent, redundant second control device in a high-voltage part of the inverter can automatically switch the inverter to a safe state in order to prevent possible damage to electrical components. Damage can occur, for example, as a result of an uncontrolled input of energy due to the induced voltage of the rotating electrical machine in the intermediate DC voltage circuit.
  • the DC voltage intermediate circuit becomes the inverter powered by an energy source connected to it.
  • Conventional methods provide different circuit states as so-called safe states. For example, all switching elements connected to the low potential, so-called low-side switches, can be closed and all switching elements connected to the high potential, so-called high-side switches, can be opened. This mode of operation is also referred to as an active short or short to low condition.
  • all of the high-side switches can also be closed and all of the low-side switches can be opened, resulting in a short-circuit state to a high potential.
  • all switches of the pulse-controlled inverter are opened. This is also a safe state. This is also referred to as freewheel mode.
  • a safe state can be set via a software-independent, redundant switch-off path with a low probability of failure, so that the switching elements are switched to a safe state even in the event of serious internal errors, such as the loss of the microcontroller supply.
  • the energy source of a drive train When the energy source of a drive train is discharged, it must be recharged so that the drive train or the vehicle with the drive train is ready for use again.
  • the energy source is charged with a high DC voltage by means of a charging device when the vehicle is stationary and thus when the electrical machine is stationary or not rotating or rotating.
  • This DC voltage is also present at the inverter during the charging process, since the energy source is electrically connected to the inverter.
  • it and preferably the switching elements of the bridge circuit of the inverter must be actively controlled. To this end, it has been preferred up to now, preferably by means of the control device in a low-voltage part of the inverter, to drive the inverter into the short-circuit state at a low potential.
  • An inverter for an electric drive train comprising an input connection for connecting an energy source and a charging device connected in parallel for charging the energy source, an output connection for connecting a multi-phase electric machine and a plurality of switching elements of a bridge circuit.
  • the inverter is characterized by being arranged to open the switching elements while the power source is being charged by the charger.
  • An inverter for an electric powertrain is provided.
  • An inverter is used to convert direct current into alternating current and/or vice versa.
  • an inverter has on the one hand an input connection to which a DC voltage source, an energy source, can be connected. Connecting here means the electrical connection, making contact or establishing an electrical connection between the inverter and the connection contacts of the energy source.
  • the energy source can be an electric battery, traction battery or a fuel cell.
  • the electrical energy from the DC voltage source is converted into a multi-phase AC voltage within the inverter by means of a bridge circuit in order to supply a multi-phase load.
  • the inverter includes an output connection to which a multi-phase electrical machine can be connected as a load.
  • Connecting here means the electrical connection, making contact or establishing an electrical connection between the inverter and the connection contacts of the electrical machine.
  • a multi-phase synchronous machine or asynchronous machine can preferably be connected as the electrical machine.
  • a bridge circuit includes a plurality of switching elements, for example a B6 bridge for supplying a three-phase load includes six switching elements. In each case, two switching elements are connected in series to form an H-bridge. The series connection is connected between the upper potential and the lower potential of the input connection. A center tap between the two switching elements, ie an upper and a lower switching element, is electrically connected to a phase or a potential of the output connection.
  • an electrical connection between the upper potential of the input terminal and the phase can be established by closing an upper switching element, and an electrical connection between the lower potential of the input terminal and the phase can be established by closing a lower switching element.
  • a DC voltage present at the input connection is provided as an AC voltage at the output connection, for example by means of pulse width modulation or block commutation.
  • a charger can be connected to the input connection of the inverter in parallel with the DC voltage source. This enables the energy source to be charged by means of the charging device. To this end, the charger draws electrical energy from an electrical power supply network or an electrical storage arrangement.
  • the charger converts this electrical energy, DC voltage or AC voltage, into a sufficiently high DC voltage.
  • This DC voltage is electrically connected to the connection contacts of the energy source.
  • the DC voltage provided by the charger is greater than the current voltage of the energy source, the electrical energy flows into the energy source.
  • the energy source is charged. While the energy source is being charged, the DC voltage is also present at the input connection of the inverter due to the electrical parallel connection of the energy source to be connected and the charging device.
  • the inverter is set up to open the switching elements of the bridge circuit, in particular while the energy source is being charged by means of the charger. Thus, all switching elements between the input terminal and the output terminal of the inverter are open. A current flow between the energy source and the electrical machine is thus prevented during charging.
  • individual switching elements are not loaded with the full intermediate circuit voltage during the charging time.
  • the inverter includes a data memory with a memory content.
  • the inverter is set up to set a first or a second safe state depending on the memory content.
  • Establishing the first safe state includes opening the switching elements.
  • setting the second safe state includes closing all of the lower or all of the upper switching elements of the bridge circuit.
  • the inverter includes a data memory with a memory content.
  • a data memory is, for example, an electronic component which can assume at least two different states, for example. These different states are referred to as memory content, for example.
  • the memory content of a data memory can be read out electronically.
  • the inverter is designed to set a first or a second safe state depending on the memory content.
  • safe states for an inverter are known to ensure safety for persons accessing the vehicle as well as the integrity of the electrical system.
  • Establishing the first safe state includes opening the switching elements of the bridge circuit.
  • Setting the second safe state includes in particular the closing of all lower or all upper switching elements of the bridge circuit.
  • An inverter which sets a first or a second safe state depending on a memory content.
  • an inverter is provided in which the setting of a first or second safe state can be specified by specifying a memory content.
  • the inverter has a driving mode and a charging mode.
  • the inverter is set up to specify the memory content of the data memory so that during operation in charging mode as a safe state of the first safe state is provided and in particular to specify the memory content of the data memory in such a way that the second safe state is provided as a safe state during operation in driving mode.
  • An inverter has different operating modes. When a vehicle is driving, the inverter is operated in a driving mode. In the driving operating mode, the inverter converts electrical energy that is present at the input connection and makes it available at the output connection, or the inverter converts the electrical energy of a connected energy source and transmits it to a connected polyphase electrical machine.
  • the rotor of the multi-phase electrical machine preferably rotates during the driving operating mode.
  • the inverter is operated in a charging operating mode in which a DC voltage is present at the input connection.
  • the rotor of the multi-phase electrical machine preferably stands still during the charging operating mode and the rotor preferably does not rotate.
  • the inverter disconnects the electrical connection between the input port and the output port, or the inverter disconnects the electrical connection between a connected energy source and the multi-phase electric machine.
  • the inverter specifies the memory content of the data memory in such a way that the first safe state is set as the safe state during operation in the charging operating mode. Consequently, depending on the present memory content, the inverter opens all switching elements of the bridge circuit in the charging operating mode, in which the energy source is charged by means of the charging device.
  • the inverter specifies the memory content of the data memory in such a way that the second safe state is set as the safe state during operation in the driving operating mode.
  • the setting of the second safe state preferably includes the closing of all lower or all upper switching elements of the bridge circuit.
  • An inverter is advantageously provided which, depending on the present operating mode, provides a first or second safe state as a safe state and thus ensures improved safety and service life.
  • the inverter includes at least one impedance that is connected in parallel to a switching element of the bridge circuit.
  • An impedance is preferably connected in parallel with each of the lower and/or the upper switching elements.
  • An impedance preferably includes an ohmic resistance, a capacitance and/or an inductance.
  • An impedance is connected in parallel with at least one switching element of the bridge circuit or each of the lower and/or upper switching elements of the bridge circuit.
  • the parallel-connected impedances have the effect that a voltage applied to the bridge circuit is defined or evenly distributed over the bridge branches and the individual switching elements.
  • the impedances at the individual switching elements are therefore preferably of the same size for uniform distribution.
  • An impedance preferably includes an ohmic resistance, a capacitance and/or an inductance.
  • the ohmic resistances are preferably very high-impedance, preferably between approximately 100 kOhm and 10 MOhm.
  • An inverter is advantageously provided in which the voltage applied to the bridge circuit is defined and/or evenly distributed to the switching elements when the switching elements are open. This controls and balances the load on the switches and increases the life of the inverter.
  • the inverter includes a low-voltage part and a high-voltage part, with the inverter providing the safe state by means of the high-voltage part.
  • An inverter which on the one hand includes a low-voltage part, which preferably includes the control electronics for controlling the bridge circuit, preferably for the driving mode, and/or the communication with other vehicle control units.
  • the low-voltage part of the inverter is preferably supplied with electrical energy by means of a connected low-voltage vehicle electrical system.
  • the inverter also includes a high-voltage part, which preferably includes the high-voltage electrical components in the inverter, such as, for example busbars, the intermediate circuit capacitor, the bridge circuit and the gate driver.
  • the high-voltage part of the inverter is preferably supplied with electrical energy by means of a connected high-voltage traction network, to which the energy source is also connected.
  • the high voltage part includes a safe state setting circuit.
  • an inverter which, in the event of a defective low-voltage part or a lack of power supply in the low-voltage part, nevertheless provides a safe state from the high-voltage part alone. Consequently, a safe state, preferably freewheeling, is advantageously set by means of the high-voltage part in a charging operating mode depending on the memory content in the event of an inadequate supply of the low-voltage part.
  • the high-voltage part includes the data memory.
  • the inverter is set up to set the memory content of the data memory by means of a signal from the low-voltage part to the high-voltage part.
  • the high-voltage part also includes the data memory.
  • the memory content of the data memory is set and specified as a function of a signal which is transmitted from the low-voltage part to the high-voltage part.
  • a digital signal is preferably transmitted via an isolation barrier from the low-voltage to the high-voltage part of the inverter.
  • the information of the signal is stored in the data memory as memory content, preferably in a register, latch or status latch with a low failure rate.
  • Two pieces of information are preferably transmitted via a digital signal with a modulated clock ratio and frequency. This preferably makes it possible to save a digital signal via the isolation barrier, as a result of which a converter channel or optocoupler can be saved.
  • a microcontroller the main microcontroller, of the low voltage part of the inverter sends a clock signal (clock signal) via a digital isolator.
  • This signal preferably contains the two pieces of information encoded in frequency and clock ratio.
  • the clock ratio of the signal preferably indicates, as information in the signal, whether the first safe state or the second safe state is to be set as the safe state.
  • the frequency preferably indicates, as other information, whether the safe state has been triggered or not is provided.
  • the safe state is triggered or set when the signal falls below a frequency threshold.
  • the data memory or the latch preferably evaluates both pieces of information and stores the first piece of information, the type of safe state, as memory content.
  • Both pieces of information are preferably forwarded to the gate driver via a logic circuit, preferably linked to other pieces of information, in order to set a safe state.
  • the information that the safe state is triggered preferably causes the latch to be blocked.
  • the evaluation of the signal frequency preferably takes place significantly faster than that of the clock ratio, as a result of which static signals are immediately recognized as such and the previously transmitted safe state can be reliably stored and set.
  • the latch can consist of analog or digital logic components. Alternatively, instead of the one modulated clock signal, two digital signals can also be used in order to transmit the two pieces of information to the data memory or the latch.
  • the memory content preferably acts directly on a redundant switch-off path, preferably in the high-voltage part, and sets freewheeling, ie the opening of the switching elements of the bridge circuit, as a safe state during charging of the energy source or during the charging operating mode.
  • the inverter is set up to switch off the low-voltage part while the energy source is being charged by the charger.
  • the inverter turns off the low-voltage part while the power source is being charged by the charger or during the charging operation mode.
  • the frequency of the signal from the low-voltage part drops accordingly, so that the inverter switches to the safe state depending on the storage content.
  • the inverter sets the memory content of the data memory in charging mode so that as a safe state the first safe state, namely freewheeling, is provided.
  • the inverter is controlled during the charging mode to set a safe state via the high-voltage part.
  • the high-voltage part is preferably supplied by means of a high-voltage traction network.
  • the energy source is preferably connected to the high-voltage traction network.
  • the safe state is set depending on the storage content in the data memory or in the latch, which allows the low-voltage part of the inverter to be switched off during the charging mode of operation.
  • the memory content of the data memory or the latch preferably holds the second safe state, preferably the active short circuit, as a safe state in normal operation or driving mode, independently of the microcontroller, in order to ensure torque and high-voltage safety.
  • the memory content is preferably only set in such a way that switching to the first safe state or freewheeling occurs when the data memory receives a reset signal and a modulated clock signal.
  • the output signal of the latch depending on the memory content of the data memory or of the latch, preferably controls the output stage of the gate driver directly via digital or analog logic in order to close or open the switching elements.
  • the energy consumption of the inverter is minimized during charging.
  • almost no electrical power is consumed via the connected low-voltage vehicle electrical system, by means of which the low-voltage part of the inverter is preferably supplied.
  • the invention relates to a drive train of a vehicle with an inverter.
  • a powertrain with an inverter is provided.
  • a drive train of a vehicle preferably includes an energy source, a charging device and/or an electric machine. Modification of this drive train with an inverter as described advantageously enables minimized power consumption and loading during charging of the energy source.
  • the invention relates to a vehicle with a drive train as previously described.
  • a vehicle is advantageously provided in which advantageous minimized power consumption and load during charging of the energy source.
  • the invention also relates to a method for operating an inverter, the inverter comprising an input connection for connecting an energy source and a charger connected in parallel for charging the energy source, an output connection for connecting a multi-phase electrical machine and a plurality of switching elements of a bridge circuit.
  • the method comprises the steps: opening the switching elements while the energy source is being charged by the charger.
  • a current flow between the energy source and the electrical machine is advantageously prevented during charging.
  • individual switching elements are not loaded with the full intermediate circuit voltage during the charging time.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an inverter.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a vehicle with a drive train
  • figure 3 a schematically illustrated method for operating an inverter.
  • FIG. 1 shows an inverter 100 with an input connection 102 for connecting an energy source 104.
  • the energy source 104 is preferably a battery, an accumulator, a high-voltage battery or a fuel cell, which is set up to provide a DC voltage at the input connection 102 of the inverter 100.
  • a charging device 106 is connected in parallel with the energy source 104 .
  • the charger 106 is set up to receive electrical energy 108 from a power supply network or a storage battery. This electrical energy 108 can be available as DC voltage or AC voltage.
  • the charging device 106 transforms the electrical energy 108 into a charging voltage which is adapted to the energy source, and preferably to its charging state, and outputs this via the electrical connections to the energy source 104 while the energy source 104 is being charged.
  • the inverter includes a multi-phase output connection 112 for connecting a multi-phase electrical machine 114.
  • the inverter includes a plurality of switching elements 120Px, 120Nx of a bridge circuit.
  • FIG. 1 shows an example of a B6 bridge, which includes three half-bridges, each with an upper 120Px and a lower 120Nx switching element.
  • the switching elements 120Px, 120Nx are preferably IGBTs or MOSFETS.
  • the switching elements 120Px, 120Nx preferably comprise an intrinsic freewheeling diode or body diode. Alternatively, a freewheeling diode is preferably connected in parallel with the switching elements 120Px, 120Nx. For reasons of clarity, these freewheeling diodes are not shown in FIG.
  • the series connection of a half-bridge made up of upper and lower switching elements is connected between the potentials of the input connection 102 and a center tap between the two switching elements 120Px, 120Nx is connected to a potential of the multi-phase output connection 112.
  • a DC voltage present at the input connection 102 preferably in the driving mode, is converted into an AC voltage by means of staggered and alternating closing and opening of the upper 120Px and lower 120Nx switching elements and is multi-phased at the output connection 112. provided to supply a connectable electrical machine 114.
  • the inverter preferably includes impedances 122Px and 122Nx, which are each connected in parallel with a switching element 120Px, 120Nx.
  • the electrical machine 114 that can be connected can be, for example, any multi-phase synchronous or asynchronous machine excited by permanent magnets or separately excited.
  • a low-voltage part 150 of the inverter and a high-voltage part 160 that is delimited and insulated therefrom.
  • the inverter 100 is preferably set up to transmit a signal 130 from the low-voltage part 150 to the high-voltage part 160 . It is preferably transmitted to a data memory 170 within the high-voltage part and the information is stored there as memory content.
  • the inverter is also set up to set a predetermined safe state as a safe state, preferably depending on the memory content (shown in FIG. 1 by the arrow from the data memory in the direction of the bridge circuit). Wherein the inverter is set up to open all switching elements 120Px, 120Nx while the energy source 104 is being charged by means of the charging device 106 .
  • FIG. 2 shows a schematically illustrated vehicle 300 with four wheels 302 and a drive train 200.
  • the vehicle 300 is shown here only as an example with four wheels 302, the invention being equally applicable in any vehicle with any number of wheels on land, on water and in the air can be used.
  • the drive train 200 shown as an example comprises at least one inverter 100.
  • the drive train preferably also comprises an electrical energy source 104 and/or a polyphase electrical machine 114.
  • the energy from the DC voltage source or energy source 104 is converted by the inverter 100 into a polyphase AC voltage for the operation of the electrical Machine 114 as a drive assembly for vehicle 300.
  • the drive train preferably includes a charging device 106, which is electrically connected to energy source 104 for charging it and is connected in parallel.
  • the charger is connected to an interface 107, preferably a charging socket on the body of the vehicle to preferably connect the charger to a power supply network or to a battery storage to provide the electrical energy 108 to charge the Energy source 104.
  • the charging device can also be arranged outside of the drive train and also outside of the vehicle, for example in the infrastructure, with this being electrically connected to the energy source 104 and switched in parallel to charge it.
  • FIG. 3 shows a schematically illustrated flowchart for a method 400 for operating an inverter 100.
  • the method 400 starts with step 405.
  • step 410 all switching elements 120Px, 120Nx of the bridge circuit of the inverter are opened, while the energy source 104 by means of the charger 106 is loaded.
  • step 415 the method ends.

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Abstract

Wechselrichter (100) für einen elektrischen Antriebsstrang (300), wobei der Wechselrichter (100) einen Eingangsanschluss (102) zum Anschließen einer Energiequelle (104) und eines parallel geschalteten Ladegerätes (106) zum Laden der Energiequelle (104), einen Ausgangsanschluss (112) zum Anschließen einer mehrphasigen elektrischen Maschine (114), und eine Mehrzahl an Schaltelementen (120Px, 120Nx) einer Brückenschaltung umfasst. Der Wechselrichter (100) ist dazu eingerichtet, die Schaltelemente (120Px, 120Nx) zu öffnen, während die Energiequelle (104) mittels des Ladegerätes (106) geladen wird.

Description

Beschreibung
Titel
Wechselrichter für einen elektrischen Antriebsstrang und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters
Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter für einen elektrischen Antriebsstrang und ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einem Wechselrichter sowie ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang.
Stand der Technik
Wechselrichter für die Wandlung einer Gleichspannung aus einer Energiequelle in eine mehrphasige Wechselspannung zur Versorgung einer elektrischen Maschine für beispielsweise einen elektrischen Antriebsstrang eines Fahrzeugs sind bekannt. Gemäß der Druckschrift DE 10 2012 216 008 Al wird in einem Fehlerfall, bevorzugt in einem Fehlerfall innerhalb eines Wechselrichters, in einem Wechselrichter ein sicherer Zustand eingestellt. Somit bleibt die Sicherheit für auf das Fahrzeug zugreifende Personen, wie beispielsweise Rettungskräfte bei einem Unfall und die Integrität des elektrischen Systems gewährleistet. Darüber hinaus wird dabei auch kein falsches Drehmoment gestellt. Üblicherweise wird der Wechselrichter durch eine Steuereinrichtung mit einem Mikrocontroller in einem Niederspannungs-Teil des Wechselrichters gesteuert. Bei einem Ausfall der Niederspannungsversorgung kann eine unabhängige, redundante zweite Steuereinrichtung in einem Hochspannungs-Teil des Wechselrichters den Wechselrichter selbstständig in einen sicheren Zustand schalten, um eine mögliche Schädigung elektrischer Komponenten zu verhindern. Eine Schädigung kann beispielsweise durch einen unkontrollierten Energieeintrag aufgrund der induzierten Spannung der drehenden elektrischen Maschine in den Gleichspannungszwischenkreis erfolgen. Aus dem Gleichspannungszwischenkreis wird der Wechselrichter über eine daran angeschlossene Energiequelle gespeist. Herkömmliche Verfahren sehen verschiedene Schaltungszustände als sogenannte sichere Zustände vor. Beispielsweise können sämtliche mit dem niedrigen Potential verbundenen Schaltelemente, sogenannte Low-Side-Schalter, geschlossen und alle mit dem hohen Potential verbundenen Schaltelemente, sogenannte High-Side-Schalter, geöffnet werden. Diese Betriebsart wird auch als aktiver Kurzschluss oder Kurzschlusszustand zu niedrigem Potential bezeichnet. Es können alternativ auch alle High-Side-Schalter geschlossen und alle Low-Side-Schalter geöffnet werden, so dass ein Kurzschlusszustand zu hohem Potential entsteht. Bei einem anderen Abschaltverfahren werden sämtliche Schalter des Pulswechselrichters geöffnet. Dies ist ebenfalls ein sicherer Zustand. Dieser wird auch als Freilaufmodus bezeichnet. Das Stellen eines sicheren Zustands kann über einen softwareunabhängigen, redundanten Abschaltpfad mit geringer Ausfallwahrscheinlichkeit erfolgen, damit die Schaltelemente auch bei schwerwiegenden internen Fehlern, wie z.B. dem Verlust der Mikrocontrollerversorgung, in einen sicheren Zustand geschaltet werden.
Bei entladener Energiequelle eines Antriebsstranges, muss diese wieder aufgeladen werden, damit der Antriebsstrang oder das Fahrzeug mit dem Antriebsstrang wieder einsatzbereit wird. Die Energiequelle wird hierzu mit einer hohen Gleichspannung mittels einem Ladegerät bei Stillstand des Fahrzeugs und damit bei stillstehender oder nicht rotierender oder drehender elektrischer Maschine geladen. Diese Gleichspannung liegt während des Ladevorgangs auch am Wechselrichter an, da die Energiequelle elektrisch mit dem Wechselrichter verbunden ist. Zur Gewährleistung der Sicherheit des Wechselrichters muss dieser, und bevorzugt die Schaltelemente der Brückenschaltung des Wechselrichters, aktiv angesteuert werden. Bevorzugt wird hierzu bisher, bevorzugt mittels der Steuereinrichtung in einem Niederspannungs-Teil des Wechselrichters, der Wechselrichter in den Kurzschlusszustand zu niedrigem Potential angesteuert. Bei dem Kurzschlusszustand zu niedrigem Potential werden sämtliche mit dem niedrigen Potential verbundenen Schaltelemente geschlossen, sodass die Wicklungen einer angeschlossenen elektrischen Maschine kurzgeschlossen sind. Diese Ansteuerung führt während des Ladens zu einer niederspannungsseitigen Leistungsaufnahme. Zudem wird die Hälfte der Schaltelemente, also die geöffneten Schaltelemente, über die gesamte Ladezeit mit voller Zwischenkreisspannung belastet. Es besteht daher ein Bedarf, diese Leistungsaufnahme sowie die Belastung der Schaltelemente zu minimieren, um die notwendige Ladezeit zu verkürzen, mittels einer Erhöhung des Wirkungsgrades den Energiebedarf zu senken und schließlich die Lebensdauer der elektronischen Bauteile zu erhöhen.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Wechselrichter für einen elektrischen Antriebsstrang bereitgestellt, wobei der Wechselrichter einen Eingangsanschluss zum Anschließen einer Energiequelle und eines parallel geschalteten Ladegerätes zum Laden der Energiequelle, einen Ausgangsanschluss zum Anschließen einer mehrphasigen elektrischen Maschine und eine Mehrzahl an Schaltelementen einer Brückenschaltung umfasst. Der Wechselrichter ist dadurch gekennzeichnet, dass er dazu eingerichtet ist, die Schaltelemente zu öffnen, während die Energiequelle mittels des Ladegerätes geladen wird.
Es wird ein Wechselrichter für einen elektrischen Antriebsstrang bereitgestellt. Ein Wechselrichter dient der Wandlung einer Gleichspannung in eine Wechselspannung und/ oder umgekehrt. Entsprechend weist ein Wechselrichter einerseits einen Eingangsanschluss auf, an dem eine Gleichspannungsquelle, eine Energiequelle, angeschlossen werden kann. Anschließen bedeutet hierbei das elektrische Verbinden, kontaktieren oder Herstellen einer elektrischen Verbindung des Wechselrichters mit den Anschlusskontakten der Energiequelle. Die Energiequelle kann eine elektrische Batterie, Traktionsbatterie oder eine Brennstoffzelle sein. Die elektrische Energie der Gleichspannungsquelle wird innerhalb des Wechselrichters mittels einer Brückenschaltung in eine mehrphasige Wechselspannung gewandelt zur Versorgung einer mehrphasigen Last. Hierzu umfasst der Wechselrichter einen Ausgangsanschluss, an dem als Last eine mehrphasige elektrische Maschine angeschlossen werden kann. Anschließen bedeutet hierbei das elektrische Verbinden, kontaktieren oder Herstellen einer elektrischen Verbindung des Wechselrichters mit den Anschlusskontakten der elektrischen Maschine. Als elektrische Maschine kann hierbei bevorzugt eine mehrphasige Synchronmaschine oder Asynchronmaschine angeschlossen werden. Zur Wandlung der elektrischen Energie umfasst eine Brückenschaltung eine Mehrzahl an Schaltelementen, beispielsweise umfasst eine B6-Brücke zur Versorgung einer dreiphasigen Last sechs Schaltelemente. Jeweils zwei Schaltelemente sind dabei zu einer H-Brücke in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung ist zwischen das obere Potential und das untere Potential des Eingangsanschlusses geschaltet. Ein Mittelabgriff zwischen den zwei Schaltelementen, also einem oberen und einem unteren Schaltelement, ist mit einer Phase oder einem Potential des Ausgangsanschlusses elektrisch verbunden. Folglich kann durch Schließen eines oberen Schaltelementes eine elektrische Verbindung zwischen dem oberen Potential des Eingangsanschlusses und der Phase hergestellt werden und durch Schließen eines unteren Schaltelementes eine elektrische Verbindung zwischen dem unteren Potential des Eingangsanschlusses und der Phase hergestellt werden. Mittels jeweils versetzten und abwechselnden Öffnen und Schließen der beiden Schalter wird eine an dem Eingangsanschluss anliegende Gleichspannung als Wechselspannung an dem Ausgangsanschluss bereitgestellt, beispielsweise mittels Pulsweitenmodulation oder Blockkommutierung. Für jede Phase des Ausgangsanschlusses ist eine entsprechende H-Brücke vorhanden. An den Eingangsanschluss des Wechselrichters kann parallel zur Gleichspannungsquelle ein Ladegerät angeschlossen werden. Dies ermöglicht ein Laden der Energiequelle mittels des Ladegerätes. Hierzu entnimmt das Ladegerät einem elektrischen Stromversorgungsnetz oder einer elektrischen Speicheranordnung elektrische Energie. Diese elektrische Energie, Gleichspannung oder Wechselspannung, wandelt das Ladegerät in eine ausreichend hohe Gleichspannung. Diese Gleichspannung wird mit den Anschlusskontakten der Energiequelle elektrisch verbunden. Solange die seitens des Ladegerätes bereitgestellte Gleichspannung größer als die aktuelle Spannung der Energiequelle ist, fließt die elektrische Energie in die Energiequelle. Dabei wird die Energiequelle geladen. Während die Energiequelle geladen wird, liegt die Gleichspannung aufgrund der elektrischen Parallelschaltung der anzuschließenden Energiequelle und des Ladegerätes auch am Eingangsanschluss des Wechselrichters an. Der Wechselrichter ist dazu eingerichtet, die Schaltelemente der Brückenschaltung zu öffnen, insbesondere während des Ladens der Energiequelle mittels des Ladegerätes. So sind alle Schaltelemente zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Wechselrichters geöffnet. Somit wird während des Ladens ein Stromfluss zwischen der Energiequelle und der elektrischen Maschine unterbunden. Vorteilhaft werden einzelne Schaltelemente nicht während der Ladezeit mit voller Zwischenkreisspannung belastet.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Wechselrichter einen Datenspeicher mit einem Speicherinhalt. Der Wechselrichter ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des Speicherinhalts einen ersten oder einen zweiten sicheren Zustand zu stellen. Das Stellen des ersten sicheren Zustands umfasst das Öffnen der Schaltelemente. Insbesondere umfasst das Stellen des zweiten sicheren Zustands das Schließen aller unteren oder aller oberen Schaltelemente der Brückenschaltung.
Der Wechselrichter umfasst einen Datenspeicher mit einem Speicherinhalt. Ein Datenspeicher ist in einem einfachen Fall beispielsweise ein elektronisches Bauteil, welches beispielsweise mindestens zwei unterschiedliche Zustände einnehmen kann. Diese unterschiedlichen Zustände werden beispielsweise als Speicherinhalt bezeichnet. Der Speicherinhalt eines Datenspeichers ist elektronisch auslesbar. Der Wechselrichter ist dazu ausgelegt, in Abhängigkeit des Speicherinhalts einen ersten oder einen zweiten sicheren Zustand zu stellen. Sichere Zustände für einen Wechselrichter sind, wie oben erläutert, zur Gewährleistung der Sicherheit für auf das Fahrzeug zugreifende Personen sowie der Integrität des elektrischen Systems bekannt. Das Stellen des ersten sicheren Zustands umfasst das Öffnen der Schaltelemente der Brückenschaltung. Das Stellen des zweiten sicheren Zustands umfasst insbesondere das Schließen aller unteren o- der aller oberen Schaltelemente der Brückenschaltung.
Es wird ein Wechselrichter bereitgestellt, der in Abhängigkeit eines Speicherinhalts einen ersten oder einen zweiten sicheren Zustand einstellt. Vorteilhaft wird ein Wechselrichter bereitgestellt, bei dem durch Vorgabe eines Speicherinhalts das Stellen eines ersten oder zweiten sicheren Zustands vorgebbar ist.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist der Wechselrichter einen Fahrbetriebsmodus und einen Ladebetriebsmodus auf. Der Wechselrichter ist dazu eingerichtet, den Speicherinhalt des Datenspeichers so vorzugeben, dass während eines Betriebes im Ladebetriebsmodus als sicherer Zustand der erste sichere Zustand gestellt wird und insbesondere den Speicherinhalt des Datenspeichers so vorzugeben, dass während eines Betriebes im Fahrbetriebsmodus als sicherer Zustand der zweite sichere Zustand gestellt wird.
Ein Wechselrichter weist unterschiedliche Betriebsmodi auf. Während des Fährbetriebes eines Fahrzeuges, wird der Wechselrichter in einem Fahrbetriebsmodus betrieben. Bei dem Fahrbetriebsmodus wandelt der Wechselrichter eine am Eingangsanschluss anliegende elektrische Energie und stellt diese am Ausgangsanschluss bereit oder der Wechselrichter wandelt die elektrische Energie einer angeschlossenen Energiequelle und überträgt diese an eine angeschlossene mehrphasige elektrische Maschine. Bevorzugt dreht sich während des Fahrbetriebsmodus der Rotor der mehrphasigen elektrischen Maschine. Während eines Ladebetriebes des Fahrzeuges, bei dem die angeschlossene Energiequelle mittels des Ladegerätes geladen wird, wird der Wechselrichter in einem Ladebetriebsmodus betrieben, bei dem eine Gleichspannung an dem Eingangsanschluss anliegt. Bevorzugt steht der Rotor der mehrphasigen elektrischen Maschine still während des Ladebetriebsmodus und bevorzugt dreht sich der Rotor nicht. Bei dem Ladebetriebsmodus trennt der Wechselrichter die elektrische Verbindung zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss oder der Wechselrichter trennt die elektrische Verbindung zwischen einer angeschlossenen Energiequelle und der mehrphasigen elektrischen Maschine. Der Wechselrichter gibt den Speicherinhalt des Datenspeichers so vor, dass während eines Betriebes im Ladebetriebsmodus als sicherer Zustand der erste sichere Zustand gestellt wird. Folglich öffnet der Wechselrichter in Abhängigkeit des vorliegenden Speicherinhalts alle Schaltelemente der Brückenschaltung in dem Ladebetriebsmodus, bei dem die Energiequelle mittels des Ladegerätes geladen wird. Insbesondere gibt der Wechselrichter den Speicherinhalt des Datenspeichers so vor, dass während eines Betriebes im Fahrbetriebsmodus als sicherer Zustand der zweite sichere Zustand gestellt wird. Wobei bevorzugt das Stellen des zweiten sicheren Zustands das Schließen aller unteren oder aller oberen Schaltelemente der Brückenschaltung umfasst. Vorteilhaft wird ein Wechselrichter bereitgestellt, der in Abhängigkeit des vorliegenden Betriebsmodus als sicheren Zustand einen ersten oder zweiten sicheren Zustand stellt und somit eine verbesserte Sicherheit und Lebensdauer gewährleistet. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Wechselrichter mindestens eine Impedanz, die einem Schaltelement der Brückenschaltung parallel geschaltet ist. Bevorzugt ist jedem der unteren und/oder der oberen Schaltelemente eine Impedanz parallel geschaltet. Bevorzugt umfasst eine Impedanz einen ohmschen Widerstand, eine Kapazität und/ oder eine Induktivität.
Mindestens einem Schaltelement der Brückenschaltung oder jedem der unteren und/oder oberen Schaltelemente der Brückenschaltung ist eine Impedanz parallel geschaltet. Die parallel geschalteten Impedanzen bewirken, dass sich eine an der Brückenschaltung anliegende Spannung definiert, beziehungsweise gleichmäßig, auf die Brückenzweige und die einzelnen Schaltelemente verteilt. Bevorzugt sind für eine gleichmäßige Verteilung daher die Impedanzen an den einzelnen Schaltelementen gleich groß. Bevorzugt umfasst eine Impedanz einen ohmschen Widerstand, eine Kapazität und/ oder eine Induktivität. Bevorzugt sind die ohmschen Widerstände sehr hochohmig, bevorzugt zwischen ca. 100 kOhm und 10 MOhm.
Vorteilhaft wird ein Wechselrichter bereitgestellt, bei dem sich die anliegende Spannung an der Brückenschaltung bei geöffneten Schaltelementen definiert und/ oder gleichmäßig auf die Schaltelemente verteilt. Somit wird die Belastung der Schalter gesteuert und ausgeglichen und die Lebensdauer des Wechselrichters erhöht.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Wechselrichter einen Niederspannungs-Teil und einen Hochspannungs-Teil, wobei der Wechselrichter mittels des Hochspannungs-Teils den sicheren Zustand stellt.
Es wird ein Wechselrichter bereitgestellt, der einerseits einen Niederspannungs- Teil umfasst, der bevorzugt die Ansteuerelektronik für die Ansteuerung der Brückenschaltung, bevorzugt für den Fahrbetriebsmodus, und/ oder die Kommunikation mit anderen Fahrzeugsteuergeräten umfasst. Der Niederspannungs-Teil des Wechselrichters wird bevorzugt mittels eines angeschlossenen Niederspannungs-Bordnetz mit elektrischer Energie versorgt. Weiter umfasst der Wechselrichter einen Hochspannungs-Teil, der bevorzugt die Hochspannung führenden elektrischen Bauelemente in dem Wechselrichter umfassen, wie beispielsweise Busbars, den Zwischenkreiskondensator, die Brückenschaltung und den Gatetreiber. Der Hochspannungs-Teil des Wechselrichters wird bevorzugt mittels eines angeschlossenen Hochspannungs-Traktionsnetz mit elektrischer Energie versorgt, an welches auch die Energiequelle angeschlossen ist. Der Hochspannungs-Teil umfasst eine Schaltung zur Stellung eines sicheren Zustands. Vorteilhaft wird ein Wechselrichter bereitgestellt, der bei defekten Niederspannungs-Teil oder mangelnder Niederspannungs-Teil Stromversorgung dennoch einen sicheren Zustand alleine aus dem Hochspannungs-Teil stellt. Vorteilhaft wird folglich in einem Ladebetriebsmodus in Abhängigkeit des Speicherinhalts bei mangelhafter Versorgung des Niederspannungsteils ein sicherer Zustand, bevorzugt der Freilauf, mittels des Hochspannungs-Teils gestellt.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Hochspannungs-Teil den Datenspeicher. Der Wechselrichter ist dazu eingerichtet, mittels eines Signals aus dem Niederspannungs-Teil zum Hochspannungs-Teil, den Speicherinhalt des Datenspeichers einzustellen.
Der Hochspannungs-Teil umfasst auch den Datenspeicher. Der Speicherinhalt des Datenspeichers wird in Abhängigkeit eines Signals eingestellt und vorgegeben, welches aus dem Niederspannungs-Teil in den Hochspannungs-Teil übertragen wird. Hierzu wird bevorzugt ein digitales Signal über eine Isolationsbarriere vom Niederspannungs- in den Hochspannungs-Teil des Wechselrichters übermittelt. Die Information des Signals wird in dem Datenspeicher als Speicherinhalt gespeichert, bevorzugt in einem Register, Latch oder Statuslatch mit geringer Ausfallrate. Bevorzugt werden zwei Informationen über ein digitales Signal mit moduliertem Taktverhältnis und Frequenz übermittelt. Bevorzugt ermöglicht dies, ein digitales Signal über die Isolationsbarriere einzusparen, wodurch ein Wandlerkanal bzw. Optokoppler eingespart werden kann. Bevorzugt sendet ein Mikrocontroller, der Haupt-Mikrocontroller, des Niederspannungs-Teils des Wechselrichters, ein Taktsignal (clock signal), über einen digitalen Isolator. Dieses Signal enthält bevorzugt die zwei Informationen, die in Frequenz und Taktverhältnis verschlüsselt sind. Bevorzugt zeigt das Taktverhältnis des Signals als eine Information des Signals an, ob als sicherer Zustand der erste sichere Zustand oder der zweite sichere Zustand eingestellt werden soll. Bevorzugt zeigt die Frequenz als andere Information an, ob der sichere Zustand ausgelöst oder gestellt wird. Der sichere Zustand wird ausgelöst oder gestellt, wenn eine Frequenzschwelle des Signals unterschritten wird. Bevorzugt wertet der Datenspeicher oder das Latch beide Informationen aus und speichert die erste Information, die Art des sicheren Zustands, als Speicherinhalt. Bevorzugt werden beide Informationen über eine Logikschaltung, bevorzugt mit weiteren Informationen verknüpft, an den Gatetreiber zum Stellen eines sicheren Zustands weitergeleitet. Bevorzugt bewirkt die Information, dass der sichere Zustand ausgelöst wird, die Sperrung des Latchs. Dadurch lässt sich die Information welcher der beiden sicheren Zustände gestellt werden soll, nicht mehr ändern, solange die Auslösung des sicheren Zustands nicht wieder zurückgenommen wird. Bevorzugt geschieht die Auswertung der Signalfrequenz deutlich schneller als die des Taktverhältnisses, wodurch statische Signale sofort als solche erkannt werden und zuverlässig der vorher übermittelte sichere Zustand gespeichert und eingestellt werden kann. Das Latch kann aus analogen oder digitalen Logikbausteinen bestehen. Alternativ können statt des einen modulierten Taktsignals auch zwei digitale Signale verwendet werden, um die beiden Informationen an den Datenspeicher oder das Latch zu übermitteln. Bevorzugt wirkt der Speicherinhalt direkt auf einen redundanten Abschaltpfad, bevorzugt im Hochspanungs-Teil, ein, und stellt den Freilauf, also das Öffnen der Schaltelemente der Brückenschaltung, als sicheren Zustand während des Ladens der Energiequelle oder während des Ladebetriebsmodus ein.
Vorteilhaft wird eine Zuordnung der notwendigen Bauelemente bereitgestellt, die einen sicheren Betrieb eines Wechselrichters ermöglichen.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Wechselrichter dazu eingerichtet, den Niederspannungs-Teil auszuschalten, während die Energiequelle mittels des Ladegeräts geladen wird.
Der Wechselrichter schaltet den Niederspannungs-Teil ab, während die Energiequelle mittels des Ladegeräts geladen wird oder während des Ladebetriebsmodus. Entsprechend fällt beispielweise die Frequenz des Signals aus dem Nieder- spannungs-teils ab, sodass der Wechselrichter in den sicheren Zustand in Abhängigkeit des Speicherinhalts schaltet. Der Wechselrichter stellt den Speicherinhalt des Datenspeichers im Ladebetriebsmodus so ein, dass als sicherer Zustand der erste sichere Zustand, nämlich Freilauf, gestellt wird. Die Ansteuerung des Wechselrichters während des Ladebetriebsmodus zur Stellung eines sicheren Zustands erfolgt über den Hochspannungs-Teil. Der Hochspannungs-Teil wird bevorzugt mittels eines Hochspannungs-Traktionsnetz versorgt. Bevorzugt ist die Energiequelle an das Hochspannungstraktionsnetz angeschlossen. Der sichere Zustand wird in Abhängigkeit des Speicherinhalts im Datenspeicher oder im Latch gestellt, wodurch der Niederspannungs-Teil des Inverters während des Ladebetriebsmodus ausgeschaltet werden kann. Bevorzugt hält der Speicherinhalt des Datenspeichers oder des Latchs im Normalbetrieb oder Fahrbetriebsmodus, unabhängig vom Mikrocontroller, den zweiten sicheren Zustand, bevorzugt den aktiven Kurzschluss, als sicheren Zustand fest um Momenten- und Hochspannungs-Sicherheit zu gewährleisten. Bevorzugt wird der Speicherinhalt nur dann so eingestellt, dass in den ersten sicheren Zustand oder Freilauf geschaltet wird, wenn der Datenspeicher ein Reset-Signal und ein moduliertes Taktsignal empfängt. Bevorzugt steuert das Ausgangssignal des Latch, in Abhängigkeit des Speicherinhalts des Datenspeichers oder des Latch, über eine digitale oder analoge Logik direkt die Ausgangsstufe des Gatetreibers an zum Schließen oder Öffnen der Schaltelemente. Vorteilhaft wird die Energieaufnahme des Wechselrichters während des Ladebetriebes minimiert. Bevorzugt wird während des Ladebetriebsmodus über das angeschlossene Niederspannungs-Bordnetz, mittels dem bevorzugt der Niederspannungs-Teil des Wechselrichters versorgt wird, nahezu keine elektrische Leistung aufgenommen.
Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem Wechselrichter.
Es wird ein Antriebstrang mit einem Wechselrichter bereitgestellt. Ein Antriebstrang eines Fahrzeugs umfasst bevorzugt eine Energiequelle, ein Ladegerät und oder eine elektrische Maschine. Die Modifikation dieses Antriebsstrangs mit einem beschriebenen Wechselrichter ermöglicht vorteilhaft eine minimierte Leistungsaufnahme sowie Belastung während des Ladens der Energiequelle.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, mit einem wie bisher beschriebenen Antriebsstrang. Vorteilhaft wird ein Fahrzeug bereitgestellt, bei dem vorteilhaft eine minimierte Leistungsaufnahme sowie Belastung während des Ladens der Energiequelle erfolgt.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, wobei der Wechselrichter einen Eingangsanschluss zum Anschließen einer Energiequelle und eines parallel geschalteten Ladegerätes zum Laden der Energiequelle, einen Ausgangsanschluss zum Anschließen einer mehrphasigen elektrischen Maschine und eine Mehrzahl an Schaltelementen einer Brückenschaltung umfasst. Das Verfahren umfasst die Schritte: Öffnen der Schaltelemente während die Energiequelle mittels des Ladegeräts geladen wird.
Vorteilhaft wird während des Ladens ein Stromfluss zwischen der Energiequelle und der elektrischen Maschine unterbunden. Vorteilhaft werden einzelne Schaltelemente nicht während der Ladezeit mit voller Zwischenkreisspannung belastet.
Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des Wechselrichters entsprechend auf das Verfahren bzw. den Antriebsstrang und das Fahrzeug und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Wechselrichters.
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang
Figur 3 ein schematisch dargestelltes Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Figur 1 zeigt einen Wechselrichter 100 mit einem Eingangsanschluss 102 zum Anschließen einer Energiequelle 104. Die Energiequelle 104 ist bevorzugt eine Batterie, ein Akkumulator, eine Hochspannungs-Batterie oder auch eine Brennstoffzelle, die dazu eingerichtet am Eingangsanschluss 102 des Wechselrichters 100 eine Gleichspannung bereitzustellen. Parallel zu der Energiequelle 104 ist ein Ladegerät 106 geschaltet. Das Ladegerät 106 ist dazu eingerichtet, elektrische Energie 108 aus einem Stromversorgungsnetz oder einer Speicherbatterie aufzunehmen. Diese elektrische Energie 108 kann als Gleichspannung oder Wechselspannung verfügbar sein. Das Ladegerät 106 transformiert die elektrische Energie 108 in eine an die Energiequelle, und bevorzugt deren Ladezustand, angepasste Ladespannung und gibt diese über die elektrischen Verbindungen an die Energiequelle 104 während des Ladens der Energiequelle 104 ab. Der Wechselrichter umfasst einen mehrphasigen Ausgangsanschluss 112 zum Anschließen einer mehrphasigen elektrischen Maschine 114. Der Wechselrichter umfasst eine Mehrzahl an Schaltelementen 120Px, 120Nx einer Brückenschaltung. In der Figur 1 ist hierzu beispielhaft eine B6-Brücke dargestellt, die drei Halbbrücken mit je einem oberen 120Px und einem unteren 120Nx Schaltelement umfasst. Die Schaltelemente 120Px, 120Nx sind bevorzugt IGBTs oder MOSFETS. Bevorzugt umfassen die Schaltelemente 120Px, 120Nx eine intrinsische Freilaufdiode oder Body-Diode. Bevorzugt ist den Schaltelementen 120Px, 120Nx alternativ eine Freilaufdiode parallel geschaltet. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind diese Freilaufdioden in der Figur 1 nicht dargestellt. Die Reihenschaltung einer Halbbrücke aus oberen und unteren Schaltelement ist jeweils zwischen die Potentiale des Eingangsanschluss 102 verschaltet und ein Mittelabgriff zwischen den beiden Schaltelementen 120Px, 120Nx ist mit einem Potential des mehrphasigen Ausganganschlusses 112 verbunden. Innerhalb des Wechselrichters 100 wird eine am Eingangsanschluss 102 anliegende Gleichspannung, bevorzugt im Fahrbetriebsmodus, mittels versetztem und abwechselnden Schließen und Öffnen der oberen 120Px und unteren 120Nx Schaltelemente in eine Wechselspannung gewandelt und am Ausgangsanschluss 112 mehrphasig be- reitgestellt zur Versorgung einer anschließbaren elektrischen Maschine 114. Bevorzugt umfasst der Wechselrichter Impedanzen 122Px und 122Nx, die jeweils einem Schaltelement 120Px, 120Nx parallel geschaltet sind. Die anschließbare elektrische Maschine 114 kann beispielsweise eine beliebige mehrphasige permanentmagneterregte oder fremderregte Synchron- oder Asynchron Maschine sein. Weiter ist in der Figur 1 ein Niederspannungs-Teil 150 des Wechselrichters und ein davon abgegrenzter und isolierter Hochspannungs-Teil 160 dargestellt. Der Wechselrichter 100 ist bevorzugt dazu eingerichtet, ein Signal 130 aus dem Niederspannungs-Teil 150 in den Hochspannungs-Teil 160 zu übertragen. Bevorzugt wird es innerhalb des Hochspannungs-Teils an einen Datenspeicher 170 übertragen und die Information dort als Speicherinhalt gespeichert. Weiter ist der Wechselrichter dazu eingerichtet, bevorzugt in Abhängigkeit des Speicherinhaltes als sicheren Zustand einen vorgegebenen sicheren Zustand einzustellen (in der Figur 1 mittels des Pfeils von dem Datenspeicher in Richtung der Brückenschaltung dargestellt). Wobei der Wechselrichter dazu eingerichtet ist, alle Schaltelemente 120Px, 120Nx zu öffnen, während die Energiequelle 104 mittels des Ladegerätes 106 geladen wird.
Figur 2 zeigt ein schematisch dargestelltes Fahrzeug 300 mit vier Rädern 302 und einem Antriebsstrang 200. Das Fahrzeug 300 ist hier nur beispielhaft mit vier Rädern 302 dargestellt, wobei die Erfindung gleichermaßen in beliebigen Fahrzeugen mit einer beliebigen Anzahl an Rädern zu Lande, zu Wasser und in der Luft einsetzbar ist. Der beispielhaft dargestellte Antriebsstrang 200 umfasst mindestens einen Wechselrichter 100. Weiter umfasst der Antriebsstrang bevorzugt eine elektrische Energiequelle 104 und oder eine mehrphasige elektrische Maschine 114. Die Energie der Gleichspannungsquelle oder Energiequelle 104 wird mit dem Wechselrichter 100 in eine mehrphasige Wechselspannung gewandelt für den Betrieb der elektrischen Maschine 114 als Antriebsaggregat für das Fahrzeug 300. Bevorzugt umfasst der Antriebsstrang ein Ladegerät 106, welches zum Laden der Energiequelle 104 mit diesem elektrisch verbunden und parallel geschaltet ist. Weiter ist das Ladegerät an eine Schnittstelle 107 angeschlossen, bevorzugt eine Ladebuchse an der Karosserie des Fahrzeugs, um das Ladegerät bevorzugt an ein Stromversorgungsnetz oder an einen Batteriespeicher anzuschließen zur Bereitstellung der elektrischen Energie 108 zum Aufladen der Energiequelle 104. Das Ladegerät kann alternativ auch außerhalb des Antriebsstrangs und auch des Fahrzeugs, beispielsweise in der Infrastruktur, angeordnet sein, wobei dieses zum Laden der Energiequelle 104 mit dieser elektrisch verbunden und parallel geschaltet ist.
Figur 3 zeigt ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren 400 zum Betrieb eines Wechselrichters 100. Das Verfahren 400 startet mit dem Schritt 405. In Schritt 410 werden alle Schaltelemente 120Px, 120Nx der Brückenschaltung des Wechselrichters geöffnet, während die Energiequelle 104 mit- tels des Ladegerätes 106 geladen wird. Mit Schritt 415 endet das Verfahren.

Claims

Ansprüche
1. Wechselrichter (100) für einen elektrischen Antriebsstrang (300), wobei der Wechselrichter (100) einen Eingangsanschluss (102) zum Anschließen einer Energiequelle (104) und eines parallel geschalteten Ladegerätes (106) zum Laden der Energiequelle (104), einen Ausgangsanschluss (112) zum Anschließen einer mehrphasigen elektrischen Maschine (114), und eine Mehrzahl an Schaltelementen (120Px, 120Nx) einer Brückenschaltung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (100) dazu eingerichtet ist, die Schaltelemente (120Px, 120Nx) zu öffnen, während die Energiequelle (104) mittels des Ladegerätes (106) geladen wird.
2. Wechselrichter (100) nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter (100) einen Datenspeicher (170) mit einem Speicherinhalt umfasst, und der Wechselrichter (100) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Speicherinhalts einen ersten oder einen zweiten sicheren Zustand zu stellen, wobei das Stellen des ersten sicheren Zustands das Öffnen der Schaltelemente (120Px, 120Nx) umfasst und insbesondere das Stellen des zweiten sicheren Zustands das Schließen aller unteren (120Nx) oder aller oberen (120Px) Schaltelemente der Brückenschaltung umfasst.
3. Wechselrichter nach Anspruch 2, wobei der Wechselrichter (100) einen Fahrbetriebsmodus und einen Ladebetriebsmodus aufweist, und wobei der Wechselrichter (100) dazu eingerichtet ist, den Speicherinhalt des Datenspeichers (170) so einzustellen, dass während eines Betriebes im Ladebetriebsmodus als sicherer Zustand der erste sichere Zustand gestellt wird und insbesondere den Speicherinhalt des Datenspeichers (170) so einzustellen, dass während eines Betriebes im Fahrbetriebsmodus als sicherer Zustand der zweite sichere Zustand gestellt wird.
4. Wechselrichter nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Wechselrichter (100) einen Niederspannungs-Teil (150) und einen Hochspannungs-Teil (160) umfasst und der Wechselrichter (100) dazu eingerichtet ist, mittels des Hochspannungs-Teils (160) den sicheren Zustand zu stellen.
5. Wechselrichter nach Anspruch 4, wobei der Hochspannungs-Teil (160) den Datenspeicher umfasst und der Wechselrichter (100) dazu eingerichtet ist, mittels eines Signals (130) aus dem Niederspannungs-Teil (150) zum Hochspannungs-Teil (160) den Speicherinhalt des Datenspeichers (170) einzustellen.
6. Wechselrichter nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Wechselrichter (100) dazu eingerichtet ist, den Niederspannungs-Teil (150) auszuschalten, während die Energiequelle (104) mittels des Ladegeräts (106) geladen wird.
7. Antriebsstrang (200) eines Fahrzeugs (300) mit einem Wechselrichter (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Fahrzeug (300) mit einem Antriebsstrang (200) nach Anspruch 7.
9. Verfahren (400) zum Betrieb eines Wechselrichters, wobei der Wechselrichter (100) einen Eingangsanschluss (102) zum Anschließen einer Energiequelle (104) und eines parallel geschalteten Ladegerätes (106) zum Laden der Energiequelle (104), einen Ausgangsanschluss (112) zum Anschließen einer mehrphasigen elektrischen Maschine (114), - 17 - und eine Mehrzahl an Schaltelementen (120Px, 120Nx) einer Brücken-schaltung umfasst, mit den Schritten: Öffnen (410) der Schaltelemente (120Px, 120Nx) während die Energiequelle
(104) mittels des Ladegeräts (106) geladen wird.
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