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Title:
INVERTER FOR AN ELECTRICAL MACHINE AND METHOD FOR OPERATING AN INVERTER FOR AN ELECTRICAL MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2011/120727
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to an inverter for an electrical machine and to a method for operating an inverter for an electrical machine. In this case, the inverter (2) has at least one output stage unit (8) for producing a connection between the electrical machine (1) and a power supply system (3), a control unit (6) for controlling the at least one output stage unit (8), a supply unit (7), which is independent of the power supply system (3), for supplying power to the output stage unit or units (8), at least one emergency operation controller (12), which is associated with the output stage unit or units (8), in order to control the output stage unit or units (8), such that switching elements within the output stage unit (8) are switched to a short-circuit mode, and at least one emergency operation supply (13) which is associated with the output stage unit or units (8), is designed to produce supply power for the output stage unit or units from the power supply system (3). Furthermore, a coordination controller (14) is provided, which activates or deactivates the emergency operation controller (12) depending on a status signal from the independent supply unit (7) and a readiness signal from the control unit (6).

Inventors:
SCHOENKNECHT ANDREAS (DE)
HAAS AXEL (DE)
Application Number:
PCT/EP2011/051527
Publication Date:
October 06, 2011
Filing Date:
February 03, 2011
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
SCHOENKNECHT ANDREAS (DE)
HAAS AXEL (DE)
International Classes:
B60L3/00; B60L50/15
Foreign References:
EP1524761A22005-04-20
DE10221081A12003-11-20
DE102006003254A12007-07-26
DE102007020509A12008-11-06
DE3337088A11985-05-02
DE102009044944A12011-03-31
Attorney, Agent or Firm:
ROBERT BOSCH GMBH (DE)
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Claims:
Ansprüche

1 . Wechselrichter (2) für eine elektrische Maschine (1 ),

mit mindestens einer Endstufeneinheit (8) zur Herstellung einer Verbindung zwischen der elektrischen Maschine (1 ) und einem Energieversorgungsnetz (3),

mit einer Steuereinheit (6) zum Steuern der mindestens einen

Endstufeneinheit (8),

mit einer von dem Energieversorgungsnetz (3) unabhängigen

Versorgungseinheit (7) zur Energieversorgung der Endstufeneinheit en (8), mit mindestens einer der/den Endstufeneinheit/en (8) zugeordnete

Notbetrieb-Steuerung (12) zur Steuerung der Endstufeneinheit/en (8) derart, dass Schaltelemente innerhalb der Endstufeneinheit (8) in einen

Kurzschlussbetrieb geschaltet werden

dadurch gekennzeichnet, dass

die Endstufeneinheit (8) eine Koordinations-Steuerung (14) aufweist, und die

Koordinations-Steuerung (14) in Abhängigkeit eines Status-Signals der unabhängigen Versorgungseinheit (7) und eines Bereitschafts-Signals der Steuereinheit (6) die Notbetrieb-Steuerung (12) aktiviert oder deaktiviert. 2. Wechselrichter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass

die Koordinations-Steuerung (14) die Notbetrieb-Steuerung (12) deaktiviert, wenn die unabhängige Versorgungseinheit (7) mittels der Abgabe des Status-Signals eine Bereitschaft zur Energieversorgung der

Endstufeneinheit/en (8) bestätigt und das Bereitschafts-Signal der

Steuereinheit (6) abgegeben wird und diese Signale von der Koordinations-

Steuerung (14) empfangen werden.

3. Wechselrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (2) mindestens einer der/den Endstufeneinheit/en (8) zugeordnete Notbetrieb-Versorgung (13) zur Erzeugung einer

Versorgungsenergie für die Endstufeneinheit/en (8) aus dem

Energieversorgungsnetz (3) aufweist und die Koordinations-Steuerung (14) die Notbetrieb-Versorgung (13) in Abhängigkeit des Status-Signals der unabhängigen Versorgungseinheit (7) und des Bereitschafts-Signals der Steuereinheit (6) einschaltet oder ausschaltet.

Wechselrichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass

die Koordinations-Steuerung (14) die Notbetrieb-Versorgung (13) abschaltet, wenn die unabhängige Versorgungseinheit (7) mittels der Abgabe des Status-Signals eine Bereitschaft zur Energieversorgung der

Endstufeneinheit/en (8) bestätigt und das Bereitschafts-Signal der

Steuereinheit (6) abgegeben wird und diese Signale von der Koordinations- Steuerung (14) empfangen werden.

Wechselrichter nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass

der Wechselrichter (2) einen Potentialübertrager (15) zur Übertragung der Versorgungsspannung von der unabhängigen Versorgungseinheit (7) in die Endstufeneinheit/en (8) aufweist und das Status-Signal der unabhängigen Versorgungseinheit (7) und das Bereitschafts-Signal der Steuereinheit (6) auf die Versorgungsspannung aufmoduliert werden und mittels des

Potentialübertragers (15) in die Endstufeneinheit/en (8) übermittelt werden.

Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters (2) für eine elektrische Maschine (1 ), wobei der Wechselrichter (2) mindestens eine

Endstufeneinheit (8) zur Herstellung einer Verbindung zwischen der elektrischen Maschine (1 ) und einem Energieversorgungsnetz (3) aufweist, bei dem im Normalbetrieb die Endstufeneinheit/en (8) über eine von dem Energieversorgungsnetz (3) unabhängige Versorgungseinheit (7) mit Energie versorgt und über eine Steuereinheit (6) gesteuert wird/werden und der Wechselrichter (2) eine Notbetrieb-Steuerung (12) aufweist zur

Steuerung der Endstufeneinheit/en (8) derart, dass Schaltelemente innerhalb der Endstufeneinheit (8) in einen Kurzschlussbetrieb geschaltet werden dadurch gekennzeichnet, dass die Endstufeneinheit (8) eine

Koordinations-Steuerung (14) aufweist, und die Koordinations-Steuerung (14) in Abhängigkeit eines Status-Signals der unabhängigen

Versorgungseinheit (7) und eines Bereitschafts-Signals der Steuereinheit (6) die Notbetrieb-Steuerung (12) aktiviert oder deaktiviert.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass

die Koordinations-Steuerung (14) die Notbetrieb-Steuerung (12) deaktiviert, wenn die unabhängige Versorgungseinheit (7) mittels der Abgabe des Status-Signals eine Bereitschaft zur Energieversorgung der

Endstufeneinheit/en (8) bestätigt und das Bereitschafts-Signal der

Steuereinheit (6) abgegeben wird und diese Signale von der Koordinations- Steuerung (14) empfangen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der

Wechselrichter (2) eine Notbetrieb-Versorgung (13) aufweist, die Energie zur Energieversorgung der Endstufeneinheit en (8) aus dem

Energieversorgungsnetz (3) erzeugt und die Koordinations-Steuerung (14) die Notbetrieb-Versorgung (13) in Abhängigkeit des Status-Signals der unabhängigen Versorgungseinheit (7) und des Bereitschafts-Signals der Steuereinheit (6) einschaltet oder ausschaltet.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass

die Koordinations-Steuerung (14) die Notbetrieb-Versorgung (13) abschaltet, wenn die unabhängige Versorgungseinheit (7) mittels der Abgabe des Status-Signals eine Bereitschaft zur Energieversorgung der

Endstufeneinheit/en (8) bestätigt und das Bereitschafts-Signal der

Steuereinheit (6) abgegeben wird und diese Signale von der Koordinations- Steuerung (14) empfangen werden.

10. Verfahren nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Notbetrieb-Steuerung (12) die jeweilige Endstufeneinheit (8) derart steuert, dass ein Überstrom in der Endstufe verhindert wird.

1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Diagnose eines Überstromes nicht das Schalten in den Kurzschlussbetrieb verhindert wird oder ein Kurzschlussbetrieb abgebrochen wird.

Description:
Beschreibung Titel

Wechselrichter für eine elektrische Maschine und Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters für eine elektrische

Maschine.

Stand der Technik

Elektrische Maschinen mit Wechselrichtern werden zum Beispiel in

Hybridfahrzeugen eingesetzt, wo sie wahlweise im Motor- oder Generatorbetrieb betrieben werden. Im Motorbetrieb erzeugt die elektrische Maschine ein zusätzliches Antriebsmoment, welches einen Verbrennungsmotor, zum Beispiel in einer Beschleunigungsphase unterstützt, im Generatorbetrieb erzeugt sie elektrische Energie, die in einem Energiespeicher, wie zum Beispiel einer Batterie oder einem Super-Cab, gespeichert wird. Betriebsart und Leistung der elektrischen Maschine werden mittels des Wechselrichters eingestellt.

Da bei Hybridkraftfahrzeugen verhältnismäßig hohe Spannungen bereitgestellt werden müssen, um die elektrische Maschine motorisch zum Antreiben des Kraftfahrzeugs verwenden zu können, sind zum Schutz des elektrischen

Netzwerks und der an dem elektrischen Netzwerk angeschlossenen

Komponenten stets Maßnahmen vorgesehen, die dauerhafte Beschädigungen verhindern.

So ist es beispielsweise bekannt, den elektrischen Speicher von dem Netzwerk elektrisch zu trennen, wenn eine Fehlfunktion des elektrischen Netzwerks erfasst wird. Befindet sich die elektrische Maschine zu diesem Zeitpunkt im

generatorischen Betrieb, so hat dies zur Folge, dass sich die Netzwerkspannung stark erhöht, was zur Zerstörung der Endstufen des Wechselrichters führen kann. Um das zu verhindern, ist es beispielsweise aus der EP 1 524 761 A1 bekannt, bei Überschreiten einer vorgebbaren Grenzspannung des Wechselrichters den Wechselrichter in einen Kurzschlussbetrieb zu schalten.

Aus der DE 102 21 081 A1 ist ein Wechselrichter für eine elektrische Maschine bekannt, der mehrere Schaltelemente umfasst, die in einer Brückenschaltung angeordnet sind und eine Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und einer Batterie herstellen. Die im Low-Side-Zweig des Wechselrichters

eingebauten Schaltelemente sind solche, die ohne anliegende Steuerspannung leiten, also sogenannte Normally-On-Schaltelemente. Damit wird sichergestellt, dass bei fehlender Versorgungsspannung und sich drehender elektrischer Maschine die Wicklungen der elektrischen Maschine kurzgeschlossen sind und keine Überspannungen auftreten können.

Ein aus der DE 10 2006 003 254 A1 bekanntes Verfahren zum Abschalten einer elektrischen Maschine mit Pulswechselrichter im Falle einer Störung sieht vor, unerwünschte Nebeneffekte beim Abschalten der elektrischen Maschine dadurch zu minimieren und den regulären Maschinenbetrieb zu maximieren, dass die elektrische Maschine zunächst in einen Freischalt-Betrieb, in dem sämtliche Schalter des Pulswechselrichters geöffnet sind, und nachfolgend in einen Kurzschluss-Modus geschaltet wird, in dem die mit dem hohen Potenzial verbundenen Schalter offen und die mit dem niedrigen Potenzial verbundenen Schalter geschlossen sind.

Aus der DE 10 2007 020 509 A1 ist ein Verfahren zur Fehlerbehandlung bei elektrischen Maschinen eines Hybridantriebs bekannt, bei welchem zunächst erfasst wird, ob mindestens ein Betriebsparameter der elektrischen Maschine über einem zugeordneten Betriebsparameter-Grenzwert liegt. Wird dabei erfasst, dass mindestens ein Betriebsparameter über dem zugeordneten Grenzwert liegt, wird ein Versorgungsanschluss der elektrischen Maschine für ein dem

Betriebsparameter zugeordnetes Zeitintervall freigeschaltet und der

Versorgungsanschluss nach Ablauf des Zeitintervalls auf Masse

kurzgeschlossen. „

Aus der DE 33 37 088 ist eine Einrichtung zur potentialfreien Ansteuerung von elektronischen Schaltern von Drehstromwechselrichtern mittels eines

Transformators bekannt. Aus der DE 10 2009 044944 ist eine Wechselrichteranordnung mit

Endstufeneinheiten bekannt. Im Fehlerfall werden die Endstufeneinheiten von einer Notbetrieb-Steuerung angesteuert. Die Notbetrieb-Steuerung wird von einer Notbetrieb-Versorgung mit Energie versorgt. Offenbarung der Erfindung

Der erfindungsgemäße Wechselrichter für eine elektrische Maschine weist mindestens eine Endstufeneinheit zur Herstellung einer Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und einem Energieversorgungsnetz, eine Steuereinheit zum Steuern der mindestens einen Endstufeneinheit sowie eine von dem

Energieversorgungsnetz unabhängige Versorgungseinheit zur

Energieversorgung der Endstufeneinheit/en auf. Des Weiteren ist mindestens eine der/den Endstufeneinheit/en zugeordnete Notbetrieb-Steuerung zur

Steuerung der Endstufeneinheit/en vorgesehen. Die Steuerung der

Endstufeneinheit/en durch die Notbetrieb-Steuerung erfolgt derart, dass

Schaltelemente innerhalb der Endstufeneinheit in einen Kurzschlussbetrieb geschaltet werden. Des Weiteren ist mindestens eine der/den

Endstufeneinheit/en zugeordnete Koordinations-Steuerung vorgesehen, die in Abhängigkeit eines Status-Signals der unabhängigen Versorgungseinheit und eines Bereitschafts-Signals der Steuereinheit die Notbetrieb-Steuerung aktiviert oder deaktiviert, sodass bei Aktivierung der Notbetrieb-Steuerung die

Schaltelemente innerhalb der Endstufeneinheit in einen Kurzschlussbetrieb geschaltet werden. Das Energieversorgungsnetz zur Versorgung der elektrischen Maschine ist beispielsweise ein Hochvolt-Traktionsnetz in einem Hybridfahrzeug. Dieses Energieversorgungsnetz ist mit einem Energiespeicher, zum Beispiel einer HochvoltBatterie, verbunden. Die davon unabhängige Versorgungseinheit wird beispielsweise über das Niedervolt-Bordnetz eines Hybridfahrzeuges gespeist und dient der Energieversorgung der Endstufeneinheit/en. Die von dem

Energieversorgungsnetz unabhängige Versorgungseinheit ist insbesondere nicht galvanisch mit dem Energieversorgungsnetz verbunden. Die Endstufeneinheit/en weisen jeweils mindestens eine Endstufe, zum Beispiel in Form einer

Leistungshalbleiterschaltung, und mindestens eine Endstufenansteuerung auf. In einem Normalbetrieb erhalten die Endstufenansteuerung/en von der

Steuereinheit jeweils Steuervorgaben, welche dann in geeignete Steuersignale zur Ansteuerung der Endstufen umgesetzt werden. Weiter ist für die

Endstufeneinheit/en mindestens eine Notbetrieb-Steuerung vorgesehen zur Steuerung der Endstufeneinheit/en in einem Notbetrieb.

Vorteilhaft ist somit durch das Vorsehen mindestens einer der/den

Endstufeneinheit/en zugeordneten aktivierbaren und deaktivierbaren Notbetrieb-

Steuerung und der Überprüfung des Statussignals der unabhängigen

Versorgungseinheit und des Bereitschaftssignals des Steuergerätes mittels der Koordinations-Steuerung sichergestellt, dass jederzeit insbesondere die

Endstufen des Wechselrichters, in einen sicheren Betriebszustand, zum Beispiel in einen Kurzschlussbetrieb, geschaltet werden können. Während des

Einschaltvorgangs oder des Ausschaltvorgangs des Wechselrichters oder auch bei einer Fehlfunktion der Steuereinheit und/oder der Versorgungseinheit des Wechselrichters können somit insbesondere Überspannungen im

Energieversorgungsnetz, welche zu einer dauerhaften Schädigung der Endstufen führen können, verhindert werden. Da die Notbetrieb-Steuerung aktivierbar und deaktivierbar ausgeführt ist, kann mittels der Koordinations-Steuerung, in Abhängigkeit des Status-Signal der unabhängigen Versorgungseinheit und einem Bereitschafts-Signal der Steuereinheit, von dem Notbetrieb wieder in den Normalbetrieb umgeschaltet werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Koordinations- Steuerung die Notbetrieb-Steuerung deaktiviert, wenn die unabhängige

Versorgungseinheit mittels der Abgabe des Status-Signals eine Bereitschaft zur Energieversorgung der Endstufeneinheit/en bestätigt und das Bereitschafts- Signal der Steuereinheit abgegeben wird und diese Signale von der

Koordinations-Steuerung empfangen werden. Somit wird nur dann die

Notbetrieb-Steuerung deaktiviert, wenn beide Signale signalisieren, dass die Bereitschaft zur Übernahme der Energieversorgung durch die unabhängige Versorgungseinheit und das Bereitschaftssignal der Steuereinheit zur

Übernahme der Ansteuerung der Endstufenansteuerung vorliegen. -.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine der/den

Endstufeneinheit/en zugeordnete Notbetrieb-Versorgung zur Erzeugung einer Versorgungsenergie für die Endstufeneinheit/en aus dem

Energieversorgungsnetz vorgesehen. Die Notbetrieb-Versorgung ist einschaltbar und abschaltbar ausgeführt. Des Weiteren ist mindestens eine der/den

Endstufeneinheit/en zugeordnete Koordinations-Steuerung vorgesehen, die das Einschalten und/oder Abschalten der Notbetrieb-Versorgung in Abhängigkeit eines Status-Signals der unabhängigen Versorgungseinheit und eines

Bereitschafts-Signal der Steuereinheit koordiniert.

Im Notbetrieb erfolgt die Energieversorgung der Endstufeneinheiten über die Notbetrieb-Versorgungen, wobei diese die notwendige Energie aus dem

Energieversorgungsnetz erzeugen. Die Koordinations-Steuerung koordiniert das Einschalten und/oder Abschalten der Notbetrieb-Versorgung in Abhängigkeit des Status-Signal der unabhängigen Versorgungseinheit und dem Bereitschafts-

Signal der Steuereinheit.

Vorteilhaft ist somit durch das Vorsehen mindestens einer der/den

Endstufeneinheit/en zugeordneten ein- und abschaltbaren Notbetrieb- Versorgung sichergestellt, dass jederzeit insbesondere die Endstufen des

Wechselrichters, in einen sicheren Betriebszustand, zum Beispiel in einen Kurzschlussbetrieb, geschaltet werden können, auch wenn die

Spannungsversorgung mittels der unabhängigen Versorgungseinheit nicht verfügbar ist. Während des Einschaltvorgangs oder des Ausschaltvorgangs des Wechselrichters oder auch bei einer Fehlfunktion der Steuereinheit und/oder der

Versorgungseinheit des Wechselrichters können somit insbesondere

Überspannungen im Energieversorgungsnetz, welche zu einer dauerhaften Schädigung der Endstufen führen können, verhindert werden. Da die Notbetrieb- Versorgung ein- und abschaltbar ausgeführt ist, kann mittels der Koordinations- Steuerung, in Abhängigkeit des Status-Signal der unabhängigen

Versorgungseinheit und einem Bereitschafts-Signal der Steuereinheit, von dem Notbetrieb wieder in den Normalbetrieb umgeschaltet werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Koordinations- Steuerung die Notbetrieb-Versorgung abschaltet, wenn die unabhängige

Versorgungseinheit mittels der Abgabe des Status-Signals eine Bereitschaft zur Energieversorgung der Endstufeneinheit/en bestätigt und das Bereitschafts- „

Signal der Steuereinheit abgegeben wird und diese Signale von der

Koordinations-Steuerung empfangen werden. Somit wird nur dann die

Notbetrieb-Versorgung abgeschaltet, wenn beide Signale signalisieren, dass die Bereitschaft zur Übernahme der Energieversorgung durch die unabhängige Versorgungseinheit und das Bereitschaftssignal der Steuereinheit zur

Übernahme der Ansteuerung der Endstufenansteuerung vorliegen.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wechselrichter mindestens einen Potentialübertrager aufweist und das Status-Signal der unabhängigen Versorgungseinheit und das Bereitschafts-Signal der

Steuereinheit auf die Versorgungsspannung aufmoduliert werden und somit über den Potentialübertrager in die Endstufeneinheit/en übermittelt werden.

Technischer Hintergrund dieser Ausgestaltung ist, dass bei Wechselrichtern größerer Leistung und somit hohen Strömen und Spannungen die

Steuerelektronik und die Endstufeneinheit/en elektrisch getrennt, also nicht galvanisch miteinander verbunden, sind. Damit die Endstufeneinheit/en potentialfrei ausgebildet werden können, müssen sowohl die

Versorgungsspannung als auch die Steuersignale in die Endstufeneinheit/en übertragen werden. Zur Spannungsversorgung der Endstufeneinheit/en wird daher außerhalb der Endstufeneinheit/en eine Wechselspannung als

Versorgungsspannung erzeugt, die mittels mindestens einem

Potentialübertrager, beispielsweise einem Transformator, in die

Endstufeneinheiten übertragen wird. Die auf der Sekundärseite des

Potentialübertragers erzeugte Wechselspannung wird gleichgerichtet und somit die potentialfreie Versorgungsspannung für die Endstufeneinheit/en erzeugt.

Mittels dieses Potentialübertragers werden auch die Steuersignale in die

Endstufeneinheit/en übertragen, indem sie auf die Wechselspannung auf der Primärseite des Potentialübertragers aufmoduliert werden, und auf der

Sekundärseite des Potentialübertragers in einer Signalerkennungseinheit demoduliert und rekonstruiert werden und wieder als Steuersignal ausgegeben werden. Die Aufmodulierung der Steuersignale auf die Wechselspannung kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Beispielsweise als Veränderung der Frequenz, als Veränderung des Tastverhältnisses, als Veränderung der

Amplitude der Wechselspannung oder als aufmoduliertes Signal. Die

Potentialübertrager können insbesondere für die Übertragung von

Steuersignalen auch bidirektional verwendet werden, also innerhalb des

Wechselrichters in die Endstufeneinheit hinein, aber auch umgekehrt. Gemäß dieser Weiterbildung werden somit beide Signale auf die Versorgungsspannung aufmoduliert und mittels des Potentialübertragers auch diese beiden Signale in die Endstufeneinheit/en übertragen. Somit ist eine zusätzliche

Übertragungsverbindung innerhalb des Inverters in die Endstufeneinheit/en zur Übertragung der beiden Signale nicht notwendig. Somit werden vorteilhaft

Bauraum und zusätzliche Bauteile eingespart.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines

Wechselrichters für eine elektrische Maschine, wobei der Wechselrichters mindestens eine Endstufeneinheit zur Herstellung einer Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und einem Energieversorgungsnetz aufweist, wird/werden im Normalbetrieb die Endstufeneinheit/en über eine von dem

Energieversorgungsnetz unabhängige Versorgungseinheit mit Energie versorgt und über eine Steuereinheit gesteuert. Im Notbetrieb, welcher insbesondere während des Einschaltvorgangs oder des Ausschaltvorgangs des

Wechselrichters oder auch bei einer Fehlfunktion der Steuereinheit und/oder der Versorgungseinheit des Wechselrichters aktiviert wird, wird/werden die

Endstufeneinheit/en durch mindestens eine Notbetrieb-Steuerung derart gesteuert, dass Schaltelemente innerhalb der Endstufeneinheit in einen

Kurzschlussbetrieb geschaltet werden. Weiter weist der Wechselrichter eine der/den Endstufeneinheit/en zugeordnete Koordinations-Steuerung auf, welche ein Aktivieren oder Deaktivieren der Notbetrieb-Steuerung koordiniert. Die Koordinations-Steuerung aktiviert oder deaktiviert die Notbetrieb-Steuerung in Abhängigkeit des Status-Signals der unabhängigen Versorgungseinheit und einem Bereitschafts-Signal der Steuereinheit.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Koordinations- Steuerung die Notbetrieb-Steuerung deaktiviert, wenn die unabhängige

Versorgungseinheit mittels der Abgabe des Status-Signals eine Bereitschaft zur Energieversorgung der Endstufeneinheit/en bestätigt und ein Bereitschafts-

Signal der Steuereinheit abgegeben wird und diese Signale von der

Koordinations-Steuerung empfangen werden.

Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters für eine elektrische Maschine, wird im Notbetrieb, welcher insbesondere während des Einschaltvorgangs oder des Ausschaltvorgangs des Wechselrichters oder auch bei einer Fehlfunktion der Steuereinheit und/oder der Versorgungseinheit des Wechselrichters aktiviert wird, durch mindestens eine Notbetrieb-Versorgung Energie zur Energieversorgung der Endstufeneinheit/en aus dem Energieversorgungsnetz erzeugt. Weiter weist der Wechselrichter eine der/den Endstufeneinheit/en zugeordnete Koordinations-Steuerung auf, welche ein Einschalten oder Ausschalten der Notbetrieb-Versorgung koordiniert. Die Koordinations-Steuerung schaltet die Notbetrieb-Versorgung in Abhängigkeit des Status-Signals der unabhängigen Versorgungseinheit und einem Bereitschafts- Signal der Steuereinheit ein oder aus.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Koordinations- Steuerung die Notbetrieb-Versorgung abschaltet, wenn die unabhängige Versorgungseinheit mittels der Abgabe des Status-Signals eine Bereitschaft zur Energieversorgung der Endstufeneinheit/en bestätigt und ein Bereitschafts- Signal der Steuereinheit abgegeben wird und diese Signale von der

Koordinations-Steuerung empfangen werden.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren.

Kurze Beschreibung der Figuren Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Wechselrichters, und

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Wechselrichters mit einem

Potentialübertrager, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung zur

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

In Figur 1 ist eine elektrische Maschine 1 ist über einen Wechselrichter 2 mit einem Energieversorgungsnetz 3, welches zum Beispiel als Hochvolt- Traktionsnetz in einem Hybridfahrzeug ausgeführt sein kann, verbunden. Wird n

die elektrische Maschine 1 im Motorbetrieb betrieben, so wird sie aus dem Energieversorgungsnetz 3 mit Energie versorgt. Bei Betrieb im Generatorbetrieb kann die elektrische Maschine umgekehrt elektrische Energie in das

Energieversorgungsnetz 3 einspeisen. Das Energieversorgungsnetz 3 ist mit einem Energiespeicher 4, zum Beispiel einer Batterie, verbunden. Über einen

Schalter 5 ist das Energieversorgungsnetz 3, insbesondere bei Erkennen einer Fehlfunktion innerhalb des elektrischen Netzwerkes, von dem Energiespeicher 4 trennbar. Der Wechselrichter 2 weist eine Steuereinheit 6, eine

Versorgungseinheit 7 sowie eine oder mehrere Endstufeneinheiten 8 auf. Dabei ist in diesem Ausführungsbeispiel für jede Phase der elektrischen Maschine 1 jeweils eine Endstufeneinrichtung 8 vorgesehen. Im dargestellten Beispiel wird von einer dreiphasigen elektrischen Maschine ausgegangen, so dass drei Endstufeneinheiten 8-1 , 8-2 und 8-3 vorgesehen sind. Abhängig von der Ausgestaltung und Zuordnung der Endstufeneinheit/en 8 je Phase und von der Anzahl der Phasen der elektrischen Maschine 1 können aber auch mehr oder weniger als drei Endstufeneinheiten vorgesehen sein.

Die Versorgungseinheit 7 dient der Energieversorgung der Endstufeneinheiten 8- 1 , 8-2 und 8-3. Sie ist unabhängig von dem Energieversorgungsnetz 3 ausgeführt und wird beispielsweise über das Niedervolt-Bordnetz eines

Hybridfahrzeuges gespeist. Die Steuerung der Endstufeneinheiten 8-1 , 8-2 und 8-3 erfolgt über die Steuereinheit 6.

Die Endstufeneinheiten 8 weisen jeweils eine Endstufe 9, zum Beispiel in Form einer Leistungshalbleiterschaltung, und eine Endstufenansteuerung 10 auf. Von der Steuereinheit 6 erhalten die Endstufenansteuerungen 10 jeweils

Steuervorgaben, welche dann in geeignete Steuersignale zur Ansteuerung der Endstufen 9 umgesetzt werden. Um die Endstufeneinheiten 8 auch bei fehlerhafter Ansteuerung durch die

Steuereinheit 6 oder unzureichender Energieversorgung durch die

Versorgungseinheit 7, das heißt während des Einschaltvorgangs oder des Ausschaltvorgangs des Wechselrichters 2 oder auch bei einer Fehlfunktion der Steuereinheit 6 und/oder der Versorgungseinheit 7 des Wechselrichters, betriebsbereit zu halten und Überspannungen auf dem Energieversorgungsnetz

3 sicher zu verhindern, sind in jeder Endstufeneinheit 8 eine Notbetrieb- Steuerung 12, eine Notbetrieb-Versorgung 13 und eine Koordinations-Steuerung 14 vorgesehen. Die Koordinations-Steuerung 14 steuert den Betrieb der

Notbetrieb-Steuerung 12 und der Notbetrieb-Versorgung 13 sowie das

Umschalten auf den Normalbetrieb während des Ein- und Ausschalten des Wechselrichters 2, oder bei Fehlfunktion. Dabei werden die Steuervorgaben für die Endstufenansteuerungen 10 und damit die Steuerung der Endstufeneinheiten

8 durch die jeweilige Notbetrieb-Steuerung 12 derart übernommen, dass

Schaltelemente innerhalb der Endstufe 9 in einen Kurzschlussbetrieb geschaltet werden. Die Energieversorgung der Endstufeneinheiten 8 erfolgt im Notbetrieb über die Notbetrieb-Versorgungen 13, wobei diese die notwendige Energie aus dem Energieversorgungsnetz 3 erzeugen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist für jede Endstufeneinheit 8-1 bis 8-3 jeweils eine eigene Koordinations-Steuerung 14-1 bis 14-3, eine Notbetrieb- Steuerung 12-1 bis 12-3 und eine Notbetrieb-Versorgung 13-1 bis 13-3 vorgesehen. Alternativ dazu können aber auch eine oder mehrere Koordinations-

Steuerung 14, eine oder mehrere Notbetrieb-Steuerung 12 und/oder eine oder mehrere Notbetrieb-Versorgung 13 vorgesehen sein, die allen oder zumindest mehreren Endstufeneinheiten 8 zugeordnet sind. Entscheidend ist lediglich, dass jeder vorhandenen und genutzten Endstufeneinheit 8 eine Koordinations- Steuerung 14, eine Notbetrieb-Steuerung 12 und eine Notbetrieb-Versorgung 13 zugeordnet ist, so dass im Fehlerfall eine von der Steuereinheit 6 und der Versorgungseinheit 7 unabhängige Steuerung bzw. Energieversorgung der Endstufeneinheit 8 sichergestellt ist. Da während des Notbetriebs, also im Fehlerfall, kein häufiges Schalten der

Endstufen 9 nötig ist, ist auch kein großer Umladestrom durch die Notbetrieb- Versorgung 13 bereitzustellen. Diese kann somit für kleine Verlustleistungen ausgelegt werden. In Fig. 2 ist schematisch ein Ausschnitt einer Ausgestaltung einer Schaltung zur

Realisierung des erfindungsgemäßen Wechselrichters mit einem

Potentialübertrager 15 dargestellt. Die Endstufeneinheit 8 umfasst die

Koordinationssteuerung 14, welche zwei Eingangssignale empfängt. Diese sind ein Status-Signal der unabhängigen Versorgungseinheit 7 und ein Bereitschafts- Signal der Steuereinheit 6. Diese beiden Signale werden potentialfrei zu der

Koordinations-Steuerung 14 übertragen. Hierzu werden die Signale auf die zu übertragende Versorgungsspannung aufmoduliert, mittels des Potentialübertragers 15 zu der Endstufeneinheit 8 übertragen und anschließend nach einer Demodulation der Koordinations-Steuerung 14 zugeführt. In der Koordinations-Steuerung 14 werden die Signale überprüft und ausgewertet. In Abhängigkeit der Auswertung wird die Notbetrieb-Versorgung 13 ein- oder abgeschaltet und die Notbetrieb-Steuerung 12 aktiviert oder deaktiviert.

In Fig. 3 ist schematisch eine beispielhafte Schaltung zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Dabei empfängt die

Koordinationssteuerung 14 zwei Eingangssignale, das Status-Signal der unabhängigen Versorgungseinheit 7 und das Bereitschafts-Signal der

Steuereinheit 6. Wenn das Status-Signal, welches eine Bereitschaft der unabhängigen Versorgungseinheit 7 zur Energieversorgung der

Endstufeneinheit/en bestätigt, und das Bereitschafts-Signal der Steuereinheit 6 von der Koordinations-Steuerung 14 empfangen werden, werden die Notbetrieb- Steuerung 12 deaktiviert und die Notbetrieb-Versorgung 13 abgeschaltet. Sobald eines der Signale nicht empfangen werden kann, werden die Notbetrieb- Steuerung 12 aktiviert und die Notbetrieb-Versorgung 13 mittels der

Koordinations-Steuerung 14 eingeschaltet. Die Notbetrieb-Versorgung 13 erzeugt somit Energie aus dem Energieversorgungsnetz 3 und mittels der Notbetrieb-Steuerung 13 wird ein in der Endstufenansteuerung 10 vorgesehenes

Schaltmittel 23 betätigt. Dies hat zur Folge, dass die Endstufe 9 nun nicht mehr über ein von der Steuereinheit 6 vorgegebenes Steuersignal gesteuert wird, sondern über ein Notbetriebs-Steuersignal C, welches zum Beispiel dazu führt, dass der oder die Low-Side-Schaltelemente innerhalb der Endstufe 9 leitend geschaltet werden. Wird diese Steuerung für alle vorhandenen und genutzten

Endstufeneinheiten 8 angewendet, wird ein Kurzschlussbetrieb des

Wechselrichters 2 realisiert, welcher eine Überspannung in dem

Energieversorgungsnetz 3 und damit eine dauerhafte Schädigung der Endstufen 9 sicher verhindert.

Zusätzlich kann auch noch der Stromfluss durch die Endstufen überwacht werden und bei Diagnose eines Überstromes kann das Schalten in einen Kurzschlussbetrieb erst gar nicht zugelassen werden oder ein bereits

begonnener Kurzschlussbetrieb abgebrochen werden. Auf diese Weise kann auch noch eine Schädigung der Endstufen durch Überströme verhindert werden.