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Title:
METHOD AND DEVICE FOR OPERATING AN INVERTER FOR A DRIVE SYSTEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/162192
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating an inverter (130) for a drive system (100). The inverter (130) is designed to electrically couple a direct-current source (110) to a drive device (120) of the drive system (100). The method has a step of reading an operating point signal (150) which represents at least one electric inverter (130) output signal requested by the drive device (120). The method also has a step of determining a switch frequency for the inverter (130) using the operating point signal (150) and a step of providing a frequency signal (160) for outputting to the inverter (130) in order to adjust the switch frequency. The frequency signal (160) represents the specified switch frequency for the inverter (130).

Inventors:
SPANOS, Konstantin (Nagolder Strasse 26, Wildberg, 72218, DE)
PLUM, Thomas (Suelzguertel 36, Koeln, 50937, DE)
STEINBUCH, Hartmut (Ermsweg 15, Riederich, 72585, DE)
Application Number:
EP2018/053655
Publication Date:
September 13, 2018
Filing Date:
February 14, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
B60L11/18; B60L15/20; H02M1/00; H02M1/14; H02M7/537; H02P27/08; H02M1/32; H02P1/00; H02P29/60
Foreign References:
EP2579452A12013-04-10
Other References:
None
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren (200) zum Betreiben eines Wechselrichters (130) für ein

Antriebssystem (100), wobei der Wechselrichter (130) ausgebildet ist, um eine Gleichstromquelle (110) mit einer Antriebseinrichtung (120) des Antriebssystems (100) elektrisch zu koppeln, wobei das Verfahren (200) zumindest folgende Schritte aufweist:

Einlesen (210) eines Arbeitspunktsignals (150), das zumindest ein durch die Antriebseinrichtung (120) gefordertes elektrisches Ausgangssignal des Wechselrichters (130) repräsentiert;

Bestimmen (220) einer Schaltfrequenz (320) für den Wechselrichter (130) unter Verwendung des Arbeitspunktsignals (150); und

Bereitstellen (230) eines Frequenzsignals (160) zur Ausgabe an den Wechselrichter (130), um die Schaltfrequenz (320) einzustellen, wobei das Frequenzsignal (160) die bestimmte Schaltfrequenz (320) für den Wechselrichter (130) repräsentiert.

2. Verfahren (200) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (220) des Bestimmens eine erste Schaltfrequenz bestimmt wird, wenn im Schritt (210) des Einlesens ein Arbeitspunktsignal (150) eingelesen wird, das ein elektrisches Ausgangssignal bei einem

Volllastbetrieb der Antriebseinrichtung (120) repräsentiert, wobei im Schritt (220) des Bestimmens eine zweite Schaltfrequenz bestimmt wird, wenn im Schritt (210) des Einlesens ein Arbeitspunktsignal (160) eingelesen wird, das ein elektrisches Ausgangssignal bei einem

Teillastbetrieb der Antriebseinrichtung (120) repräsentiert, wobei die erste Schaltfrequenz höher als die zweite Schaltfrequenz ist. Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (210) des Einlesens ein Arbeitspunktsignal (150) eingelesen wird, das eine elektrische

Spannung und/oder einen elektrischen Strom des geforderten elektrischen Ausgangssignals repräsentiert.

Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt (240) des Ermitteins von

Schaltverlusten des Wechselrichters (130) unter Verwendung einer Berechnung, einer Berechnung in Echtzeit und/oder einer

Nachschlagtabelle, wobei im Schritt (220) des Bestimmens die

Schaltfrequenz (320) unter Verwendung der ermittelten Schaltverluste bestimmt wird.

Vorrichtung (140), die eingerichtet ist, um Schritte des Verfahrens (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten (142, 144, 146) auszuführen.

Antriebssystem (100), das zumindest folgende Merkmale aufweist: eine Gleichstromquelle (110); eine Antriebseinrichtung (120); einen Wechselrichter (130) zum elektrischen Koppeln der

Gleichstromquelle (110) mit der Antriebseinrichtung (120); und die Vorrichtung (140) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vorrichtung (140) mit dem Wechselrichter (130), der

Gleichstromquelle (110) und/oder der Antriebseinrichtung (120) signalübertragungsfähig verbindbar oder verbunden ist.

Antriebssystem (100) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (130) ein Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand aufweist.

8. Antriebssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (130) als ein einphasiger Wechselrichter oder als ein mehrphasiger Wechselrichter, insbesondere als ein dreiphasiger Wechselrichter, ausgeführt ist.

9. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (200) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen.

10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.

Description:
Beschreibung Titel

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Wechselrichters für ein

Antriebssystem

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindu ist auch ein Computerprogramm.

Übliche Wechselrichter insbesondere für Antriebsaufgaben können im

Niederspannungsbereich üblicherweise zum Beispiel als

Spannungszwischenkreis-Wechselrichter ausgeführt sein.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren, weiterhin eine Vorrichtung, welche dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Gemäß Ausführungsformen kann insbesondere ein Wechselrichter mit bedarfsgerechter, variabler Schaltfrequenz bzw. mit bedarfsgerecht einstellbarer Schaltfrequenz bereitgestellt und zusätzlich oder alternativ betrieben werden. Anders ausgedrückt kann gemäß Ausführungsformen beispielsweise eine Betriebsstrategie für Wechselrichter, insbesondere für Antriebswechselrichter mit Wide-Bandgap-Halbleitern bzw. Halbleitern mit breitem Bandabstand, bereitgestellt werden, wobei die Betriebsstrategie eine arbeitspunktabhängige Schaltfrequenz aufweisen kann.

Vorteilhafterweise kann insbesondere eine Verlustreduktion und eine Erhöhung eines Wirkungsgrads bei Teillast-Strömen bzw. bei einem Teillastbetrieb erreicht werden. Beispielsweise kann ein Wirkungsgrad bei kleinen

Ausgangsspannungen verbessert werden. Auch kann insbesondere eine Lebensdauer eines Wechselrichters durch Reduktion einer Halbleiterbelastung im Realbetrieb verlängert werden. Dabei kann beispielsweise ein Hardware- Aufwand gering gehalten bzw. beibehalten oder weiter minimiert werden. Zudem können Anforderungen an Halbleiterflächen des Wechselrichters aus

Betriebspunkten mit kleiner Ausgangsfrequenz verringert werden.

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters für ein

Antriebssystem vorgestellt, wobei der Wechselrichter ausgebildet ist, um eine Gleichstromquelle mit einer Antriebseinrichtung des Antriebssystems elektrisch zu koppeln, wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte aufweist:

Einlesen eines Arbeitspunktsignals, das zumindest ein durch die

Antriebseinrichtung gefordertes elektrisches Ausgangssignal des

Wechselrichters repräsentiert;

Bestimmen einer Schaltfrequenz für den Wechselrichter unter Verwendung des Arbeitspunktsignals; und

Bereitstellen eines Frequenzsignals zur Ausgabe an den Wechselrichter, um die Schaltfrequenz einzustellen, wobei das Frequenzsignal die bestimmte

Schaltfrequenz für den Wechselrichter repräsentiert.

Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einer Vorrichtung oder einem Steuergerät implementiert sein. Bei dem Antriebssystem kann es sich um ein industrielles Antriebssystem, ein Antriebssystem für ein Fahrzeug oder dergleichen handeln. Der Wechselrichter kann ausgebildet sein, um ein elektrisches Gleichsignal als Eingangssignal von einer Schnittstelle zu der Gleichstromquelle zu empfangen. Ferner kann der Wechselrichter ausgebildet sein, um ein elektrisches Wechselsignal als ein Ausgangssignal zur Ausgabe an eine Schnittstelle zu der Antriebseinrichtung bereitzustellen.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Bestimmens eine erste Schaltfrequenz bestimmt werden, wenn im Schritt des Einlesens ein

Arbeitspunktsignal eingelesen wird, das ein elektrisches Ausgangssignal bei einem Volllastbetrieb der Antriebseinrichtung repräsentiert. Hierbei kann im Schritt des Bestimmens eine zweite Schaltfrequenz bestimmt werden, wenn im Schritt des Einlesens ein Arbeitspunktsignal eingelesen wird, das ein elektrisches Ausgangssignal bei einem Teillastbetrieb der Antriebseinrichtung repräsentiert. Dabei kann die erste Schaltfrequenz höher als die zweite Schaltfrequenz sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass Schaltverluste verringert werden können, indem eine Anpassung der Schaltfrequenz an Betriebszustände vorgenommen wird.

Auch kann im Schritt des Einlesens ein Arbeitspunktsignal eingelesen werden, das eine elektrische Spannung und zusätzlich oder alternativ einen elektrischen Strom des geforderten elektrischen Ausgangssignals repräsentiert. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Schaltfrequenz in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt auf einfache Weise optimiert werden kann.

Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Ermitteins von Schaltverlusten des Wechselrichters unter Verwendung einer Berechnung, einer Berechnung in Echtzeit und zusätzlich oder alternativ einer Nachschlagtabelle aufweisen. Dabei kann im Schritt des Bestimmens die Schaltfrequenz unter Verwendung der ermittelten Schaltverluste bestimmt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein Wirkungsgrad des Wechselrichters auch bei

unterschiedlicher Last der Antriebseinrichtung verbessert werden kann. Auch kann hierbei ein Energieverbrauch der Betriebseinrichtung gesenkt oder minimiert werden.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in

entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.

Hierzu kann die Vorrichtung zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine

Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.

Unter einer Vorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Vorrichtung beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch die Vorrichtung eine Steuerung eines Wechselrichters. Hierzu kann die Vorrichtung beispielsweise auf

Sensorsignale wie Arbeitspunktsignale, Stromsignale und Spannungssignale zugreifen. Die Ansteuerung erfolgt über das Frequenzsignal, wobei das

Frequenzsignal geeignet ist, um eine Einstellung der bestimmten Schaltfrequenz an dem Wechselrichter zu bewirken.

Es wird auch ein Antriebssystem vorgestellt, das zumindest folgende Merkmale aufweist: eine Gleichstromquelle; eine Antriebseinrichtung; einen Wechselrichter zum elektrischen Koppeln der Gleichstromquelle mit der Antriebseinrichtung; und eine Ausführungsform der vorstehend genannten Vorrichtung, wobei die

Vorrichtung mit dem Wechselrichter, der Gleichstromquelle und/oder der Antriebseinrichtung signalübertragungsfähig verbindbar oder verbunden ist.

In Verbindung mit dem Antriebssystem oder zumindest mit dem Wechselrichter kann somit eine Ausführungsform der vorstehend genannten Vorrichtung vorteilhaft eingesetzt oder verwendet werden, um den Wechselrichter zu betreiben bzw. einen Betrieb des Wechselrichters zu steuern.

Gemäß einer Ausführungsform kann der Wechselrichter ein Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass bei dem Wechselrichter hohe Schaltgeschwindigkeiten und minimale oder verringerte Schaltverluste bei erhöhter Spannungstoleranz und Temperaturtoleranz realisiert werden können.

Zudem kann der Wechselrichter als ein einphasiger Wechselrichter oder als ein mehrphasiger Wechselrichter, insbesondere als ein dreiphasiger Wechselrichter, ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Vielfalt von Wechselrichtern und somit Betriebssystemen betrieben werden kann. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend

beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben gemäß einem Ausführungsbeispiel; und

Fig. 3 ein schematisches Momenten-Frequenz-Diagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben werden, wird zunächst kurz auf Hintergründe und Grundlagen von Ausführungsbeispielen eingegangen.

Wechselrichter für Antriebsaufgaben sind bzw. werden im

Niederspannungsbereich meist als Spannungszwischenkreis-Wechselrichter ausgeführt. Viele davon mit Silizium-IGBTs (IGBT = insulated-gate bipolar transistor; Bipolartransistor mit isolierter Gate- Elektrode) in 2-Level-Schaltung. Bei solchen bipolaren elektronischen Schaltelementen spielen die beim

Schaltvorgang auftretenden Schaltenergien eine wesentliche Rolle bei der Auslegung des Wechselrichters. Deshalb werden solche Wechselrichter in der Regel mit Schaltfrequenzen von wenigen Kilohertz betrieben, Schaltfrequenzen merklich über 10 Kilohertz werden nur in Ausnahmefällen verwendet, da hierbei die notwendigen Halbleiterflächen ansteigen und die erzielbaren Wirkungsgrade sowohl im Volllast als auch bei Teillast abnehmen können.

Demgegenüber kann eine weitere Verringerung der Schaltfrequenz zunehmende Schwebungseffekte und Spannungsoberschwingungen durch geringe Pulszahlen bei hohen Drehzahlen bzw. Ausgangsgrundschwingungsfrequenzen auch eine zunehmende Spannungswelligkeit im Zwischenkreiskondensator bewirken. Hohe Welligkeiten können zu Systemunruhe führen und haben Rückwirkungen auf andere an einem Gleichstrom-Bus bzw. DC-Bus angeschlossene Geräte. In manchen Anwendungen, wie z. B. der E-Mobilität, ist deshalb die zulässige schaltfrequente Spannungswelligkeit am Gleichspannungseingang streng reglementiert. Kleine Schaltfrequenzen können daher bei Auslegungspunkten mit hohen Ausgangsspannungen und Ausgangsströmen zu hohen Kapazitätswerten des Zwischenkreiskondensators führen. Für viele Kondensatortypen, wie z. B. Kunststofffolien-Kondensatoren und keramische Leistungskondensatoren, bildet der notwendige Kapazitätswert häufig das dominierende Auslegungskriterium. Dies würde zu hohen Kosten und auch zu mechanisch großen Bauformen mit Einfluss auf das Volumen des Wechselrichters führen. Ausgenommen davon sind Ausführungen hochkapazitiver Elektrolyt-Kondensatoren, die jedoch nicht in allen Anwendungen einsetzbar sind.

Auch Anforderungen der Antriebsaufgabe, Einflüsse auf eine elektrische

Maschine bzw. Antriebeinrichtung, Geräuschemissionen und Vibrationen (NVH = Noise, Vibration, Harshness; Geräusch, Vibration, Rauheit)) oder ähnliches können die Schaltfrequenz nach unten limitieren. So ergibt sich in der Regel die gewählte Schaltfrequenz beispielsweise durch einen Kompromiss aus

Wirkungsgrad und Wechselrichtervolumen, sowie der Größe von

Leistungshalbleitern und Zwischenkreiskondensator.

Es sind Transistoren aus Halbleitermaterialien oder Halbleitern mit breitem Bandabstand bzw. Wide-Bandgap-Halbleitern mit Sperrspannungen von z. B. einigen 100 Volt bis deutlich über 1000 Volt auch mit hoher Stromtragfähigkeit verfügbar. Mit diesen Halbleitern, insbesondere auch Feldeffekttransistoren (FET) aus Siliziumcarbid (SiC), ergeben sich neue Möglichkeiten. Durch hohe Schaltgeschwindigkeiten solcher unipolarer Halbleiter können bei Volllastarbeitspunkten und auslegungsrelevanten Betriebspunkten dominant Durchlassverluste auftreten, wobei Schaltverluste bei der Auslegung lediglich eine geringe Rolle spielen können. Beispielsweise können bei einer

Wechselrichterauslegung und Wechselrichteroptimierung auch höhere

Schaltfrequenzen im Bereich einiger 10 Kilohertz durchaus attraktiv sein. Ist insbesondere eine geringe Welligkeit der Zwischenkreisspannung gefordert und/oder eine Kompaktheit des Wechselrichters ein Entwicklungsziel, können hohe Schaltfrequenzen vorteilhaft eingesetzt werden, um den

Zwischenkreiskondensator, bzw. seine Kapazität, zu verkleinern, ohne dass

Halbleiterflächen deutlich größer zu wählen sind. Ein Optimum hinsichtlich Kosten und Baugröße kann sich beispielsweise häufig oberhalb von 10 Kilohertz, typischerweise im Bereich von 20 Kilohertz bis 50 Kilohertz ergeben.

Somit kann beispielsweise die ausgelegte Schaltfrequenz aus Sicht der

Komponente Wechselrichter höher sein, als es die Antriebsaufgabe, die elektrische Maschine oder NVH-Anforderungen erfordern. Insbesondere vor diesem Hintergrund können nachfolgend dargestellte Ausführungsbeispiele Vorteile und/oder Verbesserungen liefern.

In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren

dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche

Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Antriebssystem 100 ist gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel insbesondere für eine Anwendung auf dem Gebiet Industrieantriebe, Traktion, Elektromobilität oder dergleichen vorgesehen.

Beispielsweise kann das Antriebssystem 100 Teil in einem Fahrzeug angeordnet sein.

Das Antriebssystem 100 weist gemäß dem in Fig. 1 dargestellten

Ausführungsbeispiel eine Gleichstromquelle 110, eine Antriebseinrichtung 120, einen Wechselrichter 130 und eine Betriebsvorrichtung 140 bzw. Vorrichtung 140 zum Betreiben des Wechselrichters 130 auf. Dabei ist die Betriebsvorrichtung 140 signalübertragungsfähig mit dem Wechselrichter 130 verbunden. Zusätzlich ist die Betriebsvorrichtung 140 gemäß einem Ausführungsbeispiel

signalübertragungsfähig mit der Antriebseinrichtung 120 verbunden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Betriebsvorrichtung 140 zu dem signalübertragungsfähig mit der Gleichstromquelle 110 verbunden.

Der Wechselrichter 130 ist ausgebildet, um die Gleichstromquelle 110 und die Antriebseinrichtung 120 elektrisch miteinander zu koppeln. Hierbei ist der

Wechselrichter 130 elektrisch zwischen die Gleichstromquelle 110 und die Antriebseinrichtung 120 geschaltet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Wechselrichter 130 ein Halbleitermaterial mit breitem Bandabstand auf. Der Wechselrichter 130 ist beispielsweise als ein einphasiger Wechselrichter oder als ein mehrphasiger Wechselrichter ausgeführt, insbesondere als ein dreiphasiger

Wechselrichter.

Die Betriebsvorrichtung 140 ist ausgebildet, um den Wechselrichter 130 zu betreiben. Dazu weist die Betriebsvorrichtung eine Einleseeinrichtung 142, Bestimmungseinrichtung 144 und eine Bereitstellungseinrichtung 146 auf.

Die Einleseeinrichtung 142 ist ausgebildet, um ein Arbeitspunktsignal 150 einzulesen. Das Arbeitspunktsignal 150 repräsentiert zumindest ein durch die Antriebseinrichtung 120 gefordertes elektrisches Ausgangssignal des

Wechselrichters 130. Genauer gesagt ist die Einleseeinrichtung 142 ausgebildet, um das Arbeitspunktsignal 150 von einer Schnittstelle zu der Antriebseinrichtung 120 und/oder dem Wechselrichter 130 einzulesen. Ferner ist die

Einleseeinrichtung 142 ausgebildet, um das eingelesene Arbeitspunktsignal 150 an die Bestimmungseinrichtung 144 weiterzuleiten.

Die Bestimmungseinrichtung 144 ist ausgebildet, um unter Verwendung des mittels der Einleseeinrichtung 142 eingelesenen Arbeitspunktsignals 150 eine Schaltfrequenz für den Wechselrichter 130 zu bestimmen. Auch ist die

Bestimmungseinrichtung 144 ausgebildet, um die bestimmte Schaltfrequenz in Form eines Signals an die Bereitstellungseinrichtung 146 weiterzugeben. Die Bereitstellungseinrichtung 146 ist ausgebildet, um ein Frequenzsignal 160 zur Ausgabe an den Wechselrichter 130 bereitzustellen, um die Schaltfrequenz des Wechselrichters 130 einzustellen. Das Frequenzsignal 160 repräsentiert die mittels der Bestimmungseinrichtung 144 bestimmte Schaltfrequenz. Anders ausgedrückt ist das Frequenzsignal 160 geeignet, um bei einer Verwendung durch den Wechselrichter 130 einen Betrieb des Wechselrichters 130 bei der mittels der Bestimmungseinrichtung 144 bestimmten Schaltfrequenz zu bewirken.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Betreiben gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 200 ist ausführbar, um einen Wechselrichter für ein Antriebssystem zu betreiben. Hierbei ist das Verfahren 200 zum Betreiben in Verbindung mit dem Wechselrichter aus Fig. 1 oder einem ähnlichen Wechselrichter und/oder mit dem Antriebssystem aus Fig. 1 oder einem ähnlichen Antriebssystem ausführbar. Dabei ist das Verfahren 200 zum Betreiben unter Verwendung der Betriebsvorrichtung aus Fig. 1 oder einer ähnlichen Betriebsvorrichtung ausführbar. In einem Schritt 210 des Einlesens wird bei dem Verfahren 200 zum Betreiben ein Arbeitspunktsignal eingelesen. Dabei repräsentiert das Arbeitspunktsignal zumindest ein durch die Antriebseinrichtung gefordertes elektrisches

Ausgangssignal des Wechselrichters. Nachfolgend wird in einem Schritt 220 des Bestimmens unter Verwendung des im Schritt 210 des Einlesens eingelesenen Arbeitspunktsignals eine Schaltfrequenz für den Wechselrichter bestimmt.

Wiederum nachfolgend wird in einem Schritt 230 des Bereitstellens ein

Frequenzsignal zur Ausgabe an den Wechselrichter bereitgestellt, um die Schaltfrequenz einzustellen. Hierbei repräsentiert das Frequenzsignal die im Schritt 220 des Bestimmens bestimmte Schaltfrequenz für den Wechselrichter.

Genauer gesagt wird gemäß einem Ausführungsbeispiel im Schritt 220 des Bestimmens eine erste Schaltfrequenz bestimmt, wenn im Schritt 210 des Einlesens ein Arbeitspunktsignal eingelesen wird, das ein elektrisches

Ausgangssignal bei einem Volllastbetrieb der Antriebseinrichtung repräsentiert. Dabei wird ferner im Schritt 220 des Bestimmens eine zweite Schaltfrequenz bestimmt, wenn im Schritt 210 des Einlesens ein Arbeitspunktsignal eingelesen wird, das ein elektrisches Ausgangssignal bei einem Teillastbetrieb der

Antriebseinrichtung repräsentiert. Die erste Schaltfrequenz ist hierbei höher als die zweite Schaltfrequenz. Insbesondere wird im Schritt 210 des Einlesens ein Arbeitspunktsignal eingelesen, das eine elektrische Spannung und/oder einen elektrischen Strom des geforderten elektrischen Ausgangssignals repräsentiert.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren 200 zum Betreiben auch einen Schritt 240 des Ermitteins von Schaltverlusten des

Wechselrichters unter Verwendung einer Berechnung, einer Berechnung in

Echtzeit und/oder einer Nachschlagtabelle auf. Dabei wird im Schritt 220 des Bestimmens die Schaltfrequenz unter Verwendung der im Schritt 240 des Ermitteins ermittelten Schaltverluste bestimmt. Fig. 3 zeigt ein schematisches Momenten-Frequenz-Diagramm 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Anders ausgedrückt zeigt Fig. 3 ein Drehmoment- Grundfrequenz -Diagramm 300 bzw. Antriebsmoment- Grundfrequenz - Diagramm 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei mit einer

Grundfrequenz eine elektrische Grundfrequenz des Antriebs zu verstehen ist, welche proportional zur Drehzahl des Motors ist. Dabei sind in Fig. 3 für den

Wechselrichter aus Fig. 1 oder einen ähnlichen Wechselrichter lediglich beispielhaft drei Graphen 310, 320 und 330 bzw. Kennlinien 310, 320 und 330 für Schaltfrequenzen eingezeichnet. Dabei ist an der Abszissenachse des

Diagramms 300 eine Frequenz bzw. elektrische Grundfrequenz f e i als elektrische Grundfrequenz des Antriebs aufgetragen, wobei an der Ordinatenachse des

Diagramms 300 ein Moment bzw. Drehmoment bzw. Antriebsmoment M der Antriebseinrichtung aus Fig. 1 oder einer ähnlichen Antriebseinrichtung aufgetragen ist. Der erste Graph 310 repräsentiert eine Nennschaltfrequenz f s w,nenn des

Wechselrichters. Der zweite Graph 320 repräsentiert eine mittels der

Betriebsvorrichtung aus Fig. 1 oder einer ähnlichen Betriebsvorrichtung bzw. durch Ausführen des Verfahrens zum Betreiben aus Fig. 2 oder eines ähnlichen Verfahrens bestimmte Schaltfrequenz fi des Wechselrichters. Der dritte Graph 330 repräsentiert eine minimale Schaltfrequenz f m in des Wechselrichters. In einem breiten Bereich von Momenten bzw. Drehmomenten bzw.

Antriebsmomenten M ist die bestimmte Schaltfrequenz fi des Wechselrichters größer als die minimale Schaltfrequenz f m in des Wechselrichters und kleiner als die Nennschaltfrequenz f s w,nenn des Wechselrichters.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 3 werden nachfolgend Hintergründe und Ausführungsbeispiele kurz vorgestellt und/oder zusammenfassend und mit anderen Worten nochmals erläutert.

Bei Wechselrichtern mit hoher Nennschaltfrequenz (z. B. mit Wide-Bandgap- Halbleitern oder unipolaren Halbleitern) könnte sich ohne die Betriebsvorrichtung 140 bzw. das Verfahren 200 bei Teillast der Antriebseinrichtung 120 ein völlig anderes Bild als in den Auslegungspunkten bei hoher Last ergeben. Wegen grundsätzlicher Eigenschaften unipolarer Halbleiter können bei kleiner werdenden Betriebsströmen Schaltenergien deutlich langsamer abnehmen als die Durchlassverluste. Würde eine hohe Auslegungsschaltfrequenz, wie beispielsweise f s w,nenn aus Fig. 3, auch bei geringer Belastung beibehalten, könnte sich eine Dominanz der Schaltverluste. Am Beispiel einer Simulation eines Elektrofahrzeugs, beispielsweise eines E-PKW, ohne die

Betriebsvorrichtung 140 bzw. das Verfahren 200 zeigte sich, dass im genormten Fahrzyklus für die Ermittlung des Normverbrauchs eine Aufteilung in etwa 2/3 Schaltverluste und 1/3 Durchlassverluste möglich ist. Auch im realen Fahrbetrieb eines E-PKW wäre beispielsweise eine ähnliche Verlustverteilung zu erwarten. Eine Verbesserung des Teillastwirkungsgrads durch Überdimensionierung der Halbleiterflächen, was bei unipolaren Halbleitern grundsätzlich möglich wäre, ist in diesen Betriebspunkten nur noch gering oder gar nicht mehr wirksam und kann mittels der Betriebsvorrichtung 140 bzw. durch Ausführen des Verfahrens 200 auch anderweitig erreicht werden.

Da sich der Verbrauchszyklus fast ausschließlich in der tiefen Teillast bewegt, ist dort eine Einhaltung der hohen Nennschaltfrequenz f s w,nenn des Wechselrichters 130 aus Gründen einer Spannungswelligkeit in einem Zwischenkreiskondensator des Wechselrichters 130 verzichtbar. Ein weiterer Bereich von Betriebspunkten sind jene mit geringer Ausgangsspannung, die bei dem Wechselrichter 130 bzw. Antriebswechselrichter auch Betriebspunkte mit geringer Ausgangsfrequenz beinhalten können. Auch hier ist auf Grund einer Arbeitsweise des

Wechselrichters 130 die hohe Nennschaltfrequenz f s w,nenn für einen optimierten, kleinen Zwischenkreiskondensator verzichtbar. Kostengünstiger und

wirkungsvoller als größere Halbleiterflächen zur Wirkungsgradoptimierung ist die arbeitspunktabhängige Anpassung der Schaltfrequenz fi bzw. 320 mittels der Betriebsvorrichtung 140 bzw. durch Ausführen des Verfahrens 200. Hierbei können Freiheitsgrade, die sich aus einer Verringerung der Spannungswelligkeit im Zwischenkreis des Wechselrichters 130 bei Arbeitspunkten mit geringen Strömen und/oder geringer Ausgangsspannung ergeben, genutzt werden. Es kann sowohl eine Verlustleistung im Wechselrichter 130 selbst als auch im Antriebsstrang oder Antriebssystem 100 verringert werden.

Auf herkömmliche Weise betriebene Wechselrichter können eine Limitierung in der am Gleichstrom-Spannungszwischenkreis bzw. DC-Spannungszwischenkreis auftretenden, schaltfrequenten Spannungswelligkeit zeigen, insbesondere solche für E-Traktion und E-Mobilität. Werden solche Wechselrichter bzgl. Kosten und Bauraum optimiert, kann sich insbesondere zusammen mit neuen Wide- Bandgap-Halbleitern für Volllast-Betriebspunkte eine Schaltfrequenz von einigen 10 Kilohertz ergeben. Diese kann zumindest bisweilen über den Anforderungen der Antriebsaufgabe selbst liegen. Bewegt sich der Arbeitspunkt nun weg von der maximalen Ausgangsspannung und/oder hin zu kleineren (Teillast-)Strömen, ist die Auslegungsschaltfrequenz bzw. Nennschaltfrequenz f s w,nenn aus Sicht der Anforderungen an einen Wechselrichter verzichtbar. Dadurch kann eine

Schaltfrequenz zumindest etwas reduziert werden. Damit lässt sich mittels der Betriebsvorrichtung 140 bzw. durch Ausführen des Verfahrens 200 eine

Belastung des Wechselrichters 130 reduzieren und lassen sich insbesondere Wirkungsgrade in Teillast verbessern, ohne dass hierfür Hardware-Aufwand erforderlich wäre. Limitiert ist die Reduktion der Schaltfrequenz unter anderem durch folgende Randbedingungen: eine abnehmende Pulszahl (Anzahl

Schaltvorgänge pro Grundschwingungsperiode) - insbesondere bei hohen Drehzahlen/Grundschwingungsfrequenz; ein zunehmend tonales Geräusch durch dominante Schallfrequenz im (menschlichen) Hörbereich - insbesondere bei Betriebspunkten, bei denen die Antriebseinheit geringe sonstige

Geräuschemission aufweist, wie beispielsweise bei einem E-Fahrzeug z. B. bei geringer Fahrgeschwindigkeit; und Aspekte der Regelungsdynamik. Zusätzlich ist es gemäß einem Ausführungsbeispiel möglich, mittels der

Betriebsvorrichtung 140 bzw. durch Ausführen des Verfahrens 200 mit abnehmender Schaltfrequenz moderat zunehmende Zusatzverluste aus

Speisung durch den Wechselrichter 130 mit in die arbeitspunktabhängige Schaltfrequenz-Optimierung einzubinden. Hierdurch kann nicht nur der

Wirkungsgrad des Wechselrichters 130 selbst optimiert werden, sondern auch der Energieverbrauch des Antriebssystems 100 bzw. eines Antriebstrangs minimiert werden. Verluste bzw. Schaltverluste im Wechselrichter 130 selbst können mit guter Näherung durch Berechnungs-Strategien beispielsweise in Echtzeit ermittelt werden. Für die Antriebseinrichtung 120 bzw. elektrische Maschine kann auch auf (empirisch) ermittelte Verlusttabellen oder ähnliches zurückgegriffen werden.

Bei Beobachten der Ausgangspannung des Wechselrichters 130 (z. B.

Oszillogramm) im Betrieb mit stark wechselnder Belastung und/oder Drehzahl ist im Falle einer Anwendung der Betriebsvorrichtung 140 bzw. des Verfahrens 200 ein charakteristischer Wechsel der Schaltfrequenz bei einem Wechsel zwischen den vorstehend beschriebenen Betriebsbereichen erkennbar.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.