DE102015107676A1

DE102015107676A1 - Hochvoltantriebssystem

Info

Publication number: DE102015107676A1
Application number: DE102015107676.4A
Authority: DE
Inventors: Bastian Arndt; Hartwig Reindl; Alexander Iglizn; Wolfgang Röhrner
Original assignee: AVL TRIMERICS GmbH
Current assignee: AVL TRIMERICS GmbH
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2016-11-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochvoltantriebssystem mit einer Hochvoltbatterie (1), einem Inverter (2), dem ein Elektromotor (3) nachgeschaltet ist, und einem zwischen Hochvoltbatterie (1) und Inverter (2) angeordneten und als Filterelement ausgebildeten Zwischenkreis (4), wobei der Zwischenkreis (4) wenigstens zwei Kapazitäten (Czk, C1, C2) und wenigstens zwei Induktivitäten (L1, L2) aufweist, wobei die wenigstens zwei Kapazitäten (Czk, C1, C2) vorzugsweise als Kondensatoren und die wenigstens zwei Induktivitäten (L1, L2) vorzugsweise als Spulen ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochvoltantriebssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein solches Hochvoltantriebssystem nach dem Stand der Technik ist beispielhaft in 1 dargestellt. Das dortige Hochvoltantriebssystem wird von einer Hochvoltbatterie 1 mit einer Spannung (HV+, HV–) versorgt. Für den Zwischenenergiespeicher wird in dem Hochvoltantriebssystem ein Zwischenkreiskondensator 4 verwendet. Ein Inverter 2 wandelt die von der Batterie gelieferte und über den Zwischenkreiskondensator 4 weitergegebene Gleichspannung (SHV+, SHV–) in eine mehrphasige Wechselspannung (U, V, W) um. Mit dieser mehrphasigen Wechselspannung (U, V, W) wird ein Elektromotor 3 betrieben. Im Rekuperationsbetrieb arbeitet der Elektromotor 3 als Generator, erzeugt die Spannungen UVW und lädt über den Inverter (der in diesem Fall als Gleichrichter arbeitet) die Hochvoltbatterie. Für die Umwandlung der durch den Zwischenkreiskondensator gelieferten Gleichspannung (SHV+, SHV–) werden hierbei Inverterelemente ein- und ausgeschaltet. Bei jedem Schaltvorgang entsteht eine Rippelspannung und ein damit verbundener Rippelstrom, die sich im ganzen System ausbreiten. Der Zwischenkreiskondensator 4 verringert aufgrund seiner Energiespeichereigenschaften die der Spannung (HV+, HV–) der Hochvoltbatterie überlagerte Rippelspannung. Um die unerwünschte Rippelspannung auf die üblichen Grenzwerte zu minimieren ist eine hohe Kapazität des Zwischenkreiskondensators erforderlich. Eine hohe Kapazität erfordert allerdings ein großes Volumen, das bei Hochvoltantriebssystemen im Automotivbereich nicht wünschenswert ist. Um das Gerätevolumen und die Systemkosten in vertretbarem Rahmen zu halten, wird versucht mit möglichst kleinen Zwischenkreiskondensatorwerten und Energiespeichereigenschaften auszukommen. Dies läuft der Einhaltung der geforderten Grenzwerte entgegen. Die Hochvoltbatterie 1, der Inverter 2 und der Elektromotor 3 sind dabei direkt mit einer Erdung 9 verbunden.
In einem Kondensator stehen die gespeicherte Energie und die angelegte Spannung in einem quadratischen Zusammenhang gemäß dem Verhältnis E = 1/2·C·U². Diese Eigenschaft sorgt dafür, dass bei hohen Spannungen nur ein kleiner Teil der im Zwischenkreiskondensator gespeicherten Energie zur Reduzierung der Rippelspannung verwendet werden kann. Ein Großteil der gespeicherten Energie und somit des Kondensatorvolumens dient in diesem Fall zur Bereitstellung der benötigten Gleichspannung (SHV+, SHV–) und wird nicht zur Reduzierung der Rippelspannung genutzt. Dieser Effekt wird stärker, je höher die Einsatzspannung des Gesamtsystems ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Hochvoltantriebssystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiter zu entwickeln, dass eine Minimierung der Rippelspannung an der Hochvoltbatterie ermöglicht ist, wobei das Volumen des als Filter dienenden Zwischenkreises möglichst klein gehalten werden soll. Ferner sollen mithilfe der Erfindung Gleich- und Gegentaktstörungen minimiert werden und nach einem weiteren Gedanken der Erfindung eine Strommessung im Zwischenkreis ohne funktionelle Einbuße für die Steuerung des Elektromotors mit weiteren Vorteilen zum Batterie- und Versorgungsmanagement erfolgen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Hochvoltantriebssystem mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Das erfindungsgemäße Hochvoltantriebssystem weist eine Hochvoltbatterie, einen Inverter, dem ein Elektromotor nachgeschaltet ist, und einen zwischen der Hochvoltbatterie und dem Inverter angeordneten und als Filterelement ausgebildeten Zwischenkreis auf. Erfindungsgemäß ist der Zwischenkreis dabei wenigstens aus zwei Kapazitäten und wenigstens zwei Induktivitäten, die eine bestimmte Impedanz aufweisen, gebildet, wobei die wenigstens zwei Kapazitäten vorzugsweise als Kondensatoren und die wenigstens zwei Induktivitäten vorzugsweise als Spulen ausgebildet sind. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zwischenkreises des Hochvoltantriebssystems lässt sich die Rippelspannung nunmehr deutlich besser minimieren.
Eine mögliche sinnvolle Anordnung ist in 4 gezeigt. Dabei werden die Kondensatoren durch die Induktivitäten getrennt. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es möglich, den Zwischenkreis vom Volumen her gegenüber dem aus dem Stand der Technik bekannten Zwischenkreis mit Zwischenkreiskondensator unverändert zu lassen, wobei jedoch in vorteilhafter Weise eine deutlich bessere Filtereigenschaft hinsichtlich der Rippelspannung erzielt wird. Verwendet man beispielsweise Kondensatoren mit einer Kapazität von 250 µF und Spulen mit einer Induktivität von 5 µH, so entspricht der Bauraum dieser Elemente in etwa dem Volumen eines Zwischenkreiskondensators nach dem Stand der Technik mit einer Kapazität von 1 mF. Allerdings sind die Frequenzgänge des erfindungsgemäßen Zwischenkreises und des Zwischenkreises gemäß dem Stand der Technik deutlich unterschiedlich. Ab einer Frequenz von 7 kHz zeigt mit den vorher beschriebenen Beispielwerten der gestufte erfindungsgemäße Zwischenkreis eine deutlich bessere Filtereigenschaft als der Zwischenkreis mit einem einfachen Zwischenkreiskondensator gemäß dem Stand der Technik. Durch den gestuften Zwischenkreiskondensator kann ein höhere Dämpfung erreicht werden. Im zuvor beschriebenen Beispiel bis zu 70dB. Diese deutlich bessere Dämpfung ist in 2 anhand eines Diagramms dargestellt. Mit den derart ausgestatteten Zwischenkreisen wurde auch ein Simulationsvergleich der Rippelspannung an einem typischen Hochvoltantriebssystem durchgeführt. Die resultierende Rippelspannung mit dem gestuften erfindungsgemäßen Zwischenkreis war kleiner. Um die gleiche Rippelspannung mit einem konventionellen Zwischenkreiskondensator zu erreichen, würde eine höhere Kapazität benötigt.
Durch die neue Filterstruktur des erfindungsgemäßen Zwischenkreises ist die Rippelspannung im Gleichspannungssystem (SHV+, SHV–) größer als die Rippelspannung der Spannung (HV+, HV–) ander Hochvoltbatterie. Da die Rippelspannung an SHV+, SHV– höher ist, wird aus dem dem Inverter zugewandten Kondensator mehr Energie für die Filterung als aus dem der Hochvoltbatterie zugewandten Kondensator eingesetzt. Zur Filterwirkung trägt zusätzlich die in den Induktivitäten gespeicherte Energie bei. Die in der Filterstruktur des erfindungsgemäßen Zwischenkreises verwendeten Spulen können magnetisch gegeneinander verkoppelt werden. Durch die Kopplung können die Gleichtaktstörungen verringert werden.
Damit der Inverter des erfindungsgemäßen Hochvoltantriebssystems entsprechend gesteuert werden kann, ist eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung von Inverterelementen vorgesehen, wobei in die Steuereinrichtung vorzugsweise ein Mikrocontroller integriert ist, durch den in einfacher Weise Steuerprogramme, welche in ihm integriert sind, abgerufen werden können.
Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Inverterelemente als Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode oder als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren ausgebildet sind. Solche Inverterelemente können digital gut angesteuert und auch schnell geschaltet werden, sodass mithilfe solcher Invertersteuereinrichtung die mehrphasige Wechselspannung in einfacher Weise generiert werden kann.
Dabei transformiert der Zwischenkreis eine von der Hochvoltbatterie gelieferte Gleichspannung in eine Systemgleichspannung und leitet diese an den Inverter weiter, durch welchen die von dem Zwischenkreis gelieferte Systemgleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung gewandelt wird.
Ferner kann in das Hochvoltantriebssystem auch wenigstens eine Strommesseinrichtung integriert sein. Gemäß dem Stand der Technik ist dabei eine solche Strommesseinrichtung in dem Inverter integriert. Dabei wirkt sich die in jeder Messeinrichtung enthaltende, parasitäre Induktivität nachteilig aus
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung kann daher wenigstens eine Strommesseinrichtung in den erfindungsgemäßen Zwischenkreis integriert werden. Durch eine entsprechende Dimensionierung der jeweiligen Impedanzen der jeweiligen Spulen und Kondensatoren des erfindungsgemäßen können die Eigenschaften der Strommessung beeinflusst werden. Beispielsweise lassen sich schnelle Wechselstromanteile ausfiltern. Damit kann die Regelung des Hochvoltantriebsystems verbessert werden.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Es zeigen:
1: ein aus dem Stand der Technik bekanntes Hochvoltantriebsystem,
2: eine Darstellung der unterschiedlichen Rippelspannungen im Frequenzbereich für ein aus dem Stand der Technik bekanntes Hochvoltantriebssystem und eines erfindungsgemäßen Ausführsungsbeispieles,
3: ein Diagramm der in dem Zwischenkondensator des aus dem Stand der Technik bekannten Hochvoltantriebsystems gespeicherten Energie,
4: ein Ausführungsbeispiel eines Zwischenkreises eines erfindungsgemäßen Hochvoltantriebsystems,
5: ein Diagramm der in den Kondensatoren des Hochvoltantriebsystems gemäß 4 gespeicherten Energie,
6: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochvoltantriebsystem und
7 und 8: Strommessungseinrichtungen in einem Hochvoltantriebsystem nach dem Stand der Technik.
In der 4 ist ein Zwischenkreis 4 eines erfindungsgemäßen Hochvoltantriebsystems dargestellt. Der Zwischenkreis 4 des erfindungsgemäßen Hochvoltantriebsystems besteht dabei im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Zwischenkreisen 4 der 1, die aus nur einem Kondensator Czk bestehen, aus zwei Kondensatoren C1 und C2 und zwei Spulen L1 und L2. Mit einem derartigen Aufbau des Zwischenkreises 4 ist es erfindungsgemäß möglich, die Rippelspannung U_Rippel, welche beim Schalten von Inverterelementen 6 des Inverters 2 im System auftreten deutlich besser zu minimieren, wobei der Bauraum des Zwischenkreises 4 sich gegenüber dem Stand der Technik nicht vergrößert. Wird beispielsweise der Zwischenkreis 4 mit Kondensatoren C1 und C2 bestückt, deren Kapazität 250 µF beträgt, und mit Spulen L1 und L2 mit einer Induktivität von 5 µH bestückt, so kann der Bauraum, der dafür benötigt wird, einem aus dem Stand der Technik bekannten Zwischenkreiskondensator Czk mit einer Kapazität von 1 mF entsprechen.
Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist die durch ein erfindungsgemäßes Hochvoltantriebsystem zu erreichende Dämpfung der Rippelspannung U_Rippel bei einer solchen Dimensionierung der Zwischenkreise 4 höher und damit Rippelspannung U_Rippel kleiner als die Rippelspannung U_Rippel(SdT) bei Verwendung eines aus dem Stand der Technik bekannten Zwischenkreiskondensators Czk. Da die in einem Kondensator gespeicherte Energie und die angelegte Spannung in einem quadratischen Zusammenhang zueinander stehen, wie dies insbesondere auch der 3 zu entnehmen ist, wird im Stand der Technik bei hohen Spannungen nur ein kleiner Teil der im Zwischenkondensator Czk gespeicherten Energie zur Reduzierung der Rippelspannung verwendet. Ein Großteil der gespeicherten Energie und somit des Kondensatorvolumens dient in diesem Fall zur Bereitstellung der benötigten Spannung für den Inverter 2 beziehungsweise den Elektromotor 3 und wird nicht zur Reduzierung der Rippelspannung U_Rippel(SdT) benutzt. Dieser Effekt wird umso stärker, je höher die Einsatzspannung des Systems ist.
Mit dem gestuften Zwischenkreis 4 gemäß der Erfindung ist also eine Rippelspannung U_Rippel zu erzielen, die kleiner ist als bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Zwischenkreis 4 der 1, dessen Volumen dem Zwischenkreis 4 des erfindungsgemäßen Hochvoltantriebsystems entspricht. Um die gleiche Rippelspannung mit einem konventionellen Zwischenkreiskondensator Czk zu erreichen, wird eine deutlich höhere Kapazität benötigt. Damit kann ein erhöhtes Volumen einhergehen, was in vielen Fällen nachteilige Auswirkungen mit sich bringt. Dies ist natürlich für die Anwendung im Automotivebereich inakzeptabel.
Durch die neue Filterstruktur des Zwischenkreises 4 des erfindungsgemäßen Hochvoltantriebsystems ist die Rippelspannung im Hochvoltsystem im Bereich des Inverters 2 größer als die Rippelspannung U_Rippel an der Hochvoltbatterie 1, welche die dortige Batteriespannung U_Bat überlagert. Da die Rippelspannung U_Rippel im Bereich des Inverters 2 höher ist, wird aus dem Kondensator C2 mehr Energie für die Filterung als aus dem Kondensator C1 eingesetzt. In 5 ist die aus den beiden Kondensatoren C1 und C2 verwendbare Energie für die Minimierung der Rippelspannung U_Rippel dargestellt. Im Gegensatz zu einem Zwischenkondensator Czk – wie aus dem Stand der Technik bekannt – wird die in einer Spule L1 und L2 gespeicherte Energie unabhängig von der Batteriespannung U_Bat komplett für die Filterung der Rippelspannung U_Rippel eingesetzt. Die in der Filterstruktur des Zwischenkreises 4 des erfindungsgemäßen Hochvoltantriebsystems verwendeten Spulen L1 und L2 können aufgrund ihrer Räumlichkeit dabei magnetisch gegeneinander gekoppelt werden. Durch die magnetische Kopplung werden die Gleichtaktstörungen (Common Mode Interference) unterdrückt. Dies verbessert die elektromagnetischen Verträglichkeitseigenschaften des gesamten Hochvoltantriebsystems.
In der 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochvoltantriebsystems dargestellt. Dieses ist vom Aufbau nahezu identisch zu dem des ersten Ausführungsbeispiels, mit der Ausnahme, dass der Zwischenkreis 4 hierbei anders aufgebaut ist. Der Zwischenkreis 4 besteht hierbei aus drei Kondensatoren C1, C2 und Czk sowie nunmehr vier Spulen L1, L2, L3, L4. Des Weiteren weist dieser Zwischenkreis 4 auch Strommesseinrichtungen 7 und 8 auf, mit deren Hilfe die Gleich- und Wechselstromanteile im Gesamtsystem bestimmt werden können.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Strommessungen im Inverter 2 durchzuführen. Derartige Strommesseinrichtungen 7 sind in den 7 und 8 beispielhaft dargestellt. Dabei wirkt sich die in jeder Strommesseinrichtung 7 enthaltene, parasitäre Induktivität nachteilig auf die Steuerbarkeit der nverterelemente 6 aus. Außerdem sind bei den Strommesseinrichtungen 7 der 7 und 8 die Messunsicherheiten durch die hohen Stromrippel beim Schaltvorgang der Inverterelemente und damit verbunden die Toleranz der Strommessung für viele Anwendungsfälle zu groß. Eine Messung der Rückladungsmenge in die Hochvoltbatterie in generatorischen Betrieb beziehungsweise beim Rekuperieren ist selbst mit moderner Mikrocontrollerunterstützung ungenau.
Durch die Dimensionierung des Zwischenkreises 4 gemäß der 6 und der jeweiligen Impedanzen der Spulen L1 bis L4 und der Kondensatoren C1, C2 und Czk können die Eigenschaften der Strommessung beeinflusst werden. Beispielsweise lassen sich schnelle Wechselstromanteile ausfiltern. Damit kann die Regelung des Hochvoltantriebsystems verbessert werden. Damit sind sowohl Kurzschlüsse zwischen den Zuleitungen zum Elektromotor 3, als auch Windungs- und Körperkurzschlüsse im Elektromotor 3 selbst detektierbar. Gleichzeitig werden in der Strommesseinrichtung 8 auch Querströme innerhalb einer Halbbrücke erkannt.
Zusätzlich wird durch den hohen Gleichstromanteil speziell beim Rekuperieren die Messung der Rückladung in die Hochvoltbatterie 1 mit technisch sinnvollen Toleranzen möglich. Immer wenn die generatorische elektromagnetische Kraft des Elektromotors 3 die aktuelle Batteriespannung U_Bat übersteigt und Nachladestrom in die Hochvoltbatterie 1 fließt, ist durch die Integration über die gemessenen Gleichstromwerte die Ladungsmenge Q der Nachladung berechenbar.
Weiterhin wird es damit möglich im Falle des Nichterreichens der aktuellen Batteriespannung U_Bat in der Rekuperation beziehungsweise im generatorischen Betrieb durch eine geeignete Ansteuerung der Endstufe des Inverters 2 einen Hochsetzbetrieb der Spannung am ersten Zwischenkreiskondensator Czk, auch Boost-Mode genannt, einzustellen. Damit ist bereits im niedertourigen Schiebebetrieb des Fahrzeugs, zum Beispiel im langsamen Stadtverkehr oder bei Stop-and-Go-Betrieb, ein Nachladen der Hochvoltbatterie 1 möglich. Die Ladungsmenge Q wird wiederum vorteilhaft in den Strommesseinrichtungen 7 oder 8 in integraler Form aus dem Gleichstromanteil beim Nachladen gemessen. Vorteilhaft ist die Tiefpass-Filterwirkung der Frequenz des Boost-Modes durch die Impedanz der Spulen L1 bis L4 und des Kondensators C1.
Durch das direkte Messen der Nachladungsmenge Q wird im Mikrocontroller die Möglichkeit eröffnet, über eine geeignete Modelbildung optimale Parameter für den Boost-Mode einzustellen, die es erlauben, die Spannung über den Kondensator Czk größer als die aktuelle Batteriespannung U_Bat zu halten. Damit wird das Nachladen des Batteriesystems bei einer gegenüber der Batteriespannung kleineren generatorischen elektromagnetischen Kraft des Elektromotors 3 effektiv an die aktuelle Fahrsituation angepasst und speziell im langsamen Stadtbetrieb oder bei Stop-and-Go-Betrieb eine deutlich effektivere Nachladung möglich.
Schließlich wird ein intelligenter bedarfsgesteuerter Nachladebetrieb derart ermöglicht, dass eine Batteriesteuereinheit über einen Kommunikationskanal – beispielsweise ein digitales BUS-System – eine Nachlade-Ladungsmenge anfordert und der Mikrocontroller des Inverters 2 im Schiebebetrieb so lange im Boost-Mode der Endstufe des Inverters 2 bleibt, bis über die Gleichstrommessung in den Strommesseinrichtungen 7 oder 8 und anschließende Integration die angeforderte Ladungsmenge Q zurückgespeist wurde. Weiterhin lässt sich mit diesem erfindungsgemäßen Hochvoltantriebsystem gemäß der 6 speziell bei abgeschalteter Hochvoltbatterie 1 die Anschlussspannung aller an einem Batteriestrang angeschlossenen Verbraucher auf einen Bereitschaftswert größer 0 Volt halten. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn sich bei kurzzeitigem Abschalten der Hochvoltbatterie 1 damit ein Reset- oder ein Schlaf-Mode der weiteren Verbraucher verhindern lässt. Dazu wird ein automatischer Kupplungssystem-Mode im Inverter 2 unterbrochen und im Boost-Mode des Inverters 2 das gezielte Nachladen der Eingangskondensatoren aller Verbraucher an diesem Versorgungsstrang erreicht. Auch in diesem Betriebsfall lässt sich die nachgeladene Ladungsmenge Q mittels der Strommesseinrichtungen 7 und 8 messen und auf eventuelle Bedarfsanforderungen von angeschlossenen Verbrauchern reagieren. Auch hier ist eine Ladungsanforderung über ein digitales Interface oder BUS-System möglich. Damit wird bei abgeschalteter Hochvoltbatterie 1 und noch rollendem Fahrzeug eine Notstromversorgung aller angeschlossenen Verbraucher sichergestellt und ein Limp-Home-Mode-Betrieb oder das definierte Abstellen des Fahrzeugs möglich.
Im Crashfall ist bei abgeschalteter Hochvoltbatterie 1 mittels der Strommesseinrichtungen 7 und 8 das aktive Entladen der Eingangskondensatoren aller angeschlossenen Verbraucher möglich. Im Mikrocontroller des Inverters 2 wird über eine Modellierung, die als Führungsgrößen die aktuelle Strangspannung und die errechnete Ladungsmenge nutzt, die aus Sicherheitsgründen erforderliche Schnellentladung gesteuert.
Durch dieses erfindungsgemäße Hochvoltantriebssystem ist eine deutliche Verbesserung der Steuerbarkeit der Endstufe des Inverters 1 erreicht. Es treten keine induktiven Emitter- oder SIRS-Gegenkopplungen durch den Wegfall der parasitären Elemente mehr auf. Die parasitären Induktivitäten der Strommesseinrichtungen 7 und 8 befinden sich in Reihe zu den Filterimpedanzen der Spulen L1 bis L4 und haben wegen ihrer deutlich geringeren Impedanz kaum Einfluss auf die Filtercharakteristik des Zwischenkreises 4. Die deutlich geringeren Transienten im Wechselstrom an den Strommesseinrichtungen 7 und 8 vereinfachen zu dem die Erfassung von Überstromzuständen der Endstufe des Inverters 2. Die DI durch DT-Auswertung wird hier überhaupt erst mit vertretbarem elektronischem Aufwand möglich. Hieraus folgt, dass keine Einbußen bei der Überstromerkennungen und Ableitungen zur Diagnose der Motoranschlussleitungen erfolgen.
Ferner ist durch dieses erfindungsgemäße Hochvoltantriebssystem eine Ladungsbilanzmessung ermöglicht. Bedarfsgerechte Nachladung erfolgt nicht nur bei Standardrekuperation, sondern bereits bei einer generatorischen elektromagnetischen Kraft die deutlich kleiner ist als die an dem Kondensator Czk anliegende Spannung. Dies ermöglicht zudem einen gezielt steuerbaren Boost-Mode des Inverters 2. Damit sind insbesondere applikative Vorteile bei langsamer Fahrzeugbewegung ermöglicht. Ferner entfällt durch das erfindungsgemäße Hochvoltantriebssystem die Ladungsbilanzierung in der Batterie 1 und ermöglicht somit eine Kostenreduktion in der Batterie. Hierdurch ist es möglich, die vielfach größeren Ressourcen des Mikrocontrollers des Inverters 2 für eine geeignete Ladungsbilanzmodellierung zu verwenden. Zudem wird bei Abschalten der Hochvoltbatterie 1 und noch rollendem Fahrzeug vermieden, dass Rest- oder Schlafzustände in allen angeschlossenen Verbrauchern/Steuergeräten auftreten.
Bezugszeichenliste

1: Hochvoltbatterie
2: Inverter
3: Elektromotor, Generator
4: Zwischenkreis
5: Steuereinrichtung
6: Inverterelement
7: Strommesseinrichtung
8: Strommesseinrichtung
9: Erdung
U_Bat: Hochvoltbatteriespannung
(U, V, W): mehrphasige Wechselspannung
Czk: Zwischenkreiskondensator, Kapazität
C1: Kondensator, Kapazität
C2: Kondensator, Kapazität
L1: Spule, Induktivität, Impedanz
L2: Spule, Induktivität, Impedanz
L3: Spule, Induktivität, Impedanz
L4: Spule, Induktivität, Impedanz
U_Rippel(SdT): Rippelspannung
U_Rippel: Rippelspannung

Claims

Hochvoltantriebssystem mit einer Hochvoltbatterie (1), einem Inverter (2), dem ein Elektromotor (3) nachgeschaltet ist, und einem zwischen Hochvoltbatterie (1) und Inverter (2) angeordneten und als Filterelement ausgebildeten Zwischenkreis (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreis (4) wenigstens zwei Kapazitäten (Czk, C1, C2) und wenigstens zwei Induktivitäten (L1, L2, L3, L4) aufweist, wobei die wenigstens zwei Kapazitäten (Czk, C1, C2) vorzugsweise als Kondensatoren und die wenigstens zwei Induktivitäten (L1, L2, L3, L4) vorzugsweise als Spulen ausgebildet sind.
Hochvoltantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kapazitäten (Czk, C1, C2) parallel zu der Hochvoltbatterie (1), dem Inverter (2) und/oder dem Motor (3) angeordnet sind.
Hochvoltantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Induktivitäten (L1, L2, L3, L4) magnetisch gegeneinader gekoppelt sind.
Hochvoltantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Inverter (2) eine Steuereinrichtung (5) zur Ansteuerung von Inverterelementen (6) des Inverters (2) aufweist, wobei in die Steuereinrichtung (5) vorzugsweise ein Mikrocontroller integriert ist.
Hochvoltantriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Inverterelemente (6) als Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) ausgebildet sind.
Hochvoltantriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Inverterelemente (6) als Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) ausgebildet sind.
Hochvoltantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreis (4) eine von der Hochvoltbatterie (1) gelieferte Gleichspannung (U_Bat) in eine Systemgleichspannung (SHV+, SHV–) transformiert und diese an den Inverter (2) weiterleitet, durch welchen die von dem Zwischenkreis (4) gelieferte Systemgleichspannung (SHV+, SHV–) in eine mehrphasige Wechselspannung (U, V, W) gewandelt wird.
Hochvoltantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Strommesseinrichtung (7, 8) vorhanden ist.
Hochvoltantriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strommesseinrichtung (7, 8) in den Zwischenkreis (4) integriert ist.
Hochvoltantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Batterie-Steuereinrichtung vorgesehen ist, die mit der Steuereinrichtung (5) des Inverters (2) vorzugsweise über ein BUS-System kommunikativ verbunden ist.