DE102022209794A1 - Discharge time-optimized discharge circuit for an intermediate circuit capacitor in a converter - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Entladeschaltung (10) zum aktiven Entladen eines Zwischenkreiskondensators (16) in einem Umrichter (50), insbesondere einem DC/AC-Wechselrichter, wobei die Entladeschaltung (10) einen Entladewiderstand (12) und einen Entladeschalter (14) aufweist, der zum Entladewiderstand (12) reihengeschaltet ist, wobei der Entladeschalter (14) und der Entladewiderstand (12) zum Zwischenkreiskondensator (16) parallelgeschaltet sind, wobei die Entladeschaltung (10) eine Spannungsmesseinheit (18) zum Erfassen einer am Zwischenkreiskondensator (16) anliegenden Zwischenkreisspannung (UZK) und eine Strommesseinheit (20) zum Erfassen eines durch den Entladeschalter (14) fließenden Entladestroms (IRAD) aufweist, wobei die Entladeschaltung (10) ferner eine Signalverarbeitungseinrichtung (22) aufweist, die dazu ausgebildet ist, basierend auf der Zwischenkreisspannung (UZK) und dem Entladestrom (IRAD) eine Entladeleistung (PRAD) zu ermitteln und an eine Steuereinheit (24) zu übertragen, wobei die Steuereinheit (24) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Entladeleistung (PRAD) und einer vordefinierten Entladeenergie des Entladewiderstands (12) eine Pulsbreite zum Modulieren eines Steuersignals für den Entladeschalter (14) zu bestimmen.The present invention relates to a discharge circuit (10) for actively discharging an intermediate circuit capacitor (16) in a converter (50), in particular a DC/AC inverter, wherein the discharge circuit (10) has a discharge resistor (12) and a discharge switch (14). , which is connected in series to the discharge resistor (12), the discharge switch (14) and the discharge resistor (12) being connected in parallel to the intermediate circuit capacitor (16), the discharge circuit (10) having a voltage measuring unit (18) for detecting a voltage applied to the intermediate circuit capacitor (16). DC link voltage (UZK) and a current measuring unit (20) for detecting a discharge current (IRAD) flowing through the discharge switch (14), the discharge circuit (10) further comprising a signal processing device (22) which is designed to, based on the DC link voltage ( UZK) and the discharge current (IRAD) to determine a discharge power (PRAD) and to transmit it to a control unit (24), the control unit (24) being designed to depend on the determined discharge power (PRAD) and a predefined discharge energy of the discharge resistor (12) to determine a pulse width for modulating a control signal for the discharge switch (14).

Description

Die Erfindung betrifft eine Entladeschaltung für einen Zwischenkreiskondensator in einem Umrichter, insbesondere einem DC/AC-Wechselrichter zum Bestromen eines elektrischen Achsantriebs in einem zumindest teilelektrifizierten Fahrzeug wie Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung einen Inverter mit einer solchen Entladeschaltung.The invention relates to a discharge circuit for an intermediate circuit capacitor in a converter, in particular a DC/AC inverter for energizing an electric axle drive in an at least partially electrified vehicle such as an electric vehicle or hybrid vehicle. The invention further relates to an inverter with such a discharge circuit.

Im Stand der Technik sind reine Elektrofahrzeuge sowie Hybridfahrzeuge bekannt, welche ausschließlich bzw. unterstützend von einer oder mehreren elektrischen Maschinen als Antriebsaggregate angetrieben werden. Um die elektrischen Maschinen solcher Elektrofahrzeuge bzw. Hybridfahrzeuge mit elektrischer Energie zu versorgen, umfassen die Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge elektrische Energiespeicher, insbesondere Gleichspannungsquellen wie Batterien zum Bereitstellen einer Gleichspannung (DC-Spannung). Die elektrischen Maschinen benötigen in der Regel jedoch eine Wechselspannung (AC-Spannung). Daher wird zwischen der Batterie und der elektrischen Maschine des Fahrzeugs üblicherweise eine Leistungselektronik mit einem sog. DC/AC-Wechselrichter (Traktionswechselrichter beziehungsweise Inverter) geschaltet.Pure electric vehicles and hybrid vehicles are known in the prior art, which are driven exclusively or supported by one or more electric machines as drive units. In order to supply the electrical machines of such electric vehicles or hybrid vehicles with electrical energy, the electric vehicles and hybrid vehicles include electrical energy storage devices, in particular DC voltage sources such as batteries for providing a direct voltage (DC voltage). However, the electrical machines usually require an alternating voltage (AC voltage). Therefore, power electronics with a so-called DC/AC inverter (traction inverter or inverter) are usually connected between the battery and the vehicle's electrical machine.

Derartige Inverter umfassen üblicherweise eine Leistungselektronik mit mehreren Leistungsschaltern, die typischerweise aus Transistoren, etwa MOSFETs oder IGBTs, gebildet sind. Dabei ist es bekannt, die Leistungsschalter als sogenannte Halbbrücken zu verschalten, die über eine Highside-Einrichtung (nachfolgend „Highside“) mit einem höheren elektrischen Potential und eine Lowside-Einrichtung (nachfolgend „Lowside“) mit einem niedrigeren elektrischen Potential verfügen. Diese Highside- bzw. Lowside-Einrichtung umfasst ein oder mehrere parallelgeschaltete Leistungsschalter, die im Betrieb des Inverters gezielt gesteuert werden, um aus einem eingangsseitig der Leistungselektronik eingespeisten DC-Strom mehrere voneinander zeitlich versetzte Phasenströme eines AC-Stroms zu erzeugen, wobei die Phasenströme jeweils für sich zeitlich veränderlich sind und in der Regel einen sinusförmigen Verlauf annehmen. Such inverters usually include power electronics with several power switches, which are typically formed from transistors, such as MOSFETs or IGBTs. It is known to interconnect the circuit breakers as so-called half-bridges, which have a high-side device (hereinafter “highside”) with a higher electrical potential and a low-side device (hereinafter “lowside”) with a lower electrical potential. This high-side or low-side device comprises one or more power switches connected in parallel, which are specifically controlled during operation of the inverter in order to generate several phase currents of an AC current that are offset from one another in time from a DC current fed in on the input side of the power electronics, the phase currents each are themselves variable over time and generally take a sinusoidal course.

Im Inverter ist außerdem ein Zwischenkreiskondensator zwischen der DC-Spannungsquelle und den Leistungsschaltern zu diesen parallelgeschaltet. Der Zwischenkreiskondensator ist dazu ausgebildet, Störungssignale aus den Spannungssignalen der DC-Spannungsquelle zu beseitigen und den Energiefluss zu buffern bzw. zu stabilisieren, um eingangsseitige Spannungsschwankungen bzw. Spannungsüberhöhungen zu reduzieren, die zur Beeinträchtigung der Leistungsschalter führen können.In the inverter, an intermediate circuit capacitor is also connected in parallel between the DC voltage source and the power switches. The intermediate circuit capacitor is designed to eliminate interference signals from the voltage signals of the DC voltage source and to buffer or stabilize the energy flow in order to reduce voltage fluctuations or voltage increases on the input side, which can lead to impairment of the power switches.

Im Betrieb des Inverters kann es zum Ausfall der DC-Spannungsquelle kommen. In diesem Fall kann der Zwischenkreiskondensator weiterhin elektrisch geladen sein. Die im Zwischenkreiskondensator gespeicherte Ladung bewirkt eine Zwischenkreisspannung, die jedoch im Unterschied zur von der DC-Spannungsquelle bereitgestellten DC-Spannung instabil und ungleichmäßig ist. Aus diesem Grund wurden Entladeschaltungen mit zumindest einem Entladeschalter und einem Entladewiderstand entwickelt, die zum elektrischen Entladen des Zwischenkreiskondensators speziell ausgebildet sind.During operation of the inverter, the DC voltage source may fail. In this case, the intermediate circuit capacitor can still be electrically charged. The charge stored in the intermediate circuit capacitor causes an intermediate circuit voltage, which, however, is unstable and uneven in contrast to the DC voltage provided by the DC voltage source. For this reason, discharge circuits have been developed with at least one discharge switch and a discharge resistor, which are specially designed for electrically discharging the intermediate circuit capacitor.

Aus dem Stand der Technik sind zudem aktive Entladeschaltungen bekannt, die dazu dienen, eine elektrische Hochspannungsladung, die nach dem Ausschalten des elektrischen Achsantriebs weiterhin auf dem Zwischenkreiskondensator existiert, zu entladen, um Sicherheitsvorschriften hinsichtlich Verhinderung von Stromschlägen zu erfüllen.Active discharge circuits are also known from the prior art, which serve to discharge a high-voltage electrical charge that continues to exist on the intermediate circuit capacitor after the electric axle drive has been switched off, in order to meet safety regulations regarding the prevention of electric shocks.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Entladeschaltungen sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass die Entladezeit, d.h. die Zeit, die dafür benötigt wird, den Zwischenkreisspannung auf ein akzeptables Niveau herunterzusetzen, vergleichsweise lang ist. Dies führt dazu, dass die Sicherheitsvorschriften nicht hinreichend erfüllt werden und es zu lebensgefährdenden Stromschlägen kommen kann.However, the discharging circuits known from the prior art have the disadvantage that the discharging time, i.e. the time required to reduce the intermediate circuit voltage to an acceptable level, is comparatively long. This means that the safety regulations are not adequately met and life-threatening electric shocks can occur.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Entladeschaltung bereitzustellen, mit der der Zwischenkreiskondensator mit reduzierten Entladezeiten entladen werden kann. It is an object of the invention to provide a discharge circuit with which the intermediate circuit capacitor can be discharged with reduced discharge times.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Entladeschaltung, den Umrichter, den elektrischen Achsantrieb sowie das Fahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.This object is achieved according to the invention by the discharge circuit, the converter, the electric axle drive and the vehicle according to the independent patent claims. Advantageous refinements and further developments of the invention emerge from the dependent patent claims.

Die Erfindung betrifft das Gebiet des Umrichters, insbesondere des Traktionsinverters zum Bestromen eines elektrischen Achsantriebs in einem zumindest teilelektrifizierten Fahrzeug wie Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug. Der Umrichter kann an oder in einem Gehäuse der elektrischen Maschine bzw. des Aktors als integrierte Hardware enthalten, oder alternativ als Stand-Alone-Hardware beziehungsweise Wegbauumrichter ausgestaltet sein. Der Umrichter umfasst mehrere Halbbrücken, die jeweils einer der Stromphasen des ausgangsseitigen, mehrphasigen Wechselstroms entsprechen. Beispielsweise umfasst der als Inverter ausgebildete Umrichter drei Halbbrücken, wobei jede Halbbrücke einer Stromphase des dreiphasigen Ausgangsstroms zugeordnet ist. Der Ausgangsstrom ist ein Wechselstrom, der basierend auf einem eingangsseitig von einer DC-Spannungsquelle (insbesondere einer Fahrzeugantriebsbatterie, etwa einer Hochvoltbatterie wie 800V-Batterie) bereitgestellten Gleichstrom mittels gezielter Schaltvorgänge der Leistungsschalter erzeugt wird. Die Halbbrücken umfassen jeweils eine Highside und eine Lowside. Die Highside und die Lowside umfassen jeweils einen oder mehrere parallel verschaltete Leistungsschalter. Die Leistungsschalter sind vorzugsweise auf einem mehrschichtigen Substrat angebracht, welches weiter vorzugsweise an einen Kühler angebunden ist, um die im Betrieb des Inverters durch die Schaltvorgänge erzeugte Wärme abzuführen und eine Überhitzung der Leistungsschalter zu vermeiden. Die Leistungsschalter bilden somit eine Leistungselektronik und sind vorzugsweise als Transistoren, etwa IGBTs oder MOSFETs, ausgebildet. Das den Leistungsschaltern zugrundliegende Halbleitermaterial kann Silizium oder ein Halbleiter mit großer Bandlücke (Engl.: Wide Bandgap Semiconductor, WBS) wie Siliziumkarbid oder Galliumnitrid aufweisen.The invention relates to the field of the converter, in particular the traction inverter, for energizing an electric axle drive in an at least partially electrified vehicle such as an electric vehicle or hybrid vehicle. The converter can be contained on or in a housing of the electrical machine or the actuator as integrated hardware, or alternatively can be designed as stand-alone hardware or portable converter. The converter includes several half-bridges, each of which corresponds to one of the current phases of the output-side, multi-phase alternating current. For example, the one designed as an inverter includes Inverter has three half-bridges, each half-bridge being assigned to a current phase of the three-phase output current. The output current is an alternating current that is generated based on a direct current provided on the input side by a DC voltage source (in particular a vehicle drive battery, such as a high-voltage battery such as an 800V battery) by means of targeted switching operations of the circuit breakers. The half bridges each include a highside and a lowside. The high side and the low side each include one or more circuit breakers connected in parallel. The power switches are preferably mounted on a multilayer substrate, which is further preferably connected to a cooler in order to dissipate the heat generated by the switching processes during operation of the inverter and to avoid overheating of the power switches. The power switches thus form power electronics and are preferably designed as transistors, such as IGBTs or MOSFETs. The semiconductor material underlying the power switches may include silicon or a wide bandgap semiconductor (WBS) such as silicon carbide or gallium nitride.

Im Inverter ist ein Zwischenkreiskondensator zwischen einer pluspoligen Leitung und einer minuspoligen Leitung einer Hauptleitung zu den Leistungsschaltern parallelgeschaltet. Die Hauptleitung ist eingangsseitig an die DC-Spannungsquelle beziehungsweise die Fahrzeugantriebsbatterie angeschlossen, sodass die Batteriespannung zwischen der pluspoligen Leitung und der minuspoligen Leitung anliegt. Der Zwischenkreiskondensator ist dazu ausgebildet, Störungssignale aus den Spannungssignalen der DC-Spannungsquelle zu beseitigen, um eingangsseitige Spannungsschwankungen bzw. Spannungsüberhöhungen zu reduzieren und um Spannungseinbrüche im DC-Netz (Zwischenkreisnetz) des Inverters, welche durch das stromabhängige Schalten der Leistungsendstufe entstehen, abzudämpfen bzw. zu puffern.In the inverter, an intermediate circuit capacitor is connected in parallel between a positive-pole line and a negative-pole line of a main line to the circuit breakers. The main line is connected on the input side to the DC voltage source or the vehicle drive battery, so that the battery voltage is present between the plus-pole line and the minus-pole line. The intermediate circuit capacitor is designed to eliminate interference signals from the voltage signals of the DC voltage source in order to reduce voltage fluctuations or voltage increases on the input side and to dampen or dampen voltage dips in the DC network (intermediate circuit network) of the inverter, which arise due to the current-dependent switching of the power output stage. to buffer.

Um das Spannungspotential an den Gleichstromkontaktstellen bzw. im DC-Netz des Inverters des Antriebsumrichters auf ein unteres bzw. vordefiniertes niedriges Spannungspotential abzubauen bzw. abzusenken wird erfindungsgemäß eine aktive Entladeschaltung zum aktiven Entladen des Zwischenkreiskondensators vorgeschlagen. Die Entladeschaltung, die als redundante Entladeschaltung neben einer passiven Entladeanordnung vorliegen kann, weist einen Entladewiderstand und einen Entladeschalter auf, der zum Entladewiderstand reihengeschaltet ist. Die Reihenschaltung aus dem Entladeschalter und dem Entladewiderstand ist zum Zwischenkreiskondensator parallelgeschaltet. Der Entladeschalter ist beispielsweise ein Transistor, etwa MOSFET oder IGBT oder HEMT. Dies bedeutet, dass der Entladewiderstand und der Entladeschalter ebenfalls zwischen der pluspoligen Leitung und der minuspoligen Leitung der Hauptleitung des Umrichters geschaltet sind. Die Entladeschaltung weist eine Spannungsmesseinheit zum Erfassen einer am Zwischenkreiskondensator anliegenden Zwischenkreisspannung und eine Strommesseinheit zum Erfassen eines durch den Entladeschalter fließenden Entladestroms auf. Die Spannungsmesseinheit und/oder die Strommesseinheit können jeweils eine Signalaufbereitungseinheit aufweisen, welche beispielsweise einen Operationsverstärker umfasst. Die Spannungsmesseinheit kann zusätzlich einen Spannungsteiler umfassen, wobei das der vorliegenden Zwischenkreisspannung entsprechende heruntergeteilte Spannungssignal in die Signalaufbereitungseinheit bzw. den Operationsverstärker der Spannungsmesseinheit eingespeist wird. Die Strommesseinheit kann zusätzlich einen Shuntwiderstand umfassen. Ferner weist die Entladeschaltung eine Signalverarbeitungseinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, basierend auf der erfassten Zwischenkreisspannung und dem erfassten Entladestrom eine Entladeleistung zu ermitteln und diese an eine Steuereinheit zu übertragen. Die Entladeleistung ergibt sich durch Multiplizieren der erfassten Zwischenkreisspannung mit dem erfassten Entladestrom. Zum Multiplizieren dient vorzugsweise eine Multiplikatoreinheit der Signalverarbeitungseinrichtung. Zusätzlich kann die Signalverarbeitungseinrichtung eine Wandlereinheit umfassen, die dazu ausgebildet ist, die erfasste Zwischenkreisspannung und/oder den erfassten Entladestrom und/oder die ermittelte Entladeleistung, welche in der Regel als Analogsignale vorliegen, in entsprechende Digitalsignale umzuwandeln. Gemäß einer Ausführungsform werden die Analogsignale der Zwischenkreisspannung und des Entladestroms zunächst in Digitalsignale umgewandelt und anschließend miteinander multipliziert, woraus sich ein Digitalsignal der Entladeleistung ergibt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird die Multiplikation der Analogsignale der Zwischenkreisspannung und des Entladestroms zunächst vorgenommen, um die Entladeleistung zu ermitteln, wobei im Anschluss das Analogsignal der Entladeleistung, die vorzugsweise zudem spannungs- oder stromnormiert ist, in ein Digitalsignal umgewandelt wird. Das digitalisierte Signal der Entladeleistung kann beispielsweise ein Serial Peripheral Interface(SPI)-Signal oder Inter-Integrated Circuit(12C)-Signal oder ein pulsweitenmodeliertes Signal (PWM) sein. Die Entladeleistung kann vorzugsweise in Echtzeit, etwa basierend auf laufenden Messungen der Zwischenkreisspannung und des Entladestroms, ermittelt werden.In order to reduce or lower the voltage potential at the DC contact points or in the DC network of the inverter of the drive converter to a lower or predefined low voltage potential, an active discharge circuit for actively discharging the intermediate circuit capacitor is proposed according to the invention. The discharge circuit, which can be present as a redundant discharge circuit in addition to a passive discharge arrangement, has a discharge resistor and a discharge switch which is connected in series with the discharge resistor. The series connection of the discharge switch and the discharge resistor is connected in parallel to the intermediate circuit capacitor. The discharge switch is, for example, a transistor, such as MOSFET or IGBT or HEMT. This means that the discharge resistor and the discharge switch are also connected between the positive-pole line and the negative-pole line of the main line of the inverter. The discharge circuit has a voltage measuring unit for detecting an intermediate circuit voltage present on the intermediate circuit capacitor and a current measuring unit for detecting a discharge current flowing through the discharge switch. The voltage measuring unit and/or the current measuring unit can each have a signal processing unit, which includes, for example, an operational amplifier. The voltage measuring unit can additionally comprise a voltage divider, with the divided voltage signal corresponding to the existing intermediate circuit voltage being fed into the signal processing unit or the operational amplifier of the voltage measuring unit. The current measuring unit can additionally include a shunt resistor. Furthermore, the discharge circuit has a signal processing device which is designed to determine a discharge power based on the detected intermediate circuit voltage and the detected discharge current and to transmit this to a control unit. The discharge power is obtained by multiplying the detected intermediate circuit voltage by the detected discharge current. A multiplier unit of the signal processing device is preferably used for multiplication. In addition, the signal processing device can comprise a converter unit which is designed to convert the detected intermediate circuit voltage and/or the detected discharge current and/or the determined discharge power, which are generally present as analog signals, into corresponding digital signals. According to one embodiment, the analog signals of the intermediate circuit voltage and the discharge current are first converted into digital signals and then multiplied with one another, resulting in a digital signal of the discharge power. According to an alternative embodiment, the analog signals of the intermediate circuit voltage and the discharge current are first multiplied in order to determine the discharge power, with the analog signal of the discharge power, which is preferably also voltage or current normalized, then being converted into a digital signal. The digitized signal of the discharge power can be, for example, a Serial Peripheral Interface (SPI) signal or Inter-Integrated Circuit (12C) signal or a pulse width modeled signal (PWM). The discharge power can preferably be determined in real time, for example based on ongoing measurements of the intermediate circuit voltage and the discharge current.

Die Steuereinheit, beispielsweise ein Mikrocontroller oder ein Programmable Logic Device (PLD), ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von der ermittelten Entladeleistung und einer vordefinierten Entladeenergie des Entladewiderstands eine Pulsbreite zum Modulieren eines Steuersignals für den Entladeschalter zu bestimmen. Die vordefinierte Entladeenergie ist vorzugsweise die maximal in den Entladewiderstand einprägbare Energie, welche eine charakteristische und konstante bzw. vordefinierte Größe des Entladewiderstands ist. Die Pulsbreite ist vorzugsweise durch die Einschaltzeit eines Pulsbreitenmodulationssignals (PWM-Signals) definiert, wobei das Verhältnis der Einschaltzeit zur Periodendauer des rechteckigen PWM-Signals das Tastverhältnis (Engl.: Duty Cycle) ergibt. Die Steuereinheit ist vorzugsweise in einer Regelschleife integriert, um die Pulsbreite mittels eines iterativen Prozesses auf einen Zielwert zu regeln, der sich durch rechnerisches Dividieren der vordefinierten Entladeenergie des Entladewiderstands durch die ermittelte Entladeleistung ergibt. Beispielsweise wird am Anfang (d.h. in der ersten Iteration des iterativen Prozesses) die Entladeleistung aus den erfassten Werten der Zwischenkreisspannung und des Entladestroms ermittelt und der Zielwert für die Pulsbreite entsprechend berechnet. Die Pulsbreite wird danach an den Entladeschalter geleitet und auf die Steuerelektrode (z.B. Gate-Elektrode) eingeprägt. Das bedeutet, dass das Steuersignal ein Gate-Signal sein kann, welches pulsbreitenmoduliert wird. Bei jeder Folgeiteration des iterativen Prozesses wird die Entladeleistung weiter vorzugsweise erneut ermittelt und der Zielwert für die Pulsbreite an die erneut ermittelte Entladeleistung angepasst. Außerdem wird weiter vorzugsweise ein Differenzwert zwischen der zuletzt bestimmten Pulsbreite (d.h. die Pulsbreite aus der letzten Iteration) und dem angepassten Zielwert berechnet. Die Regelschleife ist ferner dazu ausgebildet, den Differenzwert auf einen vordefinierten Schwellwert zu regeln. Sobald der Differenzwert den vordefinierten Schwellwert unterschreitet, ist der Regelungsprozess abgeschlossen, sodass die Pulsbreite ab diesem Zeitpunkt konstant gehalten werden kann.The control unit, for example a microcontroller or a programmable logic device (PLD), is designed to depend on the determined discharge power and a predefined discharge energy of the discharge resistor to determine a pulse width for modulating a control signal for the discharge switch. The predefined discharge energy is preferably the maximum energy that can be impressed into the discharge resistor, which is a characteristic and constant or predefined size of the discharge resistor. The pulse width is preferably defined by the switch-on time of a pulse width modulation signal (PWM signal), with the ratio of the switch-on time to the period length of the rectangular PWM signal resulting in the duty cycle. The control unit is preferably integrated in a control loop in order to regulate the pulse width to a target value by means of an iterative process, which results from mathematically dividing the predefined discharge energy of the discharge resistor by the determined discharge power. For example, at the beginning (ie in the first iteration of the iterative process) the discharge power is determined from the recorded values of the intermediate circuit voltage and the discharge current and the target value for the pulse width is calculated accordingly. The pulse width is then sent to the discharge switch and impressed on the control electrode (e.g. gate electrode). This means that the control signal can be a gate signal that is pulse width modulated. With each subsequent iteration of the iterative process, the discharge power is preferably determined again and the target value for the pulse width is adapted to the newly determined discharge power. In addition, a difference value between the last determined pulse width (ie the pulse width from the last iteration) and the adjusted target value is further preferably calculated. The control loop is also designed to regulate the difference value to a predefined threshold value. As soon as the difference value falls below the predefined threshold value, the control process is completed, so that the pulse width can be kept constant from this point on.

Denkbar ist jedoch, die Messung der Zwischenkreisspannung und des Entladestroms fortzuführen und die Entladeleistung entsprechend laufend zu ermitteln, wobei der Zielwert für die Pulsbreite hierauf basierend laufend aktualisiert wird. Sobald die tatsächlich für das Modullieren des Steuersignals bzw. Gate-Signals eingestellte Pulsbreite um einen vordefinierten Unterschied von der laufend aktualisierten Pulsbreite abweicht, wird mit der aktualisierten Pulsbreite das Steuersignal bzw. Gate-Signal pulsbreitenmoduliert.However, it is conceivable to continue measuring the intermediate circuit voltage and the discharge current and to continuously determine the discharge power accordingly, with the target value for the pulse width being continuously updated based on this. As soon as the pulse width actually set for modulating the control signal or gate signal deviates from the continuously updated pulse width by a predefined difference, the control signal or gate signal is pulse width modulated with the updated pulse width.

Auf diese Weise ist es ermöglicht, den Entladewiderstand entsprechend der vordefinierten Entladeenergie, insbesondere der dem Entladewiderstand charakteristischen, maximal einprägbaren Energie, zwecks Entladens des Zwischenkreiskondensators zu betreiben. Somit kann der Entladewiderstand im Optimum hinsichtlich Entladezeit-Belastung-Verhältnis betrieben werden. Dies erhöht die Effizienz des Entladeprozesses, ohne jedoch den Entladewiderstand zu überbeanspruchen bzw. mit außerhalb seiner technischen Grenze befindlichem Energieeintrag zu betreiben, sodass der sichere Betriebsbereich (Engl.: Safe Operation Area, SOA) des Entladewiderstands eingehalten wird. Die Entladezeiten der Entladeschaltung werden hierdurch reduziert, sodass die eingangsgenannten Nachteile hinsichtlich Erfüllung der Sicherheitsvorschriften zumindest teilweise behoben sind.In this way, it is possible to operate the discharge resistor in accordance with the predefined discharge energy, in particular the maximum energy that can be impressed, which is characteristic of the discharge resistor, for the purpose of discharging the intermediate circuit capacitor. The discharge resistor can therefore be operated in the optimum manner with regard to the discharge time-load ratio. This increases the efficiency of the discharging process, but without overstressing the discharging resistor or operating it with energy input outside its technical limits, so that the safe operating area (SOA) of the discharging resistor is maintained. The discharge times of the discharge circuit are thereby reduced, so that the disadvantages mentioned above with regard to compliance with the safety regulations are at least partially eliminated.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit in der Entladeschaltung integriert. Dies bedeutet, sowohl die Signalverarbeitungseinrichtung als auch die Steuereinheit befinden sich auf einer Hochspannungsseite der Gesamtverschaltung des Umrichters, an die der Zwischenkreiskondensator und die Entladeschaltung selbst angeschlossen ist. Die Signalverarbeitungseinrichtung kann vorzugsweise in der Steuereinheit integriert sein, sodass die Steuereinheit sowohl die Aufgabe der Multiplikation, als auch der Signalumwandlung und der Bestimmung der Pulsbreite und deren Einprägung auf die Steuerelektrode des Entladeschalters übernimmt. Dies ermöglicht eine vereinfachte Beschaltung des Umrichters und reduziert den Herstellungsaufwand, da auf eine Isolation zwischen den Bauteilen auf der Hochspannungsseite und weiteren Bauteilen auf einer Niederspannungsseite, an die beispielsweise das Fahrzeugbordnetz angeschlossen ist, verzichtet werden kann.According to one embodiment, the control unit is integrated in the discharge circuit. This means that both the signal processing device and the control unit are located on a high-voltage side of the overall circuitry of the converter, to which the intermediate circuit capacitor and the discharge circuit itself are connected. The signal processing device can preferably be integrated in the control unit, so that the control unit takes over the task of multiplication as well as signal conversion and determining the pulse width and imprinting it on the control electrode of the discharge switch. This enables a simplified wiring of the converter and reduces the manufacturing effort, since there is no need for insulation between the components on the high-voltage side and other components on a low-voltage side, to which, for example, the vehicle electrical system is connected.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Entladeschaltung auf der Hochspannungsseite verschaltet, wobei die Steuereinheit, die beispielsweise durch eine im Bordnetzsystem integrierte Steuereinheit bereitgestellt werden kann, auf der von der Hochspannungsseite potentialgetrennten, insbesondere galvanisch getrennten, Niederspannungsseite verschaltet ist. Zwischen der Signalverarbeitungseinrichtung und der Steuereinheit ist eine galvanische Trennung vorgesehen, die vorzugsweise durch einen Isolatorbaustein, beispielsweise einen digitalen Isolator, gebildet ist.According to an alternative embodiment, the discharge circuit is connected on the high-voltage side, with the control unit, which can be provided, for example, by a control unit integrated in the vehicle electrical system, being connected on the low-voltage side that is electrically isolated, in particular galvanically isolated, from the high-voltage side. A galvanic isolation is provided between the signal processing device and the control unit, which is preferably formed by an isolator module, for example a digital isolator.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die auf der Hochspannungsseite befindlichen Bauteile (nachfolgend „HV-Bauteile“) und die auf der Niederspannungsseite befindlichen Bauteile (nachfolgend „LV-Bauteile“) redundant von einer mit der Hochspannungsenergiequelle (insbesondere Fahrzeugantriebsbatterie) betriebenen HV-Versorgungseinheit und einer mit der Niederspannungsenergiequelle (insbesondere Fahrzeugbordnetz) betriebenen LV-Versorgungseinheit mit elektrischer Energie versorgt. Alternativ kann eine getrennte Versorgung der HV-Bauteile von den LV-Bauteilen bereitgestellt werden, indem die HV-Bauteile nur von der HV-Versorgungseinheit und die LV-Bauteile nur von der LV-Versorgungseinheit elektrisch versorgt werden. According to a further embodiment, the components located on the high-voltage side (hereinafter “HV components”) and the components located on the low-voltage side (hereinafter “LV components”) are redundantly supplied by an HV supply unit operated with the high-voltage energy source (in particular vehicle drive battery) and a supplied with electrical energy by the LV supply unit operated by the low-voltage energy source (in particular vehicle electrical system). Alternatively, a separate supply of the HV components from the LV components can be provided by only using the HV components from the HV supply unit and the LV components are only supplied electrically by the LV supply unit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Entladeschaltung eine Anordnung mehrerer Entladewiderstände und/oder mehrerer Entladeschalter umfassen, die im Bauraum des Umrichters räumlich verteilt angeordnet sind. Beispielsweise können ein Entladewiderstand mit einem Entladeschalter eine modulare Baugruppe bilden, die mehrfach ausgeführt wird, woraus sich mehrere derartigen Baugruppen im Bauraum verteilt sind. Dies ermöglicht eine räumlich verteilte Wärme- beziehungsweise Verlustleistungsabfuhr der verwendeten Entladewiderstände und/oder der verwendeten Entladeschalter. Außerdem ist durch die mehrfache Ausführung der modularen Baugruppe eine individuelle und flexible Anpassung der erzielbaren Entladeleistung an die Größe der Zwischenkreiskapazität (d.h. die Kapazität des Zwischenkreiskondensators bzw. der Zwischenkreiskondensatoren) und somit auch an die Fahrzeugleistung ermöglicht. Die mehreren modularen Baugruppen sind durch die Steuereinheit synchron beziehungsweise ohne Phasenversatz zwischen den jeweiligen Entladeströmen ansteuerbar. Alternativ können die Entladeströme, beispielsweie durch Adaption um ein Phasenlagesteuerelement, voneinander phasenversetz sein.According to a further embodiment, the discharge circuit can comprise an arrangement of several discharge resistors and/or several discharge switches, which are arranged spatially distributed in the installation space of the converter. For example, a discharge resistor with a discharge switch can form a modular assembly that is designed multiple times, from which several such assemblies are distributed in the installation space. This enables spatially distributed heat or power loss dissipation from the discharge resistors used and/or the discharge switches used. In addition, the multiple design of the modular assembly enables individual and flexible adaptation of the achievable discharge power to the size of the intermediate circuit capacitance (i.e. the capacity of the intermediate circuit capacitor or intermediate circuit capacitors) and thus also to the vehicle performance. The several modular assemblies can be controlled by the control unit synchronously or without a phase offset between the respective discharge currents. Alternatively, the discharge currents can be out of phase with one another, for example by adaptation by a phase position control element.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Überlastungsschutzelement in der Steuereinheit bereitgestellt, welches dazu ausgebildet ist, zumindest ein Leistungsparameter der Entladeschaltung, etwa die Entladeleistung, basierend auf einer aktuellen Betriebstemperatur des Entladewiderstands zu begrenzen. Die aktuelle Betriebstemperatur kann mittels eines Temperatursensors am Entladewiderstand gemessen oder anhand einer aktuellen Aufnahme einer Spannung-Strom-Kennlinie des Entladewiderstands in Kombination mit einer beispielsweise in einer Look-up-Tabelle (LUT) hinterlegten Temperatur-Abhängigkeit des Widerstandswertes des Entladewiderstands ermittelt werden. Auf diese Weise ist die Entladeschaltung vor Beeinträchtigungen wirksam geschützt, die durch thermsiche Überlast verursacht werden. Beim Überschreiten eines vordefinierten maximalen Temperaturwertes der Entladeschaltung wird die aktive Entladung vorzugsweise für eine voreinstellbare Zeit ausgesetzt.According to a further embodiment, an overload protection element is provided in the control unit, which is designed to limit at least one performance parameter of the discharge circuit, such as the discharge power, based on a current operating temperature of the discharge resistor. The current operating temperature can be measured using a temperature sensor on the discharge resistor or determined using a current recording of a voltage-current characteristic curve of the discharge resistor in combination with a temperature dependence of the resistance value of the discharge resistor stored, for example, in a look-up table (LUT). In this way, the discharge circuit is effectively protected from impairments caused by thermal overload. When a predefined maximum temperature value of the discharge circuit is exceeded, the active discharge is preferably suspended for a presettable time.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Umrichter mit einer solchen Entladeschaltung zum aktiven Entladen des Zwischenkreiskondensators, einen entsprechenden elektrischen Achsantrieb aufweisend einen solchen Umrichter, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen elektrischen Achsantrieb. Der Umrichter ist vorzugsweise als Wechselrichter, oder alternativ als Gleichrichter, ausgebildet. Daraus ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Entladeschaltung beschriebenen Vorteile auch für den erfindungsgemäßen Umrichter, den erfindungsgemäßen elektrischen Achsantrieb und das erfindungsgemäße Fahrzeug.The invention further relates to a converter with such a discharge circuit for actively discharging the intermediate circuit capacitor, a corresponding electric axle drive having such a converter, and a vehicle with such an electric axle drive. The converter is preferably designed as an inverter, or alternatively as a rectifier. This results in the advantages already described in connection with the discharge circuit according to the invention also for the converter according to the invention, the electric axle drive according to the invention and the vehicle according to the invention.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beispielhaft erläutert.The invention is explained below by way of example using the embodiments shown in the figures.

Es zeigen:

  • 1 ein schematisches Schaltbild eines als DC/AC-Wechselrichter (Inverter) ausgebildeten Umrichters gemäß einer Ausführungsform, wobei der Inverter einen Zwischenkreiskondensator umfasst,
  • 2 ein schematisches Schaltbild einer aktiven Entladeschaltung gemäß einer Ausführungsform, wobei die Entladeschaltung einen Entladewiderstand und einen zum Entladewiderstand reihengeschalteten Entladeschalter sowie eine Steuereinheit zum Modulieren eines Steuersignals für den Entladeschalter aufweist;
  • 3 ein schematisches Schaltbild der aktiven Entladeschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei die Entladeschaltung auf einer Hochspannungsseite des Gesamtschaltkreises des Umrichters liegt, an die der Zwischenkreiskondensator angeschlossen ist, wobei die Steuereinheit auf einer von der Hochspannungsseite galvanisch getrennten Niederspannungsseite liegt;
  • 4 ein schematisches Schaltbild der aktiven Entladeschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei die Entladeschaltung eine Spannungsmesseinheit umfassend einen Spannungsteiler und eine Signalaufbereitungseinheit und eine Strommesseinheit umfassend einen Shunt-Widerstand und eine Signalaufbereitungseinheit aufweist.
Show it:
  • 1 a schematic circuit diagram of a converter designed as a DC/AC inverter according to one embodiment, wherein the inverter comprises an intermediate circuit capacitor,
  • 2 a schematic circuit diagram of an active discharge circuit according to an embodiment, wherein the discharge circuit has a discharge resistor and a discharge switch connected in series with the discharge resistor and a control unit for modulating a control signal for the discharge switch;
  • 3 a schematic circuit diagram of the active discharging circuit according to a further embodiment, wherein the discharging circuit is located on a high-voltage side of the overall circuit of the converter to which the intermediate circuit capacitor is connected, wherein the control unit is located on a low-voltage side that is galvanically isolated from the high-voltage side;
  • 4 a schematic circuit diagram of the active discharging circuit according to a further embodiment, wherein the discharging circuit has a voltage measuring unit comprising a voltage divider and a signal processing unit and a current measuring unit comprising a shunt resistor and a signal processing unit.

Gleiche Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbare Komponenten sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Diese Gegenstände, Funktionseinheiten und vergleichbaren Komponenten sind hinsichtlich ihrer technischen Merkmale identisch ausgeführt, sofern sich aus der Beschreibung nicht explizit oder implizit etwas anderes ergibt.The same objects, functional units and comparable components are designated with the same reference numerals across the figures. These objects, functional units and comparable components are identical in terms of their technical features, unless the description explicitly or implicitly states otherwise.

1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines als Inverter ausgebildeten Umrichters 50 gemäß einer Ausführungsform. Der Inverter 50 ist insbesondere ein Traktionsinverter zum Bestromen einer elektrischen Maschine 60 in einem zumindest teilelektrifizierten Fahrzeug wie Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug. Der Inverter 50 kann an oder in einem Gehäuse der elektrischen Maschine 60 bzw. des Aktors als integrierte Hardware enthalten, oder alternativ als Stand-Alone-Hardware beziehungsweise Wegbauumrichter ausgestaltet sein. Der Inverter 50 umfasst mehrere (hier beispielsweise drei) Halbbrücken, die jeweils einer der Stromphasen des ausgangsseitigen, mehrphasigen (hier beispielsweise dreiphasigen) AC-Stroms entsprechen, der basierend auf einem eingangsseitig von einer DC-Spannungsquelle (insbesondere einer Fahrzeugantriebsbatterie, etwa einer Hochvoltbatterie wie 800V-Batterie) bereitgestellten DC-Strom erzeugt wird. 1 shows a schematic circuit diagram of an inverter designed as an inverter 50 according to one embodiment. The inverter 50 is in particular a traction inverter for energizing an electric machine 60 in an at least partially electrified vehicle such as an electric vehicle or hybrid vehicle. The inverter 50 can be contained on or in a housing of the electrical machine 60 or the actuator as integrated hardware, or alternatively be designed as stand-alone hardware or road converter. The inverter 50 comprises several (here, for example, three) half bridges, each of which corresponds to one of the current phases of the output-side, multi-phase (here, for example, three-phase) AC current, which is based on an input side from a DC voltage source (in particular a vehicle drive battery, such as a high-voltage battery such as 800V battery) provided DC power is generated.

Die Halbbrücken umfassen jeweils eine Highside und eine Lowside. Die Highside umfasst einen Highside-Leistungsschalter 502a-c, wobei die Lowside einen Lowside-Leistungsschalter 504a-c umfasst. Die Halbbrücken sind zwischen einer pluspoligen Leitung 52 und einer minuspoligen Leitung 54 einer Hauptleitung 56 des Inverters 50 verschaltet. Die Highside-Leistungsschalter 502a-c sind mit der pluspoligen Leitung 52 mit höherem elektrischem Potential und die Lowside-Leistungsschalter 504a-c mit der minuspoligen Leitung 54 mit niedrigerem elektrischem Potential verbunden. Durch gezieltes Schalten der Leistungsschalter 502a-c,504a-c werden Phasenströme erzeugt und an die elektrische Maschine 60 abgegeben.The half bridges each include a highside and a lowside. The high side includes a high side power switch 502a-c, where the low side includes a low side power switch 504a-c. The half bridges are connected between a plus-pole line 52 and a minus-pole line 54 of a main line 56 of the inverter 50. The high-side power switches 502a-c are connected to the positive-pole line 52 with a higher electrical potential and the low-side power switches 504a-c are connected to the negative-pole line 54 with a lower electrical potential. By specifically switching the power switches 502a-c, 504a-c, phase currents are generated and delivered to the electrical machine 60.

Im Inverter 50 ist ein Zwischenkreiskondensator 16 zwischen der pluspoligen Leitung 52 und der minuspoligen Leitung 54 der Hauptleitung 56 zu den Halbbrücken parallelgeschaltet. Der Zwischenkreiskondensator 50 ist dazu ausgebildet, Störungssignale aus den Spannungssignalen der DC-Spannungsquelle zu beseitigen, um eingangsseitige Spannungsschwankungen bzw. Spannungsüberhöhungen zu reduzieren und um Spannungseinbrüche im DC-Netz (Zwischenkreisnetz) des Inverters, welche durch das stromabhängige Schalten der Leistungsendstufe entstehen, abzudämpfen bzw. zu puffern.In the inverter 50, an intermediate circuit capacitor 16 is connected in parallel to the half bridges between the plus-pole line 52 and the minus-pole line 54 of the main line 56. The intermediate circuit capacitor 50 is designed to eliminate interference signals from the voltage signals of the DC voltage source in order to reduce voltage fluctuations or voltage increases on the input side and to dampen or dampen voltage drops in the DC network (intermediate circuit network) of the inverter, which arise due to the current-dependent switching of the power output stage .to buffer.

Um das Spannungspotential an den Gleichstromkontaktstellen bzw. im DC-Netz des Inverters des Antriebsumrichters auf ein unteres bzw. vordefiniertes niedriges Spannungspotential abzubauen bzw. abzusenken wird erfindungsgemäß eine aktive Entladeschaltung 10 zum aktiven Entladen des Zwischenkreiskondensators 16 vorgeschlagen. Die Entladeschaltung 10, deren Schaltbild in 2-4 jeweils gemäß einer Ausführungsform schematisch gezeigt ist und die vorzugsweise als redundante Entladeschaltung neben einer passiven Entladeanordnung vorliegt, weist einen Entladewiderstand 12 und einen Entladeschalter 14 auf, der zum Entladewiderstand 12 reihengeschaltet ist. Die Reihenschaltung aus dem Entladeschalter 14 und dem Entladewiderstand 12 ist zum Zwischenkreiskondensator 16 parallelgeschaltet. Der Entladeschalter 14 ist beispielsweise ein Transistor, etwa MOSFET oder IGBT oder HEMT. Dies bedeutet, dass der Entladewiderstand 12 und der Entladeschalter 14 ebenfalls zwischen der pluspoligen Leitung 52 und der minuspoligen Leitung 54 der Hauptleitung 56 des Inverters 50 geschaltet sind. Die Entladeschaltung 10 weist eine Spannungsmesseinheit 18 zum Erfassen einer am Zwischenkreiskondensator 16 abfallenden Zwischenkreisspannung UZK und eine Strommesseinheit 20 zum Erfassen eines durch den Entladewiderstand 12 und den Entladeschalter 14 fließenden Entladestroms IRAD auf, wobei die Abkürzung „RAD“ für „Redundant Active Discharge“ steht. Die Spannungsmesseinheit 18 und/oder die Strommesseinheit 20 können, wie in 4 beispielhaft gezeigt, jeweils eine Signalaufbereitungseinheit 184,204 aufweisen, welche beispielsweise einen Operationsverstärker umfasst. Die Spannungsmesseinheit 18 kann, wie in 4 beispielhaft gezeigt, zusätzlich einen Spannungsteiler aufweisend einen ersten Widerstand 186 und einen zweiten Widerstand 188 umfassen. Die anliegende Zwischenkreisspannung UZK wird durch den Spannungsteiler heruntergeteilt, wobei das hieraus resultierende heruntergeteilte Spannungssignal in die Signalaufbereitungseinheit bzw. den Operationsverstärker 184 der Spannungsmesseinheit 18 eingespeist wird. Die Strommesseinheit 20 kann, wie in 4 beispielhaft gezeigt, zusätzlich einen Shuntwiderstand 202 umfassen. Ferner weist die Entladeschaltung 10 eine Signalverarbeitungseinrichtung 22 auf, die dazu ausgebildet ist, basierend auf der erfassten Zwischenkreisspannung UZK und dem erfassten Entladestrom IRAD eine Entladeleistung PRAD zu ermitteln und diese an eine Steuereinheit 24 zu übertragen. Die Entladeleistung PRAD ergibt sich durch Multiplizieren der erfassten Zwischenkreisspannung UZK mit dem erfassten Entladestrom IRAD. Zum Multiplizieren dient vorzugsweise eine Multiplikatoreinheit 222 der Signalverarbeitungseinrichtung 22. Zusätzlich kann die Signalverarbeitungseinrichtung 22, wie in 2-4 jeweils schematisch und beispielhaft gezeigt, eine Wandlereinheit 224 umfassen, die dazu ausgebildet ist, die ermittelte Entladeleistung PRAD, welche in der Regel als Analogsignale vorliegen, in entsprechende Digitalsignale umzuwandeln. Das auf diese Weise digitalisierte Signal der Entladeleistung PRAD kann beispielsweise ein Serial Peripheral Interface(SPI)-Signal oder Inter-Integrated Circuit(12C)-Signal oder ein pulsweitenmodeliertes Signal (PWM) sein. Alternativ zum in 2-4 gezeigten Verfahren werden die Analogsignale der Zwischenkreisspannung UZK und des Entladestroms IRAD zunächst in Digitalsignale umgewandelt und anschließend miteinander multipliziert, woraus sich ein Digitalsignal der Entladeleistung PRAD ergibt. Die Entladeleistung PRAD kann vorzugsweise in Echtzeit, etwa basierend auf laufenden Messungen der Zwischenkreisspannung UZK und des Entladestroms IRAD, ermittelt werden.In order to reduce or reduce the voltage potential at the DC contact points or in the DC network of the inverter of the drive converter to a lower or predefined low voltage potential, an active discharge circuit 10 for actively discharging the intermediate circuit capacitor 16 is proposed according to the invention. The discharge circuit 10, the circuit diagram of which is in 2-4 each shown schematically according to one embodiment and which is preferably present as a redundant discharge circuit in addition to a passive discharge arrangement, has a discharge resistor 12 and a discharge switch 14 which is connected in series with the discharge resistor 12. The series connection of the discharge switch 14 and the discharge resistor 12 is connected in parallel to the intermediate circuit capacitor 16. The discharge switch 14 is, for example, a transistor, such as MOSFET or IGBT or HEMT. This means that the discharge resistor 12 and the discharge switch 14 are also connected between the positive-pole line 52 and the negative-pole line 54 of the main line 56 of the inverter 50. The discharge circuit 10 has a voltage measuring unit 18 for detecting an intermediate circuit voltage U ZK dropping across the intermediate circuit capacitor 16 and a current measuring unit 20 for detecting a discharge current I RAD flowing through the discharge resistor 12 and the discharge switch 14, where the abbreviation “RAD” stands for “Redundant Active Discharge”. stands. The voltage measuring unit 18 and/or the current measuring unit 20 can, as in 4 shown by way of example, each have a signal processing unit 184,204, which comprises, for example, an operational amplifier. The voltage measuring unit 18 can, as in 4 shown by way of example, additionally comprising a voltage divider having a first resistor 186 and a second resistor 188. The applied intermediate circuit voltage U ZK is divided down by the voltage divider, the resulting divided voltage signal being fed into the signal processing unit or the operational amplifier 184 of the voltage measuring unit 18. The current measuring unit 20 can, as in 4 shown as an example, additionally include a shunt resistor 202. Furthermore, the discharge circuit 10 has a signal processing device 22, which is designed to determine a discharge power P RAD based on the detected intermediate circuit voltage U ZK and the detected discharge current I RAD and to transmit this to a control unit 24. The discharge power P RAD is obtained by multiplying the detected intermediate circuit voltage U ZK by the detected discharge current I RAD . A multiplier unit 222 of the signal processing device 22 is preferably used for multiplication. In addition, the signal processing device 22, as in 2-4 each shown schematically and by way of example, include a converter unit 224, which is designed to convert the determined discharge power P RAD , which is usually present as analog signals, into corresponding digital signals. The discharge power P RAD signal digitized in this way can be, for example, a Serial Peripheral Interface (SPI) signal or Inter-Integrated Circuit (12C) signal or a pulse width modeled signal (PWM). Alternatively to in 2-4 In the method shown, the analog signals of the intermediate circuit voltage U ZK and the discharge current I RAD are first converted into digital signals and then multiplied with each other, resulting in a digital signal of the discharge power P RAD . The discharge power P RAD can preferably be determined in real time, for example based on ongoing measurements of the intermediate circuit voltage U ZK and the discharge current I RAD .

Die Steuereinheit 24, beispielsweise ein Mikrocontroller oder ein Programmable Logic Device (PLD), ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von der ermittelten Entladeleistung PRAD und einer vordefinierten Entladeenergie des Entladewiderstands 12 eine Pulsbreite zum Modulieren eines Steuersignals für den Entladeschalter 14 zu bestimmen. Die vordefinierte Entladeenergie ist vorzugsweise die maximal in den Entladewiderstand einprägbare Energie Emax, welche eine charakteristische und konstante bzw. vordefinierte Größe des Entladewiderstands 12 ist. Die Pulsbreite ist vorzugsweise durch die Einschaltzeit tON eines Pulsbreitenmodulationssignals (PWM-Signals) definiert, wobei das Verhältnis der Einschaltzeit tON zur Periodendauer des rechteckigen PWM-Signals das Tastverhältnis (Engl.: Duty Cycle) ergibt.The control unit 24, for example a microcontroller or a programmable logic device (PLD), is designed to determine a pulse width for modulating a control signal for the discharge switch 14 depending on the determined discharge power P RAD and a predefined discharge energy of the discharge resistor 12. The predefined discharge energy is preferably the maximum energy E max that can be impressed into the discharge resistor, which is a characteristic and constant or predefined size of the discharge resistor 12. The pulse width is preferably defined by the switch-on time t ON of a pulse width modulation signal (PWM signal), whereby the ratio of the switch-on time t ON to the period of the rectangular PWM signal results in the duty cycle.

Die Steuereinheit 24 ist vorzugsweise in einer Regelschleife integriert, um die Pulsbreite mittels eines iterativen Prozesses auf einen Zielwert zu regeln, der sich durch rechnerisches Dividieren der vordefinierten Entladeenergie des Entladewiderstands 12 durch die ermittelte Entladeleistung PRAD ergibt. Beispielsweise wird am Anfang (d.h. in der ersten Iteration des iterativen Prozesses) die Entladeleistung PRAD aus den erfassten Werten der Zwischenkreisspannung UZK und des Entladestroms IRAD ermittelt und der Zielwert für die Pulsbreite entsprechend berechnet. Die Pulsbreite wird danach an den Entladeschalter 14 geleitet und auf die Steuerelektrode 142 (z.B. Gate-Elektrode) eingeprägt. Gezeigt sind neben der Steuerelektrode 142 noch eine pluspolige Stromelektrode 144 (z.B. Drain-Elektrode) und eine minuspolige Stromelektrode 146 (z.B. Source-Elektrode) des Entladeschalters 14. Das bedeutet, dass das Steuersignal ein Gate-Signal sein kann, welches pulsbreitenmoduliert wird. Bei jeder Folgeiteration des iterativen Prozesses wird die Entladeleistung PRAD weiter vorzugsweise erneut ermittelt und der Zielwert für die Pulsbreite an die erneut ermittelte Entladeleistung PRAD angepasst. Außerdem wird weiter vorzugsweise ein Differenzwert zwischen der zuletzt bestimmten Pulsbreite (d.h. die Pulsbreite aus der letzten Iteration) und dem angepassten Zielwert berechnet. Die Regelschleife ist ferner dazu ausgebildet, den Differenzwert auf einen vordefinierten Schwellwert zu regeln. Sobald der Differenzwert den vordefinierten Schwellwert unterschreitet, ist der Regelungsprozess abgeschlossen, sodass die Pulsbreite ab diesem Zeitpunkt konstant gehalten werden kann.The control unit 24 is preferably integrated in a control loop in order to regulate the pulse width to a target value by means of an iterative process, which results from mathematically dividing the predefined discharge energy of the discharge resistor 12 by the determined discharge power P RAD . For example, at the beginning (ie in the first iteration of the iterative process) the discharge power P RAD is determined from the recorded values of the intermediate circuit voltage U ZK and the discharge current I RAD and the target value for the pulse width is calculated accordingly. The pulse width is then passed to the discharge switch 14 and impressed on the control electrode 142 (eg gate electrode). In addition to the control electrode 142, a plus-pole current electrode 144 (e.g. drain electrode) and a negative-pole current electrode 146 (e.g. source electrode) of the discharge switch 14 are shown. This means that the control signal can be a gate signal which is pulse width modulated. With each subsequent iteration of the iterative process, the discharge power P RAD is preferably determined again and the target value for the pulse width is adapted to the newly determined discharge power P RAD . In addition, a difference value between the last determined pulse width (ie the pulse width from the last iteration) and the adjusted target value is further preferably calculated. The control loop is also designed to regulate the difference value to a predefined threshold value. As soon as the difference value falls below the predefined threshold value, the control process is completed, so that the pulse width can be kept constant from this point on.

Denkbar ist jedoch, die Messung der Zwischenkreisspannung UZK und des Entladestroms IRAD fortzuführen und die Entladeleistung entsprechend laufend zu ermitteln, wobei der Zielwert für die Pulsbreite hierauf basierend laufend aktualisiert wird. Sobald die tatsächlich für das Modullieren des Steuersignals bzw. Gate-Signals eingestellte Pulsbreite um einen vordefinierten Unterschied von der laufend aktualisierten Pulsbreite abweicht, wird mit der aktualisierten Pulsbreite das Steuersignal bzw. Gate-Signal pulsbreitenmoduliert.However, it is conceivable to continue measuring the intermediate circuit voltage U ZK and the discharge current I RAD and to continuously determine the discharge power accordingly, with the target value for the pulse width being continuously updated based on this. As soon as the pulse width actually set for modulating the control signal or gate signal deviates from the continuously updated pulse width by a predefined difference, the control signal or gate signal is pulse width modulated with the updated pulse width.

Wie in 2 rein beispielhaft und schematisch gezeigt, kann die Steuereinheit 24 als integrale Einheit der Entladeschaltung 10 ausgestaltet sein. Die Signalverarbeitungseinrichtung 22 kann vorzugsweise in der Steuereinheit 24 enthalten sein, sodass die Steuereinheit 24 sowohl die Aufgabe der Multiplikation, als auch der Signalumwandlung und der Bestimmung der Pulsbreite und deren Einprägung auf die Steuerelektrode 142 des Entladeschalters 14 übernimmt. Dies ermöglicht eine vereinfachte Beschaltung des Inverters 50 und reduziert den Herstellungsaufwand, da auf eine Isolation zwischen den Bauteilen auf einer Hochspannungsseite 26, an die der Zwischenkreiskondensator 16 angeschlossen ist, und weiteren Bauteilen auf einer Niederspannungsseite 28 (siehe 3-4), an die beispielsweise das Fahrzeugbordnetz angeschlossen ist, verzichtet werden kann.As in 2 Shown purely as an example and schematically, the control unit 24 can be designed as an integral unit of the discharge circuit 10. The signal processing device 22 can preferably be contained in the control unit 24, so that the control unit 24 takes over the task of multiplication as well as signal conversion and determining the pulse width and imprinting it on the control electrode 142 of the discharge switch 14. This enables a simplified wiring of the inverter 50 and reduces the manufacturing effort, since there is insulation between the components on a high-voltage side 26, to which the intermediate circuit capacitor 16 is connected, and other components on a low-voltage side 28 (see 3-4 ), to which, for example, the vehicle electrical system is connected, can be dispensed with.

Alternativ ist, wie in 3-4 rein beispielhaft und schematisch gezeigt, die Steuereinheit 24 von der Signalverarbeitungseinrichtung 22 separat ausgestaltet. Die Entladeschaltung 10 ist auf der Hochspannungsseite 26 verschaltet, wobei die Steuereinheit 24, die beispielsweise durch eine im Bordnetzsystem integrierte Steuereinheit bereitgestellt werden kann, auf der von der Hochspannungsseite 26 potentialgetrennten, insbesondere galvanisch getrennten, Niederspannungsseite 28 verschaltet ist. Zwischen der Signalverarbeitungseinrichtung und der Steuereinheit ist eine galvanische Trennung vorgesehen, die vorzugsweise durch einen Isolatorbaustein, beispielsweise einen digitalen Isolator 30 (siehe 4), gebildet ist.Alternatively, as in 3-4 shown purely as an example and schematically, the control unit 24 is designed separately from the signal processing device 22. The discharge circuit 10 is connected on the high-voltage side 26, with the control unit 24, which can be provided, for example, by a control unit integrated in the vehicle electrical system, on the low-voltage side 28, which is electrically isolated from the high-voltage side 26, in particular galvanically isolated. A galvanic isolation is provided between the signal processing device and the control unit, which is preferably provided by an isolator module, for example a digital isolator 30 (see 4 ), is formed.

Wie in 4 rein beispielhaft und schematisch gezeigt, kann die redundant wirkende Entladeschaltung 10 erst dann eigenständig mit der Entladung des Zwischenkreiskondensators 16 beginnen, wenn ein entsprechendes Freigabesignal 32 von einem Hauptrechner des Fahrzeugsystems an die Steuereinheit 24 bereitgestellt wurde. Zusätzlich ist in der in 4 gezeigten Ausführungsform ein Überlastungsschutzelement in der Steuereinheit 24 enthalten, welches dazu ausgebildet ist, zumindest ein Leistungsparameter der Entladeschaltung 10, etwa die Entladeleistung PRAD, basierend auf einer aktuellen Betriebstemperatur des Entladewiderstands 12 zu begrenzen. Die aktuelle Betriebstemperatur kann mittels eines Temperatursensors 34 am Entladewiderstand 12 gemessen, wie in 4 rein beispielhaft und schematisch gezeigt. Auf diese Weise ist die Entladeschaltung 10 vor Beeinträchtigungen wirksam geschützt, die durch thermsiche Überlast verursacht werden. Beim Überschreiten eines vordefinierten maximalen Temperaturwertes der Entladeschaltung 10 wird die aktive Entladung vorzugsweise für eine voreinstellbare Zeit ausgesetzt.As in 4 shown purely as an example and schematically, the redundant discharge circuit 10 can only independently begin discharging the intermediate circuit capacitor 16 when a corresponding release signal 32 has been provided to the control unit 24 by a main computer of the vehicle system. Additionally, in the in 4 Embodiment shown contains an overload protection element in the control unit 24, which is designed to limit at least one performance parameter of the discharge circuit 10, such as the discharge power P RAD , based on a current operating temperature of the discharge resistor 12. The current operating temperature can be measured using a temperature sensor 34 on the discharge resistor 12, as in 4 shown purely as an example and schematically. In this way, the discharge circuit 10 is effectively protected from impairments caused by thermal overload. When a predefined maximum temperature value is exceeded Discharge circuit 10, the active discharge is preferably suspended for a presettable time.

Erfindungsgemäß ermöglicht die Entladeschaltung 10, den Entladewiderstand 12 entsprechend der vordefinierten Entladeenergie, insbesondere der dem Entladewiderstand 12 charakteristischen, maximal einprägbaren Energie Emax, zwecks Entladens des Zwischenkreiskondensators 16 zu betreiben. Somit kann der Entladewiderstand 12 im Optimum hinsichtlich Entladezeit-Belastung-Verhältnis betrieben werden. Dies erhöht die Effizienz des Entladeprozesses, ohne jedoch den Entladewiderstand 12 zu überbeanspruchen bzw. mit außerhalb seiner technischen Grenze befindlichem Energieeintrag zu betreiben, sodass der sichere Betriebsbereich (Engl.: Safe Operation Area, SOA) des Entladewiderstands 12 eingehalten wird. Die Entladezeiten der Entladeschaltung 10 werden hierdurch reduziert, sodass die eingangsgenannten Nachteile hinsichtlich Erfüllung der Sicherheitsvorschriften zumindest teilweise wirksam behoben sind.According to the invention, the discharge circuit 10 makes it possible to operate the discharge resistor 12 in accordance with the predefined discharge energy, in particular the maximum memorizable energy E max that is characteristic of the discharge resistor 12, for the purpose of discharging the intermediate circuit capacitor 16. The discharge resistor 12 can thus be operated in the optimum manner with regard to the discharge time-load ratio. This increases the efficiency of the discharging process, but without overstressing the discharging resistor 12 or operating it with energy input outside its technical limit, so that the safe operating area (SOA) of the discharging resistor 12 is maintained. The discharge times of the discharge circuit 10 are thereby reduced, so that the aforementioned disadvantages with regard to compliance with the safety regulations are at least partially effectively eliminated.

BezugszeichenReference symbols

1010
EntladeschaltungDischarge circuit
1212
EntladewiderstandDischarge resistance
1414
EntladeschalterDischarge switch
142142
Steuerelektrode (Gate-Elektrode)Control electrode (gate electrode)
144/146144/146
pluspolige/minuspolige Stromelektrode (Drain-/Source-Elektrode)plus-pole/minus-pole current electrode (drain/source electrode)
1616
ZwischenkreiskondensatorDC link capacitor
1818
SpannungsmesseinheitVoltage measurement unit
182182
SpannungsteilerVoltage divider
184184
SignalaufbereitungseinheitSignal processing unit
186,188186,188
WiderständeResistances
2020
StrommesseinheitCurrent measurement unit
202202
Shunt-WiderstandShunt resistance
204204
SignalaufbereitungseinheitSignal processing unit
2222
SignalverarbeitungseinrichtungSignal processing device
222222
MultiplikatoreinheitMultiplier unit
224224
WandlereinheitTransducer unit
2424
SteuereinheitControl unit
2626
HochspannungsseiteHigh voltage side
2828
NiederspannungsseiteLow voltage side
3030
digitaler Isolatordigital isolator
3232
FreigabesignalRelease signal
3434
TemperatursensorTemperature sensor
5050
Umrichter (Inverter)converter (inverter)
502a-c502a-c
Highside-LeistungsschalterHighside circuit breaker
504a-c504a-c
Lowside-LeistungsschalterLowside circuit breaker
52/5452/54
pluspolige/minuspolige Leitungplus-pole/minus-pole cable
5656
Hauptleitungmain line
6060
elektrische Maschineelectric machine

Claims (10)

Entladeschaltung (10) zum aktiven Entladen eines Zwischenkreiskondensators (16) in einem Umrichter (50), insbesondere einem DC/AC-Wechselrichter, wobei die Entladeschaltung (10) einen Entladewiderstand (12) und einen Entladeschalter (14) aufweist, der zum Entladewiderstand (12) reihengeschaltet ist, wobei der Entladeschalter (14) und der Entladewiderstand (12) zum Zwischenkreiskondensator (16) parallelgeschaltet sind, wobei die Entladeschaltung (10) eine Spannungsmesseinheit (18) zum Erfassen einer am Zwischenkreiskondensator (16) anliegenden Zwischenkreisspannung (UZK) und eine Strommesseinheit (20) zum Erfassen eines durch den Entladeschalter (14) fließenden Entladestroms (IRAD) aufweist, wobei die Entladeschaltung (10) ferner eine Signalverarbeitungseinrichtung (22) aufweist, die dazu ausgebildet ist, basierend auf der Zwischenkreisspannung (UZK) und dem Entladestrom (IRAD) eine Entladeleistung (PRAD) zu ermitteln und an eine Steuereinheit (24) zu übertragen, wobei die Steuereinheit (24) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von der ermittelten Entladeleistung (PRAD) und einer vordefinierten Entladeenergie des Entladewiderstands (12) eine Pulsbreite zum Modulieren eines Steuersignals für den Entladeschalter (14) zu bestimmen.Discharging circuit (10) for actively discharging an intermediate circuit capacitor (16) in a converter (50), in particular a DC/AC inverter, wherein the discharging circuit (10) has a discharging resistor (12) and a discharging switch (14) which is used for discharging resistor (10) 12) is connected in series, the discharge switch (14) and the discharge resistor (12) being connected in parallel to the intermediate circuit capacitor (16), the discharge circuit (10) having a voltage measuring unit (18) for detecting an intermediate circuit voltage (U ZK ) present on the intermediate circuit capacitor (16). and a current measuring unit (20) for detecting a discharge current (I RAD ) flowing through the discharge switch (14), the discharge circuit (10) further having a signal processing device (22) which is designed to do so based on the intermediate circuit voltage (U ZK ) and the discharge current (I RAD ) to determine a discharge power (P RAD ) and to transmit it to a control unit (24), the control unit (24) being designed to operate as a function of the determined discharge power (P RAD ) and a predefined discharge energy of the Discharge resistor (12) to determine a pulse width for modulating a control signal for the discharge switch (14). Entladeschaltung (10) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (24) in einer Regelschleife integriert ist, um die Pulsbreite (tON) mittels eines iterativen Prozesses auf einen Zielwert zu regeln, der durch Dividieren der vordefinierten Entladeenergie des Entladewiderstands (12) durch die ermittelte Entladeleistung (PRAD) erhalten wird.Discharge circuit (10). Claim 1 , wherein the control unit (24) is integrated in a control loop in order to regulate the pulse width (t ON ) to a target value by means of an iterative process, which is obtained by dividing the predefined discharge energy of the discharge resistor (12) by the determined discharge power (P RAD ). becomes. Entladeschaltung (10) nach Anspruch 2, wobei die Regelschleife dazu ausgebildet ist, bei jeder Folgeiteration des iterativen Prozesses die Entladeleistung (PRAD) erneut zu ermitteln und den Zielwert an die erneut ermittelte Entladeleistung (PRAD) anzupassen sowie einen Differenzwert zwischen der zuletzt bestimmten Pulsbreite und dem angepassten Zielwert zu berechnen.Discharge circuit (10). Claim 2 , wherein the control loop is designed to re-determine the discharge power (P RAD ) with each subsequent iteration of the iterative process and to adapt the target value to the newly determined discharge power (P RAD ) and to calculate a difference value between the last determined pulse width and the adjusted target value . Entladeschaltung (10) nach Anspruch 3, wobei die Regelschleife dazu ausgebildet ist, den Differenzwert auf einen vordefinierten Schwellwert zu regeln.Discharge circuit (10). Claim 3 , whereby the control loop is designed to To regulate the difference value to a predefined threshold value. Entladeschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Entladeschaltung (10) die Steuereinheit (24) umfasst, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (22) vorzugsweise in der Steuereinheit (24) integriert ist.Discharge circuit (10) according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the discharge circuit (10) comprises the control unit (24), wherein the signal processing device (22) is preferably integrated in the control unit (24). Entladeschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Entladeschaltung (10) auf einer Hochspannungsseite (26) verschaltet ist, wobei die Steuereinheit (24) auf einer von der Hochspannungsseite (26) potentialgetrennten, insbesondere galvanisch getrennten, Niederspannungsseite (28) verschaltet ist.Discharge circuit (10) according to one of the Claims 1 until 4 , wherein the discharge circuit (10) is connected on a high-voltage side (26), the control unit (24) being connected on a low-voltage side (28) that is electrically isolated, in particular galvanically isolated, from the high-voltage side (26). Entladeschaltung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung (22) eine Multiplikatoreinheit (222) zum Multiplizieren der Zwischenkreisspannung (UZK) mit dem Entladestrom (IRAD) und eine Analog-Digital-Wandlereinheit (224) zum Umwandeln der Zwischenkreisspannung (UZK), des Entladestroms (IRAD) und/oder der ermittelten Entladeleistung (PRAD) umfasst.Discharge circuit (10) according to one of the Claims 1 until 6 , wherein the signal processing device (22) has a multiplier unit (222) for multiplying the intermediate circuit voltage (U ZK ) by the discharge current (I RAD ) and an analog-digital converter unit (224) for converting the intermediate circuit voltage (U ZK ), the discharge current (I RAD ) and/or the determined discharge power (P RAD ). Umrichter (50), insbesondere DC/AC-Wechselrichter, zum Bestromen eines elektrischen Antriebs in einem zumindest teilelektrifizierten Fahrzeug, umfassend mehrere Leistungsschalter (502a-c, 504a-c) und einen zu den Leistungsschaltern (502a-c, 504a-c) parallelgeschalteten Zwischenkreiskondensator (16), wobei der Umrichter (50) ferner eine Entladeschaltung (10) zum Entladen des Zwischenkreiskondensators (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.Converter (50), in particular DC/AC inverter, for powering an electric drive in an at least partially electrified vehicle, comprising a plurality of power switches (502a-c, 504a-c) and one connected in parallel to the power switches (502a-c, 504a-c). DC link capacitor (16), wherein the converter (50) further has a discharge circuit (10) for discharging the DC link capacitor (16) according to one of the preceding claims. Elektrischer Achsantrieb für ein zumindest teilelektrifiziertes Fahrzeug, umfassend eine E-Maschine, eine Getriebeeinrichtung und einen Umrichter (50) nach Anspruch 8.Electric axle drive for an at least partially electrified vehicle, comprising an electric machine, a transmission device and a converter (50). Claim 8 . Fahrzeug, umfassend einen elektrischen Achsantrieb nach Anspruch 9.Vehicle comprising an electric axle drive Claim 9 .
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008010980A1 (en) 2008-02-25 2009-08-27 Robert Bosch Gmbh Method and device for discharging a high-voltage network
DE102019216568B3 (en) 2019-10-28 2020-10-15 Magna powertrain gmbh & co kg Discharge device for an electric drive arrangement of a vehicle and electric drive arrangement with the discharge device
DE102021122687A1 (en) 2020-12-02 2022-06-02 Hanon Systems Arrangement and method for discharging an intermediate circuit capacitor
DE102021209021A1 (en) 2021-08-17 2023-02-23 Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg unloading device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008010980A1 (en) 2008-02-25 2009-08-27 Robert Bosch Gmbh Method and device for discharging a high-voltage network
DE102019216568B3 (en) 2019-10-28 2020-10-15 Magna powertrain gmbh & co kg Discharge device for an electric drive arrangement of a vehicle and electric drive arrangement with the discharge device
DE102021122687A1 (en) 2020-12-02 2022-06-02 Hanon Systems Arrangement and method for discharging an intermediate circuit capacitor
DE102021209021A1 (en) 2021-08-17 2023-02-23 Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg unloading device

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