DE102016224569B4

DE102016224569B4 - Leistungsansteuervorrichtung für eine elektrische Maschine und Verfahren zum Abtrennen einer elektrischen Maschine von einem elektrischen Energiespeicher

Info

Publication number: DE102016224569B4
Application number: DE102016224569.4A
Authority: DE
Inventors: Franz Pfeilschifter; Thomas Paesler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2025-05-08
Anticipated expiration: 2036-12-10
Also published as: DE102016224569A1

Abstract

Leistungsansteuervorrichtung (LS) für eine elektrische Maschine (EM) mit einem Gleichspannungsanschluss (GA) und einem Inverter (IN), der zwischen dem Gleichspannungsanschluss (GA) und einem Wechselspannungsanschluss (WA) zum Anschluss der elektrischen Maschine (EM) angeschlossen ist und der eine Halbleiter-Brückenschaltung (11-23; H1-H24) umfasst, wobei die Leistungsansteuervorrichtung eine Steuerung (C, C1) umfasst, die ansteuernd mit der Halbleiter-Brückenschaltung (11-23; H1-H24) verbunden ist, wobei
die Halbleiter-Brückenschaltung (11-23; H1, H11, H21) mindestens einen ersten Halbleiterschalter (11-13; H1, H11, H21) aufweist, der zwischen dem Wechselspannungsanschluss (WA) und einem ersten Potential (P; EA1) des Gleichspannungsanschlusses (GA) liegt, und Leistungsansteuervorrichtung (LS) ferner mindestens einen zweiten Halbleiterschalter (S1) umfasst, der antiseriell zu dem mindestens einen ersten Halbleiterschalter (11-13; H1 - H21) angeschlossen ist und an dem ersten Potential (P; EA1) des Gleichspannungsanschlusses angeschlossen ist, wobei
die Steuerung (C; C1, C2) ferner einen Trennsignaleingang (FE) eingerichtet zum Empfang eines Trennsignals in Form eines Fehlersignals aufweist und die Steuerung (C; C1, C2) eingerichtet ist, den mindestens einen ersten Halbleiterschalter und den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter dauerhaft zu öffnen, wenn das Fehlersignal auftritt und wobei die Leistungsansteuervorrichtung ferner einen Gleichspannungswandler (DCDC) umfasst, über den der Gleichspannungsanschluss (GA) mit dem Inverter (IN) verbunden ist und wobei der mindestens eine erste Halbleiterschalter (H11) Teil der Halbleiter-Brückenschaltung ist und der mindestens eine zweite Halbleiterschalter (S1) Teil des Gleichspannungswandlers (DCDC) ist.

Description

Es ist bekannt, ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb auszustatten, wobei ein elektrischer Energiespeicher in Form eines Akkumulators die Energie zum Betrieb des elektrischen Antriebs liefert. Zum Vortrieb eines Fahrzeugs sind relativ hohe Leistungen erforderlich, sodass auch der Antrieb gemäß dieser Leistung ausgelegt sein muss. Um den Leiterdurchmesser und auch den zu steuernden Strom bei gleicher (hoher) Leistung zu reduzieren, werden relativ hohe Betriebsspannungen für elektrische Antriebe und deren Energiespeicher verwendet. Beispielsweise können hier Spannungsniveaus von mehr als 300 Volt auftreten, insbesondere von mehr als 350 Volt, beispielsweise 400 Volt oder auch 600 Volt oder 800 Volt.
Da diesen hohen Spannungen ein hohes Sicherheitsrisiko darstellen, muss darauf geachtet werden, dass etwa bei Wartung oder im Falle eines Unfalls die Berührspannung ungefährlich ist.
Die Druckschrift DE 10 2016 209 905 A1 beschreibt einen Wechselrichter mit mindestens zwei Phasenstromanschlüssen, die mit der elektrischen Maschine verbunden sind. Es sind Auftrennschalter vorgesehen, die die Phasen der elektrischen Maschine gesteuert trennen kann, etwa um einen Sternpunkt der elektrischen Maschine aufzulösen.
Die Druckschrift DE 10 2014 211 207 A1 beschreibt eine Stromrichterschaltung mit Zweirichtungsschaltern zwischen einem mittleren Potentialanschluss einer Gleichstromversorgung und einer Umrichterschaltung in Reihe geschaltet sind. Diese Schalter können im Kurzschlussfall geöffnet werden.
Um zu erreichen, dass die Berührspannung ungefährlich ist, werden insbesondere Schütze verwendet, das heißt elektromechanische Schalter, welche den Energiespeicher von dem Rest des Fahrzeugbordnetzes abtrennen.
Derartige elektromechanische Schalter müssen für hohe Halteströme (entsprechend der maximalen Traktionsleistung) und insbesondere auch für hohe Schaltleistungen ausgelegt sein, um zuverlässig zu schalten, um den Stromfluss zu unterbrechen. Dies ist mit hohen Kosten verbunden, auch wenn die Schaltereignisse selten sind und sich auf Wartung oder Unfall beschränken.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich insbesondere der Kostenaufwand für die Realisierung eines zuverlässigen Abtrennvorgangs reduzieren lässt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Leistungsansteuervorrichtung und durch das Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere Ausführungsformen, Merkmale, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es wird vorgeschlagen, zum Abtrennen des elektrischen Energiespeichers Halbleiterschalter zu verwenden, die bereits Funktionen eines Inverters und/oder eines Gleichspannungswandlers ausführen. Dadurch kann zumindest ein Potential des Energiespeichers abgetrennt werden, ohne dass ein elektromechanischer Trennschalter (zur Abtrennung dieses Potentials) nötig wäre. Es kann zumindest einer der beiden Trennschalter (ein Trennschalter pro Potential des Energiespeichers) eingespart werden. Um einen Stromfluss in beide Richtungen (bezogen auf den Energiespeicher) zu unterbinden, werden zwei Halbleiterschalter geöffnet, die zueinander antiseriell angeordnet sind, wenn ein Fehlersignal vorliegt. Beide Halbleiterschalter sind Teil eines Inverters oder Teil eines Inverters und eines Gleichspannungswandlers. Die beiden Halbleiterschalter (d.h. der erste und der zweite Halbleiterschalter) folgen zwischen einem Wechselstromanschluss und einem Gleichstromanschluss der Leistungssteuervorrichtung antiseriell (direkt oder indirekt) aufeinander. In einem Strompfad, der von dem Wechselstromanschluss zu dem Gleichstromanschluss führt, sind die beiden Halbleiterschalter (d.h. der erste und der zweite Halbleiterschalter) nacheinander geschaltet und sind zueinander antiseriell. Mit anderen Worten sind die Arbeitsrichtungen des ersten und des zweiten Halbleiterschalters, in denen diese durch äußere Signale steuerbar sind, entgegengesetzt zueinander, wobei die Arbeitsrichtungen in einem Strompfad betrachtet werden, der von dem Wechselstromanschluss zu dem Gleichstromanschluss führt.
Es ist möglich, dass beide (d.h. der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite) der antiseriell geschalteten Halbleiterschalter Teil der Brückenschaltung eines Inverters sind. Die Leistungsansteuervorrichtung sieht vor, dass einer dieser beiden Halbleiterschalter (nämlich der mindestens eine erste Halbleiterschalter) Teil der Brückenschaltung des Inverters ist, und der mindestens eine andere Halbleiterschalter (nämlich der zweite) kann Teil eines Gleichspannungswandlers ist. Ein derartiger Gleichspannungswandler kann etwa zwischen dem Energiespeicher und dem Inverter angeschlossen sein, etwa um die Betriebsspannung des Inverters auf ein gewünschtes Niveau zu bringen oder konstant zu halten.
Es wird eine Leistungsansteuervorrichtung für eine elektrische Maschine beschrieben. Insbesondere betrifft dies eine Leistungsansteuervorrichtung in einem Fahrzeugbordnetz. Die elektrische Maschine kann eine elektrische Maschine eines Traktionsantriebs, eines Startergenerators oder einer anderen Komponente sein, beispielsweise eines elektrischen Klimakompressors. Die Leistungsansteuervorrichtung weist einen Gleichspannungsanschluss und einen Inverter auf. Der Inverter ist zwischen dem Gleichspannungsanschluss und einem Wechselspannungsanschluss der Leistungsansteuervorrichtung vorgesehen. Der Wechselspannungsanschluss ist zum Anschluss der elektrischen Maschine vorgesehen. Die Leistungsansteuervorrichtung ist dahingehend für eine elektrische Maschine vorgesehen, dass die Leistungsansteuervorrichtung einen Inverter aufweist, der an dem Wechselspannungsanschluss einen Drehstrom abgeben (oder auch aufnehmen) kann. Der Inverter weist eine Halbleiter-Brückenschaltung auf. Der Inverter ist uni- oder bidirektional und ist insbesondere eingerichtet, aus Gleichspannung, die an dem Gleichspannungsanschluss bzw. an einer Gleichspannungsseite des Inverters anliegt, eine Wechselspannung, insbesondere einen Drehstrom, am Wechselspannungsanschluss zu erzeugen. Hierzu werden die einzelnen Halbleiterschalter der Halbleiter-Brückenschaltung in bekannter Weise gezielt angesteuert.
Die Leistungsansteuervorrichtung umfasst mindestens eine Steuerung. Diese ist ansteuernd mit der Halbleiter-Brückenschaltung verbunden, insbesondere mit deren Halbleiterschaltern. Die Steuerung weist einen Trennsignaleingang auf, an dem ein Trennsignal empfangen werden kann, wobei die Steuerung eingerichtet ist, bei Empfang eines Trennsignals den mindestens einen ersten und den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter zu öffnen. Die Steuerung (oder eine andere Steuerung) ist, zusammen mit der Halbleiter-Brückenschaltung eingerichtet, eine Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss in einen Drehstrom zur Abgabe an den Wechselspannungsanschluss zu wandeln. Es ist möglich, dass der Inverter direkt mit dem Gleichspannungsanschluss verbunden ist, das heißt ohne die Änderung des Spannungsniveaus. Die Leistungsansteuervorrichtung sieht jedoch vor, dass der Inverter indirekt über einen Gleichspannungswandler mit dem Gleichspannungsanschluss verbunden ist. Die Steuerung ist vorzugsweise eingerichtet, die Halbleiter-Brückenschaltung anzusteuern, eine Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss in einen Drehstrom zur Abgabe an dem Wechselspannungsanschluss zu wandeln. Diese Funktion kann jedoch auch in einer anderen Steuerung realisiert sein, die vorzugsweise mit der Steuerung eingerichtet zum Öffnen von Halbleiterschaltern bei Auftreten eines Trennsignals verbunden ist, oder über eine gemeinsame (übergeordnete) Steuereinheit mit dieser abgestimmt arbeitet.
Die Halbleiter-Brückenschaltung weist mindestens einen ersten Halbleiterschalter auf, der zwischen dem Wechselspannungsanschluss und einem ersten Potential des Gleichspannungsanschluss anliegt. Mit anderen Worten ist der mindestens eine erste Halbleiterschalter zwischen dem Wechselspannungsanschluss und einer Potentialschiene, welche das erste Potential aufweist, angeschlossen. Mindestens ein zweiter Halbleiterschalter der Leistungsansteuervorrichtung ist antiseriell zu dem mindestens einen ersten Halbleiterschalter angeschlossen. Der erste und der zweite Halbleiterschalter sind zwischen dem Gleichspannungsanschluss und den Wechselspannungsanschluss seriell nacheinander geschaltet (direkt oder indirekt über ein weiteres Bauelement, etwa über eine Induktivität). Der mindestens eine zweite Halbleiterschalter ist an das erste Potential (das heißt an eine erste Potentialschiene) des Gleichspannungsanschlusses angeschlossen. Der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite Halbleiterschalter sind in Serie zwischen dem Gleichspannungsanschluss und dem Wechselspannungsanschluss vorgesehen.
Die Steuerung weist einen Trennsignaleingang auf. Dieser ist eingerichtet, ein Trennsignal zu empfangen. Das Trennsignal entspricht einem Fehlersignal, welches einen Fehler wiedergibt, der das Abtrennen der elektrischen Maschine erfordert. Die Steuerung ist eingerichtet, den mindestens einen ersten Halbleiterschalter sowie den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter zu öffnen, wenn das Trennsignal auftritt. Das Trennsignal kann beispielsweise durch einen bestimmten Pegel oder durch eine bestimmte Signalfolge wiedergegeben sein. Die Steuerung kann aus einem oder mehreren einzelnen Steuerelementen zusammengesetzt sein, wobei jedes Steuerelement einen derartigen Trennsignaleingang aufweist. Insbesondere dann, wenn der mindestens eine erste Halbleiterschalter in einer anderen Brückenschaltung bzw. an einer anderen Komponente vorgesehen ist als der mindestens eine zweite Halbleiterschalter, dann können mehrere Steuerungselement vorliegen (vorzugsweise jeweils eines pro Komponente), welches jeweils einen entsprechenden Trennsignaleingang aufweisen. Es kann zudem eine übergeordnete Steuerungseinheit vorgesehen sein, denen die Steuerung oder die Steuerungseinheiten nachgeordnet ist bzw. sind.
Es ist gemäß einer ersten Möglichkeit denkbar, dass der mindestens eine erste Halbleiterschalter und der mindestens eine zweite Halbleiterschalter in der gleichen Komponente vorgesehen sind (und insbesondere eingerichtet sind, gemeinsam eine Funktion zu realisieren). Daher kann der mindestens eine erste Halbleiterschalter sowie der mindestens eine zweite Halbleiterschalter Teil der Halbleiter-Brückenschaltung sein bzw. jeweils Teil des Inverters sein. Die Halbleiter-Brückenschaltung weist daher mindestens zwei Halbleiterschalter auf, die zueinander antiseriell zwischen Wechselspannungsanschluss und Gleichspannungsanschluss geschaltet sind. Die Halbleiterschalter sind insbesondere durch externe Signale ansteuerbare Schalter. Die Halbleiterschalter sind insbesondere eingerichtet, Strom in einer Durchflussrichtung gemäß einem Signal an einem Steuereingang zu steuern (insbesondere zu schalten). Der Halbleiterschalter kann ferner in einer entgegengesetzten Stromflussrichtung nicht in der Lage sein, den Stromfluss gemäß einem externen Steuersignal zu steuern, insbesondere dann, wenn der Halbleiterschalter Inversdioden bzw. Bodydioden aufweist, die das betreffende Schaltelement entgegen der Durchflussrichtung (im steuerbaren Betrieb) überbrücken. Dies ist beispielsweise der Fall bei Feldeffekttransistoren wie MOSFETs und IGBTs. Als Halbleiterschalter der hier erwähnten Leistungsansteuervorrichtung (und des hier erwähnten Verfahrens) werden somit vorzugsweise Feldeffekttransistoren wie MOSFETs oder auch IGBTs. Um einen Stromfluss in beide Richtungen zu unterbinden, ist vorgesehen, dass mindestens ein erster und mindestens ein zweiter Halbleiterschalter vorgesehen ist, die in Reihe geschaltet sind, jedoch in ihrer Arbeitsrichtung (in der eine Steuerung des Stromflusses mittels äußerer Signale möglich ist) zueinander entgegengesetzt sind. Mit anderen Worten kann die Richtung Source-Drain bzw. die Richtung Kollektor-Emitter des ersten und des zweiten Halbleiterschalters zueinander entgegengesetzt sein. Eine derartige antiserielle Reihenschaltung bezieht sich auf die Betrachtungsweise eines Stromflusses zwischen Wechselspannungsanschluss und Gleichspannungsanschluss.
Es ist möglich, dass die Halbleiter-Brückenschaltung insbesondere eine H-Brückenschaltung ist. Der mindestens eine erste Halbleiterschalter sowie der mindestens eine zweite Halbleiterschalter sind Teil dieser H-Brückenschaltung. Auf diese Weise kann nur eine Steuerung vorgesehen sein, nämlich die, welche die Halbleiterschalter der H-Brückenschaltung steuert, und die ferner einen Trennsignaleingang aufweist, wie er hierin beschrieben ist. Dadurch erhalten der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite Halbleiterschalter eine weitere Funktion, nämlich die Funktion der Abtrennung der elektrischen Maschine von dem Energiespeicher bzw. von dem Gleichspannungsanschluss, neben der üblichen Funktion des Inverters, aus der Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss einen Drehstrom am Wechselspannungsanschluss zu erzeugen.
Eine H-Brückenschaltung umfasst für jede Phase des Wechselspannungsanschlusses jeweils zwei Serienschaltungen bzw. Äste.
Jede Serienschaltung umfasst zwei seriell zueinander angeschlossene Halbleiterschalter, die sich insbesondere zwischen den beiden Versorgungspotentialen des Gleichspannungsanschlusses (etwa Masse und ein positives Versorgungspotential) erstrecken. Der mindestens eine erste Halbleiterschalter sowie der mindestens eine zweite Halbleiterschalter gehören der gleichen Phase an und sind hierbei unterschiedlichen Serienschaltungen (der gleichen Phase) zugeordnet. Der erste und der zweite Halbleiterschalter sind mit dem gleichen Versorgungspotential verbunden, insbesondere mit dem positiven Versorgungspotential des Inverters.
Der Wechselspannungsanschluss weist mehrere Phasen auf, wobei jede Phase mit einem Verbindungspunkt zwischen zwei in Serie geschalteten Halbleiterschaltern angeschlossen ist. Die H-Brückenschaltung umfasst für jede Phase eine Vollbrückenschaltung, wobei die Brücke zwischen den beiden Ästen (welche von jeweils zwei in Serie geschalteten Halbleiterschaltern vorgesehen sind) jeweils von einer Induktivität gebildet wird. Einer der beiden Äste ist den Gleichspannungsanschluss (direkt oder indirekt über einen Gleichspannungswandler) angeschlossen, während die jeweils andere Serienschaltung der gleichen Phase mit einer Phase des Wechselspannungsanschlusses (bzw. der elektrischen Maschine) verbunden ist. Insbesondere sind hier für eine Phase, für mehrere Phasen oder für alle Phasen der erste und der zweite Halbleiterschalter in Serie geschaltet, insbesondere über die Induktivität bzw. über die Brücke, welche die beiden Äste der H-Brückenschaltung verbindet.
Abgesehen von der oben genannten ersten Möglichkeit sieht die Leistungsansteuervorrichtung vor, dass der mindestens eine erste Halbleiterschalter Teil des Inverters bzw. der Halbleiter-Brückenschaltung ist, und der mindestens eine zweite Halbleiterschalter einer anderen Komponente (und insbesondere einer anderen Funktion) angehört, und Teil eines Gleichspannungswandlers ist. Daher kann die Leistungsansteuervorrichtung eine weitere Komponente umfassen in Form eines Gleichspannungswandlers, wobei diese Komponente zwischen dem Gleichspannungseingang (zum Anschluss des Energiespeichers) und dem Inverter in Reihe geschaltet ist. Der Gleichspannungswandler bzw. diese Komponente weist Halbleiterschalter auf, von denen zumindest einer den zweiten Halbleiterschalter ausbildet. Mit anderen Worten ist der mindestens eine zweite Halbleiterschalter Teil des Gleichspannungswandlers bzw. dieser Komponente. Der erste Halbleiterschalter ist Teil der Halbleiterbrückenschaltung bzw. Teil des Inverters. Der Gleichspannungswandler ist insbesondere ein Synchronwandler mit zwei in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern. Die Enden der so gebildeten Reihenschaltung sind an den Inverter bzw. an dessen Gleichspannungsseite angeschlossen.
Der Gleichspannungswandler weist ferner einen Energiespeicher auf, etwa in Form einer Induktivität oder eines Kondensators. Insbesondere kann eine Induktivität des Gleichspannungswandlers zwischen dem ersten Potential bzw. dem Gleichspannungsanschluss der Leistungsansteuervorrichtung und dem Verknüpfungspunkt der beiden Halbleiterschalter angeschlossen sein, die wie erwähnt in Reihe geschaltet sind. Es kann eine Steuerung vorgesehen sein, die sowohl die Komponente bzw. den Gleichspannungswandler als auch den Inverter ansteuert, und die ferner einen Trennsignaleingang aufweist. Eine derartige Steuerung ist eingerichtet, bei Empfang eines Trennsignals bzw. eines Fehlersignals sowohl mindestens einen ersten als auch den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter zu öffnen. Ferner kann eine erste Steuerung vorgesehen sein, die die Halbleiterschalter bzw. die Brückenschaltung des Inverters ansteuert, und es kann eine zweite Steuerung vorgesehen sein, die die Halbleiterschalter des Gleichspannungswandlers bzw. der Komponente ansteuert. Beide Steuerungen weisen vorzugsweise jeweils einen Trennsignaleingang auf. Beide Steuerungen sind eingerichtet, bei Empfang eines Trennsignals bzw. eines Fehlersignals die betreffenden Halbleiterschalter zu öffnen. Die erste Komponente ist eingerichtet, den mindestens einen ersten Halbleiterschalter zu öffnen, wenn ein Trennsignal empfangen wird. Die zweite Steuerung ist eingerichtet, den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter zu öffnen, wenn ein Trennsignal empfangen wird.
Schließlich kann eine übergeordnete Steuereinheit vorgesehen sein, sowie eine erste und eine zweite Steuerung, wobei die erste Steuerung die Halbleiterschalter der Komponente bzw. des Gleichspannungswandlers ansteuert und die zweite Steuerung die Halbleiterschalter des Inverters bzw. dessen Brückenschaltung ansteuert. Die erste und die zweite Steuerung sind der übergeordneten Steuerungseinheit nachgeschaltet. Die übergeordnete Steuereinheit kann ein Trennsignaleingang aufweisen. Die übergeordnete Steuerung ist ansteuernd mit der ersten und der zweiten Steuerung verbunden. Die erste und die zweite Steuerung sowie die übergeordnete Steuerungseinheit sind eingerichtet, bei Empfang eines Fehlersignals oder Trennsignals (insbesondere am Trennsignaleingang der übergeordneten Steuerungseinheit) den mindestens einen ersten Halbleiterschalter und den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter zu öffnen.
Die Halbleiter-Brückenschaltung (des Inverters) kann eine voll gesteuerter Drehstrombrückenschaltung sein. Hierbei ist für jede Phase vorgesehen, dass zwei Halbleiterschalter in Reihe geschaltet sind und an den Gleichspannungsanschluss angeschlossen sind. Die Wechselspannungsanschlüsse entsprechen den Verbindungspunkten zwischen den Halbleiterschaltern. Insbesondere ist die Halbleiter-Brückenschaltung eine B6C-Drücke oder allgemein eine BnC-Brücke, wobei n die Anzahl der Phasen multipliziert mit zwei wiedergibt. Der Großbuchstabe C in dieser Abkürzung gibt wieder, dass die Schaltelemente der Brückenschaltung durch Signale von außen gesteuert werden können. Auch hier sind die Halbleiterschalter vorzugsweise Feldeffekttransistoren wie MOSFETs oder sind IGBTs. Der mindestens eine erste Halbleiterschalter ist zwischen dem Gleichspannungswandler und dem Wechselspannungsanschluss angeschlossen. Der mindestens eine erste Halbleiterschalter ist somit ein Schalter der Serienschaltung zweier Schalter, die einen Ast bzw. eine Phase der Vollbrückenschaltung ausmacht. Der mindestens eine zweite Halbleiterschalter ist ein Teil des Gleichspannungswandlers bzw. einer Komponente, die zwischen der Halbleiter-Brückenschaltung des Inverters und dem Gleichspannungsanschluss angeschlossen ist. Insbesondere ist der mindestens eine zweite Halbleiterschalter über das Speicherelement (des Gleichspannungswandlers, der die Komponente ausbildet) mit dem ersten Potential verbunden. Das Speicherelement ist insbesondere eine Induktivität, über die die Halbleiterschalter des Gleichspannungswandlers mit dem ersten Potential verbunden sind.
Das erste Potential ist insbesondere das positive Potential des Energiespeichers (welcher den Inverter speist). Als zweites Potential des Gleichspannungsanschlusses kann insbesondere die Masse verwendet werden. Es kann vorgesehen sein, dass zwischen dem Masseanschluss des Energiespeichers und dem Inverter (insbesondere zwischen dem Energiespeicheranschluss und dem Gleichspannungswandler, falls dieser vorhanden ist) durch ein elektromechanisches oder anderweitiges Element unterbrochen ist. Es kann vorgesehen sein, dass zumindest eine der Steuerungen oder die übergeordnete Steuerungseinheit diesen Trennschalter im zweiten Potential (der Masseanschluss des Energiespeichers nachgeschaltet) bei Empfang eines entsprechenden Trennsignals oder Fehlersignals öffnet, vorzugsweise gleichzeitig mit der Öffnung des ersten und des zweiten Halbleiterelements. Der Energiespeicher ist vorzugsweise ein Hochvolt-Energiespeicher mit einer Betriebsspannung von über 60 Volt, insbesondere über 120 Volt und vorzugsweise über 300 oder 360 Volt. Beispielsweise kann die Betriebsspannung des Energiespeichers 400 Volt, 600 Volt oder auch 800 Volt betragen. Der Energiespeicher ist beispielsweise eine Lithium basierte Batterie mit mehreren, in Serie geschalteten galvanischen Zellen (basierend auf Lithium Technologie). Der Energiespeicher ist insbesondere ein Traktionsspeicher des Fahrzeugbordnetzes.
Die Steuerung, die Steuerungen bzw. die übergeordnete Steuerungseinheit kann ferner eingerichtet sein, den mindestens einen ersten und den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter dauerhaft zu öffnen, insbesondere bis ein Rücksetzsignal vorliegt. Ferner können diese Steuerungselemente der Leistungsansteuervorrichtung eingerichtet sein, den mindestens einen ersten und den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter mit offenem Zustand anzusteuern, nachdem ein Trennsignal aufgetreten ist, insbesondere bis ein Rücksetzsignal empfangen wird. Das Fehler- oder Trennsignal kann von einem Bodycontroller vorgesehen sein oder von einer Sicherheitseinrichtung, die eingerichtet ist, einen Wartungszustand zu erkennen und/oder die eingerichtet ist, einen Unfall oder einen drohenden Unfall zu erfassen. Es kann eine (oder mehrere) Steuerung vorgesehen sein, die die Halbleiterschalter des Inverters zur Wandlung von Wechselspannung in Gleichspannung und/oder die Halbleiterschalter des Gleichspannungswandlers zur Wandlung von Gleichspannung in Gleichspannung (anderer Höhe) ansteuert. Es kann mindestens eine weitere Steuerung vorgesehen sein, die den mindestens einen ersten und/oder den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter zum Öffnen ansteuert, wenn ein Trennsignal empfangen wurde. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die mindestens eine Steuerung, welche die Funktion des Wandelns steuert, auch den ersten und/oder zweiten Halbleiterschalter öffnet, wenn ein Trennsignal empfangen wird. Während die bei Empfang eines Trennsignals zu öffnenden Halbleiterschalter Teil des Inverters sind und gegebenenfalls auch Teil eines Gleichspannungswandlers, kann vorgesehen sein, dass die betreffenden Steuerungen hinsichtlich dieser Funktionen (Wandeln und Trennen) getrennt sind.
Wie erwähnt sind der mindestens eine erste Halbleiterschalter und der mindestens eine zweite Halbleiterschalter Transistoren, welche eine Body-Diode bzw. Inversdiode aufweisen. Dies ist insbesondere bei Feldeffekttransistoren durch die Struktur des Halbleiterschalters bedingt. Es kann ferner vorgesehen sein, dass eine Diode als diskretes Bauelement antiparallel zu einem Halbleiterschalter geschaltet ist. In diesem Fall wie auch im Falle von Inversdioden ist es möglich, dass bei Stromflüssen entgegengesetzt zur Arbeitsrichtung bzw. üblichen Durchlassrichtung des Halbleiterschalters Strom fließen kann, insbesondere unabhängig von einer äußeren Ansteuerung. Um zu vermeiden, dass entgegen der Arbeitsrichtung Strom fließt, sind der erste und der zweite Halbleiterschalter zueinander antiseriell geschaltet (vom Gleichstromanschluss in Richtung des Wechselstromanschlusses gesehen).
Ferner wird ein Verfahren zum Abtrennen einer elektrischen Maschine von einem elektrischen Energiespeicher beschrieben. Zunächst wird ein Trennsignal erfasst. Wenn dieses erfasst wird, wird mindestens ein erster Halbleiterschalter und mindestens ein zweiter Halbleiterschalter geöffnet. Diese sind zueinander antiseriell. Die Halbleiterschalter sind zwischen der elektrischen Maschine bzw. dessen Wechselstromanschluss und einem Gleichspannungsanschluss vorgesehen, insbesondere einem ersten Potential des Gleichspannungsanschlusses. Der Gleichspannungsanschluss und der Wechselspannungsanschluss sind, wie erwähnt, vorzugsweise Anschlüsse einer Leistungsansteuervorrichtung, die zwischen dem Energiespeicher und der elektrischen Maschine vorliegt, um die Leistungszufuhr von der Batterie zu der elektrischen Maschine zu steuern. Der mindestens eine erste Halbleiterschalter ist Teil eines Inverters, der zwischen dem elektrischen Energiespeicher (bzw. dem Gleichspannungsanschluss) und der elektrischen Maschine (bzw. dem Wechselspannungsanschluss) angeschlossen ist. Denkbar ist, dass ebenso auch der mindestens eine zweite Halbleiter Teil eines Inverters ist. Allerdings sieht die Leistungsansteuervorrichtung vor, dass der zweite Halbleiterschalter Teil einer anderen Komponente ist, welche zwischen dem Energiespeicher und der elektrischen Maschine vorgesehen ist, nämlich ein Gleichspannungswandler. Das Verfahren verwendet hierbei vorzugsweise die Komponenten der Leistungsansteuervorrichtung.
Es ist möglich, dass beim Öffnen des ersten und des zweiten Halbleiterschalters zwei Halbleiterschalter geöffnet werden, die Teil einer Halbleiter-Brückenschaltung des Inverters sind. Das Öffnen des ersten und zweiten Halbleiterschalters kann daher umgesetzt werden, indem mindestens ein erster und mindestens ein zweiter Halbleiterschalter der Halbleiter-Brückenschaltung des Inverters geöffnet wird. In diesem Fall wären der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite Halbleiterschalter Teil des Inverters. Mit anderen Worten werden als erster und zweiter Halbleiterschalter zwei zueinander antiserielle Halbleiterschalter geöffnet, die Teil des Inverters sind. Der Inverter umfasst hierbei insbesondere eine H-Brücke. Ferner sind der erste und der zweite Halbleiterschalter an das gleiche (Gleichspannungs-)potential angeschlossen.
Das Verfahren sieht vor, dass das Öffnen des mindestens einen ersten Halbleiterschalters umfasst: Öffnen mindestens einen Halbleiterschalters, der Teil einer Halbleiter-Brückenschaltung des Inverters ist. Diesbezüglich entspricht dies dem vorangehend genannten Verfahren. Das Öffnen des mindestens einen zweiten Halbleiterschalters umfasst gemäß dem beanspruchten Verfahren jedoch, dass mindestens ein Halbleiterschalter geöffnet wird, der Teil eines Gleichspannungswandlers ist. Der Gleichspannungswandler ist hierbei zwischen dem Energiespeicher und dem Inverter angeschlossen. Mit anderen Worten wird als erster Halbleiterschalter ein Halbleiterschalter des Inverters geöffnet, und als zweiter Halbleiterschalter wird ein Halbleiterschalter des Gleichspannungswandlers. Die Vorzeichen der Versorgungspotentiale, an denen der erste und der zweite Halbleiterschalter angeschlossen sind, - sind identisch. Vorzugsweise werden alle Halbleiterschalter des Inverters als (mehrere) erste Halbleiterschalter geöffnet, die an das gleiche Versorgungspotential angeschlossen sind (d.h. an ein Versorgungspotential mit dem gleichen Vorzeichen wie das Versorgungspotential, an das der zweite Halbleiterschalter angeschlossen ist).
Während des Betriebs des Gleichspannungswandlers zur Wandlung von Gleichspannung wird derjenige Halbleiterschalter wiederholt geöffnet und geschlossen, der auch bei Auftreten des Trennsignals (dauerhaft) geöffnet wird.
Das Öffnen des betreffenden Halbleiterschalters nach Empfang bzw. aufgrund des Trennsignals betrifft eine Öffnungsphase, die deutlich länger ist, als die Öffnungsphase eines Halbleiterschalters während des Betriebs des Gleichspannungswandlers. Insbesondere dauert nach Empfang eines Trennsignals der geöffnete Zustand des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Halbleiterschalters an, bis ein Rücksetzsignal vorliegt.
Die 1 und 2 zeigen Fahrzeugbordnetze mit einer Leistungsansteuerung und dienen zur näheren Erläuterung der hier beschriebenen Vorgehensweise und der hier beschriebenen Leistungsansteuervorrichtung.
Die 1 stellt beispielhaft ein Fahrzeugbordnetz dar, in dem eine Leistungsansteuerungsvorrichtung LS einen elektrischen Energiespeicher ES, insbesondere einen Akkumulator, mit einer elektrischen Maschine EM verbindet. Um aus der Gleichspannung des Energiespeichers ES einen Wechselstrom zu erzeugen, umfasst die Leistungsansteuervorrichtung LS einen Inverter IN mit einer Halbleiter-Brückenschaltung, die von den Schaltern 11, 12, 13, 21, 22 und 23 gebildet wird. Die Brückenschaltung des Inverters IN ist eine B6C-Brücke, wobei für jede Phase ein Ast vorgesehen ist, der zwei seriell miteinander verbundene Halbleiter umfasst. Ein erster Ast betreffend eine erste Phase der elektrischen Maschine wird gebildet von den Halbleiterschaltern 11 und 21, ein weiterer Ast (betreffend eine zweite Phase) wird gebildet von den Halbleiterschaltern 12 und 22, und ein dritter Ast (betreffend eine dritte Phase) wird gebildet von den Halbleiterschaltern 13 und 23. Somit ist die in 1 dargestellte Ausführungsform dreiphasig, wobei jedoch die Anzahl der Phasen nicht auf diese Zahl beschränkt ist. Insbesondere können auch sechs Phasen verwendet werden.
In jedem Ast befindet sich ein Verbindungspunkt A1, A2, A3, an dem die Halbleiterschalter eines Asts miteinander verbunden sind. Die seriell miteinander verbundenen Halbleiterschalter jedes Asts sind an ein positives und ein negatives Versorgungspotential des Inverters IN angeschlossen. Die Verbindungspunkte A1 - A3 werden zu einem Wechselspannungsanschluss WA geführt und entsprechen den Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine.
Ein Gleichspannungswandler DCDC, hier als Synchronwandler dargestellt, umfasst eine Serienschaltung von zwei Halbleiterschaltern S1 und S2. Die Enden dieser Serienschaltung sind mit dem Inverter IN verbunden. Über eine Induktivität IND ist der Verbindungspunkt zwischen den beiden Schaltern S1 und S2 mit einem ersten Potential P des Energiespeichers ES verbunden. Der Gleichspannungswandler DCDC sowie der Inverter IN sind ferner mit Masse M verbunden, wobei dies auch der Masse des Energiespeichers entspricht, und auch als zweites Potential bezeichnet werden kann.
Über einen Wechselspannungsanschluss WA ist die Leistungsansteuervorrichtung LS mit der elektrischen Maschine EM verbunden. Der Inverter ist entweder direkt mit dem ersten Potential P oder, wie dargestellt, über den optionalen Gleichspannungswandler DCDC mit dem Energiespeicher ES verbunden.
In der dargestellten Ausführungsform steuert eine Steuerung C1, die Teil des Inverters, Teil der Leistungsansteuervorrichtung sein kann, oder außerhalb dieser vorgesehen sein kann, die Halbleiterschalter 11 bis 23 des Inverters IN an, um im normalen Betrieb aus der Gleichspannung, die an dem Inverter anliegt, am Wechselspannungsausgang WA einen Drehstrom zu erzeugen. Mittels dieses Drehstroms wird ein magnetisches Drehfeld in der elektrischen Maschine erzeugt. Der Inverter kann auch bidirektional sein und eingerichtet sein, eine Wechselspannung, die am Wechselspannungsanschluss WA anliegt, in eine Gleichspannung zur Speisung des Energiespeichers ES zu wandeln.
Eine weitere Steuerung C2 steuert die Schalter S1, S2 des Gleichspannungswandlers DCDC an. Die Steuerung C2 ist eingerichtet, die Schalter zur Wandlung einer Gleichspannung (in eine weitere Gleichspannung) anzusteuern.
Beide Steuerungen C1 und C2 weisen jeweils einen Trennsignaleingang FE1, FE1' auf, an dem ein Trennsignal bzw. ein Fehlersignal erfasst werden kann. Die Steuerungen C1 und C2 sind eingerichtet, bei Empfang eines derartigen Trennsignals Schalter zu öffnen. Im Falle der Steuerung C1 ist das zumindest der Schalter 11, wobei jedoch auch die Schalter 12 und 13 und somit alle Schalter geöffnet werden können, die zwischen dem Wechselstromanschluss WA und dem Versorgungspotential des Inverters (entsprechend dem positiven Ausgang des Gleichspannungswandlers) liegen.
Die Steuerung C2 des Gleichspannungswandlers DCDC ist eingerichtet, bei Empfang des Trennsignals den Schalter S1 zu öffnen. Ausgehend von den Wechselspannungsanschluss WA und einem Strompfad zum ersten Potential P folgend sind der Schalter 11 und der Schalter S1 (des Gleichspannungswandlers DCD) zueinander antiseriell geschaltet, sodass trotz deren Inversdioden (beispielsweise die Inversdiode 1 des Schalters 11) in keiner Richtung ein Strom fließen kann. Somit ergibt sich eine vollständige Trennung zwischen dem Gleichspannungsanschluss GA (an den der Energiespeicher ES an die Leistungssteuervorrichtung ELS angebunden ist)und der Wechselspannungsanschluss WA. Die beiden antiseriell zueinander geschalteten Schalter im Trennungsfall gehören gemäß dem Beispiel der 1 unterschiedlichen Komponenten der Leistungsansteuervorrichtung an, nämlich dem Inverter IN und dem Gleichspannungswandler DCDC. Beide antiseriell zueinander geschalteten Schalter sind an das gleiche Versorgungspotential angeschlossen, nämlich an das positive Versorgungspotential des Inverters (entsprechend dem positiven Ausgangspotential des Gleichspannungswandlers DCDC). Der erste und der zweite Halbleiterschalter sind in diesem Fall direkt miteinander verbunden (jedoch mit entgegengesetzten Arbeitsrichtungen).
Die Steuerungen C1 und C2 sind in der dargestellten Ausführungsform eingerichtet, bei Empfang eines derartigen Trennsignals die Halbleiterschalter zu öffnen. Es kann vorgesehen sein, dass für die Funktion des Wandelns für den Inverter IN und den Gleichspannungswandler DCDC mindestens eine Steuerung verwendet wird, während für die Funktion des Öffnens des ersten und zweiten Halbleiterschalters mindestens eine zweite Steuerung verwendet wird (die einen Trennsignaleingang FE und gegebenenfalls auch einen Trennsignaleingang FE' umfasst).
In der 2 ist ein weiteres Fahrzeugbordnetz beispielhaft dargestellt, welches der weiteren Erläuterung einer möglichen Vorgehensweise dient.
Auch hier ist ein Energiespeicher ES über die Leistungsansteuervorrichtung mit einer elektrischen Maschine EM verbunden. Hierbei weist die Leistungsansteuervorrichtung LS einen Gleichspannungsanschluss GA, an dem der Energiespeicher angeschlossen ist, sowie einen Wechselspannungsanschluss WA auf, an den die elektrische Maschine EM angeschlossen ist. Auch hier sind die elektrische Maschine EM und auch der Wechselspannungsanschluss WA der Leistungsansteuervorrichtung LS mehrphasig. Es kann ein (optionaler) Gleichspannungswandler DCDC vorgesehen sein, der zwischen dem Gleichspannungsanschluss GA und dem Inverter IN der Leistungsansteuervorrichtung LS angeschlossen ist, oder es kann kein Gleichspannungswandler DCDC vorgesehen sein, wobei dies abhängig von den verwendeten Betriebsspannungen des Energiespeichers und der elektrischen Maschine unterschiedlich realisiert sein kann.
Der Inverter IS umfasst eine mehrphasige H-Brückenschaltung. Jede Phase der H-Brückenschaltung des Inverters IN umfasst zwei Äste, die jeweils zwei seriell geschaltete Halbleiterschalter umfasst. In jeder Phase der H-Brückenschaltung ist ein Ast bzw. eine Serienschaltung von zwei Halbleiterschaltern mit einem Gleichstrompotential EA1, EA2 des Inverters verbunden (welche den Anschlüssen des Energiespeichers entsprechen können). Mit anderen Worten ist in jeder Phase der H-Brückenschaltung ist ein Ast bzw. eine Serienschaltung von zwei Halbleiterschaltern mit einer Gleichspannungsseite des Inverters IN bzw. mit einem Gleichspannungsanschluss des Inverters verbunden.
In jeder Phase ist ein zweiter Ast bzw. eine zweite Serienschaltung zweier Halbleiterschalter mit dem Wechselspannungsanschluss WA verbunden. Die ersten Äste bzw. die erste Serienschaltungen, die mit Gleichspannungspotential GA1, GA2 bzw. mit dem Energiespeicher ES verbunden sind, sind die Halbleiterschalter H1, H2 für die erste Phase, H11, H12 für die zweite Phase und H21, H22 für die dritte Phase. Die somit auf der linken Seite dargestellten Serienschaltungen zweier Halbleiterschalter können als Gleichspannungsseite des Inverters angesehen sein, während die anderen Äste bzw. Serienschaltungen (H3, H4, H13, H14, H23, H24) als Wechselspannungsseite betrachtet werden können.
Parallel zu den Ästen der Wechselspannungsseite des Inverters sind Kondensatoren C21, C22 und C23 parallel angeschlossen. Als Brückenelement zwischen den Ästen jeder Phase ist jeweils eine Induktivität L1, L2 und L3 in Serie geschaltet. Bezogen auf die elektrische Maschine ist somit die mehrphasige H-Brückenschaltung seriell zwischen Gleichspannungsanschluss GA und Wechselspannungsanschluss WA angeschlossen.
Eine Steuerung C, die Teil der Leistungsansteuervorrichtung sein kann, ist eingerichtet, im normalen Betrieb die Halbleiterschalter H1 bis H24 anzusteuern, um die Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss GA oder an den Versorgungspotentialen EA1, EA2 in eine Wechselspannung am Wechselspannungsanschluss WA umzuwandeln. Gegebenenfalls ist die Leistungsansteuervorrichtung auch bidirektional ausgestaltet, sodass die Steuerung C ausgestaltet sein kann, eine Wechselspannung am Wechselspannungsanschluss WA in eine Gleichspannung am Gleichspannungsanschluss GA zu wandeln.
Die Steuerung C umfasst einen Trennsignaleingang SE, an dem ein Trennsignal empfangen werden kann. Die Steuerung C ist eingerichtet, bei Auftreten eines Fehlersignals oder Trennsignals am Eingang SE die Schalter zu öffnen, die zwischen den Phasenanschlüssen des Wechselspannungsanschlusses WA und dem Gleichspannungsanschluss GA liegen. Für die obere Phase sind dies die Schalter H1 und H3, für die mittlere Phase sind es die Schalter H11 und H13 und für die untere Phase sind es die Schalter H21 und H23. In der dargestellten Ausführungsform sind diejenigen Schalter, welche bei einem Trennsignal geöffnet werden, die Schalter, welche mit dem ersten Potential des Energiespeichers ES verbunden sind, im dargestellten Fall das Potential EA1, welches einem Pluspol entsprechen kann. Es sind auch komplementäre Ausführungsformen denkbar. Ausgehend vom Wechselspannungsanschluss WA zum Gleichspannungsanschluss GA führend sind in jeder Phase die von der Steuerung C geöffneten Schalter antiseriell zueinander. Es ergibt sich eine vollständige Abtrennung zwischen dem Wechselspannungsanschluss WA und dem Gleichspannungsanschluss GA.
Alternativ kann eine Steuerung C mit einem Trennsignaleingang FE wie dargestellt vorgesehen sein, die den Schritt des Öffnens realisiert, während eine weitere Steuerung die Halbleiterschalter des Inverters im Normalbetrieb zur Erzeugung eines Drehstroms ansteuert.
Es ist vorgesehen, dass die Steuerung zum Öffnen der Halbleiterschalter bei Vorliegen eines Trennsignals Vorrang hat, falls diese Steuerung nicht derjenigen Steuerung entspricht, die die Halbleiterschalter für den Normalbetrieb (=Wandeln von Spannung) ansteuert.
Es sei bemerkt, dass auch in der 1 bei Auftreten eines Trennsignals zumindest ein Schalter geöffnet wird (etwa Schalter 11 oder auch die Schalter 11, 12 und 13), welche zwischen dem Wechselspannungsanschluss und dem ersten Potential P liegen, welches in der 1 dem positiven Versorgungspotential entsprechen kann.
In den dargestellten Beispielen der 1 und 2 kann ferner ein zusätzlicher Trennschalter im Massepfad vorgesehen sein, der (direkt) dem Energiespeicher nachgeschaltet ist, und der ebenso bei Auftritt eines Fehlersignals oder Trennsignals geöffnet wird.
Wie erwähnt ist die Öffnung der Schalter (auch des weiteren Schalters) dauerhaft und dauert insbesondere an, bis ein Rücksetzsignal, insbesondere von der Steuerung C, C1 und C2, erfasst wurde. Während in der 1 vorzugsweise sowohl zumindest ein Schalter des Inverters als auch ein Schalter des Gleichspannungswandlers DCDC bei Auftreten eines Fehlersignals geöffnet werden, um zwei zueinander antiseriell stehende Schalter in offenem Zustand vorzusehen, ist es bei der Ausführungsform der 2 möglich, dass zwei Schalter des Inverters selbst geöffnet werden, im Fall der 2 die Schalter H1 und H3, sowie die Schalter H11 und H13 und auch die Schalter H21 und H23. Die zueinander antiseriellen Schalter, die im Falle eines Trennsignals geöffnet werden, sind seriell zu Halbleiterschaltern angeschlossen, welche direkt mit Masse verbunden sind bzw. mit einem Potential, das nicht dem ersten Potential entspricht.
Für beide Figuren und auch für sonstige Ausführungsformen gilt: Es wird eine Leistungsansteuervorrichtung für eine elektrische Maschine wird beschrieben. Ein Inverter IN der Vorrichtung ist zwischen einem Gleichspannungsanschluss GA der Vorrichtung und einem Wechselspannungsanschluss WA für die elektrische Maschine EM angeschlossen. Die Leistungsansteuervorrichtung weist eine Steuerung auf, der eine Halbleiter-Brückenschaltung des Inverters IN ansteuernd nachgeschaltet sind. Die Halbleiter-Brückenschaltung weist mindestens einen ersten Halbleiterschalter auf, der zwischen dem Wechselspannungsanschluss und einem ersten Potential des Gleichspannungsanschlusses liegt. Ein zweiter Halbleiterschalter der Leistungsansteuervorrichtung ist antiseriell zu dem mindestens einen ersten Halbleiterschalter und an dem ersten Potential des Gleichspannungsanschlusses angeschlossen. Die Steuerung weist einen Trennsignaleingang auf zum Empfang eines Trennsignals. Die Steuerung öffnet den mindestens einen ersten und den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter, wenn ein Trennsignal auftritt.
Es wird ferner ein Verfahren zum Abtrennen einer elektrischen Maschine EM von einem elektrischen Energiespeicher ES beschrieben, bei dem bei Erfassen eines Trennsignals mindestens ein erster und mindestens ein (hierzu antiseriell geschalteter) zweiter Halbleiterschalters geöffnet wird. Die Halbleiterschalter sind zwischen der elektrischen Maschine EM und einem ersten Potential eines Gleichspannungsanschlusses GA angeschlossen. Die Halbleiterschalter sind Teil eines Inverters und eines Gleichspannungswandlers DCDC zwischen Inverter IN und Energiespeicher ES.

Claims

Leistungsansteuervorrichtung (LS) für eine elektrische Maschine (EM) mit einem Gleichspannungsanschluss (GA) und einem Inverter (IN), der zwischen dem Gleichspannungsanschluss (GA) und einem Wechselspannungsanschluss (WA) zum Anschluss der elektrischen Maschine (EM) angeschlossen ist und der eine Halbleiter-Brückenschaltung (11-23; H1-H24) umfasst, wobei die Leistungsansteuervorrichtung eine Steuerung (C, C1) umfasst, die ansteuernd mit der Halbleiter-Brückenschaltung (11-23; H1-H24) verbunden ist, wobei die Halbleiter-Brückenschaltung (11-23; H1, H11, H21) mindestens einen ersten Halbleiterschalter (11-13; H1, H11, H21) aufweist, der zwischen dem Wechselspannungsanschluss (WA) und einem ersten Potential (P; EA1) des Gleichspannungsanschlusses (GA) liegt, und Leistungsansteuervorrichtung (LS) ferner mindestens einen zweiten Halbleiterschalter (S1) umfasst, der antiseriell zu dem mindestens einen ersten Halbleiterschalter (11-13; H1 - H21) angeschlossen ist und an dem ersten Potential (P; EA1) des Gleichspannungsanschlusses angeschlossen ist, wobei die Steuerung (C; C1, C2) ferner einen Trennsignaleingang (FE) eingerichtet zum Empfang eines Trennsignals in Form eines Fehlersignals aufweist und die Steuerung (C; C1, C2) eingerichtet ist, den mindestens einen ersten Halbleiterschalter und den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter dauerhaft zu öffnen, wenn das Fehlersignal auftritt und wobei die Leistungsansteuervorrichtung ferner einen Gleichspannungswandler (DCDC) umfasst, über den der Gleichspannungsanschluss (GA) mit dem Inverter (IN) verbunden ist und wobei der mindestens eine erste Halbleiterschalter (H11) Teil der Halbleiter-Brückenschaltung ist und der mindestens eine zweite Halbleiterschalter (S1) Teil des Gleichspannungswandlers (DCDC) ist.
Leistungsansteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Gleichspannungswandler (DCDC) ein Speicherelement (IND) und mindestens einen Halbleiterschalter (S1) umfasst, der zwischen dem Speicherelement (IND) und dem Inverter (IN) angeschlossen ist, wobei dieser mindestens eine Halbleiterschalter (S1) den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter bildet.
Leistungsansteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Halbleiter-Brückenschaltung eine vollgesteuerte Drehstrombrückenschaltung ist und der mindestens eine erste Halbleiterschalter (11) zwischen dem Gleichspannungswandler (DCDC) und dem Wechselspannungsanschluss (WA) angeschlossen ist, wobei der mindestens eine zweite Halbleiterschalter (S1) über das Speicherelement (IND) mit dem ersten Potential (P) verbunden ist.
Leistungsansteuervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Steuerung eingerichtet ist, den mindestens einen ersten und den mindestens einen zweiten Halbleiterschalter dauerhaft zu öffnen, bis ein Rücksetzsignal vorliegt.
Verfahren zum Abtrennen einer elektrischen Maschine (EM) von einem elektrischen Energiespeicher (ES), mit: Erfassen eines Trennsignals in Form eines Fehlersignals; und Dauerhaftes Öffnen mindestens eines ersten Halbleiterschalters (11-13; H1, H11, H21) und mindestens eines zweiten Halbleiterschalters (S1; H3, H13, H23), der zum ersten Halbleiterschalter antiseriell geschaltet ist, wobei die Halbleiterschalter zwischen der elektrischen Maschine (EM) und einem ersten Potential (P, EA1) eines Gleichspannungsanschlusses (GA) vorliegen, wobei zumindest einer der ersten und zweiten Halbleiterschalter Teil eines Inverters (IN) ist, der zwischen dem elektrischen Energiespeicher (ES) und der elektrischen Maschine (EM) angeschlossen ist, wobei das dauerhafte Öffnen des mindestens einen ersten Halbleiterschalter umfasst: Öffnen mindestens eines Halbleiterschalters, der Teil einer Halbleiter-Brückenschaltung des Inverters (IN) ist, und das Öffnen des mindestens einen zweiten Halbleiterschalters umfasst: Öffnen mindestens eines Halbleiterschalters, der Teil eines Gleichspannungswandlers (DCDC) ist, welcher zwischen dem Energiespeicher (ES) und dem Inverter (IN) angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine ersten und der mindestens einen zweiten Halbleiterschalter von einer Steuerung dauerhaft geöffnet wird, bis ein Rücksetzsignal vorliegt.