阅读说明：本技术 用于使中间电路电容器放电的装置、方法和装置的制造方法 (Device, method and method for discharging an intermediate circuit capacitor ) 是由 海涅·艾德豪森 托马斯·葛策 于 2019-06-24 设计创作，主要内容包括：用于使中间电路电容器放电的装置,装置包括：用于为驱动车辆的电机(6)供电的变流器和为变流器在输入侧供电的高压电池,变流器具有中间电路电容器和与中间电路电容器并联的放电装置,放电装置具有由可控制的开关元件和负载电阻构成的串联电路；其中,变流器具有控制装置,控制装置设置成,根据在控制装置的输入端处的信号状态操控开关元件,以便以预定的持续时间和预定的在两个依次进行的开关过程之间的等待时间进行预定次数的开关过程,在该开关过程中接通开关元件,其中,负载电阻和其向变流器的热传递设置成,使得在相应的开关过程期间施加高压电池的最大持续电压时以及在相应的等待时间期间实施冷却时负载电阻不会受损。(Apparatus for discharging an intermediate circuit capacitor, the apparatus comprising: a converter for supplying an electric machine (6) for driving the vehicle and a high-voltage battery for supplying the converter on the input side, the converter having an intermediate circuit capacitor and a discharge device connected in parallel with the intermediate circuit capacitor, the discharge device having a series circuit formed by a controllable switching element and a load resistor; the converter has a control device which is designed to actuate the switching elements as a function of the signal state at the input of the control device in order to carry out a predetermined number of switching operations, in which the switching elements are switched on, for a predetermined duration and a predetermined waiting time between two successive switching operations, wherein the load resistance and the heat transfer thereof to the converter are designed in such a way that the load resistance is not impaired when the maximum voltage of the high-voltage battery is applied during the respective switching operation and when cooling is carried out during the respective waiting time.)

用于使中间电路电容器放电的装置、方法和装置的制造方法

技术领域

本发明涉及用于使中间电路电容器放电的装置，该装置包括：用于为驱动车辆的电机供电的变流器和为变流器在输入侧供电的高压电池，该变流器具有中间电路电容器和与中间电路电容器并联的放电装置，该放电装置具有由可控制的开关元件和负载电阻构成的串联电路。

此外，本发明涉及用于使中间电路电容器放电的方法和用于使中间电路电容器放电的装置的制造方法。

背景技术

中间电路电容器用于在变流器运行时提供瞬时高电流。在具有变流器的车辆失效的情况下或发生事故的情况下，需要借助放电装置将中间电路电容器迅速放电至保护低电压，从而确保用电安全。对此，在中间电路电容器中存储的电荷至少必须转变成热量直至达到保护低电压。车辆的控制器发出信号，中间电路电容器需要放电，其中，控制器同时操控使高压电池与中间电路电容器连接的分离设备断开该连接。通常，变流器不知道该分离是否已经完成。如果不是这种情况，操控用于通过负载电阻使中间电路电容器放电的放电装置会导致负载电阻受到损坏，这是因为通过负载电阻的负载电流全部通过高压电池来提供。

专利文献EP 2 284 982 A1公开了一种应用在功率转换设备中的中间电路电容器的放电电路该中间电路电容器包括：电阻，该电阻使电容器放电；开关，该开关与电阻串联并且使放电电流从电容器流至电阻或使其阻断；测量电路，该测量电路测量电容器的接头电压；以及控制电路，该控制电路操控开关进行导通或阻断。在控制电路操控开关导通并且使电容器开始通过电阻放电之后，当电容器的通过测量电路测得的接头电压与预先给定的电压设置特征不同时，控制电路操控开关阻断和终止通过电阻放电。

虽然这种装置能够当中间电路电容器与高压电池连接时中断放电，但是该装置需要高的构件成本，这是因为一方面需要测量电路以及另一方面需要控制电路，它们必需对测量的接头电压与电压减小特征进行复杂的比较操作。这通常仅可通过微型控制器来实现，该微型控制器作为安全构件必须满足高的集成要求。这导致这种装置有高的设计和制造成本。

发明内容

因此，本发明的目的是，提供以较低成本实现的用于使中间电路电容器放电的方案，其即使在直流电压源与中间电路电容器错误分离的情况下也能够防止其受到损坏。

为了实现该目的，本发明提出，在上述类型的装置中，变流器具有控制装置，该控制装置设置成，根据在控制设备的输入端处的信号状态操控开关元件，以便以预定的持续时间和预定的在两个依次进行的开关过程之间的等待时间进行预定次数的开关过程，在该开关过程中接通开关元件，其中，负载电阻以及其向变流器的热传递设置成，使得在相应的开关过程期间施加高压电池的最大持续电压时以及在相应的等待时间期间实施冷却时负载电阻不会受损。本发明基于以下思想，可以在没有检查中间电路电容器是否真地与高压电池分离的情况下操控放电装置的开关元件，以对中间电路电容器进行放电以及在结构上将变流器(包括负载电阻)设计成，使得即使在从高压电池流过负载电流的不利的情况下也可以避免中间电路电容器发生损坏。对此，预定的持续时间可以有目的地选择成，使得在以高压电池的最大持续电压给电容器充电时，当中间电路电容器与高压电池分开时高压电池放电至保护低电压。此时，后续的开关过程仅导致低的后续的负载电流。而如果高压电池没有与中间电路电容器分离，则通过继续开关过程进行其他的尝试来使中间电路电容器放电，因为期间还可以进行分离。因为变流器在结构上设计成，虽然负载电阻在施加最大的持续电压的期间变热，但是在紧接的等待时间的期间又被冷却，因此在预定次数的开关过程中负载电阻不会有损坏。

由此具有以下优点，即可以在没有监控中间电路电容器上的压降的情况下实现安全的放电策略。尤其可以取消复杂的测量设备和不必顾及中间电路电压的复杂的高集成的要求。即，可以简单地通过控制装置来操控开关元件，使得微型控制器可以被取消。

优选地，预定次数的开关过程为至少两次、优选至少五次。该数量是在根据经验进行尝试之后在负载电阻的温度和电流耐受性与使高压电池与中间电路电容器迅速分离的可能性之间的有利折中。适宜的，开关过程的预定的持续时间为至少一秒和/或最多三秒。等待时间可为至少四秒和/或最高七秒。

本发明的装置的有利的改进方案是，控制装置还设置成，在最后的开关过程之后以及在经过预定的第二等待时间之后，多次地操控开关元件来执行继续开关过程，该第二等待时间比第一等待时间更长，其中，在两个依次的继续开关过程之间分别设置第二等待时间。通常，在首先的开关过程中的最后一个开关过程之后，负载电阻接近其热负载极限。然后，对于第二等待时间的持续时间要求其急剧冷却。接着，对于在首先的开关过程之后中间电路电容器还未与高压电池分离的情况，通过继续开关过程来尝试着，因期间发生的分离而实现对中间电路电容器的放电。但是，为此利用了较长的、通过第二等待时间所实现的冷却阶段。第二等待时间可为至少10秒、尤其至少25秒和/或最高50秒、尤其最高35秒。

此外，优选地，控制装置设置成，操控放电装置进行继续开关过程直至在输入端获得停止信号。因此没有设置确定数量的继续开关过程。然而，继续开关过程要进行如此长时间，直至有停止信号或控制装置停止供电、尤其停止低压供电。

如开头所述，优选地，在本发明的装置中设置成，中间电路电容器与高压电池通过具有分离设备的电连接来彼此相连并设置控制器，该控制器可与第一控制装置独立地运行并且设置成，可以将信号状态变换成要求中间电路电容器放电的控制装置以及分离设备的输入信号。

此外，本发明涉及一种用于使车辆的变流器中的中间电路电容器放电的方法，该变流器用于为驱动车辆的电机供电并且具有中间电路电容器和与中间电路电容器并联的放电装置，该放电装置具有由可控制的开关元件和负载电阻构成的串联电路，其中，根据信号状态操控开关元件，以便以预定的持续时间和预定的在两个依次进行的开关过程之间的等待时间进行预定次数的开关过程，在该开关过程中接通开关元件，其中，负载电阻以及其向变流器的热传递设置成，使得在相应的开关过程期间施加用于为变流器供电的高压电池的最大持续电压时以及在相应的等待时间期间实施冷却时负载电阻不会受损。

最后，本发明涉及用于制造使中间电路电容器放电的装置的方法，包括以下步骤：

-提供用于为变流器以及变流器的中间电路电容器供电的高压电池；

-提供用于变流器的控制装置，该控制装置设置成，根据在控制装置的输入端处的信号状态操控开关元件，以便以预定的持续时间和预定的在两个依次进行的开关过程之间的等待时间进行预定次数的开关过程，在该开关过程中接通开关元件，

-提供可通过控制装置操控的放电装置，该放电装置具有由可控制的开关元件和负载电阻构成的串联电路，其中，如此选择负载电阻并且将其集成到变流器中，使得在以给定的持续时间相应地施加高压电池的最大持续电压时以及在接着的相应的等待时间期间进行冷却时负载电阻不会受损；

-使高压电池与放电装置和中间电路电容器连接；并且

-使控制装置与放电装置连接。

根据本发明的设备的所有实施方式可类似地转用到根据本发明的方法上，从而也可借助它们实现前述优点。

附图说明

本发明的其他优点和细节从下面描述的实施例中以及根据附图得出。示意性示出：

图1示出了本发明实施例的用于使中间电路电容器放电的装置的框形电路图；以及

图2示出了放电装置的开关元件的操控信号和放电装置的负载电阻的温度随时间的分布。

具体实施方式

图1是装置1的实施例的原理图，该装置具有变流器2、高压电池3、使高压电池3在输入侧与变流器2连接的分离设备4和控制器5。装置1尤其是可电驱动的车辆、尤其电动车辆或混合动力车辆的高压车载电路的一部分，其中，变流器2设置成，将由高压电池3提供的例如500伏特的直流电压转变成用于供给驱动车辆的电机6的多相交流电压。

变流器2包括中间电路电容器7和与其并联的放电装置8，该放电装置具有包括可控制的开关元件9和负载电阻10的串联电路。此外，变流器2包括功率单元11，该功率单元具有多个连接成半桥的功率开关元件(例如IGBT)，功率开关元件可如此操控，使得其将直流电压转变成多相交流电压。

变流器2包括控制装置13，该控制装置设置成，根据控制装置13的输入端14处的信号状态操控放电装置8的开关元件9。对此，控制装置13在输出端15处为开关元件9提供操控信号16。

控制装置13获得在控制器5的输入端14处的输入信号17，该控制装置构造成车辆的上级控制器。控制器5发出作为停止信号的输入信号17，在输入端14处获得该停止信号时，控制装置13操控开关元件9使中间电路电容器放电。例如由于干扰、事故或在车辆停机时当控制器5要求中间电路电容器7放电时，或例如由于在控制装置5、13之间发生通信错误当输入端15的输入信号17消失时，控制装置13可以如下面具体所述的那样操控开关元件9导通，由此负载电阻10与中间电路电容器7并联。控制器5还为分离设备4提供输入信号17，该分离设备在要求放电时使中间电路电容器与高压电池3分离。

因此，装置1的首要功能是，在需求时通过控制器5使中间电路电容器7与高压电池3分离并且使开关元件9导通，从而使得中间电路电容器7中存储的电能至少直至达到保护低电压(例如60伏特的水平)被转换成热量。

然而，可以想到这样的情况，在其中通过变换输入端14的信号状态通过开关元件9开始开关过程，但是没有借助分离设备4使高压电池3与中间电路电容器7分离。这包括例如以下情况，在其中在控制器5与控制装置13之间的通信受到干扰，从而使得控制装置13预先规定中间电路电容器7放电，尽管控制器5根本没有要求放电。此外可想到，尽管通过控制器5要求但是分离设备4不是如设置的那样分离，例如因为分离设备4的机械开关“悬”在闭合的状态中。

图2示出了操控信号16的用a表示的信号状态和负载电阻10的温度

的随时间的走向。

在时间点t₀，控制装置13的输入端14处的输入信号17的信号状态发生改变。作为对信号状态发生改变的反应，控制装置13操控开关元件9进行预定五次的开关过程18a至18e，其具有预定的持续时间19和预定的在两个依次的开关过程18a至18e之间的第一等待时间20。如果高压电池3借助分离元件4与中间电路电容器7成功分离，则中间电路电容器7从其当前电压在持续时间19内(在此例中)两秒放电至保护低电压。对此，在负载电阻10上出现完全量化表示的温度走向21。后续的开关过程18b至18e仅用于中间电路电容器7在低于保护低电压的情况下继续放电。

但是如果中间电路电容器7还与高压电池3连接，则在开关过程18a期间流过负载电阻10的负载电流主要通过高压电池3来提供，高压电池可根据运行状态提供其最大的持续电压。这使得负载电阻10明显变热，这通过温度走向22体现。由此可见，负载电阻10在迅速变热并且在等待时间20期间稍微冷却。如果下面也没有通过分离设备4分离，则负载电阻10在开关过程18b至18e期间进一步变热直至其在开关过程18e之后达到最大温度23，负载电阻在没有损坏的情况下超过了该最大温度。负载电阻10和其向变流器2的热传递由此设置成，使得在相应的开关过程18a至18e期间施加高压电池3的最大持续电压时以及在等待时间20期间实施冷却时负载电阻10不会受损。如果分离设备3在时间点t₀与开关过程18e开始之间使高压电池3与中间电路电容器7分离，则在开关过程18b至18e中的一个开关过程期间中间电路电容器7放电至保护低电压，之后不会达到最高温度23。

控制装置13还设置成，在最后的开关过程18e以及经过第二等待时间24之后操控开关元件9多次进行继续开关过程18f、18g，其中，第二等待时间比第一等待时间20更长并且在此为30秒，其中，在两个依次连续的继续开关过程18f、18g之间分别设置第二等待时间24。在这种情况下，进行继续开关过程18f、18g直至控制装置13在输入端14获得停止信号。继续开关过程18f、18g的设置基于以下考虑，即，在头五个开关过程18a至18e之后使高压电池3与中间电路电容器7的分离的可能性相对较小，从而仅在通过维持第二等待时间24确保即使在继续开关过程18f、18g的数量不确定的情况下也不会达到温度23时，进行继续开关过程18f、18g。因此，如果分离设备4实现了分离，仍然通过开关过程18f、18g尝试实现中间电路电容器7的放电。

因此进行继续开关过程18f、18g直至在输入端14获得停止信号，但是最长直至控制装置13的低压供电25被取消。

装置1可通过如下方法制造，即，在第一步骤中为变流器2提供高压电池3，其用于为变流器2和中间电路电容器7供电。在后续的制造步骤中提供控制装置13，其设置成用于实施上述开关过程18a至18g。然后提供可通过控制装置13操控的放电装置8，其中，如此选择负载电阻10并且将其集成到变流器2中，使得在以确定的持续时间19施加高压电池3的最大持续电压时以及后续在相应的等待时间20、24期间进行冷却时负载电阻10不会受损。接着使高压电池3与放电装置8和中间电路电容器7经由分离设备4连接并且使控制装置13与放电装置8连接。