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WO2008031669A1 - Vorrichtung zur schnellen entladung von kondensatoren - Google Patents

Vorrichtung zur schnellen entladung von kondensatoren Download PDF

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WO2008031669A1
WO2008031669A1 PCT/EP2007/057742 EP2007057742W WO2008031669A1 WO 2008031669 A1 WO2008031669 A1 WO 2008031669A1 EP 2007057742 W EP2007057742 W EP 2007057742W WO 2008031669 A1 WO2008031669 A1 WO 2008031669A1
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capacitors
rapid discharge
changeover
switching means
discharge
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PCT/EP2007/057742
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French (fr)
Inventor
Arndt Wagner
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/322—Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock

Definitions

  • the invention relates to a device for the rapid discharge of capacitors with the features of claim 1, in particular of DC link capacitors or DC link capacitances in a motor vehicle electrical system
  • Such a device for the rapid discharge of capacitors in a two-voltage electrical system is described for example in DE-OS 10 2004 057 693.
  • the discharge takes place by means of a main contactor which cooperates with a DC-DC converter, and allows the discharge of the capacitors via the DC-DC converter in the low-voltage electrical system.
  • the invention is a very fast discharge of the DC link capacitor or the
  • the advantage of the invention is to provide a device or circuit that provides a cost-effective way to quickly discharge the DC link capacitor or the DC link capacity in the traction board network.
  • the voltage in the traction vehicle electrical system can be advantageously lowered after switching off within a very short time of, for example, 5 seconds below 65 volts. This is not possible with conventional circuit arrangements since the discharge time until the traction network reaches a normally harmless voltage range is several minutes.
  • the above-mentioned advantage is achieved by using a switching device with two changeover contacts, instead of a main contactor provided in conventional devices, which is designed such that it enables a discharge of the intermediate circuit capacitor with appropriate control.
  • An advantageous application possibility is in the traction network of a hybrid vehicle.
  • the charging methods for capacitors are advantageously carried out under certain conditions, thereby ensuring that the battery is disconnected.
  • FIG. 1 shows a circuit for the typical structure of a conventional electrical system in a hybrid vehicle.
  • Figure 2 shows an embodiment of the invention and in Figure 3a or 3b, the current curves for the device of the embodiment according to
  • FIG. 1 is shown for two typical conditions.
  • the circuit shown in Figure 1 shows the typical structure of a vehicle electrical system for a hybrid system, as it is currently Hautsetrt in vehicles, with an electric machine 1, a pulse-controlled inverter 5, a high-voltage or Tratechnischsnetzbatterie 4, the actual traction network 8, which is also referred to as an intermediate circuit and, by way of example, another traction network consumer 6.
  • the further traction network consumer 6 is only symbolic of several consumers in this network. Included in the pulse inverter 5 is at least one intermediate circuit capacitor 3 with a large capacity. Typical values of the capacity are in the range of 1
  • the DC link capacitor should symbolically also include other, possibly existing DC link capacitances.
  • the circuit comprises a plurality of semiconductor circuits with control, which are summarized in simplified form as block 2.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of the invention which offers a possibility of discharging the intermediate circuit 8 or the intermediate circuit capacitor 3 as well as any additional DC link capacitances which may be present quickly and safely.
  • switching means 10 instead of the two make contacts 9 of the main contactor 7 of Figure 1 switching means 10 with two changeover contacts 10a and 10b connected in accordance with the circuit shown.
  • the changeover contacts 10a and 1 Ob are connected via a connection 12 to each other.
  • the changeover of the changeover contacts for example, by the appropriately modified contactor 7 or via a corresponding control ..
  • circuit components 11 may be used, in particular current-limiting elements such as resistors, inductors or a combination of resistors and / or inductors.
  • Circuit components 11 may be semiconductor devices.
  • the circuit components which enable a rapid discharge of the intermediate circuit capacitor 3 or the existing DC link capacitances, that is to say in particular the switching means 10 or the changeover contacts 10a and 10b and / or the circuit components 11, can also be present in the already existing one, for example
  • Main contactor 7 are integrated.
  • the changeover contacts can also be designed as electronic switches and in particular comprise insulated gate bipolar transistors IGBT.
  • circuit shown in Figure 2 can be a device for fast
  • the electrical network preferably a high-voltage network or a traction network, including the capacities therein in a motor vehicle, can be quickly discharged or short-circuited.
  • a mechanical lock that prevents the incorrect activation of the
  • the traction network is for example part of a power supply in a hybrid vehicle.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren (3), insbesondere Zwischenkreiskondensatoren oder Zwischenkreiskapazitäten in einem elektrischen Netz beschrieben, mit deren Hilfe die schnelle Entladung bei vorgebbaren Bedingungen und weggeschalteter Batterie (4) über zwei Wechslerschalter (10a) und (10b) erfolgen kann. Die wechslerschalter sin dabei so ausgestaltet, dass zwei ihrer Schaltlontakte miteinander über eine verbindung (12) gekoppelt sind.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , insbesondere von Zwischenkreiskondensatoren oder Zwischenkreiskapazitäten in einem Kraftfahrzeugbordnetz
Stand der Technik
Es ist bekannt, die in Fahrzeugbordnetzen vorhandenen Kondensatoren, insbesondere Zwischenkreiskondensatoren oder Zwischenkreiskapazitäten, mit Hilfe einer geeigneten
Schaltung bei Bedarf schnell zu entladen. Eine solche Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren in einem Zweispannungsbordnetz wird beispielsweise in der DE-OS 10 2004 057 693 beschrieben. Die Entladung erfolgt dabei mittels eines Hauptschütz das mit einem Gleichspannungswandler zusammenwirkt, und die Entladung der Kondensatoren über den Gleichspannungswandler in das Niederspannungsbordnetz ermöglicht.
Aufgabe der Erfindung
Die Erfindung soll eine sehr schnelle Entladung des Zwischenkreiskondensators oder der
Zwischenkreiskondensatoren in einem Bordnetz nach Abtrennung der Traktionsnetzbatterie ermöglichen, wobei im normalen Betrieb keine Verluste verursacht werden sollen Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Vorteil der Erfindung ist es, eine Vorrichtung bzw. Schaltung zu schaffen, die eine kostengünstige Möglichkeit bietet, den Zwischenkreiskondensator oder die zwischenkreiskapazität im Traktionsbordnetz schnell zu entladen. Damit lässt sich in vorteilhafter Weise gemäß der vorausgesetzten Norm die Spannung im Traktionsbordnetz nach dem Abschalten innerhalb einer sehr kurzen Zeit von beispielsweise 5 Sekunden unter 65 Volt absenken. Dies ist bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen nicht möglich, da dort die Entladedauer bis das Traktionsnetz einen normalerweise ungefährlichen Spannungsbereich erreicht, bei etlichen Minuten liegt. Erzielt wird der vorstehend genannte Vorteil, indem an Stelle eines in herkömmlichen Vorrichtungen vorhandenen Hauptschütz eine Umschalteinrichtung mit zwei Wechslerkontakten eingesetzt wird, die so ausgestaltet ist, dass sie bei entsprechender Ansteuerung eine Entladung des Zwischenkreiskondensator ermöglicht. .
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Vorteilhafter Weise ist jeweils ein Kontakt derbeiden
Wechslerkontakte miteinander verbunden. In einer vorteilhaften Ausgestaltng ist die Umschalteinrichtung ins Hauptschütz integriert. Weitere Vorteile werden erzielt, indem eine Strombegrenzug vorgesehen ist, die den maximal möglichen Strom auf vorgebbare Werte begrenzt.
Eine vorteilhafte Einsatzmöglichkeit ist im Traktionsnetz eines Hybridfahrzeugs.Die Etladeverfahren für Kondensatoren werden in vorteilhafter Weise bei bestimmten Bedingungen durchgeführt, dabei wird dafür gesorgt, dass die Batterie abgetrennt ist.
Zeichnung
Die Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis 3 der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt Figur 1 eine Schaltung für den typischen Aufbau eines herkömmlichen Bordnetzes bei einem Hybridfahrzeug. Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und in Figur 3 a bzw. 3b sind die Stromverläufe für die Vorrichtung des Ausführungsbeispiels nach
Figur 2 für zwei typische Bedingungen dargestellt.
Die in Figur 1 dargestellte Schaltung zeigt den typischen Aufbau eines Bordnetzes für ein Hybridsystem, wie es derzeit in Fahrzeugen eingesetrt wird, mit einer elektrischen Maschine 1, einem Pulswechselrichter 5, einr Hochspannungs- oder Traktionsnetzbatterie 4, dem eigentlichen Traktionsnetz 8, das auch als Zwischenkreis bezeichnet wird und exemplarisch einem weiteren Traktionsnetzverbraucher 6. Der weitere Traktionsnetzverbraucher 6 steht nur symbolisch für mehrere Verbraucher in diesem Netz. Im Pulswechselrichter 5 enthalten ist mindestens ein Zwischenkreiskondensator 3 mit einer großen Kapazität. Typische Werte der Kapazität liegen im Bereich von 1
Millifarad (1 mF). Der Zwischenkreiskondensator soll symbolisch auch weitere, möglicher Weise vorhandene Zwischenkreiskapazitäten umfassen. Weiterhin umfasst die Schaltung mehrere Halbleiterschaltungen mit Ansteuerung, die vereinfacht als Block 2 zusammengefasst sind.
In den weiteren Verbrauchern 6 können auch noch weitere Zwischenkreiskondensatoren entsprechend dem Zwischenkreiskondensator 3 verbaut sind. Außer den genannten Komponenten befindet sich noch ein Hauptschütz 7, das zwei Schließerkontakte 9 aufweist, im Traktionsnetz 8, mit dem die Batterie bei vorgebbaren Bedingungen abgetrennt werden kann. Wenn das Fahrzeug abgestellt wird, wird das Hauptschütz 7 normalerweise geöffnet. Die Kontakte des Hauptschütz 7 befinden sich dann in der in Figur 1 gezeigten Stellung. Die in Figur 1 gezeigte Schaltung bietet dabei keine Möglichkeit, den Zwischenkreiskondensator 3 zu entladen.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das eine Möglichkeit bietet, den Zwischenkreis 8 bzw. den Zwischenkreiskondensator 3 sowie gegebenenfalls vorhandene weitere Zwischenkreiskapazitäten schnell und sicher zu entladen. Hierzu werden anstelle der zwei Schließerkontakte 9 des Hauptschütz 7 nach Figur 1 Umschaltmittel 10 mit zwei Wechslerkontakten 10a und 10b entsprechend der dargestellten Schaltung verschaltet. Je ein Kontakt der Wechslerkontakte 10a und 1 Ob sind über eine Verbindung 12 miteinander verbunden. Die Umschaltung der Wechslerkontakte erfolgt beispielsweise durch das entsprechend abgeänderte Schütz 7 oder über eine entsprechende Ansteuerung..
Alternativ könnte auch ein Kurzschlussschalter, der parallel zum Kondensator 3 angeordnet wird, eingesetzt werden. Dann müsste jedoch sichergestellt werden, dass ein solcher Schalter nie geschlossen wird, so lange das Hauptschütz 7 geschlossen ist. Mit der erfindungsgemäßen Lösung nach Figur 2 wird dies auf einfache Weise sichergestellt. - A -
In die Verbindung zwischen dem Kondensator 3 und dem zugehörigen Wechslerkontakt 1 Ob des Schütz 7, also den Pfad, der bei geschlossenem Kontakt 1 Ob den Kondensator 3 kurzschließt, können gegebenenfalls weitere Schaltungskomponenten 11 eingesetzt werden, insbesondere strombegrenzende Elemente wie Widerstände, Induktivitäten oder eine Kombination von Widerständen unnd/oder Induktivitäten. Die
Schaltungskomponenten 11 können dabei dikrete Bauelemente Halbleiter sein. Die Schaltungskomponenten, die eine schnelle Entladung des Zwischenkreiskondensators 3 bzw. der vorhandenen Zwischenkreiskapazitäten ermöglichen, also insbesondere die Umschaltmittel 10 bzw. die Wechslerkontakte 10a und 10b und/oder die Schaltungskomponenten 11 , können beispielsweise auch in das sowieso vorhandene
Hauptschütz 7 integriert werden. Die Wechslerkontakte können auch als elektronische Schalter ausgestaltet sein und insbesondere Insulated Gate Bipolar Transistoren IGBT umfassen.
Mit der in der Figur 2 dargestellten Schaltung lässt sich eine Vorrichtung zur schnellen
Entladung von Kondensatoren realisieren, die in einem beliebigen elektrischen Netz eingesetzt werden kann. Es kann dabei das elektrische Netz, vorzugsweise ein Hochspannungsnetz bzw. ein Traktionsnetz einschließlich der darin vorhandenen Kapazitäten in einem Kraftfahrzeug, schnell entladen bzw. kurzgeschlossen werden. Eine mechanische Verriegelung, die verhindert, dass durch eine falsche Ansteuerung die
Batterie kurzgeschlossen wird, kann eingebaut sein. Das Traktionsnetz ist beispielsweise Bestandteil einer Stromversorgung in einem Hybridfahrzeug.
In den Figuren 3 a und 3b sind Stromverläufe für zwei verschiedene Schaltzustände der Wechslerkontakte 10 angegeben die verdeutlichen, wie die Schnellentladung der
Zwischenkreiskapazitäten bzw. des Zwischenkreiskondensators3 funktioniert. Im normalen Betrieb, der in Figur 3b dargestellt ist, ist die Batterie zugeschaltet und der Strom fließt, wie mit den Pfeilen dargestellt, über den geschlossenen Wechslerkontakt 10a und den geschlossenen Wechslerkontakt 10b zum Zwischenkreiskondensator 3. Wird die Batterie 4 weggeschaltet, sind die Wechslerkontakte 10a und 10b geöffnet.
Gleichzeitig ist eine Verbindung zwischen den Wechslerkontakten 10a und 1 Ob hergestellt, über die der Zwischenkreiskondensator 3 entladen wird.. Durch gleichzeitiges Umschalten der Wechslerkontakte 10a und 10b lässt sich bie weggeschalteteer Batterie 4 somit eine Schnellentladung des Zwischenkreiskondensators erzielen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren, insbesondere wenigstens eines Zwischenkreiskondensators oder einer Zwischenkreiskapazität in einem elektrischen Netz, wobei die Kondensatoren, insbesondere der Zwischenkreiskondensator über Umschaltmittel mit einem elektrischen
Ladungsspeicher, insbesondere einer Batterie, verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltmittel (10) wenigstens zwei Wechslertkontakte (10a, 10b) aufweisen, die in vorgebbarer Weise umschaltbar sind und bei entsprechender Ansteuerung eine Entladung des Kondensators (3) bewirken.
2. Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Kontakt des Wechslerkontaktes (10a) und des Wechslerkontaktes (10b) miteinander über eine Verbindung (12) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Umschaltmittel Schaltmittel (10) ein Schütz (7) umfassen.
4. Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenkreiskondensator über einen Wechselrichter (5) mit einer elektrischen Maschine (1) in Verbindung steht.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Netz ein Traktionsnetz ist.
6. Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Traktionsnetz Bestandteil einer Stromversorgung in einem Hybridfahrzeug ist.
7. Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Verbindung zwischen dem Zwischenkreiskondensator (3) und dem Umschaltmitteledie (10) Mittel zur Strombegrenzun (11) geschaltet sind, die wenigstens einen Widerstand und/oder Wenigstens eine Induktivität umfassen.
8. Vorrichtung zur schnellen Entladung von Kondensatoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltmittel (10) elektronische Schalter sind und insbesondere Insulated Gate Bipolar Transistoren IGBT umfassen.
9. Verfahren zur schnellen Entladung von Kondensatoren mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung der Wechslerkontakte so erfolgt, dass jeweils beide Wechslerkontakte umgschaltet werden.
10. Verfahren zur schnellen Entladung von Kondensatoren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnellentladung nur bei abgetrennter Batterie (4) erfolgt..
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