DE102006031874B4 - System und Verfahren zum Detektieren von Isolationsfehlern in einem Brennstoffzellensystem - Google Patents

System und Verfahren zum Detektieren von Isolationsfehlern in einem Brennstoffzellensystem Download PDF

Info

Publication number
DE102006031874B4
DE102006031874B4 DE102006031874.9A DE102006031874A DE102006031874B4 DE 102006031874 B4 DE102006031874 B4 DE 102006031874B4 DE 102006031874 A DE102006031874 A DE 102006031874A DE 102006031874 B4 DE102006031874 B4 DE 102006031874B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
positive
rail
voltage potential
fuel cell
insulation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102006031874.9A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102006031874A1 (de
Inventor
Hartmut Hinz
Steffen Doenitz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102006031874A1 publication Critical patent/DE102006031874A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102006031874B4 publication Critical patent/DE102006031874B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0053—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/33—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/30—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells
    • B60L58/32—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load
    • B60L58/34—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling fuel cells for controlling the temperature of fuel cells, e.g. by controlling the electric load by heating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/40—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for controlling a combination of batteries and fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04246—Short circuiting means for defective fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04552—Voltage of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04559—Voltage of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537—Electric variables
    • H01M8/04544—Voltage
    • H01M8/04567—Voltage of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04671—Failure or abnormal function of the individual fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04679—Failure or abnormal function of fuel cell stacks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04664—Failure or abnormal function
    • H01M8/04686—Failure or abnormal function of auxiliary devices, e.g. batteries, capacitors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

System zum Detektieren von Isolationsfehlern, wobei das System umfasst:einen Brennstoffzellenstapel mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss;eine Batterie mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss;einen Systembus mit einer positiven Schiene, die elektrisch mit den positiven Anschlüssen des Brennstoffzellenstapels und der Batterie gekoppelt ist, und einer negativen Schiene, die elektrisch mit den negativen Anschlüssen des Brennstoffzellenstapels und der Batterie gekoppelt ist, wobei Systemlasten mit der positiven Schiene und der negativen Schiene elektrisch parallel gekoppelt sind; undeine Masseschiene, wobei eine Vielzahl von Isolationswiderständen in dem System definiert ist, die einen ersten Isolationswiderstand innerhalb des Brennstoffzellenstapels, einen zweiten Isolationswiderstand zwischen dem positiven Anschluss des Stapels und der Masseschiene, einen dritten Isolationswiderstand zwischen dem negativen Anschluss des Stapels und der Masseschiene, einen vierten Isolationswiderstand zwischen der positiven Schiene und der Masseschiene, einen fünften Isolationswiderstand zwischen der negativen Schiene und der Masseschiene, einen sechsten Isolationswiderstand zwischen dem positiven Anschluss der Batterie und der Masseschiene und einen siebten Isolationswiderstand zwischen dem negativen Anschluss der Batterie und der Masseschiene umfassen, und wobei das System eine Vielzahl von Spannungspotentialen in dem System relativ zu den Isolationswiderständen misst und die gemessenen Spannungspotentiale mit vorbestimmten Spannungspotentialen vergleicht, um zu bestimmen, ob einer der Isolationswiderstände unter einen vorbestimmten minimalen Wert gefallen ist, wobei die gemessenen Spannungspotentiale ein Stapelspannungspotential des Brennstoffzellenstapels, ein positives Brennstoffzellenspannungspotential zwischen der positiven Schiene und der Masseschiene, ein negatives Brennstoffzellenspannungspotential zwischen der negativen Schiene und der Masseschiene, ein positives Batteriespannungspotential zwischen dem positiven Batterieanschluss und der Masseschiene und ein Gesamtbatteriespannungspotential umfassen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Detektieren von Isolationsfehlern in einem Brennstoffzellensystem und insbesondere ein System und ein Verfahren, um eine Hochspannungsisolationsfehlerdetektion in einem Brennstoffzellenhybridfahrzeug und insbesondere ein Isolationsfehlerdetektionssystem vorzusehen, um eine Hochspannungsisolationsfehlerdetektion in einem Brennstoffzellenhybridfahrzeug vorzusehen, wobei verschiedene Spannungspotentiale gemessen und mit Spannungspotentialen verglichen werden, die während eines Isolationsfehlers auftreten würden, um den Isolationsfehler zu detektieren.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Wasserstoff ist ein sehr attraktiver Brennstoff, da er rein ist und dazu verwendet werden kann, effizient Elektrizität in einer Brennstoffzelle zu erzeugen. Die Kraftfahrzeugindustrie wendet daher erhebliche Ressourcen bei der Entwicklung von Wasserstoff-Brennstoffzellen als eine Energiequelle für Fahrzeuge auf. Derartige Fahrzeuge erzeugen Null Emissionen und wären effizienter als heutige Fahrzeuge, die Verbrennungsmotoren verwenden.
  • Eine Wasserstoff-Brennstoffzelle ist eine elektrochemische Vorrichtung, die eine Anode und eine Kathode mit einem Elektrolyt dazwischen umfasst. Die Anode nimmt Wasserstoffgas auf, und die Kathode nimmt Sauerstoff oder Luft auf. Das Wasserstoffgas wird in der Anode aufgespalten, um freie Wasserstoffprotonen und Elektronen zu erzeugen. Die Wasserstoffprotonen gelangen durch den Elektrolyt an die Kathode. Die Wasserstoffprotonen reagieren mit dem Sauerstoff und den Elektronen in der Kathode, um Wasser zu erzeugen. Die Elektronen von der Anode können nicht durch den Elektrolyt gelangen und werden somit durch eine Last geführt, in der sie Arbeit verrichten, bevor sie an die Kathode geliefert werden. Die Arbeit dient dazu, das Fahrzeug zu betreiben. Es wird typischerweise eine Vielzahl von Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel kombiniert, um die gewünschte Ausgangsleistung zu erzeugen.
  • Ein Brennstoffzellenhybridfahrzeug umfasst einen Brennstoffzellenstapel und eine Sekundärenergiequelle, wie eine Batterie, wobei der Stapel elektrisch mit einer Brennstoffzellenenergiebusversorgung verbunden ist, die den elektrischen Antriebsstrang des Fahrzeugs und andere Fahrzeugsysteme mit elektrischer Energie speist. Der Ausgang der Batterie ist mit einem Batterieenergiebus verbunden, der elektrisch mit dem Brennstoffzellenenergiebus durch einen DC/DC-Wandler gekoppelt ist.
  • Um einen sicheren Betrieb des Brennstoffzellenhybridfahrzeugs vorzusehen, sind alle Hochspannungsteile des elektrischen Systems des Fahrzeugs elektrisch von dem Fahrzeugfahrgestell isoliert. Jedoch können verschiedene Betriebsbedingungen des Fahrzeugs bewirken, dass ein Hochspannungsteil des elektrischen Systems beim Fahrzeugbetrieb direkt mit dem Fahrzeugfahrgestell gekoppelt wird. Beispielsweise besitzt das durch Kühlkanäle in dem Stapel strömende Kühlfluid anfänglich eine geringe Leitfähigkeit. Jedoch wird das Kühlfluid mit der Zeit kontaminiert und leitender, was einen unzulässigen Stromfluss zu dem Fahrzeugfahrgestell bewirken könnte. Zusätzlich kann der Isolationswiderstand zwischen dem Energiebus und dem Fahrzeugfahrgestell einer beliebigen Komponente durch einen Fehler, beispielsweise einem mechanischen Schaden, Wasser in der Komponente, etc. verringert werden. In dem schlimmsten Fall kann ein Kurzschluss auftreten. In dem Fall eines Fehlers können erreichbare aktive Teile des Energiebusses aus beispielsweise einer beschädigten Kabelisolierung, nicht eingesteckten Verbindern, entfernten Wandlerabdeckungen, etc. einen gefährlichen Stromfluss durch einen menschlichen Körper bewirken.
  • Der Verlust an Hochspannungsisolation zwischen einem Hochspannungsteil des elektrischen Fahrzeugsystems und dem Fahrzeugfahrgestell muss daher während des Fahrzeugbetriebs detektierbar sein, um die gewünschte Sicherheit vorzusehen. Herkömmliche Isolationsfehlerdetektionsvorrichtungen können nicht effektiv in Brennstoffzellenhybridfahrzeugen verwendet werden, da die Isolationswiderstände in dem Brennstoffzellenstapel asymmetrisch sind. Insbesondere ist aufgrund der Stapelkonstruktion und -geometrie, einschließlich der Strömung des Kühlfluides durch den Stapel, das Spannungspotential zwischen einem positiven Anschluss des Stapels und der Fahrzeugfahrgestellmasse verschieden von dem Spannungspotential zwischen einem negativen Anschluss des Stapels und der Fahrgestellmasse. Somit können herkömmliche Isolationsfehlerdetektionssysteme, die sich auf ein Ungleichgewicht zwischen Spannungspotentialen verlassen, um den Fehler anzugeben, in einem Brennstoffzellensystem nicht verwendet werden.
  • Wenn ein Isolationsfehler detektiert wird, unternimmt das Isolationsfehlerdetektionssystem eine geeignete Handlung, wie ein Abschalten des Systems oder das Bereitstellen eines Warnlichtes für den Fahrzeugfahrer.
  • Zusätzlich ist es erwünscht, dass das Isolationsfehlerdetektionssystem den Ort des Isolationsfehlers identifiziert, so dass dieser leicht korrigiert werden kann.
  • Herkömmliche Fehlererkennungsschaltungen in elektrischen Schaltkreisen sind aus den Druckschriften DE 10 2004 005 776 A1 , EP 1 396 918 A2 und DE 103 00 539 A1 bekannt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein erfindungsgemäßes System zum Detektieren von Isolationsfehlern umfasst einen Brennstoffzellenstapel mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss, eine Batterie mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss, einen Systembus mit einer positiven Schiene, die elektrisch mit den positiven Anschlüssen des Brennstoffzellenstapels und der Batterie gekoppelt ist, und einer negativen Schiene, die elektrisch mit den negativen Anschlüssen des Brennstoffzellenstapels und der Batterie gekoppelt ist, wobei Systemlasten mit der positiven Schiene und der negativen Schiene elektrisch parallel gekoppelt sind, und eine Masseschiene. In dem System ist eine Vielzahl von Isolationswiderständen definiert ist, die einen ersten Isolationswiderstand innerhalb des Brennstoffzellenstapels, einen zweiten Isolationswiderstand zwischen dem positiven Anschluss des Stapels und der Masseschiene, einen dritten Isolationswiderstand zwischen dem negativen Anschluss des Stapels und der Masseschiene, einen vierten Isolationswiderstand zwischen der positiven Schiene und der Masseschiene, einen fünften Isolationswiderstand zwischen der negativen Schiene und der Masseschiene, einen sechsten Isolationswiderstand zwischen dem positiven Anschluss der Batterie und der Masseschiene und einen siebten Isolationswiderstand zwischen dem negativen Anschluss der Batterie und der Masseschiene umfassen. Das System misst eine Vielzahl von Spannungspotentialen in dem System relativ zu den Isolationswiderständen und vergleicht die gemessenen Spannungspotentiale mit vorbestimmten Spannungspotentialen, um zu bestimmen, ob einer der Isolationswiderstände unter einen vorbestimmten minimalen Wert gefallen ist. Die gemessenen Spannungspotentiale umfassen ein Stapelspannungspotential des Brennstoffzellenstapels, ein positives Brennstoffzellenspannungspotential zwischen der positiven Schiene und der Masseschiene, ein negatives Brennstoffzellenspannungspotential zwischen der negativen Schiene und der Masseschiene, ein positives Batteriespannungspotential zwischen dem positiven Batterieanschluss und der Masseschiene und ein Gesamtbatteriespannungspotential.
  • Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angefügten Ansprüchen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein schematisches Schaubild eines Isolationsfehlerdetektionssystems für ein Brennstoffzellenhybridfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf ein Isolationsfehlerdetektionssystem für ein Brennstoffzellensystem gerichtet ist, ist lediglich beispielhafter Natur. Beispielsweise besitzt das Isolationsfehlerdetektionssystem der Erfindung besondere Anwendung für ein Brennstoffzellenhybridfahrzeug. Jedoch kann, wie für Fachleute offensichtlich ist, das Isolationsfehlerdetektionssystem der Erfindung bei anderen Anwendungen Gebrauch finden.
  • 1 ist ein schematisches Schaubild eines Isolationsfehlerdetektionssystems 10 für ein Brennstoffzellensystem, das einem Brennstoffzellenhybridfahrzeug zugeordnet ist. Das System 10 umfasst eine Ersatzschaltung aus verschiedenen elektrischen Komponenten des Brennstoffzellensystems. Das System 10 umfasst einen Brennstoffzellenstapel 12 und eine Sekundärbatterie 14. Der Brennstoffzellenstapel 12 umfasst einen positiven Stapelanschluss 16 und einen negativen Stapelanschluss 18, und die Batterie 14 umfasst einen positiven Batterieanschluss 20 und einen negativen Batterieanschluss 22. Eine positive elektrische Schiene 24 ist elektrisch mit den positiven Anschlüssen 16 und 20 gekoppelt, und eine negative elektrische Schiene 26 ist elektrisch mit den negativen Anschlüssen 18 und 22 gekoppelt, wobei die Schienen 24 und 26 den Systemenergiebus repräsentieren. Eine elektrische Schiene 28 repräsentiert die Fahrzeugfahrgestellmasse. In der positiven Schiene 24 ist ein DC/DC-Wandler 30 vorgesehen, um den Stapelenergiebus von dem Batterieenergiebus zu entkoppeln.
  • Die Spannung des Stapels 12 ist durch ein Spannungspotential Vst1, das durch eine Spannungsquelle 36 zwischen dem positiven Stapelanschluss 16 und einem inneren Stapelanschluss 46 dargestellt ist, und ein Spannungspotential Vst2 definiert, das durch eine Spannungsquelle 38 zwischen dem negativen Stapelanschluss 18 und dem inneren Stapelanschluss 47 dargestellt ist, wobei die Stapelspannung Vst = Vst1 + Vst2. Die Batteriespannung Vbat wird durch eine Quelle 54 repräsentiert, und ein positives Batteriepotential Vbat_pos wird zwischen dem positiven Batterieanschluss 20 und der Masseschiene 28 definiert. Das Batteriepotential zwischen dem positiven Batterieanschluss 20 und der Masseschiene 28 und dem negativen Batterieanschluss 22 und der Masseschiene 28 wäre gleich, wenn die Batterie von der positiven Schiene 24 und der negativen Schiene 26 getrennt wäre. Jedoch bewirkt während des Betriebs des Systems 10 die Asymmetrie der Stapelpotentiale auch einen Unterschied der Batteriepotentiale. Alle Lasten des Systems 10, einschließlich des Fahrzeugantriebs, des Kompressorantriebs, der Heizsysteme, etc., sind elektrisch parallel an die positive Schiene 24 und die negative Schiene 26 geschaltet.
  • Wie nachfolgend beschrieben ist, definiert die Ersatzschaltung des Systems 10 sieben Isolationswiderstände, die die Hochspannungsteile des elektrischen Systems von der Fahrgestellmasse isolieren. Wenn einer dieser Isolationswiderstände unter einen vorbestimmten minimalen Widerstand fällt, dann ist ein Verlust an Hochspannungsisolation aufgetreten, der eine Sicherheitsgefahr darstellt.
  • Das flüssige Kühlmittel, das durch die Kühlmittelströmungskanäle in dem Stapel 12 strömt, in Kombination mit der Stapelgeometrie bestimmt die Isolationswiderstände der elektrischen Teile des Stapels 12 relativ zu der Fahrzeugfahrgestellmasse. Der Stapel 12 umfasst drei Isolationswiderstände, die die elektrische Isolierung des Stapels 12 von dem Fahrzeugfahrgestell definieren. Diese Isolationswiderstände umfassen einen Isolationswiderstand Rst1 40 zwischen dem positiven Stapelanschluss 16 und der Masseschiene 28, einen Isolationswiderstand Rst2 42 zwischen dem negativen Stapelanschluss 18 und der Masseschiene 28 und einen Isolationswiderstand Rst0 44 zwischen einem inneren Stapelanschluss 46 und einer Masseschiene 28. Der Isolationswiderstand 44 repräsentiert einen Innenwiderstand des Stapels 12, wie zwischen einzelnen Platten in dem Stapel 12. Die Asymmetrie des Stapels 12, wie oben beschrieben ist, wird durch das Verhältnis der Widerstände 40, 42 und 44 bestimmt.
  • Die Batterie 14 umfasst einen Isolationswiderstand Rbat_pos 50 zwischen dem positiven Batterieanschluss 20 und der Masseschiene 28 und einen Isolationswiderstand Rbat_neg 52 zwischen dem negativen Batterieanschluss 22 und der Masseschiene 28. Die Kombination aller Stapellasten definiert einen positiven Brennstoffzellenisolationswiderstand RFC_pos 56 zwischen der positiven Schiene 24 und der Masseschiene 28 und einen negativen Brennstoffzellenisolationswiderstand RFC_neg 58 zwischen der negativen Schiene 28 und der Masseschiene 28. Der Isolationswiderstand 56 definiert ein positives Brennstoffzellenpotential VFC_pos und der Isolationswiderstand 58 definiert ein negatives Brennstoffzellenpotential VFC_neg.
  • Gemäß der Erfindung überwacht das Isolationsfehlerdetektionssystem 10 das Spannungspotential über die Isolationswiderstände 40, 42, 46, 50, 52, 56 und 58, so dass, wenn einer der Widerstände unter einen vorbestimmten Minimalwiderstand fällt, ein Isolationsfehler detektiert wird. Wenn ein oder mehrere Isolationswiderstände 40, 42, 44, 50, 52, 56 und 58 während des Betriebs des Fahrzeugs unter den minimalen Widerstand fällt/ fallen, wird eine Warnung an den Fahrzeugcontroller (nicht gezeigt) und den Fahrer übermittelt.
  • Wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, wird die Isolationsfehlerdetektion auf Grundlage der Isolationswiderstände 40, 42, 44, 50, 52, 56 und 58 durch Messen der positiven und negativen Spannungspotentiale der Schienen 24 und 26 bezüglich des Fahrzeugfahrgestells, des positiven Batterieanschlussspannungspotentials bezüglich des Fahrzeugfahrgestells, des Stapelspannungspotentials und des Gesamtbatteriespannungspotentials vorgesehen. Diese gemessenen Spannungspotentiale werden mit Spannungspotentialen verglichen, die in dem Fall eines Verlustes einer Isolation auftreten, um die Isolationsfehler zu detektieren. Ferner kann durch Kenntnis, welches gemessene Spannungspotential den Isolationsfehler erzeugt hat, der Ort des Fehlers von dem System bestimmt werden.
  • Die Ersatzschaltung, die oben in dem System 10 beschrieben ist, zeigt, dass ein Isolationsfehler an vier Orten in dem System 10 auftreten kann, wo das jeweilige Spannungspotential zunimmt. Zunächst tritt ein Isolationsfehler zwischen dem positiven Stapelanschluss 16 und der Masseschiene 28 auf, wenn einer der Isolationswiderstände 56 oder 40 unter einen vorbestimmten minimalen Widerstand fällt. Zweitens tritt ein Isolationsfehler zwischen dem positiven Batterieanschluss 20 und der Masseschiene 28 auf, wenn der Isolationswiderstand 50 unter einen vorbestimmten minimalen Widerstand fällt. Drittens tritt ein Isolationsfehler zwischen dem negativen Stapelanschluss 18 oder dem negativen Batterieanschluss 22 und der Masseschiene 28 auf, wenn einer der Isolationswiderstände 42, 58 oder 52 unter einen vorbestimmten minimalen Widerstand fällt. Viertens tritt ein Isolationsfehler zwischen dem inneren Stapelanschluss 46 und der Masseschiene 28 auf, wenn der Isolationswiderstand 44 unter einen vorbestimmten minimalen Widerstand fällt.
  • Um für den ersten Fall zu bestimmen, ob ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wird das Spannungspotential zwischen dem positiven Batterieanschluss 20 und der Masseschiene 28 durch eine Maschengleichung Vbat_pos = Vbat - (Vst1 + Vst2) definiert, die erfüllt wäre, wenn ein Isolationsfehler an dem Isolationswiderstand 56 oder 40 auftreten würde. Insbesondere wenn einer der Isolationswiderstände 40 oder 56 auf Null geht, wird dann Vbat_pos gleich Vbat - Vst. Dies ist ein Szenario des schlimmsten Falls, bei dem der Isolationswiderstand 40 oder 56 insgesamt auf Null zurückgegangen ist. In der Praxis tritt ein Isolationsfehler auf, wenn der Isolationswiderstand unter einen bestimmten minimalen Widerstand fällt.
  • Um für den zweiten Fall zu bestimmen, ob ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wird das Potential zwischen dem positiven Batterieanschluss 20 und der Masseschiene 28 durch eine Maschengleichung Vbat_pos = 0 definiert, das während eines Isolationsfehlers an dem Isolationswiderstand 50 auftreten würde. Wenn daher das Potential Vbat_pos Null ist, dann ist der Widerstand 50 Null, und es ist ein Isolationsfehler an dem Isolationswiderstand 50 aufgetreten.
  • Um für den dritten Fall zu bestimmen, ob ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wird das Potential zwischen dem positiven Stapelanschluss 16 und der Masseschiene 28 durch eine Maschengleichung VFC_pos = (Vst1 + Vst2) definiert. Wenn daher einer der Isolationswiderstände 42, 52 oder 58 auf Null geht, wird dann diese Gleichung erfüllt, und es ist ein Isolationsfehler an einem dieser Orte aufgetreten.
  • Um für den vierten Fall zu bestimmen, ob ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wird das Potential zwischen dem positiven Stapelanschluss 16 und der Masseschiene 28 durch die Maschengleichung VFC_pos = Vst1 definiert, und das Potential zwischen dem negativen Stapelanschluss 18 und der Masseschiene 28 wird durch die Maschengleichung VFC_neg = -Vst2 definiert.
  • Die Grundsätze der Isolationsfehlerdetektion der Erfindung, die oben beschrieben sind, sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
    Ort des Isolationsfehlers Überwachte Spannungspotentiale : Grenzfall; Riso → 0 Überwachte Spannungspotentiale; Praktische Realisierung
    Übertragungsweg zwischen positiver Schiene und geerdeter Brennstoffzellenseite (Fall 1) Vbat_pos → Vbat - (Vst1+Vst2) Vbat_pos < Vbat - (Vst1+Vst2) + ΔV
    Übertragungsweg zwischen positiver Schiene und geerdeter Batterieseite (Fall 2) Vbat_pos → 0 Vbat_pos < ΔV
    Übertragungsweg zwischen negativer Schiene und geerdeter Brennstoffzellenseite oder Übertragungsweg zwischen negativer Schiene und geerdeter Batterieseite (Fall 3) VFC_pos → (Vst1 + Vst2) VFC_pos > (Vst1 + Vst2) - ΔV
    Stapel innen (Fall 4) VFC_pos → Vst1 abs(VFC_pos + VFC_neg) < ΔV
    VFC_neg → Vst2
  • In Tabelle 1 listet die erste Spalte die vierte Orte der möglichen Isolationsfehler auf, und die zweite Spalte zeigt die Spannungspotentiale für einen kompletten Isolationsverlust in dem entsprechenden Ort, an dem der jeweilige Isolationswiderstand auf Null zurückgeht, Riso -> 0. In einer realen Anwendung kann ein Isolationsfehler auftreten, der ein Sicherheitsproblem darstellt, ohne dass der jeweilige Isolationswiderstand 40, 42, 44, 50, 52, 56 und 58 vollständig auf Null zurückgeht. Daher sieht das Steuersystem minimale Werte für die Isolationswiderstände 40, 42, 44, 50, 52, 56 und 58 vor, wo ein Isolationsfehler identifiziert wird.
  • Jede der oben beschriebenen Maschengleichungen, die in Spalte 2 der Tabelle 1 bezeichnet sind, wurden überarbeitet, so dass sie eine Schwellenspannung ΔV für reale Anwendungen umfasst. Insbesondere zeigt die dritte Spalte die jeweiligen Maschengleichungen für die praktische Realisierung der Spannungspotentialüberwachung der Erfindung. Die Schwellenspannung ΔV kann für ein bestimmtes System eingestellt werden, um eine beliebige Empfindlichkeit des Isolationsfehlerdetektion zu erreichen.
  • Aufgrund der Tatsache, dass die überwachten Spannungspotentiale DC-Spannungen sind, können die gemessenen Signale mit einem Tiefpassfilter gefiltert werden, der eine kleine Grenzfrequenz besitzt, so dass die Isolationsfehlerdetektionstechnik der Erfindung unempfindlich gegenüber Rauschen an dem Energieversorgungsbus ist, das durch die Antriebswechselrichter erzeugt wird. Das Isolationsfehlerdetektionsverfahren der Erfindung gewährleistet einen sicheren Betrieb des Systems 10 in dem Fall eines Isolationsfehlers und sieht ein Diagnosewerkzeug zum schnellen Korrigieren vor.
  • Das Isolationsfehlerdetektionssystem 10 umfasst verschiedene Komponenten zum Detektieren der Isolationsfehler auf die oben beschriebene Weise. Insbesondere sieht ein Ausgang eines Komparators 62 eine Isolationsfehlerdetektion für den ersten Fall vor, ein Ausgang eines Komparators 64 sieht eine Isolationsfehlerdetektion für den zweiten Fall vor, ein Ausgang eines Komparators 66 sieht eine Isolationsfehlerdetektion für den dritten Fall vor und ein Ausgang eines Komparators 68 sieht eine Isolationsfehlerdetektion für den vierten Fall vor. Wenn einer der Ausgänge der Komparatoren 62, 64, 66 und 68 in den High-Zustand geht, dann ist an diesem Ort ein Isolationsfehler aufgetreten.
  • Für den ersten Fall wird das positive Batteriespannungspotential Vbat_pos an den negativen Anschluss des Komparators 62 angelegt. Zusätzlich werden das Stapelspannungspotential Vst und die vorbestimmte Schwellenspannung ΔV in einem Subtrahiereinheit 70 subtrahiert. Der Ausgang des Subtrahiereinheits 70 und das Batteriespannungspotential Vbat werden in einem Subtrahiereinheit 72 subtrahiert. Der Ausgang des Subtrahiereinheits 72 wird an den positiven Anschluss des Komparators 62 zum Vergleich mit dem Spannungspotential Vbat_pos angelegt, wie durch die Maschengleichung für den ersten Fall, wie oben beschrieben ist, definiert ist. Wenn daher das Spannungspotential Vbat_pos unter den in der Maschengleichung identifizierten Wert fällt, dann ist ein Isolationsfehler an dem Isolationswiderstand 40 oder 56 aufgetreten.
  • Für den zweiten Fall wird das Batteriespannungspotential Vbat_pos an den negativen Anschluss des Komparators 64 angelegt, und eine vorbestimmte Schwellenspannung ΔV wird an den positiven Anschluss des Komparators 64 angelegt. Wenn daher das Batteriespannungspotential Vbat_pos unter die Schwellenspannung ΔV fällt, dann wird der Ausgang des Komparators 64 high, wodurch ein Isolationsfehler an dem Isolationswiderstand 50 angegeben wird.
  • Für den dritten Fall wird der Ausgang des Subtrahiereinheits 70 an den negativen Anschluss des Komparators 66 angelegt, und das positive Brennstoffzellenpotential VFC_pos wird an den positiven Anschluss des Komparators 66 angelegt. Wenn daher das positive Brennstoffzellenpotential VFC_pos größer als das Stapelspannungspotential Vst minus der Schwellenspannung ΔV wird, dann ist an einem der Isolationswiderstände 42, 52 oder 58 ein Isolationsfehler aufgetreten.
  • Für den vierten Fall werden das negative Brennstoffzellenspannungspotential VFC_neg und das positive Brennstoffzellenspannungspotential VFC_pos in einer Summiereinheit 74 summiert. Der Ausgang der Summiereinheit 74 wird an eine Absolutwertvorrichtung 76 angelegt, um den Absolutwert der Summierung der Brennstoffzellenspannungspotentiale zu erzeugen. Der Ausgang der Absolutwertvorrichtung 76 wird an den negativen Anschluss des Komparators 68 angelegt, und eine vorbestimmte Schwellenspannung ΔV wird an den positiven Anschluss des Komparators 68 angelegt. Wenn daher der Absolutwert der Summe des positiven Brennstoffzellenpotentials VFC_pos und des negativen Brennstoffzellenpotentials VFC_neg unter die Schwellenspannung ΔV fällt, ist dann ein Isolationsfehler an dem Isolationswiderstand 44 aufgetreten.

Claims (8)

  1. System zum Detektieren von Isolationsfehlern, wobei das System umfasst: einen Brennstoffzellenstapel mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss; eine Batterie mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss; einen Systembus mit einer positiven Schiene, die elektrisch mit den positiven Anschlüssen des Brennstoffzellenstapels und der Batterie gekoppelt ist, und einer negativen Schiene, die elektrisch mit den negativen Anschlüssen des Brennstoffzellenstapels und der Batterie gekoppelt ist, wobei Systemlasten mit der positiven Schiene und der negativen Schiene elektrisch parallel gekoppelt sind; und eine Masseschiene, wobei eine Vielzahl von Isolationswiderständen in dem System definiert ist, die einen ersten Isolationswiderstand innerhalb des Brennstoffzellenstapels, einen zweiten Isolationswiderstand zwischen dem positiven Anschluss des Stapels und der Masseschiene, einen dritten Isolationswiderstand zwischen dem negativen Anschluss des Stapels und der Masseschiene, einen vierten Isolationswiderstand zwischen der positiven Schiene und der Masseschiene, einen fünften Isolationswiderstand zwischen der negativen Schiene und der Masseschiene, einen sechsten Isolationswiderstand zwischen dem positiven Anschluss der Batterie und der Masseschiene und einen siebten Isolationswiderstand zwischen dem negativen Anschluss der Batterie und der Masseschiene umfassen, und wobei das System eine Vielzahl von Spannungspotentialen in dem System relativ zu den Isolationswiderständen misst und die gemessenen Spannungspotentiale mit vorbestimmten Spannungspotentialen vergleicht, um zu bestimmen, ob einer der Isolationswiderstände unter einen vorbestimmten minimalen Wert gefallen ist, wobei die gemessenen Spannungspotentiale ein Stapelspannungspotential des Brennstoffzellenstapels, ein positives Brennstoffzellenspannungspotential zwischen der positiven Schiene und der Masseschiene, ein negatives Brennstoffzellenspannungspotential zwischen der negativen Schiene und der Masseschiene, ein positives Batteriespannungspotential zwischen dem positiven Batterieanschluss und der Masseschiene und ein Gesamtbatteriespannungspotential umfassen.
  2. System nach Anspruch 1, wobei ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wenn das positive Batteriespannungspotential unter das Gesamtbatteriespannungspotential minus dem Stapelspannungspotential plus einem vorbestimmten Schwellenspannungspotentialwert fällt.
  3. System nach Anspruch 1, wobei ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wenn das positive Batteriespannungspotential unter ein vorbestimmtes Schwellenspannungspotential fällt.
  4. System nach Anspruch 1, wobei ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wenn das positive Brennstoffzellenspannungspotential größer als das Stapelspannungspotential minus ein vorbestimmtes Schwellenspannungspotential ist.
  5. System nach Anspruch 1, wobei ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wenn der Absolutwert des positiven Brennstoffzellenspannungspotentials plus das negative Brennstoffzellenspannungspotential unter ein vorbestimmtes Schwellenspannungspotential fällt.
  6. System nach Anspruch 1, wobei das System Teil eines Brennstoffzellenhybridfahrzeugs ist.
  7. Verfahren zum Detektieren von Isolationsfehlern in einem Brennstoffzellensystem, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Brennstoffzellenstapel mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss bereitgestellt wird; eine Batterie mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss bereitgestellt wird; ein Systembus bereitgestellt wird, der eine positive Schiene, die elektrisch mit den positiven Anschlüssen des Brennstoffzellenstapels und der Batterie gekoppelt ist, und eine negative Schiene umfasst, die elektrisch mit den negativen Anschlüssen des Brennstoffzellenstapels und der Batterie gekoppelt ist, wobei Systemlasten mit der positiven Schiene und der negativen Schiene elektrisch parallel gekoppelt sind; eine Masseschiene bereitgestellt wird; eine Vielzahl von Isolationswiderständen in dem System definiert wird; eine Vielzahl von Spannungspotentialen in dem System relativ zu den Isolationswiderständen gemessen wird; die gemessenen Spannungspotentiale mit vorbestimmten Spannungspotentialen verglichen werden, um zu bestimmen, ob einer der Isolationswiderstände unter einen vorbestimmten minimalen Wert gefallen ist; und auf Grundlage des Vergleichs bestimmt wird, dass ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wobei das Definieren einer Vielzahl von Isolationswiderständen in dem System umfasst, dass ein erster Isolationswiderstand innerhalb des Brennstoffzellenstapels definiert wird, ein zweiter Isolationswiderstand zwischen dem positiven Anschluss des Stapels und der Masseschiene definiert wird, ein dritter Isolationswiderstand zwischen dem negativen Anschluss des Stapels und der Masseschiene definiert wird, ein vierter Isolationswiderstand zwischen der positiven Schiene und der Masseschiene definiert wird; ein fünfter Isolationswiderstand zwischen der negativen Schiene und der Masseschiene definiert wird, ein sechster Isolationswiderstand zwischen dem positiven Anschluss der Batterie und der Masseschiene definiert wird und ein siebter Isolationswiderstand zwischen dem negativen Anschluss der Batterie und der Masseschiene definiert wird, und wobei das Messen einer Vielzahl von Spannungspotentialen umfasst, dass ein Stapelspannungspotential des Brennstoffzellenstapels gemessen wird, ein positives Brennstoffzellenspannungspotential zwischen der positiven Schiene und der Masseschiene gemessen wird, ein negatives Brennstoffzellenspannungspotential zwischen der negativen Schiene und der Masseschiene gemessen wird, ein positives Batteriespannungspotential zwischen dem positiven Batterieanschluss und der Masseschiene gemessen wird und ein Gesamtbatteriespannungspotential gemessen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das auf Grundlage des Vergleichs erfolgende Bestimmen, dass ein Isolationsfehler aufgetreten ist, umfasst, dass bestimmt wird, dass ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wenn das positive Batteriespannungspotential unter das Gesamtbatteriespannungspotential minus dem Stapelspannungspotential plus einem vorbestimmten Schwellenspannungspotentialwert fällt, bestimmt wird, dass ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wenn das positive Batteriespannungspotential unter ein vorbestimmtes Schwellenspannungspotential fällt, bestimmt wird, dass ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wenn das positive Brennstoffzellenspannungspotential größer als das Stapelspannungspotential minus einem vorbestimmten Schwellenspannungspotential ist, und bestimmt wird, dass ein Isolationsfehler aufgetreten ist, wenn der Absolutwert des positiven Brennstoffzellenspannungspotentials plus dem negativen Brennstoffzellenspannungspotential unter ein vorbestimmtes Schwellenspannungspotential fällt.
DE102006031874.9A 2005-07-13 2006-07-10 System und Verfahren zum Detektieren von Isolationsfehlern in einem Brennstoffzellensystem Active DE102006031874B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/180,892 2005-07-13
US11/180,892 US7862944B2 (en) 2005-07-13 2005-07-13 Method for detection and diagnosis of isolation faults in fuel cell hybrid vehicles

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102006031874A1 DE102006031874A1 (de) 2007-02-22
DE102006031874B4 true DE102006031874B4 (de) 2020-09-03

Family

ID=37661089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102006031874.9A Active DE102006031874B4 (de) 2005-07-13 2006-07-10 System und Verfahren zum Detektieren von Isolationsfehlern in einem Brennstoffzellensystem

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7862944B2 (de)
DE (1) DE102006031874B4 (de)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7564248B2 (en) * 2007-03-12 2009-07-21 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for monitoring fuel cells
DE102007029715A1 (de) * 2007-06-27 2009-01-08 Daimler Ag Sicherheitsvorrichtung für ein mit einem Brennstoffzellensystem betriebenes Fahrzeug sowie Fahrzeug mit der Sicherheitsvorrichtung
DE102007046483B4 (de) * 2007-09-28 2014-02-27 Continental Automotive Gmbh Schaltungsanordnung und Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Isolation
CN101324645B (zh) * 2008-07-08 2010-06-02 奇瑞汽车股份有限公司 混合动力车高压能量管理系统绝缘电阻测算方法及装置
FI122083B (fi) * 2009-01-23 2011-08-15 Waertsilae Finland Oy Järjestely ja menetelmä polttokennolaitteen sähköisen eristyksen seurantaan
US8421467B2 (en) 2009-11-19 2013-04-16 Valence Technology, Inc. Battery insulation resistance measurement methods, insulation resistance measurement methods, insulation resistance determination apparatuses, and articles of manufacture
US8427171B2 (en) * 2010-06-07 2013-04-23 Steve Carkner Battery connection failure detection system
FR2963500B1 (fr) * 2010-08-02 2012-09-21 Michelin Soc Tech Dispositif de connexion comprenant une unite de controle, coffre a batterie comprenant un tel dispositif de connexion et procede de controle d'un tel coffre a batterie.
CN101947938B (zh) * 2010-09-26 2012-05-02 重庆长安汽车股份有限公司 一种混合动力can网络通讯系统
JP5648574B2 (ja) 2011-04-28 2015-01-07 スズキ株式会社 車両用電源制御装置
US20130027049A1 (en) * 2011-07-28 2013-01-31 Tesla Motors, Inc. Method for Determining Battery Pack Isolation Resistance Via Dual Bus Monitoring
US8168315B1 (en) * 2011-08-23 2012-05-01 Tesla Motors, Inc. Method for detecting battery thermal events via battery pack isolation monitoring
DE102011118954B4 (de) * 2011-11-19 2013-07-04 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung einer Hochvoltanordnung
US9404956B2 (en) 2011-12-19 2016-08-02 Ford Global Technologies, Llc Vehicle with selectable battery pack isolation detection circuitry using precision resistors
EP2738033B1 (de) 2012-11-30 2017-10-18 Samsung SDI Co., Ltd. Sicherheitsvorrichtung für ein Fahrzeug und Verfahren zur Steuerung dazu
US9337503B2 (en) * 2013-03-11 2016-05-10 GM Global Technology Operations LLC Fuel cell power control by offset estimation
KR20150138762A (ko) * 2014-06-02 2015-12-10 현대자동차주식회사 연료 전지 차량의 안전 시스템 및 그 제어 방법
US10560894B2 (en) * 2015-01-13 2020-02-11 Trane International Inc. Mesh routing of sleepy sensor data
DE102015208927A1 (de) * 2015-05-13 2016-11-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Überwachen eines Bordnetzes
TWI621943B (zh) * 2016-03-17 2018-04-21 仁寶電腦工業股份有限公司 硬碟監控方法及硬碟監控系統
CN106292626B (zh) * 2016-08-04 2018-12-07 中国汽车工程研究院股份有限公司 用于新能源汽车测试评价的数据采集装置和方法
EP3608152B1 (de) * 2018-08-06 2022-06-22 Ningbo Geely Automobile Research & Development Co. Ltd. Verfahren zur detektion eines isolierungsfehlers
US11254215B2 (en) * 2018-11-21 2022-02-22 Volvo Car Corporation Isolation resistance measurement of power system in vehicle
DE102019113139A1 (de) * 2019-05-17 2020-11-19 Knorr-Bremse Systeme für Nutzfahrzeuge GmbH Vorrichtung und Verfahren zur Stromsteuerung eines Aktuators
EP4022737A4 (de) 2019-08-23 2023-11-08 Stafl Systems, LLC Ortsbestimmende fehlerüberwachung für ein batterieverwaltungssystem
US11275107B2 (en) * 2019-12-10 2022-03-15 GM Global Technology Operations LLC Method and apparatus for monitoring isolation of an electric power bus
US11703536B2 (en) 2021-06-25 2023-07-18 Rolls-Royce Corporation Insulation and fault monitoring for enhanced fault detection
US11703535B2 (en) * 2021-06-25 2023-07-18 Rolls-Royce Corporation Insulation and fault monitoring for enhanced fault detection
US20230207846A1 (en) * 2021-12-28 2023-06-29 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc System and method for indirectly monitoring an isolation resistance of one or more fuel cells

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1396918A2 (de) * 2002-09-06 2004-03-10 Bae Systems Controls, Inc. Erdschlussüberwachungssystem
DE10300539A1 (de) * 2003-01-09 2004-07-29 Daimlerchrysler Ag Schaltung und Verfahren zur Erfassung von Isolationsfehlern
DE102004005776A1 (de) * 2003-02-07 2004-08-26 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Isolationsdetektionssystem für eine Anordnung aus mehreren Stapeln

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10006781A1 (de) * 2000-02-18 2002-03-14 Xcellsis Gmbh Vorrichtung mit einer Brennstoffzelle für die Erzeugung elektrischer Energie und mit Verteilung der elektrischen Energie an Verbraucher
JP2001275259A (ja) * 2000-03-29 2001-10-05 Canon Inc 系統連系インバータおよび分散形発電システム
JP2003066090A (ja) * 2001-08-29 2003-03-05 Omron Corp 漏電検出装置
US6856137B2 (en) * 2002-02-19 2005-02-15 Bae Systems Controls Inc. Ground fault detection system and method
US6998819B2 (en) * 2002-05-28 2006-02-14 Ford Global Technologies, Llc Current leakage detection in high voltage battery pack
US20050048335A1 (en) * 2003-08-26 2005-03-03 Fields Robert E. Apparatus and method for regulating hybrid fuel cell power system output
JP4969029B2 (ja) * 2004-08-16 2012-07-04 株式会社日立製作所 電源装置及びその制御方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1396918A2 (de) * 2002-09-06 2004-03-10 Bae Systems Controls, Inc. Erdschlussüberwachungssystem
DE10300539A1 (de) * 2003-01-09 2004-07-29 Daimlerchrysler Ag Schaltung und Verfahren zur Erfassung von Isolationsfehlern
DE102004005776A1 (de) * 2003-02-07 2004-08-26 General Motors Corp. (N.D.Ges.D. Staates Delaware), Detroit Isolationsdetektionssystem für eine Anordnung aus mehreren Stapeln

Also Published As

Publication number Publication date
US20070013382A1 (en) 2007-01-18
DE102006031874A1 (de) 2007-02-22
US7862944B2 (en) 2011-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102006031874B4 (de) System und Verfahren zum Detektieren von Isolationsfehlern in einem Brennstoffzellensystem
DE102008031968B4 (de) Wechselstrom-Masseschluss-Erfassungssystem eines Fahrzeugs
DE102015108024B4 (de) Kontinuierliche leckdetektionsschaltung mit integrierter robustheitsprüfung und symmetrischer fehlerdetektion
WO2001028804A1 (de) Verfahren und anordnung zum steuern einer schaltverbindung zwischen den elektrischen ausgängen einer brennstoffzelle und einem isolierten elektrischen netz
DE102008022776A1 (de) Vereinfachte automatische Entladefunktion für Fahrzeuge
DE102012213053B4 (de) Batterie, Batteriezelle mit Sicherungsvorrichtung sowie Verfahren zum Schutz einer Batteriezelle
DE102013218077A1 (de) Batteriezelleinrichtung und Verfahren zur Bestimmung einer komplexen Impedanz einer in einer Batteriezelleinrichtung angeordneten Batteriezelle
DE102016119015A1 (de) Schätzung der kühlmittelleitfähigkeit in einem mehrspannungs-brennstoffzellensystem ohne trennen der schütze
DE102013204159A1 (de) Verfahren und Vorrichtung für eine Hochspannungsisolations-Überwachung in einem Fahrzeug
EP2619844A1 (de) Batteriesystem und verfahren zur bestimmung von batteriemodulspannungen
EP3007963A1 (de) Verfahren zur überprüfung der spannungsfreiheit einer leistungselektronikbaueinheit eines kraftfahrzeugs
DE10218669B4 (de) Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Spannungsüberwachung für ein Brennstoffzellensystem
WO2012038261A1 (de) Verfahren zum austausch von batteriezellen während des betriebes
EP3774434A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines kraftfahrzeugs
WO2019192802A1 (de) Hochvolt-system für ein brennstoffzellenfahrzeug zur ermittlung eines isolationsfehlers
DE102018218331A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Brennstoffzellensystems, Brennstoffzellensystem und Brennstoffzellenfahrzeug
DE102004005776B4 (de) Isolationsdetektionssystem für eine Anordnung aus mehreren Stapeln und Verfahren zur Detektion eines Fehlerzustandes
DE102014101138A1 (de) Verfahren für die Detektion von Kurzschlüssen in einem Brennstoffzellensystem
DE102020110190A1 (de) Verfahren zum Überwachen eines elektrischen Potentials eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, sowie elektronisches Überwachungssystem
DE102019202403A1 (de) Batteriesystem mit verbesserter Kühlung
EP3561529A1 (de) Verfahren zur erkennung einer fehlfunktion, insbesondere eines kurzschlussstroms, in einer traktionsbatterieanordnung
DE102011079120B4 (de) Batteriemanagementsystem, Batterie, Kraftfahrzeug mit Batteriemanagementsystem sowie Verfahren zur Überwachung einer Batterie
DE112018003152T5 (de) Ausfalldiagnosevorrichtung
DE102014118049B4 (de) Verfahren zur Erzeugung von Injektionsstrom für einen Brennstoffzellenstapel sowie Vorrichtung zu dessen Durchführung
DE102012211092A1 (de) Batteriesystem und Kraftfahrzeug mit Batteriesystem

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8180 Miscellaneous part 1

Free format text: PFANDRECHT

8180 Miscellaneous part 1

Free format text: PFANDRECHT AUFGEHOBEN

8180 Miscellaneous part 1

Free format text: PFANDRECHT

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC , ( N. D. , US

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS LLC (N. D. GES, US

Free format text: FORMER OWNER: GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS, INC., DETROIT, MICH., US

Effective date: 20110323

R016 Response to examination communication
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: G01R0031020000

Ipc: G01R0031500000

R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final