DE102016211423A1 - Vorrichtung für eine Elektromaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Vorrichtung für eine Elektromaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

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

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Elektromaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die zumindest generatorisch betreibbar ist, mit einem mit der Elektromaschine durch eine einen Hauptschalter aufweisende elektrische Schaltung verbundenen elektrischen Energiespeicher, wobei die Schaltung eine Motorbremsschaltung aufweist, die dazu ausgebildet ist, von der Elektromaschine im generatorischen Betrieb erzeugte elektrische Energie dem Energiespeicher zuzuführen.
  • Stand der Technik
  • Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So ist es bekannt, dass Elektromaschinen motorisch und auch als Generator betrieben werden können. Es ist auch bekannt, dass elektrische Energie über einen elektrischen Widerstand als Wärme abgeführt oder in den elektrischen Energiespeicher zurückgespeist wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass je nach Betriebszustand des Energiespeichers oder des Hauptschalters die im generatorischen Betrieb erzeugte Energie entweder als Wärme abgeführt oder dem Energiespeicher zugeführt wird. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass die Motorbremsschaltung dazu ausgebildet ist, bei einem Ausfall des Hauptschalters, einer Anbindung der Schaltung an den Energiespeicher und/oder des Energiespeichers selbst die elektrische Energie in Wärme zu wandeln. Somit besteht eine Rückfallposition für den Fall, dass Energie nicht in das Bordnetz oder in den Energiespeicher eingespeist werden kann. Hierdurch wird eine redundante Motorbremse zur Umwandlung der kinetischen Energie in elektrische Energie zur Verfügung gestellt, wodurch die Verfügbarkeit der Motorbremse erhöht wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Motorbremsschaltung wenigstens einen elektrischen Widerstand für das Wandeln von elektrischer Energie in Wärme aufweist. Hierdurch ist eine einfache Abfuhr der elektrischen Energie als Wärme in die Umgebung möglich.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Motorbremsschaltung dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Hauptschalters, der Anbindung an den Energiespeicher und/oder des Energiespeichers selbst die im generatorischen Betrieb erzeugte Energie selbstständig entweder dem Energiespeicher oder dem Widerstand zuzuführen. Die Motorbremsschaltung entscheidet somit selbstständig, ob die Energie dem Energiespeicher oder dem Widerstand zugeführt wird. Durch eine entsprechende Verschaltung erfolgt dabei ein automatischer Wechsel der Energieleitung.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schaltung eine Brückenschaltung mit einem zumindest einen Zwischenkreiskondensator aufweisenden Zwischenkreis zum Betreiben der Elektromaschine aufweist, und dass die Motorbremsschaltung dem Zwischenkreis zugeordnet ist. Schaltungen dieser Art sind grundsätzlich bekannt. Elektrische Maschinen werden meistens durch eine Brückenschaltung, beispielsweise mit einer B6-Brücke angetrieben, wobei jede Brücke mehrere Halbleiterschalter zum gezielten Bestromen von Phasen der Elektromaschine aufweist. Dem Zwischenkreis beziehungsweise Zwischenkreiskondensator einer derartigen Schaltung ist nunmehr die Motorbremsschaltung zugeordnet.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Motorbremsschaltung eine eine Grenzspannung vorgebende Spannungsbegrenzungseinrichtung für den Zwischenkreise aufweist. Durch die Spannungsbegrenzung wird die maximale Drehzahl der Elektromaschine im generatorischen Betrieb begrenzt.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Motorbremsschaltung eine oder mehrere Zehnerdioden aufweist, zu welcher der elektrische Widerstand parallel geschaltet ist, wobei dem Widerstand zumindest eine den Widerstand aktivierende oder deaktivierende Schalteinrichtung zugeordnet ist. Insbesondere bildet die Zehnerdiode die Spannungsbegrenzung. Wird die Grenzspannung überschritten, so wird die Zehnerdiode leitend und schaltet dadurch insbesondere die Schalteinrichtung, um die elektrische Energie dem Widerstand oder dem Energiespeicher zuzuführen.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schalteinrichtung einen Halbleiterschalter, insbesondere MOSFET aufweist. Dadurch ist die Schalteinrichtung kostengünstig herstellbar und weist keinen mechanischen Verschleiß auf. Das Schalten erfolgt einfach und ohne hohen Energieaufwand.
  • Bevorzugt wird der Halbleiterschalter durch einen der Zehnerdiode nachgeschalteten Spannungsteiler angesteuert. Hierdurch ist eine einfache und kostengünstige Lösung zum Betreiben eines Halbleiterschalters geboten.
  • Die Motorbremsschaltung weist weiterhin bevorzugt wenigstens eine Einrichtung zum Überwachen ihres Betriebszustands auf. Dadurch kann im laufenden Betrieb sichergestellt werden, dass die Motorbremsschaltung ordnungsgemäß funktioniert.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Es ergeben sich dabei die bereits genannten Vorteile.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige
  • Figur eine Vorrichtung zum Betreiben einer Elektromaschine.
  • Die einzige Figur zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine Vorrichtung 1 zum Betreiben einer Elektromaschine 2. Die Elektromaschine 2 erzeugt im motorischen Betrieb ein Antriebsdrehmoment und in einem generatorischen Betrieb ein Bremsmoment.
  • Die Vorrichtung 1 weist eine Schaltung 3 auf, durch welche die Elektromaschine 2 mit einem Energiespeicher 4 verbunden oder verbindbar ist. Auf den Energiespeicher 4 folgt ein Hauptschalter 5, welcher die Hauptversorgungsleitung zu dem Energiespeicher mit diesem verbindet oder trennt. Auf den Hauptschalter 5 folgt ein Verpolschutz 6 mit einem nachgeschalteten Filter 7 in Form einer Induktivität. Vor und nach der Induktivität 7 sind vorliegend zwei Zwischenkreiskondensatoren 8 und 9 parallel zu der Energiequelle 4 geschaltet, wobei dem Zwischenkreiskondensator 9 außerdem ein Shunt 10 zur Strommessung zugeordnet ist.
  • Auf diesen Zwischenkreis 11 folgt eine Brückenschaltung 12 in Form einer B6-Brücke mit drei Halb-Brücken, die jeweils zwei Halbleiterschalter aufweisen, wobei jede der Halb-Brücken mit jeweils einer Phase U, V, W der Elektromaschine 2 verbunden ist.
  • Dem Zwischenkreis 11 ist eine Motorbremsschaltung 13 zugeordnet, die vorliegend durch einen gestrichelten Kasten hervorgehoben ist.
  • Die Motorbremsschaltung 13 ist insofern dem Zwischenkreis 11 zugeordnet. Bei Energiespeicherverfügbarkeit wird elektrische Energie im generatorischen Betrieb direkt in den Energiespeicher 4 gespeist. Bei einem Ausfall des Energiespeichers 4, der Anbindung oder des Hauptschalters wird über einen Spannungsteiler R5, R6, welcher zwischen Hauptschalter 5 und Verpolschutz 6 angeschlossen ist, die Motorbremse über ein Halbleiterschalter T1 freigegeben. Die dabei freigegebene Schaltung 13 begrenzt die Spannung des Zwischenkreises 11, vorliegend beispielsweise auf circa 15 Volt, und damit die maximale Drehzahl der Elektromaschine 2 im Generatorbetrieb. Wird die Spannungsgrenze erreicht oder überschritten, so werden in der vorliegenden Motorbremsschaltung eine nachgeschaltete Zehnerdiode Z und Spannungsteiler R1, R2, ein Lastwiderstand 14 und ein Halbleiterschalter T2, der beispielhaft als Mosfet ausgebildet ist, parallel zu dem Zwischenkreis 11 geschaltet. Der Widerstand 14 wandelt dann die elektrische Energie in Wärme um und führt diese ab.
  • Die Spannungsgrenze und damit die maximale Drehzahl ist über die Zehnerdiode Z und R1/R2 einstellbar. Des Weiteren kann die Energieumwandlung in Wärme im Widerstand 14 und auch im Halbleiterschalter T2 zugleich erfolgen. Außerdem ist eine Überwachung des Betriebszustands des Bremsschaltkreises 13 über Widerstände R3/R4 und/oder über ADC möglich.
  • Bei einem Ausfall des Energiespeichers beschleunigt die Elektromaschine 2 im Generatorbetrieb immer weiter, wodurch zuerst der Zwischenkreis 11 aufgeladen wird. Erreicht die Spannung im Zwischenkreis 11 die Grenzspannung der Zehnerdiode, so begrenzt die Motorbremsschaltung 13 das weitere Beschleunigen der Elektromaschine 2 im Generatorbetrieb durch das Begrenzen der Spannung im Zwischenkreise 11. Die entnommene Energie wird dabei in Wärme umgewandelt.

Claims (10)

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