Fahrzeug sowie elektrische Antriebsanordnunq mit der Entladunqsvorrichtunq

Die Erfindung betrifft eine Entladungsvorrichtung für eine elektrische Antriebsanordnung von einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Antriebsanordnung von einem Fahrzeug mit der Entladungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11.

Bei elektrischen Antrieben für Fahrzeuge stehen die stationären Hauptbetriebszustände, wie zum Beispiel der Antrieb, die Rekuperation etc., im Vordergrund. Neben diesen Hauptbetriebszuständen müssen jedoch auch der Wechsel von Betriebszuständen sowie Nebenbetriebszustände und/oder Notbetriebszustände berücksichtigt werden. So ist es durchaus bekannt, dass es sinnvoll/notwendig sein kann, bei der Abschaltung der Spannungsversorgung die anliegende Spannung im Zwischenkreis des Inverters zeitnah zu reduzieren, um beispielsweise Reparaturmaßnahmen zu ermöglichen. Es ist auch bekannt, dass beim Laden einer Batterie für die Antriebsanordnung zum Beispiel über Rekuperation, das plötzliche Abkoppeln der Batterie zu einer Spannungserhöhung bzw. Überspannung führen kann, welche Bauteile in dem elektrischen Antrieb beschädigen kann.

Beispielsweise offenbart die Druckschrift DE 3435 055 A1 eine Einrichtung zum Schutz einer Blockierschutzelektronik für Überspannungen im Bordnetz eines Kraftfahrzeuges. Die Einrichtung soll insbesondere vor einem sogenannten „Load Dump“ schützen. Die Druckschrift US 2013/285581 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung für einen elektrischen Antrieb, wobei ein Zweig zur schaltbaren Entladung vorgesehen ist. In dem Zweig ist als Schaltelement ein IGBT angeordnet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Entladungsvorrichtung für eine elektrische Antriebsanordnung zu schaffen, welche funktionssicher ist und zugleich kostengünstig aufgebaut werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Entladungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.

Erfindungsgemäß wird eine Entladungsvorrichtung vorgeschlagen, welche für eine elektrische Antriebsanordnung von einem Fahrzeug geeignet und/oder ausgebildet ist. Die Antriebsanordnung dient zum Antrieb des Fahrzeugs. Sie umfasst vorzugsweise mindestens einen Elektromotor als Traktionsmotor für den Antrieb sowie eine Energiespeichereinrichtung zur Bereitstellung und/oder Zwischenspeicherung von elektrischer Energie zur Versorgung des Elektromotors.

Die Antriebsanordnung weist ferner einen Flochvoltbus und einen Grundbus auf. Der Flochvoltbus kann auch als positive Versorgungsspannungsleitung und/oder positive Versorgungsschiene („positive rail“), der Grundbus kann auch als negative Versorgungsspannungsleitung und/oder negative Versorgungsschiene („negative rail“) bezeichnet werden. Der Flochvoltbus ist mit der Energiespeichereinrichtung und mit der elektrischen Maschine, insbesondere in Abhängigkeit des Betriebszustandes, verbindbar und/oder verbunden. An dem Flochvoltbus können in einem stationären Betriebszustand Spannungen größer als 200 V, vorzugsweise größer als 400 V, insbesondere größer als 600 V und im speziellen größer als 750 V anliegen. Die Spannung entspricht vorzugsweise der Spannung der Energiespeichereinrichtung. Der Grundbus ist vorzugsweise als Masse ausgebildet und/oder mit der Masse des Fahrzeugs schaltungstechnisch verbunden.

Die Entladungsvorrichtung weist eine Eingangsschnittstelle auf, wobei die Eingangsschnittstelle mit dem Flochvoltbus der Antriebsanordnung schaltungstechnisch verbindbar und im Betrieb der Entladungsvorrichtung schaltungstechnisch verbunden ist. Die Eingangsschnittstelle kann als eine trennbare Schnittstelle ausgebildet sein, bevorzugt ist diese jedoch nur als eine virtuelle Eingangsschnittstelle ausgebildet, welche nicht trennbar ist.

Die Entladungsvorrichtung weist eine Ausgangsschnittstelle auf, wobei die Ausgangsschnittstelle mit dem Grundbus der Antriebsanordnung schaltungstechnisch verbindbar und im Betrieb der Entladungsvorrichtung schaltungstechnisch verbunden ist. Die Ausgangsschnittstelle kann als eine trennbare Schnittstelle ausgebildet sein, bevorzugt ist diese jedoch nur als eine virtuelle Ausgangsschnittstelle ausgebildet, welche nicht trennbar ist. Es kann vorgesehen sein, dass die Entladungsvorrichtung mehrere Ausgangsschnittstellen aufweist, welche jedoch elektrisch miteinander verbunden und/oder kontaktiert sind und gemeinsam als Ausgangsschnittstelle bezeichnet werden.

Die Entladungsvorrichtung weist eine Hauptschalteinrichtung auf, wobei die Hauptschalteinrichtung mit der Eingangsschnittstelle elektrisch verbunden ist. Vorzugsweise ist die Hauptschalteinrichtung elektrisch unmittelbar mit der Eingangsschnittstelle und/oder dem Hochvoltbus kontaktiert. Im Speziellen ist kein Widerstand und/oder keine Impedanz zwischen der Eingangsschnittstelle und der Hauptschalteinrichtung zwischengeschaltet.

Die Entladungsvorrichtung weist einen ersten Entladungszweig auf, wobei ein erster Eingang des ersten Entladungszweigs mit der Hauptschalteinrichtung verbunden ist. Somit kann die Hauptschalteinrichtung den ersten Eingang des ersten Entladungszweigs elektrisch mit dem Hochvoltbus verbinden und trennen. Ein erster Ausgang des ersten Entladungszweigs ist mit der Ausgangsschnittstelle verbunden oder wird durch diese gebildet.

In dem ersten Entladungszweig sind eine erste Entladungsschalteinrichtung und ein erster Entladungswiderstand seriell zueinander angeordnet. Vorzugsweise ist der erste Entladungswiderstand seriell zwischen der Hauptschalteinrichtung und der ersten Entladungsschalteinrichtung angeordnet. Die Entladungsvorrichtung weist einen zweiten Entladungszweig auf, wobei ein zweiter Eingang des zweiten Entladungszweigs mit der Hauptschalteinrichtung verbunden ist. Somit kann die Hauptschalteinrichtung den zweiten Eingang des zweiten Entladungszweigs elektrisch mit dem Hochvoltbus verbinden und trennen. Ein zweiter Ausgang des zweiten Entladungszweigs ist mit der Ausgangsschnittstelle verbunden oder wird durch diese gebildet.

In dem zweiten Entladungszweig sind eine zweite Entladungsschalteinrichtung und ein zweiter Entladungswiderstand seriell zueinander angeordnet. Vorzugsweise ist der zweite Entladungswiderstand seriell zwischen der Hauptschalteinrichtung und der zweiten Entladungsschalteinrichtung angeordnet.

Der erste Entladungszweig und der zweite Entladungszweig sind zwischen der Hauptschalteinrichtung und der Ausgangsschnittstelle elektrisch parallel zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind der erste Entladungszweig und der zweite Entladungszweig hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften unterschiedlich ausgebildet.

Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Entladungsvorrichtung eine Steuerungseinrichtung aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist, in einem ersten Entladungszustand als Betriebszustand der Entladungsvorrichtung den ersten Entladungszweig durchzuschalten und den zweiten Entladungszweig zu unterbrechen und in einem zweiten Entladungszustand den zweiten Entladungszweig durchzuschalten und den ersten Entladungszweig zu unterbrechen. Optional kann die Entladungsvorrichtung einen Neutralzustand als Betriebszustand einnehmen, wobei die Steuerungseinrichtung die Entladungsvorrichtung so ansteuert, dass diese den Hochvoltbus und den Grundbus voneinander trennt. Dies wird erreicht, indem die Hauptschalteinrichtung geöffnet ist und/oder beide Entladungsschalteinrichtungen geöffnet sind.

Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass durch die Hauptschalteinrichtung beide Entladungszweige aktiviert werden können, durch die Entladungsschalteinrichtungen jedoch der jeweils gewollte Entladungszweig selektiert werden kann. Die Entladungszweige selbst sind insbesondere schaltungstechnisch auf die jeweiligen Entladungszustände abgestimmt. Durch diesen Aufbau kann die Hauptschalteinrichtung für beide Entladungszweige genutzt werden, so dass sich neben den funktionellen Vorteilen durch die Bereitstellung von zwei Entladungszweigen der Vorteil ergibt, dass Komponenten eingespart werden können.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Impedanz und/oder der Widerstand von dem ersten Entladungswiderstand kleiner als von dem zweiten Entladungswiderstand ausgebildet ist. Dadurch wird erreicht, dass die Entladung in dem ersten Entladungszweig schneller durchgeführt werden kann als in dem zweiten Entladungszweig.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die erste Entladungsschalteinrichtung für höhere Leistungen ausgelegt als die zweite Entladungsschalteinrichtung. Auch diese Weiterbildung unterstützt die Umsetzung, dass die Entladung in dem ersten Entladungszweig schneller durchgeführt werden kann als in dem zweiten Entladungszweig.

Es ist bevorzugt, dass in dem ersten Entladungszustand die Hauptschalteinrichtung und die erste Entladungsschalteinrichtung geschlossen sind, insbesondere ununterbrochenen geschlossen sind, so dass die Entladung schnellstmöglich durchgeführt werden kann. Alternativ oder ergänzend ist der erste Entladungszustand als ein „Load-Dump“-Entladungszustand ausgebildet. Der „Load- Dump“-Entladungszustand wird insbesondere dann aktiviert, wenn die elektrische Antriebsanordnung in einem Rekuperationsbetrieb arbeitet und die Energiespeichereinrichtung elektrisch abgetrennt ist. In diesem Rekuperationsbetrieb kann es durch den Lastabwurf durch Abtrennung der Energiespeichereinrichtung zum Entstehen einer Spannungsspitze in dem Hochvoltbus kommen, welche abgeführt werden muss, um Beschädigungen an anderen elektrischen und/oder elektronischen Bauteilen zu vermeiden. Durch den „Load-Dump“-Entladungszustand wird der Hochvoltbus über den ersten Entladungswiderstand auf Masse gezogen und/oder leitend mit dem Grundbus verbunden, so dass die Spannungsspitze und/oder die Hochspannung in dem Hochvoltbus in kurzer Zeit kontrolliert entladen wird.

Alternativ oder ergänzend ist es bevorzugt, dass im zweiten Entladungszustand die Hauptschalteinrichtung und/oder die zweite Entladungsschalteinrichtung zumindest temporär geöffnet ist bzw. sind und/oder getastet ist bzw. sind. Besonders bevorzugt ist mindestens eine der Schalteinrichtungen PWM („jgulse-wide-modulation“)- moduliert, Die andere Schalteinrichtung kann durchgängig geschlossen sein oder ebenfalls, synchronisiert zu der zuvor genannten Schalteinrichtung, getastet geschlossen und/oder PWM („ßulse-wide-modulation“)-moduliert sein. Alternativ oder ergänzend ist der zweite Entladungszustand als ein „Active-Discharge“-Zustand ausgebildet, um einen Zwischenkreis von einem Inverter in der elektrischen Antriebsanordnung zu entladen. Besonders bevorzugt wird durch den ersten Entladungszustand der Hochvoltbus schneller oder mit höherer Leistung entladen als durch den zweiten Entladungszustand.

Besonders bevorzugt ist in einem Normalentladungszustand als zweiter Entladungszustand die Hauptschalteinrichtung getastet geschlossen, insbesondere pulsweitenmoduliert (PWM-moduliert), und die zweite Entladungsschalteinrichtung durchgängig geschlossen. Alternativ oder ergänzend ist in einem Notentladungszustand als zweiter Entladungszustand die Hauptschalteinrichtung durchgängig geschlossen und die zweite Entladungseinrichtung getastet geschlossen, insbesondere pulsweitenmoduliert (PWM-moduliert).

Bei der PWM („ßulse-wide-modulation“)-Modulation ist die jeweilige Schalteinrichtung in einem „duty cycle“ während einer Periodendauer geschlossen und ansonsten in der Periodendauer geöffnet, so dass diese Schalteinrichtung getastet geschlossen ist. Der Tastgrad ist insbesondere kleiner als 1 oder kleiner als 100 %, so dass der „duty-cycle“ kürzer als die Periodendauer ist.

Es ist bevorzugt, dass die Steuerungseinrichtung programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet ist, dass über den zweiten Entladungszweig und/oder in dem zweiten Entladungszustand eine konstante Leistung, insbesondere eine gemittelte konstante Leistung abgeleitet wird. Dies wird durch die Steuerungseinrichtung durch Änderung des Tastgrads als Stellglied umgesetzt. Allerdings ist davon auszugehen, dass während eines Vorgangs des zweiten Entladungszustands der Tastgrad angepasst werden muss, um die konstante Leistung zu erreichen. Dies liegt daran, dass zum einen Energie in der Entladungsvorrichtung, insbesondere in dem ersten und/oder zweiten Entladungswiderstand, gespeichert wird. Ein weiterer Grund ist die thermische Erwärmung der Entladungsvorrichtung, insbesondere des Entladungswiderstands, wodurch sich das Systemverhalten ändert. Besonders bevorzugt weist die Steuerungseinrichtung ein Modellmodul auf, wobei in dem Modellmodul das Systemverhalten, insbesondere das temperaturabhängige Systemverhalten, modelliert ist. Als Eingangsgröße erhält das Modellmodul insbesondere die Temperatur der Entladungsvorrichtung, insbesondere des ersten und/oder zweiten Entladungswiderstands, als Ausgangsgröße wird der benötigte Tastgrad zur Erreichung der Sollgröße als konstante Leistung ausgegeben.

Bei einer bevorzugten schaltungstechnischen Realisierung ist die Hauptschalteinrichtung und/oder die erste Entladungsschalteinrichtung als ein IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode, englisch: „insulated-gate bipolar transistor“, kurz IGBT) ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung können hohe Leistungen über die Schalteinrichtungen geführt werden. Alternativ oder ergänzend ist die zweite Entladungsschalteinrichtung als ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter- Feldeffekttransistor, englisch: „metal-oxide-semiconductor field-effect transistor“, kurz MOSFET oder MOS-FET) ausgebildet. Dies ist ausreichend, da in dem zweiten Entladungszustand durch die Tastung eine geringere Leistung als in dem ersten Entladungszustand über die Entladungsvorrichtung geführt ist.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Entladungsvorrichtung, insbesondere die Steuerungseinrichtung, ein erstes Überwachungsmodul auf. Das Überwachungsmodul kann programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet sein. Das erste Überwachungsmodul ist ausgebildet, die Funktionsfähigkeit der ersten Entladungsschalteinrichtung zu prüfen. Bevorzugt ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, das erste Überwachungsmodul zur Prüfung zu aktivieren, nachdem der erste Entladungszweig durchgeschaltet war. Anders ausgedrückt bedeutet das Durchschalten des ersten Entladungszweigs eine starke Belastung für die erste Entladungsschalteinrichtung. Somit ist es vorteilhaft, jedes Mal nach dem Durchschalten des ersten Entladungszweigs eine derartige Prüfung durch das erste Überwachungsmodul anzusteuern.

Für den Fall, dass die Prüfung ergibt, dass die erste Entladungsschalteinrichtung fehlerhaft ist, wird die Entladungsvorrichtung vollständig abgeschaltet. Insbesondere wird weder der erste noch der zweite Entladungszustand eingenommen. Dies hat den Flintergrund, dass auch bei dem Durchschalten des zweiten Entladungszweigs und/oder dem zweiten Entladungszustand der erste Entladungswiderstand stark aufgeladen wird.

Optional weist die Entladungsvorrichtung, insbesondere die Steuerungseinrichtung, ein zweites Überwachungsmodul auf. Das zweite Überwachungsmodul ist ausgebildet, auf Basis der Spannung in dem Hochvoltbus oder einer dazu äquivalenten Größe eine Prüfung durchzuführen. Eine dazu äquivalente Größe kann beispielsweise über eine Strommessung in dem zweiten Entladungszweig und eine Rückrechnung auf die Spannung in dem Hochvoltbus gebildet werden. Das zweite Überwachungsmodul ist ausgebildet, zu prüfen, ob in dem zweiten Ladezustand die Spannung in dem Hochvoltbus sinkt. Dies stellt das normale Systemverhalten in dem zweiten Entladezustand dar. Für den Fall, dass, zum Beispiel bei einer fehlerhaften Trennung der Batterie in dem Fahrzeug von dem Hochvoltbus, die Spannung in dem Hochvoltbus konstant bleibt, ist das zweite Überwachungsmodul programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet, die Steuerungseinrichtung anzusteuern. Als Folge der Ansteuerung ändert die Steuerungseinrichtung die Tastung, insbesondere den Tastgrad, der Hauptschalteinrichtung und/oder der zweiten Entladungsschalteinrichtung, so dass in dem zweiten Entladungszustand über den zweiten Entladungszweig eine verringerte, insbesondere konstante Leistung abgeführt wird. Beispielsweise wird die Leistung halbiert. Hintergrund dieser Ausbildung ist, dass in dem zweiten Entladungszustand die Entladungsvorrichtung thermisch belastet wird, wobei in dem geschilderten Fehlerfall eine Entladung des Hochvoltbusses nicht in dem geplanten Zeitrahmen des zweiten Ladezustands umgesetzt werden kann. Um ein Überhitzen der Entladungsvorrichtung zu vermeiden, wird die Leistung, insbesondere die konstante Leistung reduziert, so dass der zweite Entladungszustand mit reduzierter, insbesondere konstanter Leistung über einen längeren Zeitrahmen durchgeführt werden kann.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung für ein Fahrzeug, welcher eine Entladungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. Vorzugsweise umfasst die elektrische Antriebsanordnung die zuvor beschriebene Energiespeichereinrichtung sowie den zuvor beschriebenen Inverter. Der Hochvoltbus ist insbesondere mit der Energiespeichereinrichtung und/oder dem Inverter verbindbar und/oder verbunden. Die Verbindung erfolgt in Abhängigkeit des Betriebszustands der elektrischen Antriebsanordnung.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Dabei zeigt:

Figur 1 ein schematisches Blockdiagramm einer elektrischen Antriebsanordnung eines Fahrzeugs als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Figur 1 zeigt in einem schematischen Blockdiagramm eine elektrische Antriebsanordnung 1 von einem Fahrzeug als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Fahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen oder als ein anderes Mobil für den Straßenverkehr ausgebildet. Das Fahrzeug kann als ein Hybridfahrzeug oder als ein reines Elektrofahrzeug realisiert sein.

Die Antriebsanordnung 1 weist mindestens eine Energiespeichereinrichtung 2 und einen Inverter 3 zur Energieversorgung von einem Elektromotor 4 auf. Der Elektromotor 4 ist als ein Traktionsmotor für das Fahrzeug ausgebildet. Ferner weist die elektrische Antriebsanordnung 1 einen Hochvoltbus 5 und einen Grundbus 6 auf. Der Hochvoltbus 5 ist über eine Schalteinrichtung 7 mit einem positiven Anschluss der Energiespeichereinrichtung 2. Der Grundbus 6 ist trennbar oder dauerhaft mit einem negativen Anschluss der Energiespeichereinrichtung 2 verbunden. Die Energiespeichereinrichtung 2 ist beispielsweise als eine Batterie ausgebildet und dient zur Versorgung des Elektromotors 4. Der Inverter 3 ist mit dem Hochvoltbus 5 (und mit dem Grundbus 6) elektrisch verbunden und setzt die Gleichspannung aus der Energiespeichereinrichtung 2 über einen Zwischenkreis in eine Wechselspannung für den Elektromotor 4 um. Nur schematisch ist eine elektrische Verbindung von dem Elektromotor 4 zu dem Hochvoltbus 5 angedeutet, wobei die elektrische Verbindung gegebenenfalls über mehrere elektrische Komponenten führt und dazu dient, dass in einem Rekuperationsbetrieb, wobei der Elektromotor 4 als Generator arbeitet, elektrische Energie in die Energiespeichereinrichtung 2 zurückgeführt werden kann. Somit wird in einem Fährbetrieb Energie von der Energiespeichereinrichtung 2 über den Hochvoltbus 5 zu dem Inverter 3 und nachfolgend zu dem Elektromotor 4 geführt. In dem Rekuperationsbetrieb wird Energie von dem Elektromotor 4 gegebenenfalls über mehrere elektrische Komponenten über den Hochvoltbus 5 zu der Energiespeichereinrichtung 2 geführt. Der Grundbus 6 ist entsprechend elektrisch verbunden.

Neben den genannten Zuständen der elektrischen Antriebsanordnung 1 sollen nachfolgend noch zwei Sonderzustände betrachtet werden:

„Load-Dump“:

Ein „Load-Dump“ entsteht, wenn es zu einem plötzlichen Lastabwurf in der elektrischen Antriebsanordnung 1 kommt. Hierdurch können Spannungsspitzen in dem Hochvoltbus 5 entstehen, welche elektrische und/oder elektronische Bauteile beschädigen können. Ein mögliches Szenario ist beispielsweise, dass die elektrische Antriebsanordnung 1 in dem Rekuperationsbetrieb arbeitet und beispielsweise über die Schalteinrichtung 7 die Energiespeichereinrichtung 2 von dem Hochvoltbus 5 abgetrennt wird. In dieser Situation müssen die Spannungsspitzen sehr schnell abgeführt werden.

„Active Discharge“:

Ein „Active Discharge“ wird benötigt, um die Spannung aus dem Inverter 3, insbesondere aus dessen Zwischenkreis, abzuführen. Ein mögliches Szenario ist beispielsweise, dass über einen „Zündschlüssel“ oder eine Mensch-Maschinen- Schnittstelle der Elektromotor 4 zwar aktiviert wird, jedoch gleich wieder deaktiviert wird. In diesem Fall muss die entsprechende Spannung unverzüglich, d.h. in einem Zeitraum kleiner fünf Sekunden, insbesondere kleiner als zwei Sekunden, in dem Hochvoltbus 5 und/oder in dem Inverter 3 abgebaut werden.

Zur Umsetzung dieser Funktionen weist die elektrische Antriebsanordnung 1 eine Entladungsvorrichtung 8 auf. Die Entladungsvorrichtung 8 ist über eine Eingangsschnittstelle 9 mit dem Hochvoltbus 5 und mit einer Ausgangsschnittstelle 10, welche über mehrere Kontakte gebildet wird, mit dem Grundbus 6 elektrisch verbunden. Insbesondere überbrückt die Entladungsvorrichtung 8 den Hochvoltbus 5 mit dem Grundbus 6.

Die Entladungsvorrichtung 8 weist eine Hauptschalteinrichtung 11 auf, wobei die Hauptschalteinrichtung 11 mit dem Hochvoltbus 9 als ein erster Schaltpartner elektrisch, insbesondere ohne Zwischenschaltung von weiteren Elementen, verbunden ist. Die Hauptschalteinrichtung 11 ist als ein IGBT, insbesondere normalsperrender n-Kanal IGBT ausgebildet, wobei die Eingangsschnittstelle 9 mit dem Kollektor verbunden ist. Beispielsweise ist die Hauptschalteinrichtung 11 als ein Bauteil mit der Kennzeichnung FGB40T65SPD-F085 realisiert.

Die Entladungsvorrichtung 8 weist einen ersten Entladungszweig 12a und einen zweiten Entladungszweig 12b auf. Der erste Entladungszweig 12a weist einen ersten Eingang 13a, der zweite Entladungszweig 12b weist einen zweiten Eingang 13b auf. Der erste und der zweite Eingang 13a, b sind elektrisch, insbesondere ohne Zwischenschaltung von weiteren Elementen, mit der Hauptschalteinrichtung 11 als zweiter Schaltpartner verbunden. Insbesondere sind diese mit einem Emitter der Schalteinrichtung 7 kontaktiert.

Der erste Entladungszweig 12a weist einen ersten Entladungswiderstand 14a und eine erste Entladungsschalteinrichtung 15a auf. Der erste Entladungswiderstand 14a und die erste Entladungsschalteinrichtung 15a sind in Serie geschaltet. Insbesondere ist die erste Entladungsschalteinrichtung 15a über den ersten Entladungswiderstand 14a mit dem ersten Eingang 13a als Schaltpartner seriell und/oder elektrisch verbunden.

Die erste Entladungsschalteinrichtung 15a ist als ein IGBT, insbesondere normalsperrender n-Kanal IGBT ausgebildet, wobei der erste Eingangswiderstand 14a mit dem Kollektor verbunden ist. Beispielsweise ist die erste Entladungsschalteinrichtung 15a als ein Bauteil mit der Kennzeichnung FGB40T65SPD-F085 realisiert.

Die erste Entladungsschalteinrichtung 15a ist ferner mit der Ausgangsschnittstelle 10 und damit mit dem Grundbus 6 als zweiten Schaltpartner verbunden. Insbesondere ist die Ausgangsschnittstelle 10 mit dem Emitter elektrisch verbunden.

Der zweite Entladungszweig 12b weist einen zweiten Entladungswiderstand 14b und eine zweite Entladungsschalteinrichtung 15b auf. Der zweite Entladungswiderstand 14b und die zweite Entladungsschalteinrichtung 15b sind in Serie geschaltet. Insbesondere ist die zweite Entladungsschalteinrichtung 15b über den zweiten Entladungswiderstand 14b mit dem zweiten Eingang 13b als Schaltpartner seriell und/oder elektrisch verbunden.

Die zweite Entladungsschalteinrichtung 15b ist als ein MOSFET, insbesondere Flochspannung-MOSFET, ausgebildet. Beispielsweise ist die zweite Entladungsschalteinrichtung 15b als ein Bauteil mit der Kennzeichnung FGB20N60SFD-F085 realisiert. Die zweite Entladungsschalteinrichtung 15b ist ferner mit der Ausgangsschnittstelle 10 und damit mit dem Grundbus 6 als zweiten Schaltpartner verbunden.

Es ist vorgesehen, dass der zweite Entladungswiderstand 14b als „moderate impedance resistance“ größer ausgebildet ist als der erste Entladungswiderstand als „low impedance resistance“, so dass der Entladungsstrom und/oder die Entladungsleistung in dem ersten Entladungszweig 10a bei gleicher Spannung an dem Flochvoltbus 5 größer ausgebildet ist bzw. sind. Dafür muss der erste Entladungswiderstand höhere Leistungen während des pulsartigen Ableitens ermöglichen, wie z.B. mehr als 80 kW.

Die Entladungsvorrichtung 8 weist ferner eine Steuerungseinrichtung 16 auf, welche in Hardware oder Software und/oder programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch umgesetzt sein kann. Die Steuerungseinrichtung 16 ist ausgebildet, die Schalteinrichtungen 11, 15a, b anzusteuern. Die Ansteuerung ist stark schematisiert dargestellt und wird bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils über die Ansteuerung der Gates umgesetzt. Die Hauptschalteinrichtung 11 und/oder die zweite Entladungsschalteinrichtung 15b können getastet durch die Steuerungseinrichtung 16 angesteuert werden. Insbesondere werden diese pulsweitenmoduliert als Tastung angesteuert.

Die Entladungsvorrichtung 8 kann einen ersten Entladungszustand und einen zweiten Entladungszustand einnehmen:

Bei dem ersten Entladungszustand sind die Hauptschalteinrichtung 11 und die erste Entladungsschalteinrichtung 15a durchgängig geschlossen geschaltet durch die Steuerungseinrichtung 16. In dem ersten Entladungszustand wird die Spannung in dem Hochvoltbus 5 mit sehr hoher, insbesondere maximaler Geschwindigkeit abgeführt. Der Entladevorgang soll insbesondere kürzer als 0,5 Sekunden, insbesondere kürzer als 0,1 Sekunden sein. Der Entladestrom beträgt mehr als 100 A, vorzugsweise mehr als 150 A. Der erste Entladungszustand wird eingenommen, wenn ein „Load-Dump“ erfolgt ist und die Spannung und/oder Energie aus dem Hochvoltbus 5 schnell abgeführt werden muss. Der erste Entladungszustand wird beispielsweise aktiviert, wenn eine entsprechende Spannungsspitze in dem Hochvoltbus 5 detektiert wurde.

Bei dem zweiten Entladungszustand ist in einem Normalentladungszustand als zweiten Entladungszustand die zweite Entladungsschalteinrichtung 15b durchgängig geschlossen geschaltet. Die Hauptschalteinrichtung 11 wird dagegen getastet, wobei die Steuerungseinrichtung 16 ausgebildet ist, den Tastgrad so einzustellen, dass über den zweiten Entladungszweig 12b eine konstante Leistung abfließt. Die Pulsbreiten („duty cycle“) bei der Pulsweitenmodulation werden beispielsweise in einem Bereich zwischen 200 ps und 10 ms eingestellt. Dies ist vorteilhaft, um eine effektive und/oder effiziente Entladung zu erreichen. Der zweite Entladungszustand wird eingenommen, wenn ein „Active Discharge“ umgesetzt werden soll.

Für den Fall, dass das detektiert wird, dass die Flauptschalteinrichtung 11 in einem Kurzschlusszustand ist, kann ein Notentladungszustand als zweiter Entladungszustand umgesetzt werden, wobei durch den Kurzschlusszustand die Flauptschalteinrichtung 11 durchgängig geschlossen ist und die zweite Entladungsschalteinrichtung 15b getastet wird, um die Entladungsleistung konstant zu halten. Eine typische Entladungsleistung in dem zweiten Entladungszustand beträgt beispielsweise 30 W.

Bei beiden Entladungszuständen kann der jeweilige Entladungswiderstand 14a, durch Öffnen der Flauptschalteinrichtung, der jeweiligen Entladungsschalteinrichtung 14a, b oder von beiden durchgeführt werden.

Bei dem Elektromotor 4 ausgebildet als eine Asynchronmaschine kann es beim Öffnen der Schalteinrichtung 2 ausgebildet als ein Batterieschalter in dem Fahrzeug im Rekuperationsbetrieb zu einer Überspannung an den IGBTs (Zwischenkreisspannung) kommen, was zu einer Zerstörung der IGBTs führen kann. Dieses Ereignis wird auch „Load-Dump“ genannt. Die vorliegende Entladungsvorrichtung 8 mit der „Load-Dump“-Schaltung, die über den ersten Entladungszweig 12a läuft, begrenzt die Überspannung mit Flalbleitern und Widerständen. Die „Load-Dump“-Schaltung hat eine 2. Funktion, indem sie zum Großteil auch für die „Active Discharge“ Funktion im Inverter 3 über den zweiten Entladungszweig 12b genutzt wird. Die „Active Discharge“ Funktion verwendet ein pulsweitenmoduliertes Signal, um mit konstanter Leistung den Zwischenkreis des Inverters 3 innerhalb von 1 ,5 s auf < 60 V zu entladen. Durch ein intelligentes Entladeverfahren ist es möglich die anfallende Energie auf ein Minimum zu reduzieren und dadurch eine aufwändige Kühlung der Entladeschaltung zu vermeiden, was ein wichtiger Kostenvorteil ist. Der Vorteil der Entladungsvorrichtung 8 besteht darin, dass mit geringem Aufwand eine Schaltung für „Load-Dump“ und „Active Discharge“ entwickelt wurde, die alle Anforderungen für die Leistungselektronik, aber auch für funktionale Sicherheit erfüllt und zusätzlich einen Kostenvorteil mit sich bringt. Die Schaltung ist vorzugsweise in Bezug auf die Steuerungseinrichtung 16 eine digitale Lösung - dadurch hat sie eine hohe Reuse-Möglichkeit, da durch U m parametrie re n die Schaltung für weitere Projekte einfach anwendbar wird.

Die Entladungsvorrichtung 8 und/oder die elektrische Antriebsanordnung 1 und/oder die Steuereinrichtung 16 kann ein erstes Überwachungsmodul 17a aufweisen, welches ausgebildet ist, die Funktionsfähigkeit der ersten Entladungsschalteinrichtung 15a zu prüfen. Beispielsweise kann in einer Überwachungslogik vorgesehen sein, dass jedes Mal nach dem Aktivieren des ersten Entladungszweigs 12a eine derartige Prüfung durchgeführt wird. Als weitere Sicherungsmaßnahmen kann beispielsweise die Steuerspannung und/oder „Drain“- Spannung der ersten Entladungsschalteinrichtung 15a zu kontrollieren. Ferner kann vorgesehen sein, den Stromfluss durch die zweite Entladungsschalteinrichtung 15b zu überwachen. Dieser Strom bildet eine äquivalente Größe zu der Spannung in dem Hochvoltbus. Der entsprechende Messwert wird einem zweiten Überwachungsmodul 17a zugeführt, welches überwacht, ob beim zweiten Entladungszustand die Spannung in dem Hochvoltbus 5 sinkt. Für den Fall, dass die Spannung in dem Hochvoltbus 5 nicht sinkt kann die Steuereinrichtung 16 angesteuert werden, die Tastung so zu ändern, dass der Wert der konstanten Leistung, welche über den zweiten Entladungszweig 12b abgeführt wird, verringert zum Beispiel halbiert wird.

Bezuqszeichenliste:

1 Elektrische Antriebsanordnung

2 Energiespeichereinrichtung

3 Inverter

4 Elektromotor

5 Hochvoltbus

6 Grundbus

7 Schalteinrichtung

8 Entladungsvorrichtung

9 Eingangsschnittstelle

10 Ausgangsschnittstelle

11 Hauptschalteinrichtung

12a Erste Entladungszweig

12b Zweite Entladungszweig

13a Erster Eingang

13b Zweiter Eingang

14a Erster Entladungswiderstand

14b Zweiter Entladungswiderstand

15a Erste Entladungsschalteinrichtung

15b Zweite Entladungsschalteinrichtung

16 Steuerungseinrichtung

17a, b Erstes, zweites Überwachungsmodul