DE102024106938A1

DE102024106938A1 - Verfahren zum Betreiben einer Stromrichtervorrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine und Stromrichtervorrichtung

Info

Publication number: DE102024106938A1
Application number: DE102024106938.4A
Authority: DE
Inventors: Badrinath Kulkarni; Nima Saadat; Vivek Ratilal Tailor; Murugaperumal Devaraja
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2024-03-11
Filing date: 2024-03-11
Publication date: 2025-09-11
Also published as: CN120638888A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichtervorrichtung (200) zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (500), wobei die Stromrichtervorrichtung (200) eine Stromrichterschaltung (115), eine Steuerungseinrichtung (123) und eine Energieversorgungsschaltung (100) zum Versorgen der Stromrichterschaltung (115) und der Steuerungseinrichtung (123) aufweist, wobei die Energieversorgungsschaltung (100) einen Hochvoltzweig (110) mit einem Hochvoltniveau, einen Niedervoltzweig (120) mit einem Niedervoltniveau und einen Gleichspannungswandler (10) aufweist, wobei der Hochvoltzweig (110) mit dem Niedervoltzweig (120) über den Gleichspannungswandler (10) verbunden ist, wobei der Hochvoltzweig (110) eine Zwischenkreiskapazität (111) aufweist, das Verfahren umfassend in einem Normalbetriebsmodus, ein Betreiben der Stromrichterschaltung (115) in einem motorischen Betriebsmodus, in welchem eine mit der Stromrichtervorrichtung (200) verbundene elektrische Maschine (500) motorisch betrieben wird, und in einem Fehlerbetriebsmodus, ein Betreiben der Stromrichterschaltung (115) in einem generatorischen Betriebsmodus, in welchem die mit der Stromrichtervorrichtung (200) verbundene elektrische Maschine (500) generatorisch betrieben wird, und ein Betreiben des Gleichspannungswandlers (10) so, dass er Energie aus dem Hochvoltzweig (110) in den Niedervoltzweig (120) überträgt. Die Erfindung betrifft auch eine solche Stromrichtervorrichtung (200).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichtervorrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine und eine solche Stromrichtervorrichtung, eine Anordnung und ein Bordnetz.
Hintergrund der Erfindung
Eine Energieversorgungsschaltung in einer Stromrichtervorrichtung (sog. Inverter) wird in modernen Fahrzeuganwendungen mit elektrischem Antrieb auch als PDN oder PDTN (engl. Power Distribution Network, Stromverteilungsnetz, oder Power Distribution Network Tree, Stromverteilungsnetzbaum) bezeichnet. Die Aufgabe dieses Stromverteilungsnetzes besteht u.a. darin, Strom an die verschiedenen Verbraucher innerhalb der Stromrichtervorrichtung zu verteilen, wie z.B. Sensoren, Kommunikationsschaltungen (z.B. CAN-, LIN-Transceiver) und insbesondere die Gatetreiberschaltungen für High-Side- (HS) und Low-Side- (LS) Schalter, und funktionale Sicherheitsschaltungen oder MCU (engl. microcontoller unit, Steuergerät) usw.
Heutzutage können aufgrund der Anforderungen an die funktionale Sicherheit zwei Hauptstromquellen für das PDN vorhanden sein. Eine übliche Stromquelle in Elektrofahrzeugen (EV) sind Niederspannungsbatterien (z.B. 12 V), die auch als Kl.30-Netz oder Niedervoltnetz bezeichnet werden. Eine zweite Quelle kann eine Hochspannungs-Gleichstrom-Batterie bzw. der Hochspannungs-Gleichstrom-Bus (Hochvoltnetz) mit z.B. 800 V oder 400 V Nennspannung sein. Solche Hochspannungs- bzw. Hochvolt-Systeme können insbesondere als Energieversorgung für einen elektrischen Fahrantrieb dienen, wie z.B. einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM), der über den Inverter mit dem Hochvoltnetz verbunden ist.
Durch die Verwendung eines HV-Antriebsstrangs steigt jedoch das Risiko eines Stromschlags insbesondere bei Unfällen. Daher fordert die Norm ECC R94, dass die Spannung im Hochvoltnetz, dort insbesondere die Zwischenkreisspannung (sog. DC-Link), in weniger als 5 Sekunden auf eine sichere Spannung (höchstens 60 V) abfällt.
DE 10 2013 224 884 A1 , US 7 768 237 B2 und US 9 637 009 B2 beschreiben jeweils einen Entladeschaltkreis mit einer Reihenschaltung aus einem Schalter und einem Widerstand.
DE 10 2007 022 515 A1 beschreibt das Entladen eines Zwischenkreiskondensators über einen Wechselrichter.
DE 10 2004 057 693 A1 zeigt eine Vorrichtung zur schnellen Entladung eines Kondensators, insbesondere eines Zwischenkreiskondensators, über einen Gleichspannungswandler in einem Bordnetz mit einem Startergenerator als elektrischer Maschine sowie zugeordnetem Spannungswandler, bei dem als Gleichspannungswandler ein gesteuerter oder geregelter Gleichspannungswandler eingesetzt wird, dessen bordnetzseitige Ausgangsspannung nach Abschalten der elektrischen Maschinen und Ausschalten des Wechselrichters gegenüber dem Normalzustand angehoben wird, wodurch der mit dem Spannungswandler verbundenen Batterie die abzubauenden Ladungen zugeführt werden.
DE 10 2023 108 645.6 zeigt ein Verfahren zum Betreiben einer Energieversorgungsschaltung eines Inverters zum Ansteuern einer elektrischen Maschine, wobei die Energieversorgungsschaltung einen Hochvoltzweig mit einem Hochvoltniveau, einen Niedervoltzweig mit einem Niedervoltniveau und einen Entladezweig mit einem Entladespannungsniveau aufweist, wobei das Hochvoltniveau höher als das Niedervoltniveau und das Entladespannungsniveau ist, wobei der Hochvoltzweig mit dem Niedervoltzweig über einen Betriebs-Gleichspannungswandler verbindbar ist, wobei der Hochvoltzweig mit dem Entladezweig über einen Entlade-Gleichspannungswandler verbindbar ist, wobei der Entladezweig unterschiedlich zu dem Niedervoltzweig ist, wobei in dem Entladezweig ein Niedervoltenergiespeicher angeschlossen ist, wobei das Verfahren umfasst, in einem ersten Betriebsmodus, ein Leiten von Strom aus dem Hochvoltzweig über den Betriebs-Gleichspannungswandler in den Niedervoltzweig, in einem zweiten Betriebsmodus, ein Leiten von Strom aus dem Hochvoltzweig über den Entlade-Gleichspannungswandler in den Entladezweig, wobei das Entladespannungsniveau höchstens 60 V beträgt.
Die DE 10 2024 105 223.6 zeigt eine Stromrichtervorrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine. Die Stromrichtervorrichtung weist eine Stromrichterschaltung, eine Steuerungseinrichtung und eine Energieversorgungsschaltung zum Versorgen der Stromrichterschaltung und der Steuerungseinrichtung auf, wobei die Energieversorgungsschaltung einen Hochvoltzweig mit einem Hochvoltniveau und einen Niedervoltzweig mit einem Niedervoltniveau aufweist. Der Hochvoltzweig ist mit dem Niedervoltzweig über einen Gleichspannungswandler verbunden, wobei der Hochvoltzweig eine Zwischenkreiskapazität aufweist, wobei die Stromrichterschaltung und die Steuerungseinrichtung aus dem Niedervoltzweig mit Energie versorgt sind. Im Niedervoltzweig ist eine Entladeschaltung vorgesehen, die wenigstens einen Halbleiterschalter aufweist, der zwischen zwei Niedervoltpotentialleitungen des Niedervoltzweigs geschaltet ist, um diese nach Maßgabe eines Ansteuersignals elektrisch zu verbinden.
Die Erfindung strebt eine Verbesserung dieser Konzepte an, um einen Zwischenkreis möglichst schnell zu entladen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichtervorrichtung zum Ansteuern einer elektrischen Maschine und eine solche Stromrichtervorrichtung, eine Anordnung und ein Bordnetz mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Es sei betont, dass die nachfolgend beschriebenen Merkmale und Vorteile für die Stromrichtervorrichtung und das Verfahren zum Betreiben der Stromrichtervorrichtung gleichermaßen gelten.
Im Einzelnen weist die Stromrichtervorrichtung eine Stromrichterschaltung, eine Steuerungseinrichtung und eine Energieversorgungsschaltung zum Versorgen der Stromrichterschaltung und der Steuerungseinrichtung auf.
Die Stromrichterschaltung dient wie üblich dazu, die Wechselspannungsanschlüsse (Maschinenanschlüsse) der elektrischen Maschine mit Gleichspannungsanschlüssen (Hochvoltanschüssen) zu verbinden bzw. eine Wechselspannung für die elektrische Maschine aus einer Gleichspannung, insbesondere aus dem Hochvoltnetz oder Hochvoltzweig zu generieren. Die Stromrichterschaltung weist dazu eine Anzahl von Halbleiterschaltern, beispielsweise als eine Anzahl Halbbrückenschaltungen, auf, die jeweils nach Maßgabe eines Ansteuersignals geöffnet (nichtleitend) und geschlossen (leitend) werden können. Die Halbleiterschalter können MOSFET oder IGBT umfassen, beispielsweise Galliumnitrid- (GaN) oder Siliziumcarbid- (SiC) FETs. Beispielsweise weist die Stromrichterschaltung eine Halbbrücke umfassend zwei in Reihe geschaltete „Schalter“ je Wechselspannungsanschluss (bzw. Ständerwicklung/Phasenwicklung) der elektrischen Maschine auf, wobei der Wechselspannungsanschluss zwischen den beiden „Schaltern“ liegt. Ein solcher „Schalter“ kann einen oder mehrere parallelgeschaltete Halbleiterschalter aufweisen.
Die Energieversorgungsschaltung wiederum weist einen Hochvoltzweig mit einem Hochvoltniveau und einen Niedervoltzweig mit einem Niedervoltniveau auf, wobei der Hochvoltzweig mit dem Niedervoltzweig über einen Gleichspannungswandler verbunden ist. Die Stromrichterschaltung und die Steuerungseinrichtung sind aus dem Niedervoltzweig mit Energie versorgt. Der Hochvoltzweig weist eine Zwischenkreiskapazität auf, insbesondere um die Gleichspannung im Hochvoltzweig zu speichern und/oder zu glätten. Es sei betont, dass die Energieversorgungsschaltung Teil der Stromrichterschaltung (also des Inverters) ist, und nicht über das gesamte Bordnetz eines Fahrzeugs verteilt ist.
Der Hochvoltzweig ist dazu eingerichtet, mit einem Hochvoltnetz (insbesondere in dem Fahrzeug) verbunden zu werden, und der Niedervoltzweig ist dazu eingerichtet, mit einem Niedervoltnetz (insbesondere in dem Fahrzeug) verbunden zu werden, wobei ein Nennspannungsniveau des Hochvoltnetzes (in dieser Offenbarung als Hochvoltniveau bezeichnet) höher als ein Nennspannungsniveau des Niedervoltnetzes (in dieser Offenbarung als Niedervoltniveau bezeichnet) ist. Der Hochvoltzweig und der Niedervoltzweig weisen entsprechende Anschlüsse zum Verbinden mit dem Hochvoltnetz bzw. Niedervoltnetz auf.
Insbesondere weist in Ausgestaltungen der Erfindung die Stromrichtervorrichtung (insbesondere zwei) Niedervoltanschlüsse auf, die dazu eingerichtet sind, mit dem Niedervoltnetz des Fahrzeugs verbunden zu werden, und (insbesondere zwei) Hochvoltanschüsse, die dazu eingerichtet sind, mit dem Hochvoltnetz des Fahrzeugs verbunden zu werden.
Das Hochvoltniveau kann beispielsweise deutlich mehr als eine zulässige Berührungsspannung von insbesondere 60 V betragen, z.B. bis zu einigen hundert Volt. Das Niedervoltniveau kann beispielsweise üblichen Fahrzeugniederspannungen von beispielsweise 12 V, 24 V oder 48 V entsprechen. Der Niedervoltzweig dient dazu bzw. ist dazu eingerichtet, Strom an die Komponenten bzw. Verbraucher der Stromrichtervorrichtung zu verteilen, wie z.B. Sensoren, Kommunikationsschaltungen (z.B. CAN-, LIN-Transceiver) und insbesondere die Gatetreiberschaltungen für High-Side- (HS) und Low-Side- (LS) Schalter, logische Schaltungen (wie diskrete oder integrierte Schaltungen (z.B. IC, ASIC) oder sog. MCU (engl. microcontoller unit, Steuergerät)) und funktionale Sicherheitsschaltungen usw.
Der Niedervoltzweig dient insbesondere nicht dazu, Strom an irgendwelche Verbraucher im Fahrzeug außerhalb der Stromrichtervorrichtung (Inverter) zu verteilen.
Die Erfindung beschreibt eine Möglichkeit, um eine hohe und gefährliche Spannung des Hochvoltnetzes (insbesondere in Form von in der Zwischenkreiskapazität gespeicherter Energie) in dem Fahrzeug in einem Fehlerfall, z.B. bei einem Unfall des Fahrzeugs oder bei einem Fehler bzw. Ausfall der Stromrichtervorrichtung, möglichst schnell auf einen zulässigen Berührungsspannungswert von höchstens 60 V zu reduzieren. Die Erfindung benötigt nur sehr wenige, reguläre Bauteile und ist somit sehr einfach und kostengünstig realisierbar, auch hinsichtlich der Ansteuerung. Die Erfindung ist in der Stromrichtervorrichtung zur Ansteuerung der elektrischen Maschine in dem Fahrzeug implementiert und ist somit sehr einfach in ein Fahrzeug implementierbar.
Die Erfindung bedient sich dazu der Maßnahme, die im Hochvoltzweig gespeicherte Energie in einem Fehlerfall bzw. Fehlerbetriebsmodus sowohl in den Niedervoltzweig als auch in die elektrische Maschine abzuführen. Sie kann im Niedervoltzweig beispielsweise in Wärme gewandelt werden, z.B. in einem Widerstand oder einer Leistungsschaltung (Halbleiter), oder in einer Batterie gespeichert werden. Sie wird in der elektrischen Maschine in Wärme gewandelt, insbesondere ohne dabei ein antreibendes Drehmoment zu erzeugen.
Das vorgeschlagene hybride Entladungskonzept stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Entladungsmethoden dar. Ein Vorteil besteht darin, dass durch die gleichzeitige Entladung der Zwischenkreiskapazität in den Niedervoltzweig und die elektrische Maschine zwei Entladungswege zur Verfügung stehen, was sowohl im regulären Fall die Entladung beschleunigt als auch in einem Fehlerfall eines der Entladungszweige eine Redundanz bietet.
Das Entladen in den Niedervoltzweig erfolgt über den Gleichspannungswandler, so dass nach der Wandlung nur eine Spannung auf Niedervoltniveau behandelt werden muss, was deutlich weniger aufwendig ist als beispielsweise ein Kurzschließen der Hochvoltanschlüsse mittels eines Ableitwiderstands.
Der Gleichspannungswandler ist vorzugsweise im Normalbetriebsmodus als auch im Fehlerbetriebsmodus in Betrieb, so dass die von diesem vom Hochvoltzweig in den Niedervoltzweig übertragene Leistung im Wesentlichen gleich bleibt und keine Spitzen zeigt; der Gleichspannungswandler kann in einem Spannungsregelbetrieb betrieben werden.
Das Entladen in die elektrische Maschine findet vorzugsweise so statt, dass ein bremsendes Drehmoment erzeugt wird. Obwohl dies bedeutet, dass die elektrische Maschine generatorisch arbeitet, also Strom erzeugt, erlaubt dies eine Einstellung der Blindleistung und damit eine verbesserte Entladung der Zwischenkreiskapazität. Das Entladen in die elektrische Maschine kann vorzugsweise unter Verwendung eines negativen iq-Stroms (q-Komponente des Statorstroms im d/q-System (rotorfestes Koordinatensystem); drehmomentrelevante Komponente, Quadraturkomponente) erfolgen, d.h. mit einem bremsenden Drehmoment. Damit kann ein übermäßiges Überschwingen der Spannung vermieden und gleichzeitig ein höherer iq-Strom eingespeist werden, was eine Reduzierung des id-Stroms ermöglicht und so die Gefahr reduziert, die Maschinenmagnete zu beschädigen.
Die Erfindung schafft eine Möglichkeit, ein Überschwingen der Zwischenkreisspannung zu begrenzen bzw. zu reduzieren und die Entladezeit zu verkürzen. Sie kann insbesondere auch für einen extrem schnellen Betrieb einschließlich der Feldschwächung eingesetzt werden.
Ausgestaltungen der Erfindung umfassen in dem Normalbetriebsmodus ein Betreiben des Gleichspannungswandlers, so dass er Energie aus dem Hochvoltzweig in den Niedervoltzweig überträgt. Damit kann der Gleichspannungswandler vorteilhaft zur Energieversorgung der Komponenten der Stromrichtervorrichtung dienen. Dabei kann der Gleichspannungswandler mit einem konstanten Niedervoltniveau betrieben werden.
In Ausgestaltungen der Erfindung wird im Fehlerbetriebsmodus zunächst eine Hochvoltbatterie vom Hochvoltnetz getrennt. Insbesondere wird auch eine Drehmomentkopplung zwischen der elektrischen Maschine und einem Antriebsstrang des Fahrzeugs, beispielsweise einem Getriebe, getrennt, so dass sich die elektrische Maschine frei drehen kann. Die Halbleiterschalter bzw. deren Freilaufdioden/Body-Dioden in der Stromrichteranordnung arbeiten in diesem Fall als ungesteuerter Gleichrichter (ein Spannungsabfall über diese Dioden kann hier der Einfachheit halber vernachlässigt werden). Die Maschine arbeitet im Generatormodus und lädt den Zwischenkreiskondensator auf. Der Gleichspannungswandler ist als Last in den Zwischenkreis geschaltet. Der Spannungsstoß, der durch das Anlegen des negativen iq-Stromsollwerts erzeugt wird, wird durch das Entladen in den Niedervoltzweig unterdrückt, wobei der Gleichspannungswandler die Energie aus dem Hochvoltzweig bzw. der Zwischenkreiskapazität abführt.
In Ausgestaltungen der Erfindung wird im Fehlerbetriebsmodus der Betrag der q-Komponente des Statorstroms mit sinkender Drehzahl der elektrischen Maschine erhöht, d.h. die q-Komponente des Statorstroms wird mit sinkender Drehzahl kleiner bzw. negativer. Insbesondere wird die elektrische Maschine mit einem negativen iq-Stromsollwert betrieben, dessen Betrag erhöht wird, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine sinkt. Beispielsweise existiert für permanentmagneterregte Synchronmaschinen (PMSM) als typisches Beispiel für elektrische Maschine dieses Anwendungsgebiets eine kritische Drehzahl, bei der die erzeugte Gegenspannung so groß ist, dass sie die Spannung des Zwischenkreiskondensators während des Freilaufs oder beim Anlegen eines Bremsmoments unter der gewünschten Schwelle von bspw. 60 V hält. Diese Drehzahl hängt u.a. von der Anzahl der Polpaare (P) und der Flussdichte der Permanentmagnetanordnung im Rotor (ψ_PM) ab.
In Ausgestaltungen der Erfindung wird ein negativer iq-Stromsollwert iq angelegt, der sich in Abhängigkeit vom elektrischen Widerstand R_S der Statorwicklung, einem maximal zulässigen Strom I_max, der Polpaarzahl P, der mechanischen Kreisfrequenz ω und der Flussdichte ψ_PM der Permanentmagnetanordnung im Rotor ergibt, insbesondere gemäß. $i q = - \frac{R_{s} \times I_{m a x}^{2}}{P \times ω \times Ψ_{P M}}$
In Ausgestaltungen der Erfindung wird mindestens ein negativer id-Stromsollwert id (d-Komponente des Statorstroms im d/q-System; drehmomentfreie Komponente, direkte Komponente) angelegt, der größer ist als ein unterer Stromgrenzwert id_min, der sich als Quotient der Flussdichte der Permanentmagnetanordnung im Rotor ψ_PM und der d-Komponente der Induktivität der Statorwicklung L_d ergibt. $i d > i d_{m i n} = - \frac{Ψ_{P M}}{L_{d}}$
Damit kann eine Entmagnetisierung des Rotors vermieden werden bzw. das Risiko einer Entmagnetisierung reduziert werden.
In Ausgestaltungen der Erfindung weist die Stromrichtervorrichtung im Niedervoltzweig eine Entladeschaltung auf, wobei in dem Fehlerbetriebsmodus die Entladeschaltung so betrieben wird, dass elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. Da das Niedervoltniveau deutlich unter dem Hochvoltniveau liegt, kann eine sehr einfachere Entladeschaltung verwendet werden, die klein baut.
In Ausgestaltungen der Erfindung weist die Entladeschaltung wenigstens einen Halbleiterschalter auf, der zwischen zwei Niedervoltpotentialleitungen des Niedervoltzweigs geschaltet ist und dazu eingerichtet ist, diese Niedervoltpotentialleitungen nach Maßgabe eines Ansteuersignals elektrisch zu verbinden. Dabei wird Energie, die aus dem Hochvoltzweig bzw. der dortigen Zwischenkreiskapazität in den Niedervoltzweig übertragen wird, in dem wenigstens einen Halbleiterschalter in Wärme umgewandelt.
In Ausgestaltungen der Erfindung wird die Entladeschaltung in dem Normalbetriebsmodus so betrieben, dass der wenigstens eine Halbleiterschalter in einem sperrenden Zustand ist, so dass die zwei Niedervoltpotentialleitungen des Niedervoltzweigs nicht elektrisch miteinander verbunden sind, und in dem Fehlerbetriebsmodus in einem leitenden Zustand ist, so dass die zwei Niedervoltpotentialleitungen des Niedervoltzweigs elektrisch miteinander verbunden sind.
In Ausgestaltungen der Erfindung weist die Stromrichtervorrichtung eine Sperrschaltung auf, die einen Stromfluss von den Niedervoltanschlüssen in die Entladeschaltung sperrt, oder die Niedervoltanschlüsse und die Entladeschaltung sind nicht elektrisch leitend verbunden.
In Ausgestaltungen der Erfindung wird im Fehlerbetriebsmodus die Entladeschaltung von den Niedervoltanschlüssen elektrisch getrennt.
Auf diese Weisen kann eine unerwünschte Rückwirkung aus dem Niedervoltnetz (an welches die Stromrichtervorrichtung an den Niedervoltanschlüssen angeschlossen ist) auf die Entladeschaltung verhindert werden.
In Ausgestaltungen der Erfindung weist die Stromrichtervorrichtung im Niedervoltzweig eine Umleitungsschaltung auf, wobei die Umleitungsschaltung in dem Fehlerbetriebsmodus so betrieben wird, dass Strom aus dem Gleichspannungswandler in ein am Niedervoltzweig angeschlossenes Niedervoltnetz geleitet wird. Auch eine solche Umleitungsschaltung kann sehr einfach mit wenigen Schaltern ausgeführt sein und baut sehr klein. Wenn die Energie aus dem Hochvoltnetz in das Niedervoltnetz umgeladen wird, schadet sie Personen in Bezug auf die Spannungshöhe nicht. Die Energie kann dort zur Versorgung von Verbrauchern verwendet oder in einem Niedervoltenergiespeicher (z.B. Batterie) gespeichert werden.
In Ausgestaltungen der Erfindung weist der Niedervoltzweig einen Gleichspannungswandlerzweig und einen Netzzweig auf, wobei der Netzzweig zum Verbinden mit dem Niedervoltnetz dient und der Gleichspannungswandlerzweig zum Verteilen von Strom an die Komponenten bzw. Verbraucher des Inverters. Das Verfahren umfasst dann, in dem Normalbetriebsmodus, Strom aus dem Hochvoltzweig über den Gleichspannungswandler in den Gleichspannungswandlerzweig zu leiten, und in dem Fehlerbetriebsmodus Strom aus dem Hochvoltzweig über den Gleichspannungswandler in den Netzzweig (und dort ggf. in die Entladeschaltung und/oder die Umleitungsschaltung) zu leiten.
In dem Normalbetriebsmodus wird insbesondere kein Strom aus dem Hochvoltzweig über den Gleichspannungswandler in den Netzzweig geleitet, wohingegen in dem Fehlerbetriebsmodus Strom aus dem Hochvoltzweig über den Gleichspannungswandler weiterhin in den Gleichspannungswandlerzweig geleitet werden kann, oder nicht.
In einer Ausgestaltung sind der Gleichspannungswandlerzweig, der Netzzweig und der Gleichspannungswandler über eine Sperrschaltung elektrisch so verbunden, dass ein Stromfluss aus dem Gleichspannungswandlerzweig in den Gleichspannungswandler gesperrt ist, ein Stromfluss aus dem Gleichspannungswandlerzweig in den Netzzweig gesperrt ist und ein Stromfluss aus dem Netzzweig in den Gleichspannungswandler gesperrt ist. Dadurch kann eine gegenseitige negative Beeinflussung verhindert werden.
In einer Ausgestaltung weist die Umleitungsschaltung einen Netzzweigtrennschalter aufweist, um den Netzzweig mit dem Gleichspannungswandler zu verbinden und davon zu trennen, und/oder einen Gleichspannungswandlerzweigtrennschalter auf, um den Gleichspannungswandlerzweig mit dem Gleichspannungswandler zu verbinden und davon zu trennen. Dies ist eine konstruktiv bzw. schaltungstechnisch sehr einfache Maßnahme, um die genannten unterschiedlichen Betriebsmodi zu realisieren. Die Schalter können Halbleiterschalter oder mechanische Schalter (Relais) umfassen. Sind die genannten Schalter als Halbleiterschalter realisiert, kann in Verbindung mit einer Stromstärkemessung auch hier eine Regelung der Stromstärke des durch die Schalter fließenden Stroms erfolgen.
In Ausgestaltungen der Erfindung wird die Stromrichteranordnung so lange in dem Fehlerbetriebsmodus betrieben, bis eine an der Zwischenkreiskapazität abfallende Spannung und/oder eine zwischen den zwei Niedervoltpotentialleitungen des Niedervoltzweigs anliegende Spannung höchstens einem Sicherheitsschwellwert entspricht. Ein zweckmäßiger Sicherheitsschwellwert an der Zwischenkreiskapazität kann höchstens 60 V betragen oder um eine Sicherheitsmarge darunter liegen. Damit kann ein sicheres Berührspannungsniveau erreicht werden. Ein zweckmäßiger Sicherheitsschwellwert im Niedervoltzweig kann in Abhängigkeit von einem Nennspannungsniveau des Niedervoltzweigs vorgegeben sein, z.B. 75% des Nennspannungsniveaus.
In Ausgestaltungen der Erfindung weist die Stromrichtervorrichtung ein Gehäuse auf, in welchem die Stromrichterschaltung, die Steuerungseinrichtung und die Energieversorgungsschaltung angeordnet sind. Wie schon weiter oben beschrieben, ist mit anderen Worten die Stromrichtervorrichtung (bzw. der Inverter) ein Gerät mit einer Anzahl von Komponenten in einem Gehäuse.
In Ausgestaltungen der Erfindung ist der Gleichspannungswandler ein isolierender Gleichspannungswandler, wie z.B. ein Sperrwandler (engl. fly-back converter), Eintaktflusswandler (engl. forward converter), Gegentaktflusswandler (engl. push-pull converter) usw. Bei isolierenden Gleichspannungswandlern besteht eine galvanische Trennung zwischen dem Eingangsnetz und dem Ausgangsnetz, was üblicherweise mittels eines Transformators bewerkstelligt wird. Diese haben eine erhöhte Sicherheit. Im Hochvoltbereich (>60 V) ist der Einsatz eines isolierenden Gleichspannungswandlers aus Sicherheitsgründen vorteilhaft oder ggf. auch vorgeschrieben. In der Folge ist keine Signalisolierung oder unabhängige isolierte Stromversorgung für die Entladeschaltung erforderlich.
Die Steuerungseinrichtung der Stromrichtervorrichtung, z.B. eine integrierte Schaltung (z.B. IC, ASIC oder FPGA), ist, insbesondere programm- und/oder schaltungstechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Die Erfindung bietet besondere Vorteile, da die Entlademöglichkeit direkt in der Stromrichtervorrichtung integriert ist. Notwendige Bauteile wie Schalter, Spulen, Kondensatoren usw. sind dort ohnehin vorhanden. Damit kann die Erfindung vorteilhaft direkt in der Stromrichtervorrichtung implementiert werden, welche wiederum vorteilhaft baulich mit der elektrischen Maschine verbunden ist und dazu dient, die Wechselspannungsanschlüsse der elektrischen Maschine mit Gleichspannungsanschlüssen des Bordnetzes, insbesondere des Hochvoltzweigs zu verbinden.
Ein HV-Entladewiderstand und HV-Entladeschalter sind nicht erforderlich. Ein vorhandener Gleichspannungswandler kann inklusive seiner Steuerung unverändert weiterverwendet werden. Das Entladen kann bei jeder Drehzahl der elektrischen Maschine durchgeführt werden und es hängt nicht von der Spannung an der elektrischen Maschine ab. Die Erfindung kann auch nachträglich zu bereits bestehenden Inverterkonzepten problemlos hinzugefügt werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Strom richtervorrichtung.
2 zeigt zeitliche Verläufe von unterschiedlichen Signalen, wie sie bei einem beispielhaften Ablauf einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens auftreten können.

Ausführungsform(en) der Erfindung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Um die Komplexität der 1 zu reduzieren, sind dabei nicht alle Verbindungen und Signalflüsse dargestellt. Auch Rückleitungen oder Masse- bzw. Minusleitungen sind nicht immer vollständig abgebildet.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Stromrichtervorrichtung 200 (sog. Inverter) zum Ansteuern einer elektrischen Maschine 500. Als Stromrichtervorrichtung bzw. Inverter wird in Fahrzeugen üblicherweise eine Komponente bzw. ein Gerät bezeichnet, das eine elektrische Maschine ansteuert. Die Stromrichtervorrichtung 200 kann dabei insbesondere eine Drehmoment- und Drehzahlsteuerung implementieren und dabei bordnetzseitige Gleichspannung in maschinenseitige Wechselspannung wandeln und - bei einem Rekuperieren - umgekehrt maschinenseitige Wechselspannung in bordnetzseitige Gleichspannung wandeln und in das Bordnetz einspeisen.
Die Stromrichtervorrichtung 200 weist eine Stromrichterschaltung 115, eine Steuerungseinrichtung 123 und eine Energieversorgungsschaltung 100 zum Versorgen der Stromrichterschaltung 115 und der Steuerungseinrichtung 123 und ggf. weiterer Komponenten 121 auf.
Die Energieversorgungsschaltung 100 weist einen Hochvoltzweig 110 mit zwei Hochvoltpotentialleitungen und zwei Hochvoltanschlüssen HV+, HV- zum Anschließen eines Hochvoltnetzes 1 mit einem Hochvoltniveau und einen Niedervoltzweig 120 mit zwei Niedervoltpotentialleitungen und zwei Niedervoltanschlüssen B+, B- zum Anschließen eines Niedervoltnetzes (sog. Kl.30-Netz) 2 mit einem Niedervoltniveau auf. Das Hochvoltniveau liegt beispielsweise im Bereich von 300 V bis 1.000 V und kann von einer Hochvoltbatterie 1a bereitgestellt sein. Das Niedervoltniveau kann beispielsweise 12 V, 24 V oder 48 V betragen und kann von einer Niedervoltbatterie bereitgestellt sein. Eine der Niedervoltpotentialleitungen bzw. der Niedervoltanschluss B- stellt gleichzeitig ein Massepotential dar.
Der Hochvoltzweig 110 weist eine Zwischenkreiskapazität 111 beispielsweise in Form eines oder mehrerer Kondensatoren auf, die insbesondere zum Speichern und/oder Glätten der Gleichspannung im Hochvoltzweig dient. Durch die Verwendung von Zwischenkreiskapazitäten im Hochvoltnetz in einem Fahrzeug steigt das Risiko eines Stromschlags insbesondere bei Unfällen. Daher stellt die Erfindung eine Möglichkeit vor, die an der Zwischenkreiskapazität 111 bzw. allgemein in Zwischenkreiskapazitäten im Hochvoltnetz anliegende Spannung bzw. gespeicherte Energie in einem Fehlerfall schnell auf ein berührungssicheres Niveau bzw. einen Sicherheitsschwellwert von insbesondere höchstens 60 V zu reduzieren.
Dazu ist im Niedervoltzweig 120 eine Entladeschaltung 31 und/oder eine Umleitungsschaltung 32 vorgesehen.
Die Entladeschaltung 31 ist beispielsweise dazu ausgebildet, die zwei Niedervoltpotentialleitungen des Niedervoltzweigs 120 bei Bedarf bzw. nach Maßgabe eines Ansteuersignals über ein Energieableitelement kurzzuschließen. Ein solches Energieableitelement kann ein oder mehrere Widerstandsbauteile und/oder Halbleiterschalter aufweisen.
Die Umleitungsschaltung 32 kann in einfacher Ausführungsform einen Schalter aufweisen, um den Gleichspannungswandler mit dem Anschluss B+ zu verbinden. Die Umleitungsschaltung 32 dient dazu, Strom aus dem Gleichspannungswandler 10 in das am Niedervoltzweig angeschlossene Niedervoltnetz 2 abzuführen.
Es ist ausreichend, wenn die Stromrichtervorrichtung 200 entweder die Entladeschaltung 31 oder die Umleitungsschaltung 32 aufweist. Sie kann auch beide aufweisen. Der Hochvoltzweig 110 ist mit dem Niedervoltzweig 120 über einen Gleichspannungswandler 10 verbunden. Wird im Rahmen dieser Offenbarung von „verbinden“, „Verbindung“ usw. gesprochen, ist damit, wenn nicht anders angegeben, immer eine elektrisch leitende Verbindung gemeint. Bei dem Gleichspannungswandler 10 kann es sich insbesondere aus Sicherheitsgründen um einen galvanisch trennenden Gleichspannungswandler handeln. Mittels des Gleichspannungswandlers 10 kann eine Energieversorgung von Komponenten der Stromrichtervorrichtung aus dem Hochvoltnetz 1 erfolgen.
Der Niedervoltzweig 120 dient der Energieversorgung der Komponenten der Stromrichtervorrichtung und weist einen Gleichspannungswandlerzweig 120a auf, welcher aus dem Gleichspannungswandler 10 gespeist ist, und einen Netzzweig 120b, welcher mit dem Niedervoltnetz verbindbar und aus diesem gespeist ist. Der Niedervoltzweig 120 kann auch als PDN bezeichnet werden (siehe oben). Der Gleichspannungswandlerzweig 120a ist über eine hier eine Diode 122a aufweisende Sperrschaltung mit dem Gleichspannungswandler 10 verbunden. Der Netzzweig 120b ist über eine bzw. die hier auch eine Diode 122b aufweisende Sperrschaltung mit einem Potentialanschluss B+ der Niedervoltanschlüsse verbunden. Gleichspannungswandlerzweig 120a und Netzzweig 120b können auch miteinander verbunden sein. Dabei sind der Gleichspannungswandlerzweig 120a, der Netzzweig 120b, der Gleichspannungswandler 10 und der Potentialanschluss B+ über die Sperrschaltung(en) 122a, 122b so verbunden sind, dass ein Stromfluss aus dem Gleichspannungswandlerzweig 120a in den Gleichspannungswandler 10 gesperrt ist, ein Stromfluss aus dem Netzzweig 120b in das Niedervoltnetz 2 gesperrt ist und ein Stromfluss aus dem Netzzweig 120b in den Gleichspannungswandler 10 gesperrt ist.
In dem Gleichspannungswandlerzweig 120a sind weiterhin ein oder mehrere nur schematisch angedeutete Niedervoltverbraucher 121 der Stromrichtervorrichtung angeordnet, z.B. Sensoren (z.B. Drehzahl, Winkelstellung, Temperatur usw.), Kommunikationseinrichtungen (CAN-Transceiver, LIN-Transceiver u.ä.).
Die Steuerungseinrichtung 123 ist dazu eingerichtet, ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durchzuführen, und kann dazu die Stromrichterschaltung 115, die Entladeschaltung 31 und/oder die Umleitungsschaltung 32 auf geeignete Weise ansteuern.
Die Steuerungseinrichtung 123 kann dazu eingerichtet sein, den Fehlerbetriebsmodus zu veranlassen, wenn sie ein externes Fehlersignal F empfängt, und/oder wenn sie auf andere Art und Weise einen Fehler feststellt.
Der Steuerungseinrichtung 123 kann ein Messwert der Spannung im Hochvoltzweig 110 bzw. der Spannung, die an der Zwischenkreiskapazität 111 abfällt, zugeführt werden, die beispielsweise mittels eines Spannungsmessers erfasst wird. Dadurch kann die Steuerungseinrichtung 123 beispielsweise ermitteln, wann ein Fehlerbetriebsmodus beendet werden kann.
Auch die Stromrichterschaltung 115 ist versorgungs- bzw. ansteuerungsseitig in dem Niedervoltzweig 120 angeordnet. Die Stromrichterschaltung 115 dient dazu, die (im gezeigten Beispiel drei) Wechselspannungsanschlüsse U, V, W der elektrischen Maschine 500, welche nicht Teil der Stromrichtervorrichtung 200 ist, mit dem positiven Gleichspannungsanschluss HV+ und dem negativen Gleichspannungsanschluss HV- des Hochvoltzweiges 110 zu verbinden. Die Stromrichterschaltung 115 kann dazu eine Logikschaltung bzw. Gatetreiberschaltung zum Erzeugen von Ansteuersignalen, zugehörige Stromversorgungen für die Gatetreiberschaltung und eine Anzahl von mittels der Ansteuersignale anzusteuernden Halbleiterschaltern umfassen. Die Halbleiterschalter können insbesondere in Form von Halbbrücken 15a, 115b, 115c angeordnet sein, wobei für jeden der Wechselspannungsanschlüsse U, V, W der elektrischen Maschine 500 eine Halbbrücke vorgesehen sein kann.
Die Steuerungseinrichtung 123, die Komponenten 121, der Niedervoltzweig 120 inkl. 120a, 120b, 122a, 122b, die Entladeschaltung 31 bzw. die Umleitungsschaltung 32 können als gemeinsame Schaltung 150 insbesondere auf einem gemeinsamen Schaltungsträger wie einer Leiterplatte (PCB) realisiert sein.
Die Stromrichtervorrichtung 200 weist insbesondere auch ein Gehäuse (nicht abgebildet) auf, in welchem die Stromrichterschaltung 115, die Steuerungseinrichtung 123, die Komponenten 121, die Energieversorgungsschaltung 100, die Entladeschaltung 31 bzw. die Umleitungsschaltung 32 angeordnet sind und in welchem die Anschlüsse B+, B-, HV+, HV-, U, V, W ausgebildet sind.
Die Stromrichtervorrichtung 200 (also das ganze Gerät) kann vorteilhaft baulich mit der elektrischen Maschine 500 verbunden sein, d.h. insbesondere an dieser befestigt sein.
In 2 sind unterschiedliche Signale, wie sie bei einem beispielhaften Ablauf einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens auftreten können, gegen die Zeit t dargestellt. Dabei zeigt das Diagramm a) die Drehzahl der elektrischen Maschine gegen die Zeit bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Diagramm b) zeigt die an der Zwischenkreiskapazität 111 abfallende Spannung und Diagramm c) zeigt die Stromwerte id (220) und iq (210). Es handelt sich dabei um simulierte Kurven für einen beispielhaften Anwendungsfall.
Das der 2 zugrunde liegende Beispiel geht aus von einem für die Erfindung anspruchsvollen Szenario, bei dem das Hochvoltnetz möglichst schnell entladen werden soll zu einem Zeitpunkt, zu dem die elektrische Maschine eine Drehzahl von ca. 17.000 min^-1 hat, was eine sehr hohe Gegenspannung bzw. Back-EMF bedeutet.
Die Maschine wird in Betrieb genommen (nicht Teil der Erfindung) und im Feldschwächbetrieb auf maximale Drehzahl beschleunigt. Die Maschine ist an keine Last angeschlossen und benötigt einen Mindeststrom, um die Rotorträgheit zu überwinden.
In der Abbildung beginnt ab etwa einem Zeitpunkt t=0,45 s ein stationärer Betrieb (Normalbetriebsmodus).
Der Fehlerbetriebsmodus wird zum Zeitpunkt t=0,5 s eingeleitet. Es werden Ströme id und iq gemäß der oben erläuterten Zusammenhänge eingeprägt. Die an der Zwischenkreiskapazität 111 abfallende Spannung sinkt, bis sie den Wert der induzierten Gegenspannung etwa bei t=0,55 s erreicht. Ab diesem Zeitpunkt wird eine negative iq-Einspeisung vorgenommen, wodurch bei einer Zeit von ca. t=0,65 s ein geringfügiges Überschwingen der an der Zwischenkreiskapazität 111 abfallenden Spannung zu beobachten ist. Der negative iq-Wert wird allmählich von -1,74 A zum Zeitpunkt ca. t=0,51 s auf -41,70 A zum Zeitpunkt ca. t=3,47 s verändert.
Bei ca. t=3,5 s ist der Stillstand der Maschine erreicht und die an der Zwischenkreiskapazität 111 abfallenden Spannung beträft etwa null.
In 3 sind die Diagramme a) und b) aus 2 mit Signalen aus nichterfindungsgemäßen bzw. herkömmlichen Verfahren verglichen, einerseits einem maschinenbasierten Verfahren (Entladen über die Maschinenwicklungen) mit maximaler Leistung (d.h. Vorgabe von id- und iq-Stromkomponente) und andererseits einem maschinenbasierten Verfahren mit Vorgabe lediglich einer id-Stromkomponente.
Dabei zeigt ein Graph 310 in Diagramm a) erneut die Drehzahl der elektrischen Maschine gegen die Zeit bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, ein Graph 311 bei Durchführung des maschinenbasierten Verfahrens mit maximaler Leistung und ein Graph 312 bei Durchführung des maschinenbasierten Verfahrens mit lediglich der id-Stromkomponente.
In Diagramm b) zeigt ein Graph 320 erneut die an der Zwischenkreiskapazität 111 abfallende Spannung gegen die Zeit bei Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, ein Graph 321 bei Durchführung des maschinenbasierten Verfahrens mit maximaler Leistung und ein Graph 322 bei Durchführung des maschinenbasierten Verfahrens mit lediglich der id-Stromkomponente.
Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Entladezeit um ca. 10 % (um 2,28 s im Vergleich zum maschinenbasierten Verfahren mit lediglich der id-Stromkomponente) und das Überschwingen der Spannung um ca. 56 % (um ca. 540 V im Vergleich zum maschinenbasierten Verfahren mit maximaler Leistung) reduziert wird.
Im Vergleich zur zum maschinenbasierten Verfahren mit maximaler Leistung wird das Überschwingen der Spannung wird von ca. 961 V bei ca. t=0,9 s auf ca. 420 V zum Zeitpunkt ca. t=0,68 s reduziert.
Im Vergleich zum maschinenbasierten Verfahrens mit lediglich der id-Stromkomponente wird die Entladezeit von ca. t=5,8 s auf ca. t=3,5 s verkürzt, was noch weiter reduziert werden kann, wenn die Nennleistung des Gleichspannungswandlers weiter erhöht wird und mehr Energie in der Entladeschaltung 31 bzw. der Umleitungsschaltung 32 abgegeben wird.
Die elektrische Maschine PMSM-Maschine fungiert zwar während der Entladungsphase als Generator und lädt die Zwischenkreiskapazität 111 auf, jedoch bleibt die Rate, mit der die Zwischenkreiskapazität 111 geladen wird, unter der Rate, mit der die Zwischenkreiskapazität 111 über den Gleichspannungswandler 10 entladen wird. Dies macht eine Entladung über einen hochvoltseitigen Ableitwiderstand überflüssig. Die vorgeschlagene Lösung reduziert die Kosten und den Platzbedarf des Entladesystems erheblich, da der Hochspannungsregelkreis entfällt.
Die Simulationsergebnisse eines herkömmlichen Entladens und des hybriden Entladens gemäß Ausführungsformen der Erfindung zeigen die Verbesserungen bei der Entladerate und das verringerte Überschwingen der Spannung durch die Implementierung der hybriden Entladetechnik. Diese vorgeschlagene Lösung kann den Kondensator innerhalb von 5 s oder sogar weniger entladen, unabhängig von der Anfangsgeschwindigkeit der elektrischen Maschine, was die Robustheit und Effektivität der vorgeschlagenen Lösung zeigt. Im Notfall, wenn z.B. eine Niederspannungsbatterie (12 V-Batterie) abgeklemmt wird, stellt diese Entladestrategie sicher, dass die Komponenten des Inverters über den Gleichspannungswandler mit Strom versorgt werden, um eine sichere Abschaltung zu gewährleisten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10 2013 224 884 A1 [0005]
US 7 768 237 B2 [0005]
US 9 637 009 B2 [0005]
DE 10 2007 022 515 A1 [0006]
DE 10 2004 057 693 A1 [0007]
DE 10 2023 108 645.6 [0008]
DE 10 2024 105 223.6 [0009]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Stromrichtervorrichtung (200) zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (500), wobei die Stromrichtervorrichtung (200) aufweist: - eine Stromrichterschaltung (115), - eine Steuerungseinrichtung (123) und - eine Energieversorgungsschaltung (100) zum Versorgen der Stromrichterschaltung (115) und der Steuerungseinrichtung (123), wobei die Energieversorgungsschaltung (100) einen Hochvoltzweig (110) mit einem Hochvoltniveau, einen Niedervoltzweig (120) mit einem Niedervoltniveau und einen Gleichspannungswandler (10) aufweist, wobei der Hochvoltzweig (110) mit dem Niedervoltzweig (120) über den Gleichspannungswandler (10) verbunden ist, wobei der Hochvoltzweig (110) eine Zwischenkreiskapazität (111) aufweist, das Verfahren umfassend: in einem Normalbetriebsmodus, Betreiben der Stromrichterschaltung (115) in einem motorischen Betriebsmodus, in welchem eine mit der Stromrichtervorrichtung (200) verbundene elektrische Maschine (500) motorisch betrieben wird, und in einem Fehlerbetriebsmodus, Betreiben der Stromrichterschaltung (115) in einem generatorischen Betriebsmodus, in welchem die mit der Stromrichtervorrichtung (200) verbundene elektrische Maschine (500) generatorisch betrieben wird, und Betreiben des Gleichspannungswandlers (10) so, dass er Energie aus dem Hochvoltzweig (110) in den Niedervoltzweig (120) überträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: in dem Normalbetriebsmodus, Betreiben des Gleichspannungswandlers (10) so, dass er Energie aus dem Hochvoltzweig (110) in den Niedervoltzweig (120) überträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend: in dem generatorischen Betriebsmodus, Betreiben der Stromrichterschaltung (115) so, dass die q-Komponente des Statorstroms negativ ist und ihr Betrag mit sinkender Drehzahl der elektrischen Maschine erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die die q-Komponente des Statorstroms, iq, vorgegeben wird in Abhängigkeit von einem elektrischen Widerstand, R_S, der Statorwicklung, einem maximal zulässigen Strom, I_max, einer Polpaarzahl, P, des Rotors der elektrischen Maschine, der mechanischen Kreisfrequenz ω der elektrischen Maschine und der Flussdichte, ψ_PM, der Permanentmagnetanordnung im Rotor der elektrischen Maschine, insbesondere gemäß: $i q = \frac{R_{s} \times I_{m a x}^{2}}{P \times ω \times Ψ_{P M}}$
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: in dem generatorischen Betriebsmodus, Betreiben der Stromrichterschaltung (115) so, dass die d-Komponente des Statorstroms, id, negativ und größer als ein unterer Stromgrenzwert ist, der sich als Quotient der Flussdichte der Permanentmagnetanordnung im Rotor, ψ_PM, und der d-Komponente der Induktivität der Statorwicklung, L_d, eraibt. gemäß: $i d > - \frac{Ψ_{P M}}{L_{d}}$
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromrichtervorrichtung im Niedervoltzweig (120) eine Entladeschaltung (31) aufweist, weiterhin umfassend: in dem Fehlerbetriebsmodus, Betreiben der Entladeschaltung (31) so, elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromrichtervorrichtung im Niedervoltzweig (120) eine Umleitungsschaltung (32) aufweist, weiterhin umfassend: in dem Fehlerbetriebsmodus, Betreiben der Umleitungsschaltung (32) so, dass Strom aus dem Gleichspannungswandler (10) in ein am Niedervoltzweig (120) angeschlossenes Niedervoltnetz (2) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend: in dem Normalbetriebsmodus, Betreiben der Umleitungsschaltung (32) so, dass kein Strom aus dem Gleichspannungswandler (10) in das am Niedervoltzweig (120) angeschlossene Niedervoltnetz (2) geleitet wird.
Stromrichtervorrichtung (200) zum Ansteuern einer elektrischen Maschine (500), wobei die Stromrichtervorrichtung (200) aufweist: - eine Stromrichterschaltung (115), - eine Steuerungseinrichtung (123) und - eine Energieversorgungsschaltung (100) zum Versorgen der Stromrichterschaltung (115) und der Steuerungseinrichtung (123), wobei die Energieversorgungsschaltung (100) einen Hochvoltzweig (110) mit einem Hochvoltniveau, einen Niedervoltzweig (120) mit einem Niedervoltniveau und einen Gleichspannungswandler (10) aufweist, wobei der Hochvoltzweig (110) mit dem Niedervoltzweig (120) über den Gleichspannungswandler (10) verbunden ist, wobei der Hochvoltzweig (110) eine Zwischenkreiskapazität (111) aufweist, wobei die Stromrichtervorrichtung (200) dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Stromrichtervorrichtung (200) nach Anspruch 9, weiterhin aufweisend ein Gehäuse, in welchem die Stromrichterschaltung (115), die Steuerungseinrichtung (123) und die Energieversorgungsschaltung (100) angeordnet sind.
Stromrichtervorrichtung (200) nach Anspruch 9 oder 10, weiterhin aufweisend Niedervoltanschlüsse (B+, B-), die dazu eingerichtet sind, mit einem Niedervoltnetz (2) eines Fahrzeugs verbunden zu werden, Hochvoltanschüsse (HV+, HV-), die dazu eingerichtet sind, mit einem Hochvoltnetz (1) des Fahrzeugs verbunden zu werden, und Maschinenanschlüsse (U, V, W), dazu eingerichtet sind, mit Ständerwicklungen der elektrischen Maschine (500) verbunden zu werden.
Anordnung aus einer Stromrichtervorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und einer elektrischen Maschine (500), die mit der Stromrichterschaltung (115) verbunden ist.
Bordnetz, insbesondere eines Fahrzeugs, mit einem Niedervoltnetz (2), das mit dem Niedervoltzweig (120) verbunden ist, einem Hochvoltnetz (1), das mit dem Hochvoltzweig (110) verbunden ist, und einer Anordnung nach Anspruch 12.