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 ;)
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.
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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. ;-)
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.
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.
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?
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