DE102010030693A1 - Circuit arrangement for e.g. motor car, has switching element coupled to connection unit and pre-charge circuit in switch positions, where pre-charge circuit is provided with ohmic resistor and inductor that are connected in series - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben der Schaltungsanordnung.The invention relates to a circuit arrangement for a motor vehicle and to a method and a device for operating the circuit arrangement.
Batterie- und Brennstoffzellenkraftfahrzeuge sowie Hybridfahrzeuge weisen einen elektrischen Energiespeicher auf, der die elektrische Leistung für einen elektrischen Antrieb bereitstellt. Eine Gleichspannung des Energiespeichers wird beispielsweise mittels eines Stromrichters in eine mehrphasige Wechselspannung gewandelt, die einem Elektromotor, der das Kraftfahrzeug antreibt, zugeführt wird.Battery and fuel cell motor vehicles and hybrid vehicles have an electrical energy storage that provides the electrical power for an electric drive. A DC voltage of the energy storage is converted, for example by means of a power converter in a multi-phase AC voltage, which is an electric motor which drives the motor vehicle, is supplied.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben der Schaltungsanordnung zu schaffen, die ein zuverlässiges und sicheres Betreiben des Kraftfahrzeugs ermöglichen.The object on which the invention is based is to provide a circuit arrangement for a motor vehicle and a method and a device for operating the circuit arrangement, which enable a reliable and safe operation of the motor vehicle.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem ersten Aspekt aus durch eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug. Die Schaltungsanordnung umfasst einen Stromrichter, der einen ersten Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss aufweist, sowie zumindest einen Zwischenkreiskondensator, der den ersten Eingangsanschluss und den zweiten Eingangsanschluss des Stromrichters kapazitiv koppelt. Des Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung einen Energiespeicher mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, sowie einen ersten Hauptschalter, der in einer ersten Schaltstellung den ersten Eingangsanschluss des Stromrichters und den ersten Anschluss des Energiespeichers elektrisch koppelt und in einer zweiten Schaltstellung einen Beitrag leistet, den ersten Anschluss des Energiespeichers von dem ersten Eingangsanschluss des Stromrichters zu entkoppeln. Ferner umfasst die Schaltungsanordnung eine Reihenschaltung mit einem Vorladeschaltelement und einer Vorladeschaltung, wobei die Reihenschaltung parallel zu dem ersten Hauptschalter angeordnet ist und das Vorladeschaltelement in einer ersten Schaltstellung den ersten Anschluss des Energiespeichers und die Vorladeschaltung elektrisch koppelt und in einer zweiten Schaltstellung entkoppelt. Die Vorladeschaltung weist zumindest einen ohmschen Widerstand und eine Induktivität auf, die in Reihe geschaltet sind.The invention is characterized according to a first aspect by a circuit arrangement for a motor vehicle. The circuit arrangement comprises a power converter, which has a first input terminal and a second input terminal, and at least one DC link capacitor, which capacitively couples the first input terminal and the second input terminal of the power converter. Furthermore, the circuit arrangement comprises an energy store having a first terminal and a second terminal, and a first main switch which electrically couples the first input terminal of the power converter and the first terminal of the energy store in a first switching position and makes a contribution in a second switching position Connection of the energy storage device to decouple from the first input terminal of the power converter. Furthermore, the circuit arrangement comprises a series connection with a precharge switching element and a precharge circuit, wherein the series connection is arranged parallel to the first main switch and the precharge switching element electrically couples the first connection of the energy accumulator and the precharge circuit in a first switching position and decouples them in a second switching position. The precharge circuit has at least one ohmic resistance and an inductance, which are connected in series.
Dies hat den Vorteil, dass der Energiespeicher bei Bedarf, beispielsweise zu Beginn einer Ruhephase des Kraftfahrzeugs, von dem Zwischenkreiskondensator elektrisch entkoppelt werden kann und am Ende einer Ruhephase elektrisch mit dem Zwischenkreiskondensator elektrisch gekoppelt werden kann. Der Energiespeicher kann einen Pluspol und einen Minuspol aufweisen. Der Energiespeicher, der beispielsweise bei Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzt werden kann, kann eine Energiespeicherspannung im Bereich von mehreren hundert Volt aufweisen. Der Zwischenkreiskondensator kann genutzt werden, eine Eingangsspannung des Stromrichters in etwa konstant zu halten. Der Zwischenkreiskondensator kann bei einer Anwendung in Verbindung mit solch einem Energiespeicher eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs eine Kapazität im Bereich von mehreren Mikrofarad aufweisen. Aus Sicherheitsgründen kann daher vorgesehen sein, dass insbesondere in einer Ruhephase des Kraftfahrzeugs der Pluspol und/oder der Minuspol des Energiespeichers von dem Zwischenkreiskondensator elektrisch entkoppelt sind. Bei einem Starten des Kraftfahrzeugs kann das Vorladeschaltelement und die Vorladeschaltung eingesetzt werden, den Zwischenkreiskondensator vorzuladen bevor ein Schließen des ersten Hauptschalters erfolgt. Ein Vorladen des Zwischenkreiskondensators hat den Vorteil, dass beim Schließen des ersten Hauptschalters ein begrenzter Strom fließt, vorausgesetzt der zweite Anschluss des Energiespeichers und der zweite Eingangsanschluss des Stromrichters sind mit einem gleichen Bezugspotential elektrisch gekoppelt und/oder beispielsweise ein zweiter Hauptschalter koppelt elektrisch den zweiten Anschluss des Energiespeichers mit dem zweiten Eingangsanschluss des Stromrichters. Im Vergleich dazu kann, wenn der Zwischenkreiskondensator nicht vorgeladen ist und der erste Hauptschalter in die zweite Schaltstellung gesteuert wird, ein Kurzschlussstrom fließen, der eine Schädigung des Energiespeichers und/oder des Zwischenkreiskondensators und/oder weiterer Schaltelemente hervorrufen kann.This has the advantage that the energy storage device can be electrically decoupled from the intermediate circuit capacitor when needed, for example at the beginning of a rest phase of the motor vehicle, and can be electrically coupled to the intermediate circuit capacitor at the end of a rest phase. The energy store can have a positive pole and a negative pole. The energy storage, which can be used for example in electric and hybrid vehicles, may have an energy storage voltage in the range of several hundred volts. The DC link capacitor can be used to keep an input voltage of the power converter approximately constant. The DC link capacitor may have a capacitance in the range of several microfarads when used in conjunction with such an energy store of an electric or hybrid vehicle. For safety reasons, it can therefore be provided that, in particular in a rest phase of the motor vehicle, the positive pole and / or the negative pole of the energy store are electrically decoupled from the DC link capacitor. When starting the motor vehicle, the Vorladeschaltelement and the Vorladeschaltung can be used to pre-charge the DC link capacitor before closing the first main switch takes place. A pre-charging of the intermediate circuit capacitor has the advantage that when closing the first main switch a limited current flows, provided that the second terminal of the energy storage and the second input terminal of the power converter are electrically coupled to a same reference potential and / or for example a second main switch electrically couples the second terminal of the energy store with the second input terminal of the power converter. In comparison, when the DC link capacitor is not pre-charged and the first main switch is controlled to the second switching position, a short-circuit current can flow, which causes damage to the energy store and / or the Intermediate circuit capacitor and / or other switching elements can cause.
Das Vorladen des Zwischenkreiskondensators kann vorteilhafterweise über die Vorladeschaltung erfolgen. Der ohmsche Widerstand und die Induktivität bilden mit dem Zwischenkreiskondensator einen gedämpften Schwingkreis. Das Vorladen des Kondensators über den ohmschen Widerstand und die Induktivität hat gegenüber einer Strombegrenzung mittels eines reinen ohmschen Widerstandes den Vorteil, dass der Zwischenkreiskondensator auf eine gewünschte Spannung geladen werden kann, die größer sein kann als eine Ausgangsspannung des Energiespeichers. Dies ermöglicht beispielsweise in endlicher Zeit eine Gleichheit der Ausgangsspannung des Energiespeichers und der Spannung des Zwischenkreiskondensators herbeizuführen, so dass beispielsweise beim Schließen des ersten Hauptschlaters kein oder nur ein sehr geringer Ausgleichsstrom zwischen dem Energiespeicher und dem Zwischenkreiskondensator fließen kann. Eine Dimensionierung des ohmschen Widerstandes und/oder der Induktivität kann abhängig von einer gewünschten Anstiegszeit und/oder eines maximalen Überschwingers einer Kondensatorspannung, die am Zwischenkreiskondensator anliegt, dimensioniert werden.The precharging of the intermediate circuit capacitor can advantageously take place via the precharge circuit. The ohmic resistance and the inductance form a damped resonant circuit with the DC link capacitor. The pre-charging of the capacitor via the ohmic resistance and the inductance has the advantage over a current limit by means of a pure ohmic resistor that the intermediate circuit capacitor can be charged to a desired voltage, which may be greater than an output voltage of the energy storage. This allows, for example in finite time equality of the output voltage of the energy storage and the voltage of the DC link capacitor cause, so that, for example, when closing the first Hauptschlaters no or only a very small compensation current between the energy storage and the DC link capacitor can flow. A dimensioning of the ohmic resistance and / or the inductance can be dimensioned depending on a desired rise time and / or a maximum overshoot of a capacitor voltage applied to the intermediate circuit capacitor.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorladeschaltung eine Freilaufdiode auf und die Freilaufdiode ist derart parallel zu dem ohmschen Widerstand und der Induktivität angeordnet, dass eine Anode der Freilaufdiode elektrisch gekoppelt ist mit dem ersten Eingangsanschluss des Stromrichters. Die Diode parallel zu dem Widerstand und der Induktivität wird leitfähig, wenn die Kondensatorspannung des Zwischenkreiskondensators die Ausgangspannung des Energiespeichers um eine Schwellenspannung der Freilaufdiode übersteigt. Dadurch kann ein Beitrag geleistet werden, ein Überschwingen der Zwischenkreisspannung über die Ausgangsspannung des Energiespeichers hinaus zu verhindern und somit ein Steuern des ersten Hauptschalters zu vereinfachen.According to an advantageous embodiment, the precharge circuit has a freewheeling diode and the freewheeling diode is arranged parallel to the ohmic resistance and the inductance such that an anode of the freewheeling diode is electrically coupled to the first input terminal of the power converter. The diode in parallel with the resistor and the inductor becomes conductive when the capacitor voltage of the intermediate circuit capacitor exceeds the output voltage of the energy store by a threshold voltage of the freewheeling diode. As a result, a contribution can be made to prevent an overshoot of the intermediate circuit voltage beyond the output voltage of the energy store and thus to simplify a control of the first main switch.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Vorladeschaltung die Freilaufdiode auf und die Freilaufdiode ist derart parallel zu der Induktivität angeordnet, dass die Anode der Freilaufdiode elektrisch gekoppelt ist mit dem ersten Eingangsanschluss des Stromrichters. Dies hat den Vorteil, dass sich die Kondensator am Zwischenkreiskondensator an die Ausgangsspannung des Energiespeichers annähert. Eine Dimensionierung des ohmschen Widerstandes und/oder der Induktivität kann abhängig von einer gewünschten Anstiegszeit dimensioniert werden. Vorteilhafterweise ist es so möglich, die gewünschte Anstiegszeit im Vergleich zu einer Anordnung mit nur einem Vorladewiderstand gering zu halten.According to an advantageous embodiment, the precharge circuit to the freewheeling diode and the freewheeling diode is arranged parallel to the inductance such that the anode of the freewheeling diode is electrically coupled to the first input terminal of the power converter. This has the advantage that the capacitor approaches the intermediate circuit capacitor to the output voltage of the energy storage. A dimensioning of the ohmic resistance and / or the inductance can be dimensioned depending on a desired rise time. Advantageously, it is thus possible to keep the desired rise time small in comparison to an arrangement with only one precharge resistor.
Die Erfindung zeichnet sich gemäß einem zweiten und dritten Aspekt aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt. Zu Beginn einer Ruhephase des Kraftfahrzeugs werden der erste Hauptschalter und das Vorladeschaltelement in die zweite Schaltstellung gesteuert. Am Ende einer Ruhephase des Kraftfahrzeugs wird das Vorladeschaltelement in die erste Schaltstellung gesteuert. Ferner wird eine Kondensatorspannung erfasst. Wenn erkannt wird, dass die Kondensatorspannung gleich einem vorgegebenen Soll-Spannungswert ist, wird der erste Hauptschalter in die erste Schaltstellung gesteuert und das Vorladeschaltelement in die zweite Schaltstellung.The invention is characterized according to a second and third aspect by a method and a corresponding device for operating a circuit arrangement for a motor vehicle according to the first aspect. At the beginning of a rest phase of the motor vehicle, the first main switch and the Vorladeschaltelement are controlled in the second switching position. At the end of a rest phase of the motor vehicle Vorladeschaltelement is controlled in the first switching position. Furthermore, a capacitor voltage is detected. If it is detected that the capacitor voltage is equal to a predetermined desired voltage value, the first main switch is controlled in the first switching position and the Vorladeschaltelement in the second switching position.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings. Show it:
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Elements of the same construction or function are provided across the figures with the same reference numerals.
Die Schaltungsanordnung
Des Weiteren umfasst die Schaltungsanordnung
Die Schaltungsanordnung
Die Schaltungsanordnung
Des Weiteren weist die Schaltungsanordnung
Ferner umfasst die Schaltungsanordnung
Ein Programm zum Betreiben der Schaltungsanordnung
Das Programm kann beispielsweise in einem Schritt S1 gestartet werden. In einem Schritt S2 wird beispielsweise detektiert, ob das Kraftfahrzeug einen ersten Betriebszustand oder einen zweiten Betriebszustand aufweist, wobei der erste Betriebszustand einen Beginn einer Ruhephase des Kraftfahrzeugs repräsentiert und der zweite Betriebszustand ein Ende einer Ruhephase des Kraftfahrzeugs repräsentiert.The program can be started, for example, in a step S1. In a step S2, it is detected, for example, whether the motor vehicle has a first operating state or a second operating state, wherein the first operating state represents a start of a rest phase of the motor vehicle and the second operating state represents an end of a rest phase of the motor vehicle.
Wird in dem Schritt S2 erkannt, dass das Fahrzeug den ersten Betriebszustand aufweist, wird in einem Schritt S3 der erste Hauptschalter S_H1 und das Vorladeschaltelement S_V in die zweite Schaltstellung gesteuert, d. h. geöffnet. Weist die Schaltungsanordnung
Wird in dem Schritt S2 detektiert, dass das Kraftfahrzeug den zweiten Betriebzustand aufweist, wird in einem Schritt S4 das Vorladeschaltelement S_V in die erste Schaltstellung gesteuert und in einem Schritt S6 eine Kondensatorspannung U_C erfasst. Wird in einem Schritt S8 erkannt, dass die Kondensatorspannung U_C gleich einem vorgegebenen Soll-Spannungswert U_soll ist, wobei der Soll-Spannungswert U_soll vorzugsweise eine Ausgangsspannung U_Batt des Energiespeichers
Bei dem in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Schaltungsanordnung für ein KraftfahrzeugCircuit arrangement for a motor vehicle
- 100100
- Stromrichterpower converters
- 200200
- Energiespeicherenergy storage
- 300300
- Vorladeschaltungprecharge circuit
- A1A1
- erster Anschluss des Energiespeichersfirst connection of the energy storage
- A2A2
- zweiter Anschluss des Energiespeicherssecond connection of the energy storage
- ANAT
- Anodeanode
- C_ZKC_ZK
- ZwischenkreiskondensatorLink capacitor
- DD
- FreilaufdiodeFreewheeling diode
- E1E1
- erster Eingangsanschluss des Stromrichterfirst input terminal of the power converter
- E2E2
- zweiter Eingangsanschluss des Stromrichterssecond input connection of the converter
- L_VL_V
- Induktivitätinductance
- R_VR_V
- ohmscher Widerstandohmic resistance
- S_H1S_H1
- erster Hauptschalterfirst main switch
- S_H2S_H2
- zweiter Hauptschaltersecond main switch
- S_VS_V
- VorladeschaltelementVorladeschaltelement
- t_oT_O
- Zeitpunkttime
- U_Battu_Batt
- Ausgangsspannung des EnergiespeichersOutput voltage of the energy storage
- U_CU_C
- Kondensatorspannungcapacitor voltage
- U_sollU_Soll
- Soll-SpannungswertTarget voltage value
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- EP 1024574 B1 [0004] EP 1024574 B1 [0004]
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