Forum: Fahrzeugelektronik Zwischenkreis-Vorladung durch PWM-gesteuerten IGBT


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von Maik (ma_wu)


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Hallo zusammen,

aus akutem Anlass hätte ich eine Frage zu einer Idee, die ich neulich 
hatte.
In der Praxis werden Hochvolt Zwischenkreise häufig über einen externen 
Vorladeschaltkreis mit geringem Strom vorgeladen, damit der 
resultierende Inrush-Current eliminiert wird und die Schütze länger 
leben. Vereinfachte Darstellung siehe Bild.

Wenn man die Schütze nun durch IGBTs ersetzt, könnte man auf diesen 
Vorladeschaltkreis verzichten und die Strombegrenzung bzw. Vorladung 
mithilfe einer PWM-Ansteuerung am IGBT-Gate realisieren? Sozusagen mit 
0% PWM anfangen und dann langsam auf die 100% erhöhen.
Oder könnte es dadurch zu Schäden kommen, weil der kurze Moment des 
"ON"-Zustandes schon ausreicht, dass ein hoher Inrush-Current fließt?
Hat jemand damit schonmal Erfahrung gemacht oder kennt Beispiele aus der 
Praxis?

Es ist aktuell noch ein Gedankenkonzept, daher vergebt mir bitte, dass 
ich keine konkreten Bauteile/Schaltpläne zeigen kann ;)

Viele Grüße.

von Andreas M. (elektronenbremser)


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Für welches Fahrzeug?

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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> könnte man auf diesen Vorladeschaltkreis verzichten und die
> Strombegrenzung bzw. Vorladung mithilfe einer PWM-Ansteuerung
> am IGBT-Gate realisieren?
Nein, zumindest nicht ohne weiteres. Der IGBT schaltet bei 
PWM-Ansteuerung ja sofort voll durch und klappt dann wahrscheinlich mit 
einem hässlichen Geräusch den Deckel auf wenn die Last ausreichend 
Kapazität besitzt.

von Falk B. (falk)


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Maik schrieb:
> Wenn man die Schütze nun durch IGBTs ersetzt, könnte man auf diesen
> Vorladeschaltkreis verzichten und die Strombegrenzung bzw. Vorladung
> mithilfe einer PWM-Ansteuerung am IGBT-Gate realisieren? Sozusagen mit
> 0% PWM anfangen und dann langsam auf die 100% erhöhen.

Nur dann, wenn da noch eine Drossel in Reihe ist, wie bei einem Step 
Down Wandler. Ohne die steigt der Strom extrem schnell extrem hoch und 
sprengt den IGBT, auch bei sehr kurzen Pulsen. Denn der Lastkondensator 
ist ungeladen ein Kurzschluß.

> Oder könnte es dadurch zu Schäden kommen, weil der kurze Moment des
> "ON"-Zustandes schon ausreicht, dass ein hoher Inrush-Current fließt?

Eben.

> Hat jemand damit schonmal Erfahrung gemacht oder kennt Beispiele aus der
> Praxis?

Es reicht die theoretische Betrachtung. Wer's nicht glaubt, darf das a) 
simulieren oder b) real testen.

von Falk B. (falk)


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Andreas M. schrieb:
> Für welches Fahrzeug?

Falsche Frage.

von Daniel E. (everyday_fun69)


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Dann lieber mit einem Vorladewiderstand, welcher bei vollem Uic durch 
einen Bypass überbrückt wird

von Frank O. (frank_o)


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Erstmal ist das längst zuverlässig in der Fahrzeugtechnik (und sicher 
auch anderen Bereichen gelöst.
Da gibt es nur noch ein Hauptschütz, dass die Batterie abtrennt und der 
Rest wird über entsprechende Leistungselektronik gemacht. Das Schütz hat 
gar keine Belastung, im Normalfall. Es wird vorher eingeschaltet.
Eigentlich wird der/die Elko(s) vorgeladen, über einen eigenen Kreis und 
dann erst, wenn der/die Elko(s) auf Versorgungsspannungsniveau ist, wird 
eingeschaltet. Also dann erst schließt das Hauptschütz (üblicherweise).

von Mobile (mobileteser)


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Das kann so nicht stimmen. Sämtliche elektronische HV Geräte an Bord 
haben einen DC Link Kondensator. Und der liegt direkt an der HV. Da ist 
von der Batterieseite eine Strombegrenzung vorzusehen. Und das wird 
normalerweise mit einem zweiten Relais mit Vorwiderstand gemacht.

von Maik (ma_wu)


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Vielen Dank erstmal für die Einschätzungen!
Dann scheint es tatsächlich so zu sein, wie ich befürchtet hatte, und es 
geht nicht ohne weiteres per PWM.

Alternativ käme mir noch in den Sinn, dass der IGBT für die Vorladezeit 
im hochohmigen Bereich (Vgate < Vgate_threshold) betrieben werden 
könnte. Würde aber voraussetzen, das es Gatetreiber oder Schaltungen 
gibt, die die Gatespannung geregelt hochfahren können. Habe ich bislang 
noch nie davon gehört.

von Falk B. (falk)


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Maik schrieb:
> Alternativ käme mir noch in den Sinn, dass der IGBT für die Vorladezeit
> im hochohmigen Bereich (Vgate < Vgate_threshold) betrieben werden
> könnte.

Dann wäre er aus. Was du meinst ist Linearbetrieb. Im Prinzip möglich, 
aber praktisch kaum genutzt. Zumal die zulässigen Ströme bei hohen 
Spannungen eher gering sind, je nach Typ deutlich unter 1A.

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Dann muss dieser IGBT für die Zeit, bis alle Kondensatoren geladen sind, 
eine hohe Leistung verheizen können. Nur ein einziges Ampere bei 800V 
über dem IGBT sind gleich satte 800W im Einschaltmoment, die sich dann 
mit Aufladung der Kondensatoren verringern.

von Michael B. (laberkopp)


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Maik schrieb:
> Wenn man die Schütze nun durch IGBTs ersetzt, könnte man auf diesen
> Vorladeschaltkreis verzichten und die Strombegrenzung bzw. Vorladung
> mithilfe einer PWM-Ansteuerung am IGBT-Gate realisieren?

Nein, das wäre ja nur schnelles ein und ausschalten, mit demselben 
inrush current aber zusatzlichen Schaltverlusten im IGBT.

von Michael O. (michael_o)


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Da in allen E-Autos die ich habe so ein HV Schütz die Batterie von der 
Leistungselektronik trennt bzw. erst zuschaltet wenn der Selbsttest die 
Freigabe dafür gibt, sitzt der erste Kondensator wohl nicht direkt am 
Eingang des Frequenzumrichters der die Drehstrommaschine antreibt. Einen 
FET odrr IGBT dazu zu benutzen den Kondensator langsam zu laden halte 
ich nicht für Abwegig, dazu bleibt genug Zeit, selbst wenn es ein bis 
zwei Sekunden dauert, und hohe Impulslasten vertragen die Dinger ja 
innerhalb ihrer safe operation area.

MfG
Michael

von Kevin M. (arduinolover)


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Der viel wichtigere Punkt, den man nicht vergessen darf, ist dass der 
Akku sicher galvanisch vom Fahrzeug getrennt werden muss. Das lässt sich 
mit Halbleitern jeglicher Art nicht sicherstellen, daher werden dort 
Schütze benutzt.

von Falk B. (falk)


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Michael O. schrieb:
> Da in allen E-Autos die ich habe so ein HV Schütz die Batterie von der
> Leistungselektronik trennt bzw. erst zuschaltet wenn der Selbsttest die
> Freigabe dafür gibt, sitzt der erste Kondensator wohl nicht direkt am
> Eingang des Frequenzumrichters der die Drehstrommaschine antreibt.

Aber sicher. Denn nur dort ist er sinnvoll. Schau dir mal ein paar Video 
dazu an.

> Einen
> FET odrr IGBT dazu zu benutzen den Kondensator langsam zu laden halte
> ich nicht für Abwegig, dazu bleibt genug Zeit, selbst wenn es ein bis
> zwei Sekunden dauert, und hohe Impulslasten vertragen die Dinger ja
> innerhalb ihrer safe operation area.

Welche du nicht verstanden hast. Macht ja nix, du bis ja nur E-Fahrer, 
nicht E-Konstrukteur. ;-)

von Michael O. (michael_o)


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Arroganz gepaart mit Dummheit sind eine ätzende Mischung solltest Du dir 
patentieren lassen, kann man vielleicht als Toilettenreiniger 
gebrauchen.

MfG
Michael

von Falk B. (falk)


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Michael O. schrieb:
> Arroganz gepaart mit Dummheit sind eine ätzende Mischun

Ein hohes Niveau sieht nur von unten wie Arroganz aus . . . ;-)

von Maik (ma_wu)


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Schön, dass wir wenigstens online alle jung geblieben sind 🙂

Danke für die Einschätzungen. Ich werde mal mit einem Linearbetrieb 
experimentieren, ob ich einen stabilen Vorladestrom hinbekomme, 
ansonsten muss ich wohl bei den externen Vorladewiderständen bleiben.

Danke euch!

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Maik schrieb:
> ansonsten muss ich wohl bei den externen Vorladewiderständen bleiben

Musste ich in meinem E-Auto auch so machen, da das BMS partout nicht 
anschalten wollte wg. PreCharge Fehler. Nun sitzt ein 1k5 
Betonwiderstand über dem BMS, das so zufrieden gestellt ist.

von Thomas F. (igel)


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Matthias S. schrieb:
> Musste ich in meinem E-Auto auch so machen, da das BMS partout nicht
> anschalten wollte wg. PreCharge Fehler.

Einige E-Autos benutzen diese Pre-charge Phase bzw. den Spannungsanstieg 
während der Vorladung um Isolationsfehler und Fehlerströme der 
Hochvoltleitungen zu ermitteln...


> Nun sitzt ein 1k5
> Betonwiderstand über dem BMS, das so zufrieden gestellt ist.

Man kann das System natürlich so austricksen. Aber ob das so sinnvoll 
ist?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Thomas F. schrieb:
> Man kann das System natürlich so austricksen.

Das hat mit Austricksen nichts zu tun. Isolationsfehler oder sowas wie 
bei modernen E-Autos gibts beim Kewet nicht:
https://www.kewet.de

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