DE102018125272A1

DE102018125272A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators, Stromrichter und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018125272A1
Application number: DE102018125272.2A
Authority: DE
Inventors: Alexander Bucher; Alexander PAWELLEK
Original assignee: Valeo Siemens eAutomotive Germany GmbH
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2020-04-16
Also published as: JP2022504696A; JP7470109B2; EP3864743A1; KR20210075130A; CN112868169B; US11742749B2; US20210359591A1; CN112868169A; WO2020074575A1

Abstract

Vorrichtung (1) zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators (2), umfassend- eine parallel zum Zwischenkreiskondensator (2) geschaltete Entladungseinrichtung (8), mittels welcher bei Erhalt eines das Entladen anfordernden Entladesignals (9) ein Stromfluss (I) erzeugbar ist, der bei Vorliegen eines ersten Signalzustands eines Steuersignals (11) eine geringere Stromstärke aufweist als bei Vorliegen eines zweiten Signalzustands des Steuersignals (11), und- eine Spannungserfassungseinrichtung (13), mittels welcher ein eine über dem Zwischenkreiskondensator (2) abfallende Kondensatorspannung (7) beschreibendes Spannungssignal (14) erzeugbar ist, und- eine Steuerungseinrichtung (19) mit- einer Signalerzeugungseinheit (22), welche zum Erzeugen eines Referenzsignals (24) eingerichtet ist, dessen Wert zum Zeitpunkt des Erhalts des Entladesignals (9) vom Spannungssignal (14) abhängig ist und gegenüber dem Spannungssignal (14) verringert ist, und- einer Vergleichseinheit (23), welche zum Vergleichen des Spannungssignals (14) mit dem Referenzsignal (24), zum Bereitstellen des Steuersignals (11) mit dem ersten Signalzustand bei Erhalt des Entladesignals (9) und zum Bereitstellen des Steuersignals mit dem zweiten Signalzustand, wenn der Wert des Spannungssignals (14) den Wert des Referenzsignals (24) erreicht oder unterschreitet, eingerichtet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators, umfassend eine parallel zum Zwischenkreiskondensator geschaltete Entladungseinrichtung, mittels welcher bei Erhalt eines das Entladen anfordernden Entladesignals ein Stromfluss erzeugbar ist, der bei Vorliegen eines ersten Signalzustands eines Steuersignals eine geringere Stromstärke aufweist als bei Vorliegen eines zweiten Signalzustands des Steuersignals, und eine Spannungserfassungseinrichtung, mittels welcher ein eine über dem Zwischenkreiskondensator abfallende Kondensatorspannung beschreibendes Spannungssignal erzeugbar ist.
Daneben betrifft die Erfindung einen Stromrichter, ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators.
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge höherer Leistung weisen typischerweise ein Hochvoltbordnetz auf, das von einer Gleichspannungsquelle wie einer Hochvoltbatterie gespeist wird. An das Hochvoltbordnetz angeschlossene Hochvoltkomponenten, insbesondere Stromrichter, umfassen dabei einen Zwischenkreiskondensator, der im aufgeladenen Zustand eine signifikante Menge elektrischer Energie speichert. Bei einem sicherheitsrelevanten Fehlerfall, wie einer Unterbrechung einer Pilotlinie, einem Unfall oder einem Isolationsfehler, werden strenge Anforderungen an die einzuhaltende Entladezeit gestellt, beispielsweise wird eine Entladezeit von 2 Sekunden gefordert. Dabei wird in der Regel davon ausgegangen, dass bedingt durch den Fehlerfall eine ordnungsmäßige galvanische Trennung der Gleichspannungsquelle des Hochvoltbordnetzes von der Hochvoltkomponente erfolgt.
Zusätzlich zu diesem einfachen Fehlerfall muss jedoch auch ein doppelter Fehlerfall, bei dem zusätzlich die galvanische Trennung der Gleichspannungsquelle nicht erfolgt, nur verzögert erfolgt oder während des Entladens wieder entfällt, beispielsweise wegen einer fehlerhaften Ansteuerung einer Trenneinrichtung zwischen der Gleichspannungsquelle und der Hochvoltkomponente bzw. „hängenden“ mechanischen Kontakten der Trenneinrichtung, berücksichtigt werden. Wird in einem solchen doppelten Fehlerfall eine parallel zum Zwischenkreiskondensator geschaltete Entladungseinrichtung zum Entladen angesteuert, entlädt diese nicht den Kondensator, sondern der durch sie fließende Strom wird vollständig von der Gleichspannungsquelle bereitgestellt. Die dabei entstehende thermische Verlustleistung kann die Entladungseinrichtung beschädigen oder zerstören. Es bedarf daher für den Fall des doppelten Fehlers eines ausreichenden Schutzes vor thermischer Überlastung.
Das Dokument EP 2 284 982 A1 offenbart eine Entladeschaltung für einen Glättungskondensator, welcher in einer Leistungswandlungseinrichtung verwendet wird. Die Entladeschaltung umfasst einen Widerstand, der Ladung aus dem Kondensator entlädt, einen Schalter, der in Reihe zum Widerstand geschaltet ist, eine Messschaltung, die eine Anschlussspannung des Kondensators misst, und eine Steuerschaltung die steuert, ob der Schalter leitet oder sperrt. Nachdem sie den Schalter zum Leiten angesteuert und das Entladen des Kondensators über den Widerstand begonnen hat, steuert die Steuerschaltung den Schalter zum Sperren und zum Beenden des Entladens über den Widerstand an, wenn die von der Messschaltung gemessene Anschlussspannung des Kondensators eine im Vorfeld vorgegebene Spannungsverringerungscharakteristik überschreitet. Um das Entladen zu beschleunigen, umfasst der Widerstand einen ersten Widerstand mit einem ersten Widerstandswert und einen zweiten Widerstand mit einem zweiten Widerstandswert, der geringer als der erste Widerstandswert ist. Der Schalter umfasst einen Schalter, der in Reihe mit dem ersten Widerstand geschaltet ist und einen Schalter der in Reihe mit dem zweiten Widerstand geschaltet ist. Die Steuerungseinrichtung startet das Entladen des Kondensators durch den ersten Widerstand. Wenn die gemessene Anschlussspannung eine vorgegebene Spannung oder weniger erreicht hat, startet die Steuerungseinrichtung ein Entladen des Kondensators durch den zweiten Widerstand zusätzlich zum ersten Widerstand. Die vorgegebene Spannung ist ein Mittelwert einer maximalen Entladespannung und einer Zielentladespannung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine demgegenüber robustere Möglichkeit zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, ferner umfassend eine Steuerungseinrichtung mit einer Signalerzeugungseinheit, welche zum Erzeugen eines Referenzsignals eingerichtet ist, dessen Wert zum Zeitpunkt des Erhalts des Entladesignals vom Spannungssignal abhängig ist und gegenüber dem Spannungssignal verringert ist, und einer Vergleichseinheit, welche zum Vergleichen des Spannungssignals mit dem Referenzsignal, zum Bereitstellen des Steuersignals mit dem ersten Signalzustand bei Erhalt des Entladesignals und zum Bereitstellen des Steuersignals mit dem zweiten Signalzustand, wenn der Wert des Spannungssignals den Wert des Referenzsignals erreicht oder unterschreitet, eingerichtet ist.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, durch die Entladungseinrichtung zunächst einen geringen Stromfluss vorzugeben, durch den Vergleich des Spannungssignals mit dem unterhalb des Spannungssignals liegenden Referenzsignals zu prüfen, ob der Zwischenkreiskondensator tatsächlich entladen wird und, wenn dies der Fall ist, einen höheren Stromfluss zum Entladen des Zwischenkreiskondensators vorzugeben. Ist ein Entladen des Zwischenkreiskondensators nicht möglich, was daraus geschlossen werden kann, dass das Spannungssignal das ihm gegenüber verringerte Referenzsignal nicht erreicht oder unterschreitet, weist der Stromfluss durch die Entladungseinrichtung lediglich die geringere Stromstärke auf, wodurch die thermische Verlustleistung in der Entladungseinrichtung begrenzbar ist.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung so einen inhärenten Selbstschutz auf, weil er bei einem doppelten Fehlerfall, der das Auslösen des Entladesignals und eine fehlende Trennung des Zwischenkreiskondensators von einer Gleichspannungsquelle umfasst, lediglich einen geringen Stromfluss durch die Entladungseinrichtung vorsieht. Dies ermöglicht einen robusten Betrieb der Vorrichtung durch das Vorsehen mehrerer von der Entladbarkeit des Zwischenkreiskondensators abhängiger Entladegeschwindigkeiten. Gleichzeitig kann auf die aufwendige, mikrocontrollergestützte Ermittlung einer Spannungsverringerungscharakteristik, wie sie im Stand der Technik bekannt ist, verzichtet werden.
Zweckmäßigerweise ist die Stromstärke beim Vorliegen des ersten Signalzustands des Steuersignals so gewählt, dass die Entladungseinrichtung auch bei Anliegen einer maximalen Spannung einer den Zwischenkreiskondensator speisenden Spannungsquelle beschädigungsfrei betreibbar ist. Es wird generell bevorzugt, wenn die Signalerzeugungseinheit und/oder die Vergleichseinheit als Analogschaltung ausgebildet ist bzw. sind. So ist vorteilhafterweise kein zeitdiskreter Controller notwendig, durch den nur mit hohem Aufwand ein für automotive Anwendungen hinreichendes ASIL-Level erreichbar ist. Die Vergleichseinheit weist bevorzugt einen Komparator auf, welcher zum Vergleich des Referenzsignals mit dem Spannungssignal eingerichtet ist. Die Spannungserfassungseinrichtung ist zweckmäßigerweise ein parallel zum Zwischenkreiskondensator schaltbarer Spannungsteiler, an dessen Abgriff das Spannungssignal bereitstellbar ist. Die Spannungserfassungseinrichtung muss nicht dediziert für das Entladen des Zwischenkreiskondensators vorgesehen sein, es ist auch möglich, dass das Spannungssignal mittels der Spannungserfassungseinrichtung für andere Komponenten eines die erfindungsgemäße Vorrichtung aufweisenden Stromrichters bereitstellbar ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vergleichseinheit bevorzugt dazu eingerichtet, vom zweiten Signalzustand zum ersten Signalzustand zu wechseln, wenn der Wert des Spannungssignals den Wert des Referenzsignals erreicht oder überschreitet. Dies ermöglicht eine gegebenenfalls vorübergehende Rückkehr zum Stromfluss mit der geringeren Stromstärke, wenn der Zwischenkreiskondensator unerwarteterweise wieder mit der Gleichspannungsquelle verbunden werden sollte, was einen schlagartigen Anstieg der Kondensatorspannung verursacht.
Besonders bevorzugt ist die Signalerzeugungseinheit dazu eingerichtet, bei einem Überschreiten des Werts des Referenzsignals durch das Spannungssignal, den Wert des Referenzsignals bis auf einen gegenüber dem Wert des Spannungssignals verringerten Wert zu erhöhen. So kann sichergestellt werden, dass nach einer Überschreitung des Werts des Referenzsignals, insbesondere bei der zuvor erwähnten unerwarteten Verbindung der Gleichspannungsquelle mit dem Zwischenkreiskondensator, erneut eine Überprüfung auf die Entladbarkeit des Zwischenkreiskondensators erfolgen kann, wenn beispielsweise die Verbindung mit der Gleichspannungsquelle später wieder entfällt.
Zweckmäßigerweise ist die Signalerzeugungseinheit dazu eingerichtet, einen Spannungsverlauf des Referenzsignals derart vorzugeben, dass sein Wert langsamer fällt als der Wert des Spannungssignals beim Entladen des Zwischenkreiskondensators.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Spannungserfassungseinrichtung einen Ausgang aufweist, an welchem eine das Spannungssignal repräsentierende Spannung bereitstellbar ist, wobei die Signalerzeugungseinrichtung ein Spannungsverringerungselement und ein Energiespeicherelement aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei das Spannungsverringerungselement an den Ausgang der Spannungserfassungseinrichtung angeschlossen ist, wobei der Ausgang der Spannungserfassungseinrichtung an einen ersten Eingang der Vergleichseinheit angeschlossen ist, und wobei ein Potential zwischen dem Spannungsverringerungselement und dem Energiespeicherelement an einen zweiten Eingang der Vergleichseinheit angeschlossen ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache schaltungstechnische Ausgestaltung der Signalerzeugungseinheit. Zweckmäßigerweise ist der erste Eingang der Vergleichseinheit ein negativer Eingang und der zweite Eingang der Vergleichseinheit ein positiver Eingang.
Das Spannungsverringerungselement ist bevorzugt eine Diode. Die Diode kann mit ihrer Anode am Ausgang der Spannungserfassungseinrichtung und mit ihrer Kathode am Energiespeicherelement angeschlossen sein. Die Diode realisiert durch ihre Durchlassspannung bevorzugt die Verringerung des Werts des Referenzsignals gegenüber dem Spannungssignal. Außerdem erlaubt die Diode, dass der Energiespeicher wieder auf einen Differenzwert zwischen dem Spannungssignal und der Durchlassspannung aufgeladen wird, wenn das Spannungssignal ansteigt. Alternativ kann das Spannungsverringerungselement ein Widerstand sein. Das Energiespeicherelement ist bevorzugt ein RC-Glied, wobei ein Kondensator und ein Widerstand des RC-Glieds parallel geschaltet an den zweiten Eingang der Vergleichseinheit angeschlossen sein können.
Hinsichtlich der Entladungseinrichtung wird es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt, wenn die Entladungseinrichtung eine Reihenschaltung aus einer Widerstandseinheit und einer Transistoreinheit aufweist. Es ist dabei zweckmäßig, wenn ein Widerstandswert der Widerstandseinheit in Abhängigkeit des Steuersignals veränderbar ist. So können die unterschiedlichen Stromstärken bei Vorliegen des ersten bzw. zweiten Signalzustands realisiert werden.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Transistoreinheit zum Schalten in Abhängigkeit des Entladesignals eingerichtet ist. Dann ergibt sich ein exponentieller Verlauf des Stromflusses und der Kondensatorspannung, wenn der Zwischenkreiskondensator entladen wird. Mithin wird die im Zwischenkreiskondensator gespeicherte Energie im Wesentlichen in der Widerstandseinheit in Wärme umgesetzt. Die Widerstandseinheit sollte entsprechend einer dabei entstehende Verlustleistung dimensioniert und/oder entwärmt werden.
Es wird jedoch bevorzugt, wenn die Transistoreinheit ein Längselement einer in Abhängigkeit des Steuersignals steuerbaren Stromsenke ausbildet. Die Transistoreinheit kann mithin in Abhängigkeit des Steuersignals in ihrem aktiven Bereich betreibbar sein, um den Stromfluss durch die Entladungseinrichtung konstant zu halten. Dann nimmt die Kondensatorspannung linear ab, wenn der Zwischenkreiskondensator entladen wird. Der Vorteil einer Entladung mit einem im Wesentlichen konstanten Stromfluss gegenüber einer Entladung mit dem exponentiell fallenden Verlauf des Stromflusses ist in einer geringeren Entladeleistung zu Beginn des Entladevorgangs zu sehen. Dabei wird die Entladeleistung auch durch die Transistoreinheit in Wärme umgesetzt, was es vorteilhafterweise erlaubt, auf teure Hochleistungswiderstandsbauelemente, insbesondere Zementwiderstände, in der Widerstandseinheit zu verzichten.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Stromsenke eine Spannungsreglereinheit mit einer Kathode, einer Anode und einem Referenzanschluss auf, wobei die Kathode an einen Steueranschluss der Transistoreinheit und der Referenzanschluss mit einem Potential zwischen der Transistoreinheit und der Widerstandseinheit verbunden ist. Die Spannungsreglereinheit kann einen Operationsverstärker, eine Referenzspannungsquelle und einen Transistor als Längselement zwischen Anode und Kathode aufweisen.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung weist die Stromsenke einen Operationsverstärker auf, wobei ein Ausgang des Operationsverstärkers mit einem Steueranschluss der Transistoreinheit verbunden ist, wobei ein erster Eingang des Operationsverstärkers an ein Bezugspotential zwischen der Widerstandseinheit und der Transistoreinheit angeschlossen ist, wobei eine Spannung an einem zweiten Eingang des Operationsverstärkers in Abhängigkeit des Steuersignals veränderbar ist. Der erste Eingang ist zweckmäßigerweise der negative Eingang des Operationsverstärkers und der zweite Eingang der positive Eingang des Operationsverstärkers. Um die Spannung am zweiten Eingang zu verändern, wird es bevorzugt, wenn die Vergleichseinheit, insbesondere ihr Komparator, einen Open-Collector-Anschluss mit einem nachgeschalteten Widerstand und die Stromsenke eine Betriebsspannung aufweist, welche an einen Spannungsteiler angeschlossen ist, wobei ein Abgriff des Spannungsteilers und der Widerstand der Vergleichseinheit an den zweiten Anschluss des Operationsverstärkers angeschlossen sind. Mittels des Spannungsteilers kann ein Sollwert der Stromsenke vorgebbar sein.
Bevorzugt weist die Vorrichtung ferner eine Rückkopplungseinrichtung auf, mittels welcher der oder ein Sollwert der Stromsenke in Abhängigkeit des Spannungssignals steuerbar ist. Dadurch kann anstelle eines konstanten Entladestroms ein Entladestrom bereitstellbar sein, welcher mit fallender Kondensatorspannung steigt, da ein Abbild der Kondensatorspannung zur Stromregelung zurückgekoppelt wird. Die Entladeleistung verläuft dann nicht linear fallend wie bei der Entladung mit konstanter Stromstärke, sondern zu Beginn des Entladevorgangs wesentlich gleichmäßiger. Dadurch kann ein Spitzenwert der Entladeleistung gesenkt werden, was die Verwendung kostengünstigerer Bauteile ermöglicht.
Bevorzugt weist die Rückkopplungseinrichtung eine in Abhängigkeit des Spannungssignals steuerbare Stromsenke auf, mittels welcher die Spannung am zweiten Eingang des Komparators der Entladungseinrichtung veränderbar ist.
Es wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ferner bevorzugt, wenn die Transistoreinheit mehrere Transistoren, die jeweils einen Steueranschluss, mittels welchem ein Stromfluss zwischen zwei weiteren Anschlüssen des Transistors steuerbar ist, umfassen, aufweist, wobei an einen jeweiligen widerstandseinheitsseitigen weiteren Anschluss ein erster Anschluss eines Widerstands angeschlossen ist und zweite Anschlüsse der Widerstände zusammengeschaltet sind. So können auch höhere im Zwischenkreiskondensator gemäß dem Zusammenhang E = ½ · C · U² gespeicherte Energiemengen zuverlässig durch die Transistoreinheit geschaltet bzw. dissipiert werden. Zweckmäßigerweise weist die Vorrichtung Mittel zum Entwärmen der Transistoreinheit auf.
Daneben betrifft die Erfindung einen Stromrichter für ein Fahrzeug, umfassend einen Zwischenkreiskondensator und eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators. Der Stromrichter kann ein Wechselrichter, ein Gleichspannungswandler oder aktiver Gleichrichter sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, umfassend wenigstens einen erfindungsgemäßen Stromrichter. Typischerweise umfasst das Fahrzeug ein Hochvoltbordnetz mit einer Gleichspannungsquelle, insbesondere einer Hochvoltbatterie. Ein Stromrichter kann ein Wechselrichter sein, welcher zum Wandeln einer von der Gleichspannungsquelle bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung für eine das Fahrzeug zumindest teilweise antreibende elektrische Maschine eingerichtet ist. Ein Stromrichter kann ein Gleichspannungswandler sein, insbesondere zum Koppeln des Hochvoltbordnetzes mit einem weiteren Bordnetz, insbesondere Niedervoltbordnetz. Ein Stromrichter kann ein aktiver Gleichrichter sein, insbesondere für eine Ladeeinrichtung zum Aufladen der Hochvoltbatterie. Das Fahrzeug weist typischerweise eine Trenneinrichtung auf, die zum Trennen der Gleichspannungsquelle von übrigen Komponenten des Hochvoltbordnetzes, insbesondere von dem wenigstens einen Stromrichter, bei Erhalt des Entladesignals eingerichtet ist.
Die Erfindung betrifft schließlich ein Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators, umfassend folgende Schritte: Erzeugen eines eine über dem Zwischenkreiskondensator abfallende Kondensatorspannung beschreibenden Spannungssignals; Erzeugen eines Referenzsignals, dessen Wert zum Zeitpunkt des Erhalts des Entladesignals vom Spannungssignal abhängig ist und gegenüber dem Spannungssignal verringert ist; Vergleichen des Spannungssignals mit dem Referenzsignal; Bereitstellen eines Steuersignals mit einem ersten Signalzustand bei Erhalt des Entladesignals zum Bereitstellen des Steuersignals mit einem zweiten Signalzustand, wenn der Wert des Spannungssignals den Wert des Referenzsignals erreicht oder unterschreitet; und Erzeugen eines Stromflusses durch eine parallel zum Zwischenkreiskondensator geschaltete Entladungseinrichtung, wobei der Stromfluss bei Vorliegen des ersten Signalzustands des Steuersignals eine geringere Stromstärke aufweist als bei Vorliegen des zweiten Signalzustands des Steuersignals.
Sämtliche Ausführungen zur erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich analog auf den erfindungsgemäßen Stromrichter, das erfindungsgemäße Fahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren übertragen, so dass auch mit diesen die zuvor genannten Vorteile erzielt werden können.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 bis 4 jeweils zeitliche Verläufe elektrischer Größen in unterschiedlichen Betriebsfällen der in 1 gezeigten Vorrichtung;
5 ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
6 ein Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
7 zeitliche Verläufe elektrischer Größen beim Betrieb der in 6 gezeigten Vorrichtung;
8 ein Schaltbild einer Transistoreinheit gemäß weiteren Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
9 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Stromrichters.

1 ist ein Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators 2.
Der Zwischenkreiskondensator 2 ist an einen ersten Anschluss 3 und an einen zweiten Anschluss 4 der Vorrichtung 1 angeschlossen, sodass zwischen einer mit dem ersten Anschluss 3 verbundenen ersten Leitung 5 mit einem hohen Potential und einer mit dem zweiten Anschluss 4 verbundenen zweiten Leitung 6 mit einem niedrigen Potential der Vorrichtung 1 eine über dem Zwischenkreiskondensator 2 abfallende Kondensatorspannung 7 anliegt.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine parallel zum Zwischenkreiskondensator 2 geschaltete Entladungseinrichtung 8, mittels welcher bei Erhalt eines das Entladen anfordernden Entladesignals 9 an einem dritten Eingang 10 der Vorrichtung 1 ein Stromfluss I durch die Entladungseinrichtung 8 erzeugbar ist. Der Stromfluss weist bei Vorliegen eines ersten Signalzustands eines Steuersignals 11 an einem Eingang 12 der Entladungseinrichtung 8 eine geringere Stromstärke auf als bei Vorliegen eines zweiten Signalzustands des Steuersignals 11.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Spannungserfassungseinrichtung 13, mittels welcher ein die Kondensatorspannung 7 beschreibendes Spannungssignal 14 an einem Ausgang 15 erzeugbar ist. Die Spannungserfassungseinrichtung 13 ist vorliegend als Spannungsteiler mit zwei Widerstandselementen 16a, 16b ausgebildet. An einem den Ausgang 15 bildenden Abgriff 17 des Spannungsteilers liegt eine Spannung 18 an, welche das Spannungssignal 14 repräsentiert.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Steuerungseinrichtung 19, mittels welcher der Entladungseinrichtung 8 an einem Ausgang 20 das Steuersignal 11 in Abhängigkeit des an einem Eingang 21 der Steuerungseinrichtung 19 anliegenden Spannungssignals 14 bereitstellbar ist. Dazu umfasst die Steuerungseinrichtung 19 eine Signalerzeugungseinheit 22 und eine Vergleichseinheit 23.
Die Signalerzeugungseinheit 22 ist zum Erzeugen eines Referenzsignals 24 eingerichtet, dessen Wert vom Spannungssignal 14 abhängig ist und zum Zeitpunkt des Erhalts des Entladesignals 9 diesem gegenüber verringert ist. Die Vergleichseinheit 23 ist zum Vergleichen des Spannungssignals 14 mit dem Referenzsignal 24 und zum Bereitstellen des Steuersignals 11 mit dem ersten Signalzustand und zum Bereitstellen des Steuersignals 11 mit dem zweiten Signalzustand, wenn der Wert des Spannungssignals 14 den Wert des Referenzsignals 24 erreicht oder unterschreitet, eingerichtet. Die Vergleichseinheit 23 ist ferner dazu eingerichtet, vom zweiten Signalzustand zum ersten Signalzustand zu wechseln, wenn der Wert des Spannungssignals 14 den Wert des Referenzsignals 24 erneut erreicht oder überschreitet.
Dazu weist die Vergleichseinheit 23 einen Komparator 25 auf, dessen negativer Eingang einem Eingang 27 der Vergleichseinheit 23 entspricht und dessen positiver Eingang einem zweiten Eingang 28 der Vergleichseinheit 23 entspricht. Der Komparator 25 ist mittels einer Betriebsspannung 26 betreibbar. Am ersten Eingang 27 der Vergleichseinheit 23 liegt das Spannungssignal 14 an, indem die Spannungserfassungseinrichtung 13 an den ersten Eingang 27 angeschlossen ist. Am zweiten Eingang 28 der Vergleichseinheit 23 liegt das Referenzsignal 24 an, indem ein Ausgang 29 der Signalerzeugungseinrichtung 22, im vorliegenden Ausführungsbeispiel exemplarisch unmittelbar, an den zweiten Eingang 28 der Vergleichseinheit 23 angeschlossen ist.
Die Signalerzeugungseinheit 22 ist dazu eingerichtet, bei einem Überschreiten des Werts des Referenzsignals 24 durch das Spannungssignal 14 den Wert des Referenzsignals bis auf einen gegenüber dem Spannungssignal 14 verringerten Wert zu erhöhen. Daneben ist die Signalerzeugungseinrichtung 22 dazu eingerichtet, den Spannungsverlauf des Referenzsignals 24 derart vorzugeben, dass sein Wert langsamer fällt als der Wert des Spannungssignals 14 beim Entladen des Zwischenkreiskondensators 2.
Dazu umfasst die Signalerzeugungseinrichtung 22 ein Spannungsverringerungselement 30, das durch eine Diode realisiert ist, und ein Energiespeicherelement 31, welches vorliegend als RC-Glied aus einem Widerstand 32 und einem Kondensator 33 ausgebildet ist. Die Signalerzeugungseinrichtung 22 weist einen Eingang 34 auf, der an den Ausgang 15 der Spannungserfassungseinrichtung 13 angeschlossen ist. Intern ist das Spannungsverringerungselement 30 mit dem Eingang 34 verbunden, indem eine Anode der Diode mit dem Eingang 34 und eine Katode der Diode mit dem Energiespeicherelement 31 verbunden sind. Durch das Spannungsverringerungselement 30 wird die Spannung 18 um die Durchlassspannung der Diode auf eine Spannung 35 verringert, welche am Energiespeicherelement 31 anliegt. In einem stationären Zustand ist der Kondensator 33 mithin auf diesen Wert aufgeladen.
Wird der Zwischenkreiskondensator 2 entladen, so sinkt die Kondensatorspannung 7 und damit die das Spannungssignal 14 repräsentierende Spannung 18 schneller als sich der Kondensator 33 über den Widerstand 32 entlädt,. Dazu ist der Widerstandswert des Widerstands 32 und der Kapazitätswert des Kondensators 33 derart gewählt, dass das Referenzsignal 24 langsamer sinkt als das Spannungssignal 14.
An einem Ausgang 36 des Komparators, welcher auch einen Ausgang 37 der Vergleichseinheit 23 bildet, liegt mithin vor und beim Erhalten des Entladesignals, wenn der Zwischenkreiskondensator 2 und der Kondensator 33 stationär aufgeladen sind, der erste Signalzustand an, weil der Wert des Spannungssignals 14 größer als der Wert des Referenzsignals 24 ist. Wird der Zwischenkreiskondensator 2 nach Erhalt des Entladesignals 9 entladen, so sinkt der Wert des Spannungssignals 14 bis er den Wert des Referenzsignals 24 erreicht und unterschreitet. Folglich gibt die Vergleichseinheit 23 den zweiten Signalzustand am Ausgang 37 aus. Bei einem Anstieg der Kondensatorspannung 7 wird das Energiespeicherelement 31 über die Diode 30 wieder aufgeladen, sodass sich die Spannungsverhältnisse an der Vergleichseinheit 23 umkehren und wieder der erste Signalzustand am Ausgang 37 anliegt.
Die Entladungseinrichtung 8 umfasst eine Reihenschaltung aus einer Widerstandseinheit 38 und einer Transistoreinheit 39, wobei ein erster Anschluss 40 der Transistoreinheit 39 mit der ersten Leitung 5 und ein zweiter Anschluss 41 der Transistoreinheit 39 an die Widerstandseinheit 38 angeschlossen sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Transistoreinheit 39 durch einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) ausgebildet.
Ein Widerstandwert der Widerstandseinheit 38 ist in Abhängigkeit des Steuersignals 11 veränderbar. Dazu umfasst die Widerstandseinheit 38 ein erstes Widerstandselement 42a und eine dazu parallelgeschaltete Reihenschaltung aus einem zweiten Widerstandselement 42b und einem Schaltelement 43, hier exemplarisch in Form eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate. Ein Steueranschluss 44 des Schaltelements 43 bildet den Eingang 12 der Entladungseinrichtung 8. Mithin schaltet das Schaltelement 43 in Abhängigkeit des Signalzustands des Steuersignals 11 das zweite Widerstandselement 42b parallel zum ersten Widerstandselement 42a, woraus ein geringerer Widerstandswert der Widerstandseinheit 38 resultiert, als wenn das Schaltelement 43 sperrt.
Die Transistoreinheit 39 bildet ferner ein Längselement einer Stromsenke 45 aus. Dazu umfasst die Stromsenke 45 eine Spannungsreglereinheit 46, die durch einen Baustein vom Typ TL431 realisiert ist. Eine Katode 47 der Spannungsreglereinheit 46 ist dazu an einen Steueranschluss 48 der Transistoreinheit 39 angeschlossen. Ein Referenzanschluss 49 der Spannungsreglereinheit 46 ist mit einem Potential zwischen der Transistoreinheit 39 und der Widerstandseinheit 38 verbunden. Eine Anode 50 der Spannungsreglereinheit 46 ist mit der zweiten Leitung 6 verbunden. Der Steueranschluss 48 der Transistoreinheit 39 ist ferner über einen Widerstand 51 mit einer Betriebsspannung 52 der Vorrichtung 1 verbunden.
Liegt mithin am Eingang 12 der Entladungseinrichtung 8 der erste Signalzustand vor sperrt das Schaltelement 43, sodass der Widerstandswert der Widerstandseinheit 38 hoch ist, weswegen die Spannungsreglereinheit 46 den Stromfluss I durch die Entladungseinrichtung 8 auf einen geringen Wertregelt. Liegt hingegen der zweite Signalzustand am Eingang 12 an, ist der Widerstandswert der Widerstandseinheit 38 gering, sodass die Spannungsreglereinheit 46 den Stromfluss I durch die Entladungseinrichtung 8 auf einen hohen Wert regelt.
Die Vorrichtung 1 umfasst ferner eine Aktivierungseinrichtung 53, deren Eingang 54 den Eingang 10 der Vorrichtung 1 bildet. Die Aktivierungseinrichtung 53 weist eine Transistorschaltung 55 auf, welche dazu eingerichtet ist, den Steueranschluss 48 der Transistoreinheit 38 gegen das Massepotential der Leitung 6 zu schalten, wenn ein hoher Pegel am Eingang 10 anliegt, so dass die Transistoreinheit 39 sperrt und kein Stromfluss I erfolgt. Liegt hingegen das durch einen niedrigen Pegel am Eingang 10 repräsentierte Entladesignal 9 vor, sperrt die Transistorschaltung 55 und der Ladestrom I fließt in Abhängigkeit des Steuersignals 11.
2 zeigt zeitliche Verläufe elektrischer Größen in einem ersten Betriebsfall der Vorrichtung 1. Dabei zeigt ein oberes Diagramm den Verlauf des Spannungssignals 14 und den Verlauf des Referenzsignals 24 und ein unteres Diagramm Verläufe der Kondensatorspannung 7, des Stromflusses I und einer daraus resultierenden Entladeleistung 56, die in der Transistoreinheit 39 und der Widerstandseinheit 38 umgesetzt wird.
2 liegt dabei folgende exemplarische Konfiguration der Vorrichtung 1 zugrunde. Zwischenkreiskondensator 2: 370 µF; Widerstand 16a: 89,7 kΩ; Widerstand 16b: 415 Ω; Spannungsverringerungselement 30: Diode 1N4148; Widerstand 32: 1,5 MΩ; Kondensator 33: 10 µF; Komparator 25: Komparator LM2903; Betriebsspannung 26: 5 V; Widerstand 42a: 94 Ω; Widerstand 42b: 6,6 Ω; Versorgungsspannung 52: 15 V.
Vor einem Zeitpunkt t₀ ist der Zwischenkreiskondensator 2 stationär mit einer Spannung von 900 V aufgeladen. Zum Zeitpunkt t₀ erhält die Vorrichtung 1 das das Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 anfordernde Entladesignal 9. Dadurch beginnt der Stromfluss I und es liegt der erste Signalzustand des Steuersignals 11 am Eingang 12 der Entladungseinrichtung 8 vor, sodass lediglich ein geringer Entladestrom I von ca. 40 mA durch die Entladungseinrichtung 8 fließt. Zu einem Zeitpunkt t₁ hat der Wert des Spannungssignals 14 den Wert des Referenzsignals 24 unterschritten, sodass der zweite Signalzustand des Steuersignals 11 am Eingang 12 anliegt und der Stromfluss I schlagartig auf einen Wert von ca. 400 mA ansteigt und im Wesentlichen konstant bis zu einem Zeitpunkt t₂ bleibt, zu dem der Zwischenkreiskondensator 2 vollständig entladen ist.
Es wird folglich durch die Vergleichseinheit 23 anhand der geringen Stromstärke überprüft, ob eine Entladung des Zwischenkreiskondensators 2 erfolgt, also ob das Spannungssignal 14 schneller sinkt als das Referenzsignal 24. Erst wenn dies der Fall ist, wird die größere Stromstärke des Stromflusses I freigegeben. Zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₁ , also bei Vorliegen des ersten Signalzustands, ist die Stromstärke so gewählt, dass diese auch dauerhaft beschädigungsfrei durch die Entladungseinrichtung 8 führbar ist, wohingegen die nahezu zehnmal so große Stromstärke zwischen dem Zeitpunkt t₁ und t₂ erst dann freigegeben wird, wenn sichergestellt ist, dass der Zwischenkreiskondensator 2 entladbar ist, mithin keine Spannungsquelle mit diesem verbunden ist. Dabei ist beachten, dass das Referenzsignal 24 wegen des Spannungsverringerungselements 30 auch bei einer anderen, insbesondere niedrigeren, Kondensatorspannung 7 stets definiert unterhalb des Spannungssignals 14 liegt, sodass die zuvor beschriebene Überprüfung auf die Entladbarkeit in einem weiten, für den Betrieb des Zwischenkreiskondensators 2 typischen Wertebereich der Kondensatorspannung 7 sichergestellt ist.
3 zeigt zeitliche Verläufe der Kondensatorspannung 7, des Stromflusses I und der Entladeleistung 56 in einem weiteren Betriebsfall der Vorrichtung 1. Dabei steigt zu einem Zeitpunkt t₃ die Kondensatorspannung 7 an, beispielsweise weil eine Gleichspannungsquelle unerwartet mit dem Zwischenkreiskondensator 2 verbunden wurde, und fällt ab einem Zeitpunkt t₄ wieder, weil die Gleichspannungsquelle wieder vom Zwischenkreiskondensator 2 getrennt wurde. Zum Zeitpunkt t₃ wurde jedoch noch mit der geringen Stromstärke des Stromflusses I entladen. Es kommt mithin bis zu einem Zeitpunkt t₅ zu keiner Freigabe der erhöhten Stromstärke, da das Energiespeicherelement 31 über die das Spannungsverringerungselement 30 bildende Diode zum Zeitpunkt t₃ wieder aufgeladen wird.
4 zeigt zeitliche Verläufe der Kondensatorspannung 7, des Stromflusses I und der Entladeleistung 56 in einem weiteren Betriebsfall der Vorrichtung 1. Dabei wird zu einem Zeitpunkt t₆ die höhere Stromstärke des Stromflusses I freigegeben, wonach die Kondensatorspannung 7 jedoch zu einem Zeitpunkt t₇ analog zum Zeitpunkt t₃ in 3 ansteigt. Ab einem Zeitpunkt t₈ fällt die Kondensatorspannung 7 analog zum Zeitpunkt t₄ in 3 wieder. Ersichtlich wird der Stromfluss I mit der hohen Stromstärke auch sofort beendet, wenn festgestellt wird, dass der Zwischenkreiskondensator 2 nicht mehr entladbar ist.
5 ist ein Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1 welches dem in 1 Gezeigten bis auf die nachfolgend beschriebenen Abweichungen entspricht. Dabei sind gleiche oder gleichwirkende Komponenten mit identischen Bezugszeichen versehen.
Die Spannungserfassungseinrichtung 13 und die Signalerzeugungseinrichtung 22 sind identisch zum ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Die Vergleichseinheit 23 umfasst zwischen ihrem Ausgang und dem Ausgang 36 des Komparators 25, der als Open-Collector-Ausgangs ausgebildet ist, einen Widerstand 57.
Bei der Entladungseinrichtung 8 ist die Widerstandseinheit 38 durch ein Widerstandselement 42 mit einem festen Widerstandswert ausgebildet. Anstelle der Spannungsregelungseinheit 46 ist ein Operationsverstärker 58 vorgesehen, welcher mittels einer Betriebsspannung 59 betreibbar ist. Ein Ausgang 60 des Operationsverstärkers 58 ist an den Steueranschluss 48 der Transistoreinheit 39 angeschlossen. Ein negativer erster Eingang 61 des Operationsverstärkers 58 ist an ein Bezugspotential zwischen der Widerstandseinheit 38 und der Transistoreinheit 39 angeschlossen. Ein positiver zweiter Eingang 62 des Operationsverstärkers 58 ist über den Eingang 12 der Entladungseinrichtung 8 mit dem Ausgang 20 der Steuerungseinrichtung 19 verbunden. Dabei wird über den Widerstand 57 eine Referenzspannung des Operationsverstärkers 58 verändert, um die Stromstärke des Stromflusses I zu verändern. Zwei Widerstandselemente 63a und 63b teilen die Betriebsspannung 52 und stellen so die Referenzspannung, die als Sollwert der Stromsenke 45 dient und dem zweiten Eingang 62 des Operationsverstärkers 58 zugeführt wird.
Die Transistorschaltung 55 der Aktivierungseinrichtung 53 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf Basis eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate ausgebildet, was sich auch auf die übrigen Ausführungsbeispiele übertragen lässt, und mit dem zweiten Eingang 62 des Operationsverstärker 58 verbunden.
6 ist ein Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 1, das dem in 5 Gezeigten entspricht und zusätzlich eine Rückkopplungseinrichtung 64 aufweist, mittels welcher der Sollwert der Stromsenke 45 in Abhängigkeit des Spannungssignals 14 steuerbar ist.
Die Rückkopplungseinrichtung 64 umfasst einen Eingang 65, der mit dem Ausgang 15 der Spannungserfassungseinrichtung 13 verbunden ist, und einen Ausgang 66, der mit dem zweiten Eingang 62 des Operationsverstärkers 58 verbunden ist. Eingangsseitig weist die Rückkopplungseinrichtung 64 einen Spannungsteiler 67 auf, welcher die das Spannungssignal 14 repräsentierende Spannung 18 heruntersetzt. An einem Abgriff des Spannungsteilers 67 ist eine Referenzspannung für eine aus einem Operationsverstärker 68, einem Transistor 69 in Form eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate und einem Widerstandselement 70 gebildete Stromsenke 71 abgreifbar. Dabei sind ein Potential zwischen dem Transistor 69 und dem Widerstandselement 70 an einen negativen ersten Eingang 72a des Operationsverstärkers 68 und der Abgriff des Spannungsteilers 67 mit einem positiven zweiten Eingang 72b des Operationsverstärkers 68 verbunden. So wird die Referenzspannung am zweiten Eingang 62 des Operationsverstärkers 58 in Abhängigkeit vom momentanen Wert der Kondensatorspannung 7 dahingehend verändert, dass die Referenzspannung mit sinkender Spannung 7 am Zwischenkreiskondensator 2 steigt.
7 zeigt zeitliche Verläufe der Kondensatorspannung 7, des Stromflusses I und der Entladeleistung 56 in einem Betriebsfall der in 6 gezeigten Vorrichtung 1, der im Wesentlichen dem in 2 gezeigten Betriebsfall entspricht.
Ersichtlich wird der Stromfluss I zum Zeitpunkt t₁ mit der höheren Stromstärke freigegeben, wobei diese jedoch nicht im Wesentlichen konstant ist, sondern mit fallender Kondensatorspannung 7 steigt. Der Verlauf der Kondensatorspannung 7 ist dementsprechend exponentiell vom Typ $u_{c} (t) = U_{1} - U_{2} \cdot e^{\frac{t}{τ}}$
Die sich so ergebende Entladeleistung 56 vermeidet den linear fallenden Verlauf, wie er in den 2 bis 4 ersichtlich ist, sodass eine wesentlich geringere Spitzenleistung durch die Widerstandseinheit 38 und die Transistoreinheit 39 in Wärme umgesetzt werden muss. Dementsprechend können kostengünstigere Bauelemente mit einem höheren thermischen Widerstand für diese Komponenten verwendet werden und/oder ein Entwärmungskonzept einfacher ausfallen.
8 ist ein Schaltbild einer Transistoreinheit 39 gemäß weiteren Ausführungsbeispielen einer Vorrichtung 1, die im Übrigen den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen entsprechen können.
Die Transistoreinheit 39 weist mehrere parallel geschaltete Transistoren 73a, 73b auf, die jeweils als Bipolartransistoren mit isoliertem Gate ausgebildet sind. Dabei sind Steueranschlüsse 74 der Transistoren 73 a, 73b mit dem Steueranschluss 48 der Transistoreinheit 39 und erste Anschlüsse 75 der Transistoren 73a, 73b mit dem ersten Anschluss 40 zusammengeschaltet. Zweite Anschlüsse 76 sind jeweils über einen Widerstand 77a, 77b mit dem zweiten Anschluss 41 verbunden. Die Transistoreinheit 39 erlaubt dadurch, eine höhere Energiemenge aus dem Zwischenkreiskondensator 2 zu dissipieren als eine durch einen Einzeltransistor aufgebaute Transistoreinheit. Durch die Widerstände 77a, 77b wird eine gleichmäßigere Stromaufteilung durch die Transistoren 73a, 73b erzwungen.
9 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 78 mit einem Hochvoltbordnetz 79. Das Hochvoltbordnetz umfasst eine Gleichspannungsquelle 80 in Form einer Hochvoltbatterie und mehrere Stromrichter 81, 82, 83.
Der Stromrichter 81 ist ein Wechselrichter, welcher zum Wandeln einer von der Gleichspannungsquelle bereitgestellten Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung für eine das Fahrzeug 78 zumindest teilweise antreibende elektrische Maschine 84 eingerichtet ist. Der Stromrichter 82 ist ein aktiver Gleichrichter einer Ladeeinrichtung zum Wandeln einer an einem Ladeanschluss 85 des Fahrzeugs 78 bereitgestellten Wechselspannung in eine die Hochvoltbatterie ladende Gleichspannung oder einen ladenden Gleichstrom. Der Stromrichter 83 ist ein Gleichspannungswandler, der zum Koppeln des Hochvoltbordnetzes 78 mit einem Niedervoltbordnetz 86 eingerichtet ist. Jeder Stromrichter 81, 82, 83 umfasst auf seiner hochvoltbordnetzseitigen Gleichspannungsseite einen Zwischenkreiskondensator 2, der an die Eingänge 3, 4 einer Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 gemäß einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele angeschlossen ist.
Die Gleichspannungsquelle 80 ist mittels eines Trenneinrichtung 87 von den übrigen Komponenten des Hochvoltbordnetzes 79 trennbar. Zur Steuerung der Trenneinrichtung 87 weist das Fahrzeug 78 ein Steuergerät 88 auf, durch welches bei Erfassung eines Fehlerfalls ein Datentelegramm über einen Fahrzeugbus 89 bereitstellbar ist. Das Datentelegramm steuert sowohl die Trenneinrichtung 87 zum Trennen der Gleichspannungsquelle 80 von den übrigen Komponenten des Hochvoltbordnetzes 79 als auch die Stromrichter 81, 82, 83 zum Entladen der Zwischenkreiskondensatoren 2 an. Dabei sind die Stromrichter 81, 82, 83 dazu eingerichtet, das Datentelegramm auszuwerten und aus dem Datentelegramm das Entladesignal 9 zu erzeugen. Alternativ kann das Entladesignal 9 den Vorrichtungen 1 der Stromrichter 81, 82, 83 auch direkt durch das Steuergerät 88 zuführbar sein. Die Vorrichtung 1 erlaubt dabei eine Behandlung eines doppelten Fehlerfalls, bei dem die Trennung durch die Trenneinrichtung 87 nicht wie vorgesehen erfolgt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2284982 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung (1) zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators (2), umfassend - eine parallel zum Zwischenkreiskondensator (2) geschaltete Entladungseinrichtung (8), mittels welcher bei Erhalt eines das Entladen anfordernden Entladesignals (9) ein Stromfluss (I) erzeugbar ist, der bei Vorliegen eines ersten Signalzustands eines Steuersignals (11) eine geringere Stromstärke aufweist als bei Vorliegen eines zweiten Signalzustands des Steuersignals (11), und - eine Spannungserfassungseinrichtung (13), mittels welcher ein eine über dem Zwischenkreiskondensator (2) abfallende Kondensatorspannung (7) beschreibendes Spannungssignal (14) erzeugbar ist, gekennzeichnet durch eine Steuerungseinrichtung (19) mit - einer Signalerzeugungseinheit (22), welche zum Erzeugen eines Referenzsignals (24) eingerichtet ist, dessen Wert zum Zeitpunkt des Erhalts des Entladesignals (9) vom Spannungssignal (14) abhängig ist und gegenüber dem Spannungssignal (14) verringert ist, und - einer Vergleichseinheit (23), welche zum Vergleichen des Spannungssignals (14) mit dem Referenzsignal (24), zum Bereitstellen des Steuersignals (11) mit dem ersten Signalzustand bei Erhalt des Entladesignals (9) und zum Bereitstellen des Steuersignals mit dem zweiten Signalzustand, wenn der Wert des Spannungssignals (14) den Wert des Referenzsignals (24) erreicht oder unterschreitet, eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vergleichseinheit (23) dazu eingerichtet ist, vom zweiten Signalzustand zum ersten Signalzustand zu wechseln, wenn der Wert des Spannungssignals (14) den Wert des Referenzsignals (24) erreicht oder überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Signalerzeugungseinheit (22) dazu eingerichtet ist, bei einem Überschreiten des Werts des Referenzsignals (24) durch das Spannungssignal (14), den Wert des Referenzsignals (24) bis auf einen gegenüber dem Wert des Spannungssignals (14) verringerten Wert zu erhöhen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalerzeugungseinheit (22) dazu eingerichtet ist, einen Spannungsverlauf des Referenzsignals (24) derart vorzugeben, dass sein Wert langsamer fällt als der Wert des Spannungssignals (14) beim Entladen des Zwischenkreiskondensators (2).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die Spannungserfassungseinrichtung (13) einen Ausgang (15) aufweist, an welchem eine das Spannungssignal (14) repräsentierende Spannung (18) bereitstellbar ist, - wobei die Signalerzeugungseinrichtung (13) ein Spannungsverringerungselement (30) und ein Energiespeicherelement (31) aufweist, die in Reihe geschaltet sind, - wobei das Spannungsverringerungselement (30) an den Ausgang (15) der Spannungserfassungseinrichtung (13) angeschlossen ist, - wobei der Ausgang (15) der Spannungserfassungseinrichtung (13) an einen ersten Eingang (27) der Vergleichseinheit (23) angeschlossen ist, und - wobei ein Potential zwischen dem Spannungsverringerungselement (30) und dem Energiespeicherelement (31) an einen zweiten Eingang (28) der Vergleichseinheit (23) angeschlossen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Entladungseinrichtung (8) eine Reihenschaltung aus einer Widerstandseinheit (38) und einer Transistoreinheit (39) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein Widerstandswert der Widerstandseinheit (38) in Abhängigkeit des Steuersignals (11) veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Transistoreinheit (39) ein Längselement einer in Abhängigkeit des Steuersignals (11) steuerbaren Stromsenke (45) ausbildet.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Stromsenke (45) einen Operationsverstärker (58) aufweist, wobei ein Ausgang (60) des Operationsverstärkers (58) mit einem Steueranschluss (48) der Transistoreinheit (39) verbunden ist, wobei ein erster Eingang (61) des Operationsverstärkers (58) an ein Bezugspotential zwischen der Widerstandseinheit (38) und der Transistoreinheit (39) angeschlossen ist, wobei eine Spannung an einem zweiten Eingang (62) des Operationsverstärkers (58) in Abhängigkeit des Steuersignals (11) veränderbar ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, wobei die Stromsenke (45) eine Spannungsreglereinheit (46) mit einer Kathode (47), einer Anode (50) und einem Referenzanschluss (49) aufweist, wobei die Kathode (47) an einen Steueranschluss (48) der Transistoreinheit (39) und der Referenzanschluss (49) mit einem Potential zwischen der Transistoreinheit (39) und der Widerstandseinheit (38) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, ferner umfassend eine Rückkopplungseinrichtung (64), mittels welcher ein Sollwert der Stromsenke (45) in Abhängigkeit des Spannungssignals (14) steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei die Transistoreinheit (39) mehrere Transistoren (73a, 73b), die jeweils einen Steueranschluss (74), mittels welchem ein Stromfluss zwischen zwei weiteren Anschlüssen (75, 76) des Transistors (73a, 73b) steuerbar ist, umfassen, aufweist, wobei an einen jeweiligen widerstandseinheitsseitigen weiteren Anschluss (76) ein erster Anschluss eines Widerstands (77a, 77b) angeschlossen ist und zweite Anschlüsse der Widerstände (77a, 77b) zusammengeschaltet sind.
Stromrichter (81, 82, 83) für ein Fahrzeug (78), umfassend einen Zwischenkreiskondensator (2) und eine Vorrichtung (1) zum Entladen des Zwischenkreiskondensators (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug (78), umfassend wenigstens einen Stromrichter (81, 82, 83) nach Anspruch 13.
Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators (2), umfassend folgende Schritte: - Erzeugen eines eine über dem Zwischenkreiskondensator (2) abfallende Kondensatorspannung (7) beschreibenden Spannungssignals (14); - Erzeugen eines Referenzsignals (24), dessen Wert zum Zeitpunkt des Erhalts eines Entladesignals (9) vom Spannungssignal (14) abhängig ist und gegenüber dem Spannungssignal (14) verringert ist; - Vergleichen des Spannungssignals (14) mit dem Referenzsignal (24); - Bereitstellen eines Steuersignals (11) mit einem ersten Signalzustand bei Erhalt des Entladesignals (9) und mit einem zweiten Signalzustand, wenn der Wert des Spannungssignals (14) den Wert des Referenzsignals (24) erreicht oder unterschreitet; und - Erzeugen eines Stromflusses (I) durch eine parallel zum Zwischenkreiskondensator (2) geschaltete Entladungseinrichtung (8), wobei der Stromfluss (I) bei Vorliegen des ersten Signalzustands des Steuersignals (11) eine geringere Stromstärke aufweist als bei Vorliegen des zweiten Signalzustands des Steuersignals (11).