CN106461704B - 用于确定绝缘电阻的方法和设备以及具有这种设备的高压电池组系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定要检验的被测对象（3）的绝缘电阻（2）的方法，其中具有第一电容的去耦合电容器（4）和具有第二电容的测量电容器（5）与被测对象（3）接线成串联电路，使得所述去耦合电容器（4）和所述测量电容器（5）与所述被测对象（3）的绝缘电阻（2）形成低通滤波器，其中预先确定的电压（9）被施加到所述串联电路上，在所述测量电容器（5）上降落的测量电容器电压（8）被检测，而且所述被测对象（3）的绝缘电阻（2）在考虑所述第一电容、所述第二电容和所检测到的测量电容器电压（8）的情况下借助于分析单元（7）来确定。此外，本发明还涉及一种用于确定要检验的被测对象（3）的绝缘电阻（2）的设备（1），其中所述设备（1）具有电路装置、测量单元（6）和分析单元（7）。此外，本发明还涉及一种具有按照本发明的用于确定绝缘电阻（2）的设备（1）的高压电池组系统。

Description

用于确定绝缘电阻的方法和设备以及具有这种设备的高压电 池组系统
技术领域
本发明涉及一种用于确定要检验的被测对象（Pruefobjekt）的绝缘电阻的方法，其中该被测对象尤其可以是高压系统或者高压系统的组成部分。
此外，本发明还涉及一种用于确定要检验的被测对象的绝缘电阻的设备，其中该设备具有电路装置、测量单元和分析单元。
此外，本发明还涉及一种高压电池组系统，其具有用于确定该高压电池组系统的绝缘电阻的设备。
背景技术
由于绝缘故障或者由于绝缘电阻的改变（例如由于材料老化或者材料损坏），在高压系统中可能构造有不期望的电位差，所述不期望的电位差是危险电位。在此，一方面可能损坏高压系统，另一方面对于使用该高压系统的或对于在该高压系统上工作的人员存在电击的危险。
从出版文献EP 2 570 289 A1公知一种用于检测高压电池组系统的绝缘电阻的装置。在此，为了检测绝缘电阻而设置有参考电阻，所述参考电阻可以通过开关元件与所要确定的绝缘电阻并联。在此，高压电池组本身被用作用于确定绝缘电阻的电压源。
此外，从出版文献CN 102 944 750公知一种用于在设备运行期间测量该设备的绝缘电阻的方法。
尤其是公知的是为了确定在高压系统中的绝缘电阻而接入由高欧姆的电阻构成的分压器。在IT系统（IT：绝缘接地（Isolé terre））中，两个电位HV+和HV-必须相对于接地绝缘。
为了确定绝缘电阻而采用的纯电阻性测量具有如下缺点：绝缘电阻本身通过该纯电阻性测量消极地被影响。如果通过纯电阻性测量来执行对绝缘电阻的测量，那么不利地，通过为此所必要的电阻的电流连接被建立。此外，诸如在出版文献EP 2 570 289 A1中公开的那样，继电器通常对于这种绝缘电阻测量是必要的，所述继电器受到磨损。
在该背景下，本发明的任务是：改进对要检验的被测对象的绝缘电阻的测量，使得所述电位HV+和HV-在确定绝缘电阻时继续相对于车辆接地（Fahrzeugmasse）电流地被分开。此外，有利地，还应该提供一种用于确定绝缘电阻的伴随有更微小的磨损的可能性。
发明内容
为了解决该任务，提出一种用于确定要检验的被测对象的绝缘电阻的方法，其中具有第一电容的去耦合电容器和具有第二电容的测量电容器与被测对象接线成串联电路，使得所述去耦合电容器和所述测量电容器与该被测对象的绝缘电阻形成低通滤波器，其中预先确定的电压被施加到该串联电路上，在所述测量电容器上降落的测量电容器电压被检测，而且该被测对象的绝缘电阻在考虑第一电容、第二电容和所检测到的测量电容器电压的情况下借助于分析单元来确定。在此，有利地，所述去耦合电容器用于车辆接地的电位与该被测对象的高压系统的HV+和HV-的电位的电流的去耦合。有利地，所述测量电容器用于测量电压降。
因此，通过本发明有利地实现了绝缘监控装置（Isolationsueberwachung）的电流分开。
依据按照本发明的方法的一特别优选的设计方案规定：交流电压源附加地与测量电容器和去耦合电容器串联，所述交流电压源提供具有预先确定的频率的交流电压作为所述预先确定的电压，其中该被测对象的绝缘电阻在附加地考虑所述交流电压和所述交流电压的频率的情况下借助于分析单元来确定。
尤其是规定：为了确定绝缘电阻而使用如下关系
或根据来解开：
（在其中每个都是数值。）
其中：
：测量电容器电压；
：由交流电压源预先确定的电压；
：交流电压的频率；
：复数（虚数）单位；
：测量电容器的电容；
：去耦合电容器的电容；
：被测对象的绝缘电阻。
因为除了绝缘电阻之外，所有的参量都是已知的，所以该绝缘电阻借助于分析单元是可确定的或直接是可计算的。
按照本发明的方法的一有利的设计变型方案规定：开关元件附加地与测量电容器和去耦合电容器串联，该开关元件闭合，所述低通滤波器的时间常数在闭合该开关元件之后借助于分析单元根据测量电容器电压的改变来确定，而且该被测对象的绝缘电阻在附加地考虑时间常数的情况下来确定。在所述有利的设计变型方案中，有利地，交流电压源由开关、尤其是继电器或者高功率MOSFET（MOSFET：金属氧化物半导体场效应晶体管（MetalOxide Semiconductor Field-Effect Transistor））来替换。接着，有利地通过电压升高、即所述电容器连同绝缘电阻形成的低通滤波器的时间常数来进行分析。
尤其是规定：为了确定绝缘电阻而在这种情况下使用如下关系
其中：
：测量电容器电压；
：附上的总电压；
：总电容；
：测量电容器的电容；
：欧拉数；
：时间；和
：时间常数。
在此，对于时间常数适用：
其中
：总电容（由第一电容和第二电容以及被测对象的必要时存在的其它的y电容构成的串联电路）；而
：被测对象的绝缘电阻。
如果不考虑y电容则适用：
其中
：测量电容器的电容；而
：去耦合电容器的电容。
因为除了绝缘电阻之外，所有的参量都是已知的，所以该绝缘电阻借助于分析单元是可确定的。
按照本发明的方法的另一有利的设计方案规定：该被测对象的绝缘电阻在附加地考虑该被测对象的电容的情况下借助于分析单元来确定。该被测对象的附加电容尤其是通过在高压系统中所使用的Y电容器得到，所述在高压系统中所使用的Y电容器尤其是被用作抗干扰电容器。
此外，为了解决在开头所提到的任务，还提出一种用于确定要检验的被测对象的绝缘电阻的设备，其中所述设备具有电路装置、测量单元和分析单元，其中所述电路装置包括由具有第一电容的去耦合电容器和具有第二电容的测量电容器构成的串联电路。在此，该电路装置有利地被构造来与被测对象接线，使得该被测对象的绝缘电阻与去耦合电容器和测量电容器形成低通滤波器。在此，该测量单元检测在测量电容器上降落的测量电容器电压。在此，该分析单元有利地被构造来在考虑第一电容、第二电容和测量电容器电压的情况下确定该被测对象的绝缘电阻。尤其是规定：该测量单元为了检测测量电容器电压而与测量电容器电地并联。
依据按照本发明的设备的一特别优选的设计方案，该电路装置包括交流电压源，所述交流电压源与去耦合电容器和测量电容器串联并且被构造来提供预先确定的具有预先确定的频率的交流电压。在此，该分析单元有利地被构造来在附加地考虑所述预先确定的交流电压和所述预先确定的频率的情况下确定该被测对象的绝缘电阻。尤其是规定：所述交流电压源提供具有量级104Hz到106Hz（Hz：赫兹（Hertz））的频率的交流电压、优选地为大约100kHz（kHz：千赫兹（Kilohertz））的频率。
依据按照本发明的设备的一特别有利的设计变型方案规定：该电路装置包括开关元件，所述开关元件与去耦合电容器和测量电容器电地串联，其中所述分析单元有利地被构造来在闭合所述开关元件之后在附加地考虑测量电容器电压的改变的情况下确定通过所述电路装置与被测对象的接线来形成的低通滤波器的时间常数，而且在附加地考虑该时间常数的情况下确定该被测对象的绝缘电阻。在所述有利的设计变型方案中，有利地，所述开关元件替换交流电压源。有利地，由该被测对象的高压系统提供的电压被用作测试电压源（Pruefspannungsquelle）。
依据按照本发明的设备的另一有利的设计方案，去耦合电容器的第一电容的值对应于测量电容器的第二电容的值的0.3到0.7倍。按照一有利的设计方案，尤其是规定：所述去耦合电容器具有为22nF（nF：纳法（Nanofarad））的电容，而测量电容器具有为47nF的电容。
尤其是规定：所述去耦合电容器的第一电容的值和/或所述测量电容器的第二电容的值的量级在10-9F与10-6F（F：法拉（Farad））之间、即在1nF与1μF之间。
此外，为了解决在开头所提到的任务，还提出一种具有用于确定绝缘电阻的设备的高压电池组系统、尤其是牵引电池组，其中所述设备被构造为按照本发明的用于确定绝缘电阻的设备。
附图说明
本发明的其它的有利的详情、特征和设计细节结合在附图中所示出的实施例进一步被解释。在此：
图1以简化示意图示出了针对按照本发明的用于确定要检验的被测对象的绝缘电阻的设备的实施例的电路图；
图2示出了针对在测量电容器上的相对电压降取决于绝缘电阻的例子；
图3以简化示意图示出了针对按照本发明的用于确定要检验的被测对象的绝缘电阻的设备的另一实施例的电路图。
具体实施方式
在图1中示出了针对用于确定要检验的被测对象3的绝缘电阻的设备1的实施例。在此，被测对象3是高压电池组系统12的部分。在此，该被测对象3的绝缘电阻在图1中作为电阻2被示出。
在图1中示出的设备1包括由去耦合电容器4、测量电容器5与交流电压源10的串联电路构成的电路装置。此外，该设备1还包括用于检测在测量电容器5上降落的测量电容器电压8的测量单元6。在此，由去耦合电容器4、测量电容器5与交流电压源10构成的电路装置与被测对象3接线，使得该被测对象3的绝缘电阻2与所述去耦合电容器4和所述测量电容器5形成低通滤波器。此外，该电路装置被连到接地电位14上。
此外，该设备1还包括分析单元7，所述分析单元7被构造来确定该被测对象3的绝缘电阻2。在此，被充分利用的是：交流电压源10预先给定预先确定的具有预先确定的频率的交流电压。除了所述去耦合电容器4的和所述测量电容器5的已知的电容以及所检测到的测量电容器电压8之外，所述已知的参量在确定绝缘电阻时都被考虑。
在此，绝缘电阻根据上面已经引用的关系
其中
来确定，其中，在其中每个都要基于数值。
描述了在测量电容器5上的相对电压降。
在此，分析单元有利地被构造来使得相对应的用于确定绝缘电阻的参量被寄存或所检测到的测量电容器电压8的值可以被传输给分析单元7。尤其是规定：该分析单元7是微控制器电路。
尤其是规定：所述去耦合电容器4具有为22nF的电容。优选地，所述测量电容器5具有为47nF的电容。优选地，所述交流电压源提供具有为100kHz的频率的电压。在所述确定尺寸的情况下，得到在图2中所示出的在测量电容器5上的相对电压降取决于绝缘电阻2之间的关系。
对此，在图2中，相对电压降被描述为在表示绝缘电阻2的数值的轴16和表示测量电容器电压与预先确定的电压之比的轴17上的电压变化过程15。
例如，在测量电容器电压与预先确定的电压之比为2×10-4时，得到为106欧姆（Ohm）的绝缘电阻，如根据图2在点18处可被读数（ablesen）的那样。
在图3中示出了针对用于确定要检验的被测对象3的绝缘电阻的设备1的另一实施例。与在图1中所示出的设备不同，在图3中所示出的设备1具有开关元件11，而不是交流电压源10。通过高压电池组12的被测对象3的电池组电池13，预先确定的电压9降落在该开关元件上。如果该开关元件11闭合，那么测量电容器电压根据上面已经提到的关系
出现，其中该设备1的分析单元7被构造来在闭合该开关元件11之后在考虑测量电容器电压的改变的情况下确定通过去耦合电容器4、测量电容器5和绝缘电阻2所形成的低通滤波器的时间常数。也就是说，在测量电容器5上的电压升高被用于确定绝缘电阻。接着，根据所确定的时间常数和所述去耦合电容器4的和所述测量电容器5的已知的电容，由分析单元7以
来确定绝缘电阻2，其中
其中
：测量电容器的电容；而
：去耦合电容器的电容。
尤其是，作为本发明的有利的设计方案来规定：该设备1是高压电池组系统12的组成部分。在此，有利地，通过该设备与可预先给定的被测对象的相对应的可控制的接线可确定的是多少个电池组电池13被分配给该被测对象3。
在附图中所示出的和结合所述附图来解释的实施例用于解释本发明，而且并不限于此。

Claims (10)

1.用于确定要检验的被测对象（3）的绝缘电阻（2）的方法，所述被测对象是高压系统或者高压系统的组成部分，其中用于接地电位与该高压系统的HV+和HV-电位的电流的去耦合并且具有第一电容的去耦合电容器（4）和具有第二电容的测量电容器（5）与所述被测对象（3）接线成串联电路，使得所述去耦合电容器（4）和所述测量电容器（5）与所述被测对象（3）的绝缘电阻（2）形成低通滤波器，其中预先确定的电压（9）被施加到所述串联电路上，在所述测量电容器（5）上降落的测量电容器电压（8）被检测，而且所述被测对象（3）的绝缘电阻（2）在考虑所述第一电容、所述第二电容和所检测到的测量电容器电压（8）的情况下借助于分析单元（7）来确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，交流电压源（10）附加地与所述测量电容器（5）和所述去耦合电容器（4）串联，所述交流电压源（10）提供具有预先确定的频率的交流电压作为所述预先确定的电压（9），其中所述被测对象（3）的绝缘电阻（2）在附加地考虑所述交流电压和所述交流电压的频率的情况下借助于所述分析单元（7）来确定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，开关元件（11）附加地与所述测量电容器（5）和所述去耦合电容器（4）串联，所述开关元件（11）闭合，低通滤波器的时间常数在闭合所述开关元件（11）之后借助于所述分析单元（7）根据所述测量电容器电压（8）的改变来确定，而且所述被测对象（3）的绝缘电阻（2）在附加地考虑所述时间常数的情况下来确定。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述被测对象（3）的绝缘电阻（2）在附加地考虑所述被测对象（3）的电容的情况下借助于所述分析单元（7）来确定。
5.用于确定要检验的被测对象（3）的绝缘电阻（2）的设备（1），所述被测对象是高压系统或者高压系统的组成部分，其中所述设备（1）具有电路装置、测量单元（6）和分析单元（7），其特征在于，所述电路装置包括由用于接地电位与该高压系统的HV+和HV-电位的电流的去耦合的具有第一电容的去耦合电容器（4）和具有第二电容的测量电容器（5）构成的串联电路，其中所述电路装置被构造来与所述被测对象（3）接线，使得所述被测对象（3）的绝缘电阻（2）与所述去耦合电容器（4）和所述测量电容器（5）形成低通滤波器，所述测量单元（6）检测在测量电容器（5）上降落的测量电容器电压（8），而且所述分析单元（7）被构造来在考虑所述第一电容、所述第二电容和所述测量电容器电压（8）的情况下确定所述被测对象（3）的绝缘电阻（2）。
6.根据权利要求5所述的设备（1），其特征在于，所述电路装置包括交流电压源（10），所述交流电压源（10）与去耦合电容器（4）和测量电容器（5）串联并且被构造来提供预先确定的具有预先确定的频率的交流电压，其中所述分析单元（7）被构造来在附加地考虑所述预先确定的交流电压和所述预先确定的频率的情况下确定被测对象（3）的绝缘电阻（2）。
7.根据权利要求5所述的设备（1），其特征在于，所述电路装置包括开关元件（11），所述开关元件（11）与去耦合电容器（4）和测量电容器（5）电串联，其中所述分析单元（7）被构造来在闭合所述开关元件（11）之后在附加地考虑所述测量电容器电压（8）的改变的情况下确定通过所述电路装置与被测对象（3）的接线来形成的低通滤波器的时间常数，而且在附加地考虑所述时间常数的情况下确定被测对象（3）的绝缘电阻（2）。
8.根据权利要求5至7之一所述的设备（1），其特征在于，所述去耦合电容器（4）的第一电容的值对应于所述测量电容器（5）的第二电容的值的0.3到0.7倍。
9.根据权利要求5至7之一所述的设备（1），其特征在于，所述去耦合电容器（4）的第一电容的值和/或所述测量电容器（5）的第二电容的值的量级在10-9F与10-6F之间。
10.具有用于确定绝缘电阻（2）的设备（1）的高压电池组系统、尤其是牵引电池组，其特征在于，所述设备（1）被构造为根据权利要求5至9之一所述的设备。
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