Ein intelligenterer Ansatz zum Schutz von Elektrofahrzeugen: Enhanced Active Short Circuit

Was ist ASC und wie funktioniert es?

Im Herzen jedes elektrischen Antriebsstrangs befinden sich der Elektromotor, der elektrische Energie in Bewegung umwandelt, sowie der Inverter, der den Energiefluss zum Motor steuert. Tritt ein Fehler auf, beispielsweise durch eine Fehlfunktion des Inverters oder einen elektrischen Defekt, können hohe Ströme oder Überspannungen entstehen und das System beschädigen.

ASC ist eine gezielt entwickelte Schutzfunktion, die solche Risiken reduziert. Sie verhindert Fehler nicht, erhöht jedoch die Robustheit des Systems gegenüber Fehlersituationen. Im Fall einer Störung erzwingt ASC einen sicheren Systemzustand, indem die Motorphasen kontrolliert kurzgeschlossen werden und überschüssige Energie sicher abgebaut wird.

Die Herausforderungen herkömmlicher ASC-Ansätze

Eine wirksame ASC-Schutzfunktion umzusetzen, ist jedoch alles andere als einfach. Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass bestehende Lösungen mit mehreren grundlegenden Herausforderungen konfrontiert sind.

Wird ASC aktiviert, kann der plötzliche Kurzschluss Stromspitzen erzeugen, die bis zum Doppelten des normalen Betriebsstroms erreichen. Gleichzeitig entstehen hohe thermische Belastungen in den Leistungshalbleitern des Inverters. Diese extremen Bedingungen können die zulässigen elektrischen und thermischen Grenzen überschreiten und wichtige Komponenten wie Siliziumkarbid-Halbleiter, den DC-Link-Kondensator (wenn ASC nicht zum richtigen Zeitpunkt aktiviert wird) sowie die Permanentmagnete von Permanentmagnet-Synchronmaschinen erheblich belasten.

Werden diese Effekte nicht gezielt kontrolliert, drohen dauerhafte Schäden. Dazu zählen die Entmagnetisierung von Permanentmagneten, eine beschleunigte Alterung von Leistungshalbleitern sowie Überspannungen, die die Stabilität des Gesamtsystems gefährden können. Herkömmliche ASC-Verfahren führen die Motorphasen unmittelbar in den Kurzschlusszustand über. Dadurch entstehen hohe Stromspitzen, Zwischenkreisspannungen und thermische Belastungen, die die Robustheit des Systems beeinträchtigen können.

Enhanced ASC: Eine intelligentere und sicherere Lösung

Mit Enhanced ASC hat SEG Automotive einen Ansatz entwickelt, der konventionelle Verfahren durch eine intelligente, mehrstufige Regelungsstrategie weiterentwickelt.

Anstatt sofort alle Motorphasen kurzzuschließen, stabilisiert das System zunächst die DC-Link-Spannung über kontrollierte Lade- und Entladezyklen. Dadurch bleibt die Spannung in einem sicheren Bereich von 920 bis 950 V innerhalb eines 800-V-Systems. Für einen sanften Energieübergang kommt eine Space-Vector-Modulation mit sechs vordefinierten Spannungsvektoren zum Einsatz, die auf Basis der gemessenen Phasenströme in Echtzeit ausgewählt werden.

Erst nachdem stabile Betriebsbedingungen erreicht wurden, werden zwei Motorphasen bei einem optimalen Rotorwinkel von 90° kurzgeschlossen. Die Schutzsequenz endet mit einem symmetrischen Dreiphasenkurzschluss, der einen gleichmäßigen Energieabbau bei minimalem Drehmoment-Ripple ermöglicht.

Durch diesen schrittweisen Übergang wird der Energietransfer kontrolliert, bevor das System in den endgültigen ASC-Zustand übergeht. Der gesamte Prozess dauert weniger als 15 Millisekunden und reduziert die Stromspitzen im Vergleich zu konventionellen Verfahren um rund 30 Prozent.