Titel:

Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, Wechselrichter und elektrisches Antriebssystem

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, insbesondere eines Wechselrichters ein elektrisches Antriebssystem. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Wechselrichter, in dem ein solches Verfahren implementiert ist, sowie ein elektrisches Antriebssystem mit einem solchen Wechselrichter.

Hintergrund

Elektrische Antriebssysteme finden in zahlreichen Anwendungen Verwendung. So werden solche elektrischen Antriebssysteme beispielsweise auch in ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt. Dabei kann mittels eines Stromrichters elektrische Energie von einer Energiequelle, beispielsweise der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, in eine elektrische Spannung konvertiert werden, welche dazu geeignet ist, eine elektrische Maschine anzusteuern. Darüber hinaus können in dem Stromrichter auch sogenannte sichere Betriebszustände eingestellt werden, beispielsweise ein aktiver Kurzschluss, bei welchem die Schaltelemente derart angesteuert werden, dass die Anschlüsse der elektrischen Maschine kurzgeschlossen sind. Ferner kann ein sogenannter Freilauf vorgesehen sein, bei welchem alle Schaltelemente in den Halbbrücken des Stromrichters geöffnet sind.

Die Druckschrift DE 10 2014222 256 Al beschreibt beispielsweise ein Verfahren zum Umschalten eines Betriebszustandes einer elektrischen Maschine von einem Freilauf in einen aktiven Kurzschluss. Hierbei wird vorgeschlagen, bei einer mehrphasigen elektrischen Maschine die einzelnen Phasen nacheinander in die entsprechenden Schaltzustände versetzen.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, einen Wechselrichter und ein elektrisches Antriebssystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

Demgemäß ist vorgesehen:

Ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, insbesondere zum Betrieb eines Wechselrichters für ein elektrisches Antriebssystem. Der Wechselrichter umfasst hierbei mehrere Halbbrücken mit jeweils zwei Schaltelementen. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Einstellen eines aktiven Kurzschlusses in dem Wechselrichter. In einem solchen aktiven Kurzschluss sind entweder die oberen Schaltelemente aller Halbbrücken oder die unteren Schaltelemente aller Halbbrücken geschlossen. Auf diese Weise sind alle Phasenanschlüsse einer an dem Wechselrichter angeschlossenen elektrischen Maschine elektrisch miteinander verbunden, also kurzgeschlossen. Das Verfahren umfasst weiterhin einen Schritt zum Öffnen der beiden Schaltelemente in einer ersten Halbbrücke des Wechselrichters. Mit anderen Worten, in einer ersten der Halbbrücken des Wechselrichters wird ein Schaltzustand eingestellt, der dem Schaltzustand für einen Freilauf-Modus entspricht. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ermitteln eines elektrischen Parameters, der einen Verlauf eines Phasenstrom in Richtung der ersten Halbbrücke charakterisiert, in der beide Schaltelemente geöffnet sind. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Einstellen eines Freilauf-Modus in dem Wechselrichter, in welchem alle Schaltelemente aller Halbbrücken geöffnet sind, falls ein Verlauf des Phasenstroms in Richtung der ersten Halbbrücke eine vorbestimmte Wechselbedingung erfüllt.

Das Ermitteln eines elektrischen Parameters, der einen Verlauf eines Phasenstroms in Richtung der ersten Halbbrücke charakterisiert, kann beispielhaft mittels mindestens einer Strommesseinrichtung erfolgen. Selbstverständlich kann der Phasenstrom positive und negative Werte annehmen, sodass die Formulierung Phasenstrom in Richtung der ersten Halbbrücke keinesfalls einschränkend auszulegen ist, dass nur der Strom, welcher in Richtung der ersten Halbbrücke fließt, ermittelt wird, sondern natürlich auch der Phasenstrom in die entgegengesetzte Richtung umfasst ist, der von der ersten Halbbrücke weg fließt. Bevorzugt werden zur Ermittlung des elektrischen Parameters je nach Anordnung innerhalb des Wechselrichters eine oder mehrere Strommesseinrichtungen verwendet, die die Ermittlung eines Parameters ermöglichen, der den Verlauf eines Phasenstroms in Richtung der ersten Halbbrücke charakterisiert. Bevorzugt kann eine solche Strommesseinrichtung innerhalb eines Schaltelementes der Halbbrücke angeordnet sein und insbesondere Ströme durch eine intrinsische parallel geschaltete Diode oder eine Bodydiode eines Schaltelementes erfassen. Bevorzugt ist eine solche Strommesseinrichtung in einer Zu- / oder Ableitung des Stroms durch ein Schaltelement einer Halbbrücke angeordnet, bevorzugt an dem Phasenstromanschluss einer Halbbrücke.

Weiterhin ist vorgesehen:

Ein Wechselrichter mit mehreren Halbbrücken und einer Steuereinrichtung. Die mehreren Halbbrücken umfassen jeweils zwei Schaltelemente. Insbesondere können in jeder Halbbrücke zwei Halbleiterschaltelement vorgesehen sein, wobei parallel zu jedem Halbleiterschaltelement eine Diode vorgesehen ist. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, Ansteuersignale für die Schaltelemente in den mehreren Halbbrücken bereitzustellen. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb des Wechselrichters auszuführen.

Schließlich ist vorgesehen:

Ein elektrisches Antriebssystem mit einer elektrischen Maschine und einem erfindungsgemäßen Wechselrichter. Der Wechselrichter ist an einem Wechselspannungsanschluss mit der elektrischen Maschine verbunden. Ferner ist der Wechselrichter dazu ausgelegt, an einem Gleichspannungsanschluss mit einer Gleichspannungsquelle verbunden zu werden. Vorteile der Erfindung

Ein elektrisches Antriebssystem umfasst in der Regel einen elektrischen Stromrichter, beispielsweise einen Wechselrichter, welcher eine eingangsseitig bereitgestellte elektrische Gleichspannung in eine Wechselspannung konvertieren kann, um eine elektrische Maschine anzusteuern. In diesem Stromrichter kann unter bestimmten Bedingungen auch ein sogenannter sicherer Zustand eingestellt werden. Ein solcher sicherer Zustand kann beispielsweise ein aktiver Kurzschluss sein, in welchem die Schaltelemente des Stromrichters derart angesteuert werden, dass die Phasenanschlüsse einer an den Stromrichter angeschlossen elektrischen Maschine kurzgeschlossen sind. Hierzu können beispielsweise alle oberen Schaltelemente oder alle unteren Schaltelemente in den Halbbrücken des Stromrichters geschlossen werden. Als obere Schaltelemente können beispielsweise diejenigen Schaltelemente bezeichnet werden, die mit einem positiven Anschlusspunkt eines Gleichspannungsanschluss des Stromrichters verbunden sind, während die unteren Schaltelemente mit einem negativen Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschluss verbunden sind.

Darüber hinaus ist als sicherer Betriebszustand auch der sogenannte Freilauf- Modus bekannt. Hierbei sind alle Schaltelemente in dem Stromrichter geöffnet. Befindet sich die an den Stromrichter angeschlossene elektrische Maschine in Bewegung, so kann in den Phasenwicklungen der elektrischen Maschine eine elektrische Spannung induziert werden. Überschreitet die elektrische Spannung von der elektrischen Maschine die Eingangsspannung auf der Gleichspannungsseite, so kann durch die parallel zu den Schaltelementen vorgesehenen Dioden in dem Stromrichter ein elektrischer Strom von der elektrischen Maschine zu einer auf der Gleichspannungsseite des Stromrichters angeschlossenen Batterie oder ähnlichem fließen. Ein solcher Stromfluss ist unter Umständen nicht gewünscht und sollte daher gegebenenfalls vermieden oder zumindest begrenzt werden. Als Dioden, welche parallel zu den Schaltelementen des Stromrichters vorgesehen sind, kann im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden werden: separate elektrische Elemente, integrierte elektrische Elemente und/oder auch ein Element, das durch die Halbleiterstruktur des Schaltelements oder eine parasitäre Halbleiterstruktur des Schaltelements, insbesondere bei MOSFET, eine Funktion entsprechend einem Diodenverhalten ausübt.

Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, von einem aktiven Kurzschluss in einen Freilauf-Modus nur dann zu wechseln, wenn kein oder zumindest kein signifikanter Stromfluss von der elektrischen Maschine zur Gleichspannungsseite zu erwarten ist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, in einem Wechselrichter zunächst nur in einer ersten Halbbrücke einen Schaltzustand einzustellen, der einem Freilauf-Modus entspricht. Anschließend kann in dieser Halbbrücke der Verlauf des elektrischen Stromes ausgewertet werden. Ist gemäß dieses Stromverlaufs kein oder zumindest kein signifikanter Stromfluss von der elektrischen Maschine zur Gleichspannungsseite zu erwarten, so kann daraufhin in allen Halbbrücken der Freilauf-Modus eingestellt werden.

Auf diese Weise kann mittels eines kurzzeitigen Wechsels von dem Schaltzustand des aktiven Kurzschlusses in den Schaltzustand eines Freilauf- Modus in nur einer Halbbrücke eines Wechselrichters auf einfache Weise überprüft werden, ob sich bei einem Freilauf-Modus durch die von einer angeschlossen elektrischen Maschine bereitgestellte elektrische Spannung eine Stromfluss von der elektrischen Maschine zur Gleichspannungsseite des Wechselrichters einstellen würde.

Im Gegensatz zu konventionellen Verfahren, bei welchen die Kriterien für einen Wechsel zwischen aktivem Kurzschluss und Freilauf lediglich auf Basis von Abschätzungen, wie beispielsweise einem Zusammenhang zwischen Drehzahl der elektrischen Maschine und zu erwartender induzierte elektrische Spannung, erfolgt, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der sich einstellende elektrische Stromfluss unter tatsächlichen realen Bedingungen überprüft werden. Somit kann eine sehr genaue und zuverlässige Bewertung der Betriebsbedingungen und des sich gegebenenfalls einstellenden elektrischen Stromflusses von der elektrischen Maschine zum Gleichspannungsanschluss erfolgen. Eventuell erforderliche Sicherheitszuschläge, wie sie bei theoretischen Abschätzungen in der Regel erforderlich sind, können hierbei entfallen. Gemäß einer Ausführungsform wird in dem Verfahren zum Betrieb des Wechselrichters von dem aktiven Kurzschluss in den Freilauf-Modus gewechselt, falls der Betrag des Phasenstroms in Richtung der ersten Halbbrücke ab einem Strom-Nulldurchgang einen vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet. Wird beispielsweise bereits kurz vor einem Strom-Nulldurchgang in einer der Halbbrücke ein Schaltzustand eingestellt, der einem Freilauf entspricht, so kann als Bedingung für die Freigabe des Freilauf-Modus überprüft werden, ob der elektrische Strom in dieser Halbbrücke nach dem Nulldurchgang bei Null bleibt oder zumindest einen vorgegebenen Schwellwert nicht überschreitet. Wird in dieser Halbbrücke der Schaltzustand für einen Freilauf erst kurz nach einem Strom-Nulldurchgang eingestellt, so kann überprüft werden, ob der elektrische Strom in dieser Halbbrücke tendenziell eher ansteigt oder abfällt.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Öffnen des Schaltelements in einer Halbbrücke des Wechselrichters, wenn ein Verlauf des Phasenstroms in Richtung der ersten Halbbrücke zumindest annähernd im Bereich eines Nulldurchgangs ist. In diesem Fall muss bei dem Öffnen eines Schaltelements keine oder zumindest nur eine sehr geringe Last geschaltet werden. Vorzugsweise kann das Einstellen des Schaltzustands, der einem Freilauf entspricht, in der Halbbrücken zu Zeitpunkten erfolgen, in welchen der elektrische Strom genau Null ist, oder gegebenenfalls möglichst sehr kurz vor diesem Zeitpunkt.

Gemäß einer Ausführungsform bleiben zum Einstellen des Freilauf-Modus in dem Wechselrichter die Schaltelemente in der ersten Halbbrücke, in welcher zuvor beide Schaltelemente geöffnet worden sind, weiter geöffnet. Anschließend werden die Schaltelemente in den weiteren Halbbrücken des Wechselrichters geöffnet zum Einstellen des Freilauf-Modus. Insbesondere können die Schaltelemente in den weiteren Halbbrücken zu Zeitpunkten geöffnet werden, in welchen ein elektrischer Strom in den jeweiligen Halbbrücken möglichst nahe an einem Strom-Nulldurchgang ist. Somit muss beim Öffnen der Schaltelemente jeweils keine oder nur eine geringe Last geschaltet werden. Gemäß einer Ausführungsform wird nach dem Ermitteln des elektrischen Parameters, der einen Verlauf des Phasenstroms in Richtung der ersten Halbbrücke charakterisiert, zunächst wieder der Schaltzustand für einen aktiven Kurzschluss eingestellt. Hierzu wird das Schaltelement in dieser Halbbrücke geschlossen, welches zuvor für die Überprüfung des Stromflusses geöffnet wurde. Daraufhin wird der Verlauf des Phasenstroms in Richtung der ersten Halbbrücke ausgewertet. Anschließend nach dieser Auswertung wird der Freilauf-Modus in dem Wechselrichter eingestellt, falls der Verlauf des Phasenstroms in Richtung der ersten Halbbrücke, die vorbestimmte Wechselbedingung erfüllt. Da zwischenzeitlich in dem Wechselrichter wieder der Schaltzustand des aktiven Kurzschluss eingestellt wurde, kann diese Auswertung auch mit einem höheren Zeitbedarf durch eine Verarbeitungseinrichtung mit relativ geringer Rechnerleistung ausgeführt werden.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einem Schritt zum Ermitteln einer Drehzahl einer an den Wechselrichter angeschlossen elektrischen Maschine. Hierbei können die Schritte zum Öffnen der beiden Schaltelemente, zum anschließenden Ermitteln des elektrischen Parameters und zum Wechsel in den Freilauf-Modus gegebenenfalls nur dann ausgeführt werden, falls die ermittelte Drehzahl der elektrischen Maschine einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Oberhalb dieses Grenzwertes ist mit einer elektrischen Spannung von der elektrischen Maschine zu rechnen, welche mit großer Sicherheit zu einem Stromfluss durch den Wechselrichter führen würde, falls ein Freilauf- Modus eingestellt würde. Somit kann bei derart hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine auf eine Überprüfung für den möglichen Wechsel in den Freilauf verzichtet werden.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 2: ein Strom-Zeitdiagramm für einen Stromverlauf in einem Wechselrichter gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 3: ein Strom-Zeitdiagramm für einen Stromverlauf in einem Wechselrichter gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 4: ein Strom-Zeitdiagramm für einen Stromverlauf in einem Wechselrichter gemäß noch einer weiteren Ausführungsform; und

Fig. 5: ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zur Steuerung eines Wechselrichters gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.

Beschreibung der Ausführungsformen

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaltbildes für ein elektrisches Antriebssystem mit einem Wechselrichter 1 und einer elektrischen Maschine 2 gemäß einer Ausführungsform. An einem Gleichspannungsanschluss des Wechselrichters 1 kann beispielsweise eine Gleichspannungsquelle 3, wie zum Beispiel eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, angeschlossen werden. An einem Wechselspannungsanschluss des Wechselrichters 1 kann eine elektrische Maschine 2 angeschlossen werden. Der Wechselrichter 1 kann die am Gleichspannungsanschluss bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung konvertieren, die dazu geeignet ist, die elektrische Maschine 2 anzusteuern. Gegebenenfalls kann der Wechselrichter 1 auch dazu ausgelegt sein, eine von der elektrischen Maschine 2 in einem Generatorbetrieb bereitgestellte Wechselspannung in eine Gleichspannung zu konvertieren, die dazu geeignet ist, eine am Gleichspannungsanschluss angeschlossenen Batterie aufzuladen.

In dem Wechselrichter 1 können mehrere Halbbrücken mit jeweils zwei Schaltelementen S1 bis S6 vorgesehen sein. Jede Halbbrücke umfasst zwei in Serie geschaltete Schaltelemente S1 bis S6, die jeweils an einem Knotenpunkt elektrisch miteinander verbunden sind. Für jede Phase einer an einem Wechselspannungsanschluss des Stromrichters 1 bereitzustellen Wechselspannung kann der Wechselrichter 1 jeweils eine solche Halbbrücke umfassen. Die Knotenpunkte der jeweiligen Halbbrücken, an welchen die jeweils zwei Schaltelemente S1 bis S6 elektrisch miteinander verbunden sind, sind hierbei jeweils mit einem Anschlusspunkt des Wechselspannungsanschluss des Wechselrichter 1 verbunden.

Die jeweils anderen Anschlüsse der Schaltelemente S1 bis S6, also diejenigen Anschlüsse Schaltelemente S1 bis S6, welche nicht mit dem Wechselspannungsanschluss des Wechselrichter 1 verbunden sind, sind mit einem Gleichspannungsanschluss des Wechselrichter 1 verbunden. Hierbei sind alle Schaltelemente Sl, S3, S5, welche mit einem Anschlusspunkt für eine erste (beispielsweise positive) Polarität der am Gleichspannungsanschluss bereitgestellten Gleichspannung verbunden sind, elektrisch miteinander verbunden. Analog sind auch alle Schaltelemente S2, S4, S6, welche mit einem Anschlusspunkt für eine zweite (beispielsweise negative) Polarität der am Gleichspannungsanschluss bereitgestellten Gleichspannung verbunden sind, elektrisch miteinander verbunden. Die Schaltelemente Sl, S3, S5, welche mit dem Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses für der ersten, positiven Polarität verbunden sind, werden auch als obere Schaltelemente bezeichnet. Analog können die Schaltelemente S2, S4, S6, welche mit dem Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses für die zweite, negative Polarität verbunden sind, als untere Schaltelemente bezeichnet werden.

Die Schaltelemente Sl bis S6 können von einer Steuereinrichtung 10 angesteuert werden. Hierzu kann die Steuereinrichtung 10 für jedes der Schaltelemente Sl bis S6 ein Ansteuersignal bereitstellen, welches dazu geeignet ist, das jeweilige Schaltelement Sl bis S6 zu öffnen bzw. zu schließen. Auf diese Weise kann zum Beispiel mittels einer pulsbreitenmodulierten Ansteuerung der Schaltelemente S1 bis S6 aus der eingangsseitig bereitgestellten Gleichspannung eine gewünschte Wechselspannung zu Ansteuerung der elektrischen Maschine 2 generiert werden.

Darüber hinaus kann in dem Wechselrichter 1 ein sogenannter aktiver Kurzschluss eingestellt werden. Bei einem solchen aktiven Kurzschluss können die oberen Schaltelemente Sl, S3 und S5 geschlossen werden, während die unteren Schaltelemente S2, S4 und S6 geöffnet sind. Alternativ können die oberen Schaltelemente Sl, S3 und S5 geöffnet werden, während die unteren Schaltelemente S2, S4 und S6 geschlossen sind. Auf diese Weise sind alle Phasenanschlüsse elektrischen Maschine 2 elektrisch miteinander verbunden, also kurzgeschlossen.

In einem weiteren Betriebsmodus kann ein sogenannter Freilauf eingestellt werden. Hierbei sind alle Schaltelemente Sl bis S6 in den Halbbrücken des Wechselrichters 1 geöffnet. Befindet sich dabei die elektrische Maschine 2 in Bewegung, so kann in den Phasenwicklungen der elektrischen Maschine 2 eine elektrische Spannung induziert werden. Ist diese von der elektrischen Maschine 2 am Wechselspannungsanschluss des Wechselrichters 1 anliegende elektrische Spannung ausreichend hoch, so kann gegebenenfalls ein elektrischer Strom durch Dioden, welche parallel zu den Schaltelementen Sl bis S6 angeordnet sind, zum Gleichspannungsanschluss des Wechselrichters 1 fließen. Ein solcher elektrischer Strom während des Freilauf-Modus soll gegebenenfalls begrenzt oder vollständig verhindert werden.

Soll von einem aktiven Kurzschluss in einen Freilauf-Modus gewechselt werden, so ist daher vor einem solchen Wechsel zu überprüfen, ob gegebenenfalls ein Stromfluss von der elektrischen Maschine 2 am Wechselspannungsanschluss des Wechselrichters 1 zum Gleichspannungsanschluss des Wechselrichters 1 zu erwarten ist. Hierzu kann durch die Steuereinrichtung 10 in einer ersten der Halbbrücken des Wechselrichters 1 ein Schaltzustand eingestellt werden, in welchem beide Schaltelemente einer ersten Halbbrücke, Sl + S2, S3 + S4 oder S5 + S6 geöffnet sind. Die Schaltelemente der übrigen Halbbrücken bleiben dabei zunächst in dem Schaltzustand, der dem aktuell eingestellten aktiven Kurzschluss entspricht.

Vorzugsweise wird dieser Schaltzustand, in dem in der ersten Halbbrücke beide Schaltelemente geöffnet sind, zu einem Zeitpunkt eingestellt, in welchem der elektrische Strom durch das zuvor geschlossene Schaltelement zumindest annähernd im Bereich eines Nulldurchganges ist. Beispielsweise kann der entsprechende Schalter geöffnet werden, kurz bevor der elektrische Strom durch diesen Schalter den Nulldurchgang erreicht. Alternativ ist auch ein Öffnen des Schalters genau im Nulldurchgang oder kurz nach dem Nulldurchgang möglich.

Nachdem dieses Schaltelement geöffnet worden ist und somit in einer Halbbrücke des Wechselrichters 1 ein Schaltzustand eingestellt worden ist, der einem aktiven Freilauf entspricht, kann ein elektrischer Parameter, der den Verlauf eines Phasenstrom in Richtung der ersten Halbbrücke charakterisiert oder den elektrischen Strom in dieser Halbbrücke charakterisiert, erfasst und ermittelt oder überwacht werden. Insbesondere kann hierzu jeweils der elektrische Strom überwacht werden, der während dieses Schaltzustandes in dem entsprechenden Phasenanschluss oder durch die parallel zu den geöffneten Schaltelementen vorgesehenen Dioden fließt. Beispielsweise kann der Stromverlauf durch Stromsensoren 11 erfasst werden. Die Stromsensoren 11 könne hierbei ein zu einem elektrischen Strom an den Phasenanschlüssen oder den Halbbrücken korrespondierendes Sensorsignal an der Steuereinrichtung 10 bereitstellen.

Wird hierbei ein signifikanter Stromfluss detektiert, der gegebenenfalls während des Zeitraums der Ermittlung oder Überwachung weiter ansteigt, so kann dies als ein Indiz darauf angesehen werden, dass beim Einstellen eines vollständigen Freilauf-Modus in dem Wechselrichter 1 ebenfalls ein elektrischer Strom von der elektrischen Maschine 2 durch die parallel zu den Schaltelementen S1 bis S6 angeordneten Dioden fließen wird. Ist ein solcher Stromfluss nicht erwünscht, so kann in diesem Fall weiterhin der aktive Kurzschluss in dem Wechselrichter 1 aufrechterhalten werden. Hierzu kann zum Beispiel das zuvor geöffnete Schaltelement wieder geschlossen werden. Wird dagegen während des oben beschriebenen Zeitraums, in dem in einer Halbbrücke beide Schaltelemente geöffnet sind, kein Stromfluss detektiert, oder wird ein Stromfluss detektiert, der eine zuvor spezifizierte Bedingung erfüllt, so kann dies als Hinweis darauf gewertet werden, dass im Falle eines Freilaufs die am Wechselspannungsanschluss des Wechselrichters 1 anliegende elektrische Spannung von der elektrischen Maschine 2 ausreichend niedrig ist, sodass sich kein Stromfluss vom Wechselspannungsanschluss zum Gleichspannungsanschluss in dem Wechselrichter 1 einstellen wird.

Wird auf Grundlage der Ermittlung, Auswertung oder der Überwachung des Verlaufs des Phasenstroms in Richtung der ersten Halbbrücke festgestellt, dass der Wechsel in ein Freilauf-Modus möglich ist, so kann beispielsweise der Schaltzustand mit den beiden geöffneten Schaltelementen in der Halbbrücke beibehalten werden. Im weiteren Verlauf kann daraufhin in den übrigen Halbbrücken ebenfalls das bisher noch geschlossene Schaltelement geöffnet werden. Insbesondere können die zuvor geschlossenen Schaltelemente dabei zu Zeitpunkten geöffnet werden, wenn der elektrische Strom durch die Schaltelemente zumindest annähernd im Bereich eines Nulldurchganges ist.

Alternativ ist es auch möglich, nach dem Einstellen des Freilaufs in der ersten Halbbrücke und der sich daraufhin anschließenden Ermittlung des Verlaufs des Phasenstroms in Richtung der ersten Halbbrücke, zunächst das zuvor geöffnete Schaltelement wieder zu schließen und somit zum vollständigen aktiven Kurzschluss zurückzukehren. Daraufhin kann in der Steuereinrichtung 10 der zuvor erfasste Verlauf des elektrischen Stromes während des Zeitraums mit den beiden geöffneten Schaltelementen in einer Halbbrücke ausgewertet werden, um zu überprüfen, ob ein Wechsel in den Freilauf möglich ist. Eine solche Verarbeitung des zuvor erfassten Stromverlaufs bietet sich insbesondere dann an, wenn die Steuereinrichtung 10 beispielsweise nur eine eingeschränkte Rechenleistung aufweisen kann, sodass eine schnelle Bewertung des Stromverlauf in Echtzeit nicht möglich ist. Wird bei dieser nachgeschalteten Bewertung des Stromverlaufs nach der Rückkehr in den aktiven Kurzschluss festgestellt, dass ein Freilauf-Modus möglich ist, so kann daraufhin durch das Öffnen aller Schaltelemente S1 bis S6 der Freilauf-Modus eingestellt werden. Auch hierbei können die zuvor geschlossenen Schaltelemente S1 bis S6 vorzugsweise zu Zeitpunkten geöffnet werden, wenn der elektrische Strom durch die jeweiligen Schaltelemente sich zumindest annähernd im Bereich eines Nulldurchganges befindet.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Strom-Zeitdiagramm für die Phasenströme l_l, l_2 und l_3 in einem elektrischen Antriebssystem während der Überprüfung eines möglichen Wechsels vom aktiven Kurzschluss in einen Freilauf-Modus. Hierbei wird zum Zeitpunkt tl in der Halbbrücke für den Strom I_1 genau zum Nulldurchgang das für den aktiven Kurzschluss geschlossene Schaltelement geöffnet. Zum Zeitpunkt t2 wird dieses Schaltelement daraufhin wieder geschlossen, um zum aktiven Kurzschluss zurückzukehren. In der Zeitspanne zwischen tl und t2 fließt dabei kein elektrischer Strom in der entsprechenden Phase. Somit kann davon ausgegangen werden, dass beim Wechsel in einen Freilauf die von der elektrischen Maschine 2 bereitgestellte elektrische Spannung ausreichend gering ist, sodass während des Freilaufs kein elektrischer Strom vom Wechselspannungsanschluss zum Gleichspannungsanschluss fließen wird. Somit ist ein Wechsel vom aktiven Kurzschluss in den Freilauf möglich.

Figur 3 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines Strom-Zeitdiagramm für die Phasenströme l_l, l_2 und l_3 in einem elektrischen Antriebssystem während der Überprüfung eines möglichen Wechsels vom aktiven Kurzschluss in einen Freilauf-Modus. Auch hierbei wird zum Zeitpunkt tl in der Halbbrücke für den Strom I_1 genau zum Nulldurchgang das für den aktiven Kurzschluss geschlossene Schaltelement geöffnet und zum Zeitpunkt t2 dieses Schaltelement wieder geschlossen, um zum aktiven Kurzschluss zurückzukehren. Im Gegensatz zu Figur 2 fließt dabei während des Zeitintervalls zwischen tl und t2 ein elektrischer Strom in der Phase mit der Halbbrücke, in welcher beide Schaltelemente geöffnet sind. Hieraus kann geschlossen werden, dass die elektrische Spannung von der elektrischen Maschine 2 derart hoch ist, dass im Falle eines Freilauf-Modus durch die parallel zu den Schaltelementen S1 bis S6 angeordneten Dioden ein elektrischer Strom fließen würde.

Figur 4 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines Strom-Zeitdiagramm für die Phasenströme l_l, l_2 und l_3 in einem elektrischen Antriebssystem während der Überprüfung eines möglichen Wechsels vom aktiven Kurzschluss in einen Freilauf-Modus. In diesem Fall erfolgt das Öffnen des Schaltelements in einer der Halbbrücken zu einem Zeitpunkt t3 welcher kurz nach dem Nulldurchgang des Stromes I_1 in der entsprechenden Phase liegt. Zum Zeitpunkt t4 wird dieses Schaltelement wieder geschlossen. Somit fließt bereits beim Öffnen dieses Schaltelements ein geringer elektrischer Strom in der entsprechenden Phase. Nimmt dieser elektrische Strom I_1 dabei im weiteren Verlauf tendenziell ab, so kann dies als ein Indiz darauf gewertet werden, dass eine Freilauf-Modus möglich ist. Würde der elektrische Strom in dieser Phase dagegen tendenziell eher ansteigen, so sollte der aktive Kurzschluss weiter aufrechterhalten werden.

Analog ist auch eine Auswertung möglich, wenn das Öffnen des Schaltelements zu einem Zeitpunkt kurz vor dem Nulldurchgang erfolgt. Hierbei sollte die Überwachung der Stromverlauf jedoch über eine Zeitspanne erfolgen, welche den (theoretischen) Nulldurchgang im Stromverlauf beinhaltet.

Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters 1 für ein elektrisches Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Das Verfahren kann grundsätzlich beliebige Schritte umfassen, wie sie zuvor bereits in Zusammenhang mit der Steuerung des elektrischen Antriebssystems beschrieben worden sind. Analog kann auch an das zuvor beschriebene Antriebssysteme insbesondere der Wechselrichter 1 sowie die in dem Wechselrichter 1 vorgesehene Steuereinrichtung 10 beliebige Komponenten umfassen, die zur Implementierung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens erforderlich sind.

In Schritt 100 ist in dem Wechselrichter ein aktiver Kurzschluss eingestellt. Bei einem solchen aktiven Kurzschluss sind, wie zuvor bereits ausgeführt, entweder die oberen Schaltelemente Sl, S3 und S5 geschlossen und die unteren Schaltelemente S2, S4 und S6 geöffnet, oder alternativ sind die unteren Schaltelemente S2, S4 und S6 geschlossen während die oberen Schaltelemente Sl, S3 und S5 geöffnet sind. In Schritt 200 wird in einer ersten Halbbrücke des Wechselrichters 1 das zuvor geschlossene Schaltelement geöffnet. In den übrigen Halbbrücken des Wechselrichters 1 bleiben die für den aktiven kurzschlussgeschlossenen Schaltelemente weiterhin geschlossen.

In Schritt 300 erfolgt daraufhin das Ermitteln eines elektrischen Parameters, der einen Verlauf eines Phasenstrom in Richtung der ersten Halbbrücke charakterisiert, in der beide Schaltelemente geöffnet sind.

In Schritt 400 wird der Verlauf des Phasenstroms in Richtung der ersten Halbbrücke ausgewertet. Falls eine vorbestimmte Bedingung für einen Wechsel in den Freilauf erfüllt ist, wird daraufhin in dem Wechselrichter 1 ein Freilauf- Modus eingestellt. Hierbei werden alle Schaltelemente S1 bis S6 in den Halbbrücken des Wechselrichters geöffnet. Ist die vorgegebene Wechselbedingung dagegen nicht erfüllt, so wird der Wechselrichter 1 weiterhin im aktiven Kurzschluss betrieben.

Das Verfahren zu überprüfen, ob ein Wechsel von einem aktiven Kurzschluss in einen Freilauf-Modus möglich ist, kann grundsätzlich zu beliebigen Zeitpunkten während des Betriebs des Wechselrichters 1 im aktiven Kurzschluss durchgeführt werden. Beispielsweise kann während des Betriebs im aktiven Kurzschluss regelmäßig, insbesondere periodisch zu vorbestimmten Zeitintervallen überprüft werden, ob gegebenenfalls ein Wechsel vom aktiven Kurzschluss in den Freilauf-Modus möglich ist. Ferner kann die Überprüfung für einen möglichen Wechsel in den Freilauf-Modus gegebenenfalls auch nur dann erfolgen, wenn vorgegebene Betriebsbedingungen erfüllt sind. Beispielsweise kann eine Drehzahl der an den Wechselrichter 1 angeschlossen elektrischen Maschine 2 ermittelt werden. In diesem Fall kann zum Beispiel nur dann ein Wechsel von dem aktiven Kurzschluss in den Freilauf-Modus in Betracht gezogen werden, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Bei höheren Drehzahlen kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dass in den Phasenwicklungen der elektrischen Maschine 2 eine elektrische Spannung induziert wird, die zu einem Stromfluss im Wechselrichter 1 vom Wechselspannungsanschluss zum Gleichspannungsanschluss führen würde. Darüber hinaus kann der Wechsel von dem aktiven Kurzschluss in den Freilauf- Modus auch selbst verständlich an beliebige weitere Bedingungen gekoppelt sein. Beispielsweise kann auch nur dann in einen Freilauf-Modus gewechselt werden, wenn zusätzlich weitere Betriebsbedingungen in dem elektrischen

Antriebssystem, insbesondere der elektrischen Maschine und/oder der am Gleichspannung angeschlossenen Gleichspannungsquelle 3, insbesondere einer Traktionsbatterie erfüllt sind. Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung den Wechsel von einem aktiven Kurzschluss in den Freilauf in einem Wechselrichter eines elektrischen Antriebssystems. Hierzu wird in einer Halbbrücke des Wechselrichters kurzzeitig ein Schaltzustand eingestellt, der dem Schaltzustand des Freilaufs entspricht. Daraufhin wird der Stromverlauf in dieser Halbbrücke ausgewertet, um zu überprüfen, ob ein Wechsel in den Freilauf zulässig ist oder nicht.