DE102020208096A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators und Spannungswandleranordnung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators und Spannungswandleranordnung Download PDF

Info

Publication number
DE102020208096A1
DE102020208096A1 DE102020208096.8A DE102020208096A DE102020208096A1 DE 102020208096 A1 DE102020208096 A1 DE 102020208096A1 DE 102020208096 A DE102020208096 A DE 102020208096A DE 102020208096 A1 DE102020208096 A1 DE 102020208096A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
capacitor
intermediate circuit
connection
discharging
node
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102020208096.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Daniel Schweiker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102020208096.8A priority Critical patent/DE102020208096A1/de
Priority to PCT/EP2021/062609 priority patent/WO2022002469A1/de
Publication of DE102020208096A1 publication Critical patent/DE102020208096A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft das Entladen eines Zwischenkreiskondensators mittels einer Halbbrücke mit zwei Schaltelementen, welche durch geeignetes Ansteuern der Schaltelemente abwechselnd zwei in Serie geschaltete Kondensatoren einer Kondensatoreinrichtung auf- und entladen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Spannungswandleranordnung mit einer Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators.
  • Stand der Technik
  • Spannungsnetze mit Zwischenkreiskondensatoren zur Stabilisierung einer Gleichspannung sind beispielsweise aus elektrischen Antriebssystemen bekannt. Da beispielsweise bei Hochvoltnetzen von Elektrofahrzeugen an derartigen Zwischenkreiskondensatoren auch elektrische Spannungen von mehreren hundert Volt anliegen können, muss im Falle einer Abschaltung, insbesondere bei einer Notabschaltung, sichergestellt werden, dass die Zwischenkreiskondensatoren gezielt entladen werden können.
  • Die Druckschrift DE 10 2012 201 827 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreises eines Hochspannungsnetzes. Hierbei sind zwei Entladeschaltungen vorgesehen, wobei in einem ersten Schritt der Zwischenkreis mittels der ersten Entladeschaltung zunächst teilweise entladen wird und anschließend in einem zweiten Schritt der Zwischenkreis mittels einer zweiten Entladeschaltung weiter entladen wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators sowie eine Spannungswandleranordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Demgemäß ist vorgesehen:
    • Eine Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators mit einem Kondensatorelement und einer Halbbrücke. Das Kondensatorelement umfasst einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator. Der erste Kondensator ist an einem ersten Anschluss mit einem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators elektrisch verbunden. An einem zweiten Anschluss ist der erste Kondensator mit einem ersten Knotenpunkt elektrisch verbunden. Der zweite Kondensator ist an einem ersten Anschluss mit dem ersten Knotenpunkt elektrisch verbunden und an einem zweiten Anschluss mit einem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensators elektrisch verbunden. Die erste Halbbrücke umfasst ein erstes Halbleiterschaltelement und ein zweites Halbleiterschaltelement. Das erste Halbleiterschaltelement ist an einem ersten Anschluss mit einem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators elektrisch verbunden. An einem zweiten Anschluss ist das erste Halbleiterschaltelement mit einem zweiten Knotenpunkt elektrisch verbunden. Das zweite Halbleiterschaltelement ist an einem ersten Anschluss mit dem zweiten Knotenpunkt elektrisch verbunden und an einem zweiten Anschluss mit dem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensators elektrisch verbunden. Ferner ist der erste Knotenpunkt des Kondensatorelements mit dem zweiten Knotenpunkt der Halbbrücke elektrisch gekoppelt.
  • Weiterhin ist vorgesehen:
    • Eine Spannungswandleranordnung mit einem Zwischenkreiskondensator, einer Spannungswandlerschaltung und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators. Die Spannungswandlerschaltung kann mindestens eine Halbbrücke, vorzugsweise jedoch mehrere Halbbrücken umfassen.
  • Schließlich ist vorgesehen:
    • Ein Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators. Das Verfahren umfasst zwei Schritte, welche abwechselnd ausgeführt werden. In einem ersten Schritt wird das erste Halbleiterschaltelement der Halbbrücke geöffnet und das zweite Halbleiterschaltelement der Halbbrücke geschlossen. In einem zweiten Schritt wird das erste Halbleiterschaltelement der Halbbrücke geschlossen und das zweite Halbleiterschaltelement der Halbbrücke geöffnet.
  • Vorteile der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei dem Auf- und Entladen eines Kondensators elektrische Verluste entstehen. Hierbei wird elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Es ist nun eine Idee der vorliegenden Erfindung, diese elektrischen Verluste dazu zu nutzen, die in einem Zwischenkreiskondensator gespeicherte elektrische Energie mittels mehrerer Lade- und Entladevorgängen von weiteren Kondensatoren abzubauen. Werden dabei parallel zu dem Zwischenkreiskondensator mindestens zwei in Serie geschaltete Kondensatoren abwechselnd auf- und entladen, so kann durch die dabei entstehenden elektrischen Verluste die Energie des Zwischenkreiskondensators abgebaut werden, ohne dass dabei ein Kurzschluss über den beiden Anschlüssen des Zwischenkreiskondensators entsteht.
  • Da die aus der Serienschaltung der zusätzlichen Kondensatoren herrührende Gesamtkapazität im operativen Betrieb parallel zu dem Zwischenkreiskondensator angeordnet ist, treten während des operativen Betriebs keine negativen Effekte auf. Vielmehr vergrößert die aus der Serienschaltung der beiden zusätzlichen Kondensatoren herrührende Gesamtkapazität zusammen mit der Kapazität des Zwischenkreiskondensators die Gesamtkapazität geringfügig. Die Kapazitäten der Kondensatoren in dem zusätzlichen Kondensatorelement kann dabei in geeigneter Weise derart dimensioniert werden, dass die während der einzelnen Umladevorgängen fließenden elektrischen Ströme sicher beherrschbar sind und dabei gleichzeitig ein möglichst effizientes Entladen der Zwischenkreiskapazität erzielt werden kann.
  • Für das Auf- und Entladen der einzelnen Kondensatoren in dem Kondensatorelement parallel zu dem Zwischenkreiskondensator ist parallel zu jedem Kondensator ein Schaltelement, insbesondere ein Halbleiterschaltelement, wie zum Beispiel ein MOSFET oder ein bipolarer Transistor mit einem isolierten Gateanschluss oder ähnliches vorgesehen. Wie im Nachfolgenden noch näher erläutert wird, können die Schaltelemente zum Umladen der einzelnen Kondensatoren direkt parallel zu den jeweiligen Kondensatoren angeordnet sein. Alternativ ist es auch möglich, die Kondensatoren von den Schaltelementen mittels eines zusätzlichen Schalters zu entkoppeln.
  • Das Umladen der Kondensatoren in dem Kondensatorelement kann grundsätzlich mit einer beliebigen Schaltfrequenz bzw. Taktrate erfolgen. Mit steigender Schaltfrequenz kann dabei pro Zeiteinheit eine größere Energiemenge umgesetzt werden, wobei auch pro Zeiteinheit die elektrischen Verluste steigen und somit ein schnelleres Entladen der Zwischenkreiskapazität erreicht werden kann. Insbesondere kann die Schaltfrequenz für das Entladen des Zwischenkreiskondensators höher gewählt werden, als eine Schaltfrequenz, die für den operativen Betrieb einer Baugruppe verwendet wird, an welche der Zwischenkreiskondensator angeschlossen ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, in der Halbbrücke abwechselnd einen ersten Schaltzustand oder einen zweiten Schaltzustand einzustellen. In dem ersten Schaltzustand ist das erste Halbleiterschaltelement geöffnet und das zweite Halbleiterschaltelement geschlossen. In dem zweiten Schaltzustand ist das erste Halbleiterschaltelement geschlossen und das zweite Halbleiterschaltelement geöffnet. Bei dem Wechsel zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand können dabei insbesondere auch die Totzeiten der Halbleiterschaltelemente berücksichtigt werden. Hierzu wird zunächst ein geschlossenes Halbleiterschaltelement geöffnet und nach einer Totzeit das jeweils andere Schaltelement geschlossen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass es bei dem Wechsel zwischen den beiden Schaltzuständen über die Halbbrücke zu keinem Kurzschluss über dem Zwischenkreiskondensator kommt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Knotenpunkt des Kondensatorelements direkt mit dem zweiten Knotenpunkt der Halbbrücke elektrisch verbunden. Somit sind zwischen dem ersten Knotenpunkt und dem zweiten Knotenpunkt keine weiteren Bauelemente, insbesondere kein Schaltelement oder ähnliches vorgesehen. Hierdurch kann eine besonders einfache Konfiguration realisiert werden.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators eine Schalteinrichtung. Die Schalteinrichtung ist dazu ausgelegt, den ersten Knotenpunkt des Kondensatorelements mit dem zweiten Knotenpunkt der Halbbrücke elektrisch zu verbinden oder zu trennen. Insbesondere kann für das Entladen des Zwischenkreiskondensators der erste Knotenpunkt mit dem zweiten Knotenpunkt mittels der Schalteinrichtung elektrisch verbunden werden. Während eines operativen Betriebs einer an den Zwischenkreiskondensator angeschlossenen Baugruppe kann die Schalteinrichtung die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Knotenpunkt und dem zweiten Knotenpunkt trennen. Auf diese Weise ist die Kondensatoreinrichtung von der Halbbrücke während des operativen Betriebs getrennt, so dass die Kondensatoren der Kondensatoreinrichtung keine negativen Einflüsse auf den operativen Betrieb nehmen und insbesondere auch keine zusätzlichen elektrischen Verluste während des operativen Betriebs bewirken.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Kondensatorelement mindestens einen Ohmschen Widerstand. Der Ohmsche Widerstand ist hierbei in Serie mit dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator angeordnet. Insbesondere kann für jeden Kondensator des Kondensatorelements ein Ohmscher Widerstand vorgesehen sein. So kann beispielsweise in dem Kondensatorelement zwischen dem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators und dem ersten Knotenpunkt eine Serienschaltung aus dem ersten Kondensator und einem ersten Ohmschen Widerstand vorgesehen sein und zwischen dem zweiten Knotenpunkt und dem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensators kann eine Serienschaltung aus einem zweiten Kondensator und einem zweiten Ohmschen Widerstand vorgesehen sein. Das Kondensatorelement entspricht in diesem Fall einem R-C-Glied, wie es beispielsweise auch für sogenannte Snubber-Schaltungen verwendet wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Spannungswandleranordnung ist die Halbbrücke der Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators zusätzlich zu der Spannungswandlerschaltung vorgesehen. Somit ist für die Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators neben den Halbbrücken der Spannungswandlerschaltung eine weitere Halbbrücke zum Entladen des Zwischenkreiskondensators vorgesehen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Halbbrücke der Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators mindestens einer Halbbrücke der Spannungswandlerschaltung entsprechen. Auf diese Weise kann die entsprechende Halbbrücke der Spannungswandlerschaltung das Umladen der Kondensatoren in dem Kondensatorelement zum Entladen des Zwischenkreiskondensators ausführen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist parallel zu jeder Halbbrücke der Spannungswandlerschaltung ein Kondensatorelement angeordnet. Entsprechend kann jede Halbbrücke zusammen mit dem korrespondierenden Kondensatorelement eine Vorrichtung zum Entladen des Zwischenkreiskondensators bilden. Durch die Verwendung mehrerer Halbbrücken mit parallel angeordneten Kondensatorelementen kann somit ein besonders schnelles Entladen des Zwischenkreiskondensators erfolgen.
  • Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
  • Figurenliste
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Spannungswandleranordnung mit einer Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators gemäß einer Ausführungsform;
    • 2: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds für eine Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators gemäß einer Ausführungsform;
    • 3: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators gemäß einer weiteren Ausführungsform;
    • 4: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Spannungswandleranordnung mit einer Vorrichtung zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
    • 5: eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms, wie es einem Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbildes einer Spannungswandleranordnung mit einer Vorrichtung 1 zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators 2 gemäß einer Ausführungsform. Die Spannungswandleranordnung kann beispielsweise dazu genutzt werden, um eine an einem Eingangsanschluss bereitgestellte Gleichspannung in eine geeignete Spannung zu konvertieren, um eine elektrische Maschine 4 anzusteuern. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige weitere Anwendungen für eine Spannungswandleranordnung möglich.
  • Die Spannungswandleranordnung umfasst einen Zwischenkreiskondensator 2, der zwischen den Anschlusselementen eines Gleichspannungsanschlusses angeordnet ist. Die an dem Gleichspannungsanschluss bereitgestellte Gleichspannung kann von einer Spannungswandlerschaltung 3 in eine weitere Spannung, beispielsweise eine Gleich- oder Wechselspannung mit einer vorgegebenen Spannungshöhe konvertiert werden. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Spannungswandlerschaltung 3 beispielsweise die eingangsseitig bereitgestellte Gleichspannung in eine dreiphasige elektrische Wechselspannung konvertieren, um die elektrische Maschine 4 anzusteuern. Hierzu kann die Spannungswandlerschaltung 3 beispielsweise mehrere Schaltelemente umfassen, welche mit einer vorbestimmten Taktfrequenz oder einer Taktfrequenz innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereiches angesteuert werden.
  • Neben dem operativen Betrieb kann beispielsweise ein Betriebszustand vorgesehen sein, in welchem der Eingangsanschluss der Spannungswandleranordnung und somit insbesondere der Zwischenkreiskondensator 2 von weiteren Komponenten und insbesondere von einer Gleichspannungsquelle getrennt ist. Beispielsweise kann hierzu ein nicht dargestellter Batterieschutzschalter den Eingangsanschluss der Spannungswandleranordnung von weiteren Komponenten trennen. In diesem Fall ist der Zwischenkreiskondensator 2 jedoch zunächst noch auf ein Spannungsniveau aufgeladen, welches der elektrischen Spannung am Eingangsanschluss vor dem Trennen entspricht. In einem solchen Fall kann es erforderlich sein, den Zwischenkreiskondensator 2 zu entladen. Der Zwischenkreiskondensator 2 kann dabei entweder vollständig entladen werden oder die Spannung über dem Zwischenkreiskondensator 2 kann zumindest auf ein vorbestimmtes maximales Spannungsniveau abgesenkt werden. Ein solches Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 kann beispielsweise mittels der Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 erfolgen.
  • Die Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 kann, wie in 1 dargestellt, beispielsweise ein Kondensatorelement 10 und eine Halbbrücke 20 umfassen. Das Kondensatorelement 10 umfasst zwei in Serie angeordnete Kondensatoren 11, 12. Ein erstes Anschlusselement des ersten Kondensators 11 des Kondensatorelements 10 ist dabei mit einem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators 2 elektrisch verbunden. Ein zweites Anschlusselement des ersten Kondensators 11 ist mit einem ersten Knotenpunkt K1 verbunden. Ein erstes Anschlusselement des zweiten Kondensators 12 des Kondensatorelements 10 ist ebenfalls mit dem ersten Knotenpunkt K1 verbunden. Ein zweites Anschlusselement des zweiten Kondensators 12 ist mit einem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensators 2 verbunden. Die Halbbrücke 20 umfasst zwei in Serie geschaltete Schaltelemente, insbesondere Halbleiterschaltelemente 21, 22. Bei den Halbleiterschaltelementen kann es sich beispielsweise um MOSFET oder bipolare Transistoren mit einem isolierten Gateanschluss (IGBT) handeln. Selbstverständlich sind auch beliebige andere Schaltelemente, insbesondere beliebige andere Halbleiterschaltelemente möglich. Ein erster Anschluss des ersten Schaltelementes 21 der Halbbrücke 20 ist mit dem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators 2 elektrisch verbunden. Ein zweites Anschlusselement des Schaltelements 21 ist mit einem zweiten Knotenpunkt K2 verbunden. Ein erstes Anschlusselement des zweiten Schaltelements 22 der Halbbrücke 20 ist ebenfalls mit dem zweiten Knotenpunkt K2 elektrisch verbunden, und ein zweites Anschlusselement des zweiten Schaltelements 22 ist mit dem zweiten Anschlusselement des Zwischenkreiskondensators 2 verbunden. Weiterhin ist der erste Knotenpunkt K1 mit dem zweiten Knotenpunkt K2 elektrisch verbunden. Die elektrische Verbindung kann, wie in 1 dargestellt, eine direkte elektrische Verbindung zwischen den beiden Knotenpunkten K1 und K2 vorsehen. In diesem Fall sind keine weiteren Bauelemente, insbesondere keine Schaltelemente zwischen dem ersten Knotenpunkt K1 und dem zweiten Knotenpunkt K2 vorgesehen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, wie im Nachfolgenden noch erläutert wird, zwischen dem ersten Knotenpunkt K1 und dem zweiten Knotenpunkt K2 eine Schalteinrichtung vorzusehen.
  • Die Schaltelemente 21, 22 der Halbbrücke 20 können beispielsweise von einer Steuereinrichtung 40 angesteuert werden. Bei der Steuereinrichtung 40 kann es sich um eine Steuereinrichtung handeln, welche gegebenenfalls auch die Schaltelemente in der Spannungswandlerschaltung 3 ansteuert. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, für das Ansteuern der Schaltelemente 21, 22 der Halbbrücke 20 und das Ansteuern der Schaltelemente in der Spannungswandlerschaltung 3 separate Steuereinrichtungen vorzusehen.
  • Die Steuereinrichtung 40 kann zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 die Schaltelemente 21 und 22 der Halbbrücke 20 in geeigneter Weise ansteuern. Während des Entladens des Zwischenkreiskondensators 2 kann an den Schaltelementen der Spannungswandlerschaltung 3 eine geeignete Konfiguration eingestellt werden, um beispielsweise einen sicheren Betriebszustand einzustellen. Bei einem solchen sicheren Betriebszustand kann es sich beispielsweise um einen Freilauf oder einen aktiven Kurzschluss einer am Ausgangsanschluss der Spannungswandler 3 angeschlossenen elektrischen Maschine 4 handeln.
  • Für das Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 kann in einem ersten Schaltzustand beispielsweise das obere Schaltelement 21 der Halbbrücke 20 geschlossen werden, während das untere Schaltelement 22 der Halbbrücke 20 geöffnet ist. Auf diese Weise wird zunächst der untere Kondensator 12 über das obere Schaltelement 21 aufgeladen. Darüber hinaus kann ein zweiter Schaltzustand eingestellt werden, in welchem zunächst das obere Schaltelement 21 der Halbbrücke 20 geöffnet wird und anschließend das untere Schaltelement 22 geschlossen wird. Daraufhin wird der untere Kondensator 12 entladen, während der obere Kondensator 11 aufgeladen wird. Im weiteren Verlauf kann das obere Schaltelement 21 geöffnet werden, und daraufhin das untere Schaltelement 22 geschlossen werden, um erneut den ersten Schaltzustand einzustellen. Zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 22 kann die oben beschriebene Abfolge solange wiederholt werden, bis der Zwischenkreiskondensator 2 auf ein gewünschtes Spannungsniveau entladen worden ist.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung 1 zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators 2 gemäß einer Ausführungsform. Diese Ausführungsform gemäß 2 kann ebenfalls als Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 in der Spannungswandleranordnung gemäß 1 eingesetzt werden. Gleiches gilt auch für die nachfolgend beschriebene Ausführungsform gemäß 3.
  • Die Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 gemäß 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 1 darin, dass zwischen dem ersten Knotenpunkt K1 und dem zweiten Knotenpunkt K2 eine Schalteinrichtung 30 vorgesehen ist. Diese Schaltvorrichtung 30 kann beispielsweise zwei in Serie geschaltete Halbleiterschaltelemente 31, 32 aufweisen, wobei die Freilaufdioden der beiden Halbleiterschaltelemente 31, 32 entgegengesetzt angeordnet sind. Die Schalteinrichtung 30 kann während eines normalen operativen Betriebs geöffnet sein, so dass der erste Knotenpunkt K1 elektrisch von dem zweiten Knotenpunkt K2 getrennt ist. Zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 kann die Schalteinrichtung 30 den ersten Knotenpunkt K1 mit dem zweiten Knotenpunkt K2 elektrisch verbinden. Hierzu können beispielsweise die beiden Halbleiterschaltelemente 31, 32 geschlossen werden. Es versteht sich jedoch, dass anstelle der beiden Halbleiterschaltelemente 31, 32 auch beliebige andere geeignete Schaltelemente verwendet werden können. Nach dem Schließen der Schalteinrichtung 30 kann durch ein geeignetes Ansteuern der Schaltelemente 21, 22 der Halbbrücke 20 der Zwischenkreiskondensator 2 entladen werden. Hierbei kann insbesondere das im Zusammenhang mit 1 bereits beschriebene Prinzip angewendet werden.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Vorrichtung 1 zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Ausführungsform gemäß 3 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform insbesondere darin, dass in dem Kondensatorelement 10 zusätzlich zu den beiden Kondensatoren 11 und 12 noch mindestens ein Ohmscher Widerstand 13, 14 vorgesehen ist. In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist in Serie zu jedem Kondensator 11, 12 jeweils ein Ohmscher Widerstand 13, 14 vorgesehen. Somit ist zwischen dem ersten Anschlusselement des Zwischenkreiskondensators 2 und dem ersten Knotenpunkt K1 eine Serienschaltung aus einem ersten Ohmschen Widerstand 13 und einem ersten Kondensator 11 vorgesehen. Analog ist zwischen dem ersten Knotenpunkt K1 und dem zweiten Anschlusselement des Zwischenkreiskondensators 2 eine Serienschaltung aus einem zweiten Ohmschen Widerstand 14 und dem zweiten Kondensator 12 vorgesehen. Somit bilden die beiden Kondensatoren 11, 12 des Kondensatorelements 10 zusammen mit dem oder den Ohmschen Widerständen 13, 14 ein R-C-Glied, welches auch als Filterelement für Störfrequenzen im operativen Betrieb eingesetzt werden kann. Darüber hinaus führen die Ohmschen Widerstände 13, 14 in dem Kondensatorelement 10 zu weiteren Ohmschen Verlusten und somit zur Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie. Auch in diesem Fall kann gegebenenfalls zwischen dem ersten Knotenpunkt K1 und dem Knotenpunkt K2 ein Schaltelement 30 vorgesehen sein.
  • 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbilds einer Spannungswandleranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Ausführungsform gemäß 4 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform insbesondere darin, dass als Halbbrücke 20 für die Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 eine Halbbrücke der Spannungswandlerschaltung 3 verwendet wird. Somit kann eine separate externe Halbbrücke 20 entfallen. Zur Vermeidung von übermäßigen Schaltverlusten kann die Kondensatoreinrichtung 10, insbesondere der erste Knotenpunkt K1 der Kondensatoreinrichtung 10 von der entsprechenden Halbbrücke, insbesondere dem zweiten Knotenpunkt K2, mittels einer zuvor bereits beschriebenen Schalteinrichtung 30 elektrisch getrennt werden. Zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 kann daraufhin diese Schalteinrichtung 30 den ersten Knotenpunkt K1 mit dem zweiten Knotenpunkt K2 elektrisch verbinden, so dass daraufhin gemäß dem oben beschriebenen Ablauf durch entsprechendes Ansteuern der Schaltelemente 21, 22 der Zwischenkreiskondensator 2 entladen werden kann.
  • In dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist lediglich eine Kondensatoreinrichtung 10 für eine Halbbrücke in der Spannungswandlerschaltung 3 dargestellt. Darüber hinaus ist es auch möglich, für mehrere Halbbrücke in der Spannungswandlerschaltung 3, insbesondere auch für alle Halbbrücken in der Spannungswandlerschaltung 3, jeweils eine separate Kondensatoreinrichtung 11 vorzusehen. Auf diese Weise kann jede Halbbrücke der Spannungswandlerschaltung 3 zusammen mit der korrespondierenden Kondensatoreinrichtung 10 jeweils eine Vorrichtung 1 zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 bilden.
  • 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms eines Verfahrens zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators 2 gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren kann insbesondere auf eine der oben beschriebenen Ausführungsformen der Vorrichtung 1 zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators 2 angewendet werden.
  • In dem Verfahren werden zum Entladen des Zwischenkreiskondensators 2 abwechselnd zwei Schaltzustände eingestellt. In Schritt S1 wird das zweite Schaltelement 22 der Halbbrücke 20 geschlossen und das erste Schaltelement 21 der Halbbrücke 20 geöffnet. Anschließend wird ein zweiter Schaltzustand eingestellt, in dem zunächst das zweite Schaltelement 22 geöffnet wird und daraufhin, vorzugsweise unter Einhaltung einer vorgegebenen Totzeit der Schaltelemente, das erste Schaltelement Anschlusselement 21 geöffnet wird. Im weiteren Verlauf kann in Schritt S2 durch Öffnen des ersten Schaltelements 21 und anschließend das Schließen des zweiten Schaltelements 22 erneut der erste Schaltzustand eingestellt werden. Die beiden oben beschriebenen Schaltzustände können nun abwechselnd solange eingestellt werden, bis der Zwischenkreiskondensator 2 auf ei vorgegebenes minimales Spannungsniveau entladen worden ist.
  • Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung das Entladen eines Zwischenkreiskondensators mittels einer Halbbrücke mit zwei Schaltelementen, welche durch geeignetes Ansteuern der Schaltelemente abwechselnd zwei in Serie geschaltete Kondensatoren einer Kondensatoreinrichtung auf- und entladen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012201827 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Vorrichtung (1) zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators (2), mit: einem Kondensatorelement (10) mit einem ersten Kondensator (11) und einem zweiten Kondensator (12), wobei der erste Kondensator (11) an einem ersten Anschluss mit einem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators (2) elektrisch verbunden ist und an einem zweiten Anschluss mit einem ersten Knotenpunkt (K1) elektrisch verbunden ist, und wobei der zweite Kondensator (12) an einem ersten Anschluss mit dem ersten Knotenpunkt (K1) elektrisch verbunden ist und an einem zweiten Anschluss mit einem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensators (2) elektrisch verbunden ist; und einer Halbbrücke (20) mit einem ersten Halbleiterschaltelement (21) und einem zweiten Halbleiterschaltelement (22), wobei das erste Halbleiterschaltelement (21) an einem ersten Anschluss mit dem ersten Anschluss des Zwischenkreiskondensators (2) elektrisch verbunden ist und an einem zweiten Anschluss mit einem zweiten Knotenpunkt (K2) elektrisch verbunden ist, und wobei das zweite Halbleiterschaltelement (22) an einem ersten Anschluss mit dem zweiten Knotenpunkt (K2) elektrisch verbunden ist und an einem zweiten Anschluss mit dem zweiten Anschluss des Zwischenkreiskondensators (2) elektrisch verbunden ist; wobei der erste Knotenpunkt (K1) des Kondensatorelements (10) mit dem zweiten Knotenpunkt (K2) der Halbbrücke (20) elektrisch gekoppelt ist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, mit einer Steuereinrichtung (40), die dazu ausgelegt ist, in der Halbbrücke (20) abwechselnd einen ersten Schaltzustand oder einen zweiten Schaltzustand einzustellen, wobei in dem ersten Schaltzustand das erste Halbleiterschaltelement (21) geöffnet ist und das zweite Halbleiterschaltelement (22) geschlossen ist, und wobei in dem zweiten Schaltzustand das erste Halbleiterschaltelement (21) geschlossen ist und das zweite Halbleiterschaltelement (22) geöffnet ist.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Knotenpunkt (K1) des Kondensatorelements (10) direkt mit dem zweiten Knotenpunkt (K2) der Halbbrücke (20) elektrischen verbunden ist.
  4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Schalteinrichtung (30), die dazu ausgelegt ist, den ersten Knotenpunkt (K1) des Kondensatorelements (10) mit dem zweiten Knotenpunkt (K2) der Halbbrücke (20) elektrisch zu verbinden.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kondensatorelement (10) mindestens einen ohmschen Widerstand (13,14) umfasst, der in Serie mit dem ersten Kondensator (11) und dem zweiten Kondensator (12) angeordnet ist.
  6. Spannungswandleranordnung, mit: einem Zwischenkreiskondensator (2), einer Spannungswandlerschaltung (3) mit mehreren Halbbrücken; und einer Vorrichtung (1) zum Entladen des Zwischenkreiskondensators (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Spannungswandleranordnung nach Anspruch 6, wobei die Spannungswandlerschaltung (3) die Halbbrücke (20) der Vorrichtung (1) zum Entladen des Zwischenkreiskondensators (2) umfasst.
  8. Spannungswandleranordnung nach Anspruch 6, wobei parallel zu jeder Halbbrücke der Spannungswandlerschaltung (3) ein Kondensatorelement (10) angeordnet ist, und wobei jede Halbbrücke zusammen mit dem jeweils korrespondierenden Kondensatorelement (10) eine Vorrichtung (1) zum Entladen des Zwischenkreiskondensators (2) bildet.
  9. Spannungswandleranordnung nach Anspruch 6, wobei die Halbbrücke (20) der Vorrichtung (1) zum Entladen des Zwischenkreiskondensators parallel zu den Halbbrücken der Spannungswandlerschaltung (3) angeordnet ist.
  10. Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators (2) mittels einer Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Verfahren abwechselnd in einem ersten Schritt (S1) das erste Halbleiterschaltelement (21) öffnet und das zweite Halbleiterschaltelement (22) schließt, und in einem zweiten Schritt das erste Halbleiterschaltelement (eine 20) schließt und das zweite Halbleiterschaltelement (22) öffnet.
DE102020208096.8A 2020-06-30 2020-06-30 Vorrichtung und Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators und Spannungswandleranordnung Withdrawn DE102020208096A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020208096.8A DE102020208096A1 (de) 2020-06-30 2020-06-30 Vorrichtung und Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators und Spannungswandleranordnung
PCT/EP2021/062609 WO2022002469A1 (de) 2020-06-30 2021-05-12 Vorrichtung und verfahren zum entladen eines zwischenkreiskondensators und spannungswandleranordnung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020208096.8A DE102020208096A1 (de) 2020-06-30 2020-06-30 Vorrichtung und Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators und Spannungswandleranordnung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020208096A1 true DE102020208096A1 (de) 2021-12-30

Family

ID=75914536

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020208096.8A Withdrawn DE102020208096A1 (de) 2020-06-30 2020-06-30 Vorrichtung und Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators und Spannungswandleranordnung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102020208096A1 (de)
WO (1) WO2022002469A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012201827A1 (de) 2012-02-08 2013-08-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Entladung eines Zwischenkreises eines Spannungsnetzes

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19639279C2 (de) * 1996-09-25 2002-01-17 Daimlerchrysler Rail Systems Stromrichterschaltung
DE10062075A1 (de) * 2000-12-13 2002-06-27 Bosch Gmbh Robert Umrichter mit integrierten Zwischenkreiskondensatoren
DE102017200043B4 (de) * 2017-01-04 2018-11-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Spannungswandlung, Traktionsnetz und Verfahren zum Laden einer Batterie
DE102018204230A1 (de) * 2018-03-20 2019-09-26 Robert Bosch Gmbh Filtervorrichtung für einen elektrischen Stromrichter, elektrischer Stromrichter und Verfahren zum Ansteuern einer Filtervorrichtung für einen elektrischen Stromrichter

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012201827A1 (de) 2012-02-08 2013-08-08 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Entladung eines Zwischenkreises eines Spannungsnetzes

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022002469A1 (de) 2022-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102010046142A1 (de) Modularer Schalter für einen elektrischen Umrichter, elektrischer Umrichter sowie Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Umrichters
EP2639916A2 (de) Schaltungsanordnung für Stromrichter mit Zwischenkreis, sowie Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters
DE102019102306A1 (de) Verfahren und Schaltung zu einem Niedervoltversorgungsstrang mit eigener Spannungsquelle bei einer modularen Batterie
EP3024130A1 (de) DC/DC-Wandlereinrichtung
DE212020000285U1 (de) Ladevorrichtung und elektrisches Antriebssystem mit einer derartigen Ladevorrichtung
DE102012206409A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Schaltung
EP2709257A2 (de) Stromrichterschaltung und Verfahren zur Steuerung der Stromrichterschaltung
DE102018120236A1 (de) Ladevorrichtung mit steuerbarer Zwischenkreismittelpunktsspannung sowie Antriebssystem mit einer derartigen Ladevorrichtung
DE112017005404T5 (de) DC-DC Wandler
EP2586646A2 (de) Elektrische Energieversorgungsanordnung für Antriebseinrichtungen, zum Betreiben eines Schienenfahrzeugs an elektrischen Versorgungsnetzen
DE102015013875B4 (de) Wechselrichter für eine elektrische Maschine, elektrische Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters
DE102020007840A1 (de) Aufwärtswandler zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, sowie Fahrzeug und Verfahren
DE102017106626A1 (de) Boost Chopper Schaltung
EP3529102B1 (de) Gleichspannungswandler und verfahren zum betrieb eines gleichspannungswandlers
DE102015105889A1 (de) Schaltmodul und Umrichter mit wenigstens einem Schaltmodul
DE102015207607A1 (de) Bidirektionaler Gleichspannungswandler
EP3931963B1 (de) Leistungselektronische vorrichtung und verfahren zur elektrischen spannungsversorgung einer treiberschaltung eines leistungshalbleiterschalters
DE102020208096A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators und Spannungswandleranordnung
DE102016220679A1 (de) Gleichspannungswandler und Verfahren zur Ansteuerung eines Gleichspannungswandlers
DE102020109426A1 (de) Ladevorrichtung zum Laden eines elektrischen Energiespeichers eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einem Gleichspannungswandler
DE102013212229A1 (de) Spannungsumsetzer und Verfahren zum Betreiben eines Spannungsumsetzers
DE102018008604A1 (de) Hochsetzsteller sowie Verfahren zum Betreiben eines Hochsetzstellers
DE102013218799A1 (de) Modularer Stromrichter
DE102013207894A1 (de) Elektrische Schaltung
DE102012109283A1 (de) Stromrichter mit Zusatzschaltung, sowie Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee