DE102009018601A1

DE102009018601A1 - Erdschluss-Erfassungssystem für Fahrzeuge mit einem Hochspannungs-Stromnetz

Info

Publication number: DE102009018601A1
Application number: DE102009018601A
Authority: DE
Inventors: Miguel Angel Valls Aceña; Jordi Valls Escoda
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2009-12-03
Also published as: US7852089B2; US20090278547A1; CN101576597A

Abstract

Geschaffen werden ein Erdschluss-Erfassungssystem und ein Verfahren zum Erfassen von Verlust elektrischer Isolierung in einem Fahrzeug oder einem anderen System, bei dem ein Hochspannungs-Stromnetz eingesetzt wird. Der Verlust elektrischer Isolierung kann festgestellt werden, indem Hochspannungskondensatoren geladen werden, sie dann zu verschiedenen Zeiten zwischen die Stromnetz-Hochspannungsleiter und die Erde (beziehungsweise das Fahrzeugchassis) geschaltet werden und ihre verbleibende Ladung nach einem festgelegten Zeitraum gemessen wird. Das Hochspannungssystem kann in Abhängigkeit von der Energie, die die Kondensatoren während ihrer Verbindung mit dem Hochspannungs-Stromnetz verlieren, als ordnungsgemäß gegenüber Erde isoliert oder nicht ordnungsgemäß gegenüber Erde isoliert betrachtet werden.

Description

Hintergrund der Erfindung
Elektro-, Hybrid-Elektro- und andere Fahrzeuge, die vollständig oder teilweise von Elektroenergie abhängen, können eine Hochspannungsbatterie enthalten. Die Hochspannungsbatterie kann mit einem Hochspannungs-Stromverteilungssystem verbunden sein, das einer beliebigen Anzahl von Hochspannungs-Fahrzeugsystemen Energie zuführt bzw. von ihnen bezieht, so beispielsweise einem Traktionsstromrichter, einer Ladeeinrichtung, einem Gleichstromwandler und anderen Hochspannungslasten. Das Hochspannungs-Verteilungssystem kann Leiter oder andere Einrichtungen zum Übertragen der Hochspannungsenergie zwischen den Hochspannungssystemen enthalten. Die Leiter können eingesetzt werden, um ein Hochspannungs-Stromnetz mit einem Hochspannungs-Plusdraht (HV_P) und einem Hochspannungs-Minusleiter (HV_N) zu schaffen. Da keiner dieser Leiter mit der Fahrzeug-Erde (d. h. dem Fahrzeugchassis) verbunden ist, wird davon ausgegangen, dass das Hochspannungs-Stromnetz erdfrei ist.
Eine Anzahl von Niederspannungssystemen kann mit der Fahrzeug-Erde verbunden sein, so beispielsweise Fahrzeugleuchten, Infotainment-Einrichtungen, Klimaanlage, Sitzmotoren usw., ohne dass dies eine Einschränkung darstellt. Ähnlich wie bei dem Hochspannungs-Stromnetz kann das Niederspannungssystem ein Niederspannungs-Stromnetz benötigen, um Verteilung von Niederspannungsenergie zu ermöglichen. Die elektrische Isolierung des Hochspannungs-Stromnetzes von dem Niederspannungs-Stromnetz kann entscheidend für die Aufrechterhaltung von ordnungsgemäßem Betrieb beider Netze und der Systeme sein, die davon abhängen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 stellt ein Hochspannungs-Fahrzeugsystem gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar;
2 stellt schematisch eine Testanordnung gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar;
3a–3d stellen Schalt-Zeitsteuerung gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar;
4a–4d stellen kapazitive Entladung gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar;
5 stellt schematisch die Testanordnung dar, wenn die Hochspannungsbatterie gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung vorhanden ist;
6a–b stellen Ersatzschaltungen, von einem Erdschluss-Detektor vom Hochspannungs-Plusleiter und Hochspannungs-Minusleiter aus gesehen, gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar, wenn eine Traktionsbatterie vorhanden ist;
7 stellt grafisch den Ersatzwiderstand gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar;
8 stellt grafisch eine Spannung des Erdschluss-Erfassungssystems als eine Funktion der Ersatzwiderstände gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar; und
9 stellt schematisch das Erdschluss-Erfassungssystem gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform/en
1 stellt ein Hochspannungs-Fahrzeugsystem gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Das System kann eine Hochspannungsbatterie enthalten, die einem Hochspannungs-Stromnetz, das einen Hochspannungs-Plusleiter (HV_P) und einen Hochspannungs-Negativleiter (HV_N) hat, Hochspannungsenergie zuführt bzw. von diesem empfängt. Das Hochspannungs-Stromnetz kann elektrisch gegenüber einem Niederspannungs-Stromnetz isoliert sein, das einer oder mehreren Niederspannungslasten Niederspannungsenergie bereitstellt. Aufrechterhaltung der elektrischen Isolierung des Hochspannungsnetzes gegenüber dem Niederspannungsnetz kann ausschlaggebend für die Aufrechterhaltung des ordnungsgemäßen Betriebs beider Netze und der Systeme sein, die von ihm abhängen. Ein nicht einschränkender Aspekt der vorliegenden Erfindung sieht das Testen dieser elektrischen Isolierung vor.
Das System ist als Beispiel und ohne dass der Schutzumfang und die Idee der vorliegenden Erfindung eingeschränkt werden sollen, so dargestellt, dass es eine Anzahl von Einrichtungen aufweist, die dazu dienen können, eine zu dem Fahrzeug gehörende Anordnung zu versorgen, die vollständig oder teilweise von Hochspannungsenergie abhängt. Zu diesen Einrichtungen können eine Batterieladeeinrichtung, eine Hochspannungsbatterie, ein Erdschluss-Erfassungssystem, Hochspannungslasten, ein Hochspannungs-Wechselrichter, eine Hochspannungs-Elektromaschine (Motor), ein Hochspannungs-Niederspannungs-Gleichstromwandler, eine Niederspannungsbatterie, Fahrzeug-Erde und Niederspannungslasten gehören, ohne dass dies eine Einschränkung darstellt. Die Batterieladeeinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie die Hochspannungsbatterie mit Energie lädt, die von einer Wandsteckdose oder einer anderen externen Stromquelle zugeführt wird. Der Wechselrichter kann dazu dienen, Hochspannungs-Wechselstromenergie, die von der Hochspannungsenergie zugeführt wird, in Wechselstromenergie umzuwandeln, die genutzt werden kann, um die elektrische Maschine anzutreiben, die auch so konfiguriert sein kann, dass sie mechanische Drehung der Elektromaschine in die Gleichstromenergie umwandelt, die genutzt werden kann, um die Hochspannungsbatterie zu laden. Der Hochspannungs-Niederspannungs-Gleichstromwandler kann dazu dienen, die Hochspannungsenergie in Niederspannungsenergie umzuwandeln, die genutzt werden kann, um die Niederspannungslasten zu betreiben. Das Erdschluss-Erfassungssystem kann in Kombination mit diesen und anderen Einrichtungen eingesetzt werden, um das Testen elektrischer Isolierung des Hochspannungssystems gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.
2 stellt schematisch eine Testanordnung dar, die dazu dienen kann, die elektrische Isolierung des HV-Systems gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung zu testen. Die Testanordnung kann eingesetzt werden, um Testen der elektrischen Isolierung des Hochspannungs- und des Niederspannungsnetzes auf Basis von Kondensatorentladung (Cp, Cn) an jeden der Leiter in dem Hochspannungssystem zu ermöglichen. Phantomwiderstände (Rgnd_P und Rgnd_N) repräsentieren in der Darstellung, wie in 1 gezeigt, den Ersatzwiderstand der Hochspannungsnetz-Leiter und anderer Elemente des Hochspannungssystems zu Fahrzeug-Erde.
Rgnd_P und Rgnd_N können physikalisch zwischen den Hochspannungsleitern und dem Fahrzeugchassis gemessen werden. Ihre Werte spiegeln den Grad von Isolierung zwischen dem Hochspannungs-Stromnetz und Erde wider. Mit ihnen erfährt ein geladener Kondensa tor, der mit einem dieser Widerstände verbunden ist, in Abhängigkeit von dem Wert der erwähnten Widerstände nach einer festgelegten Zeit eine bestimmte Entladung (ein schwacher Widerstand bewirkt eine starke Kondensatorentladung und ein starker Widerstand bewirkt eine schwache Kondensatorentladung). Es ist wichtig, anzumerken, dass in 2 die Hochspannungsbatterie nicht in dem Hochspannungs-Stromnetz enthalten ist. Dies dient als Beispiel und dazu, einen nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung bezüglich des Testens der elektrischen Isolierung zu demonstrieren, wenn das Fahrzeug abgeschaltet ist oder die Hochspannungsbatterie anderweitig aus dem Hochspannungsnetz entfernt ist.
Wenn das Hochspannungssystem nicht ordnungsgemäß gegenüber der Fahrzeug-Erde oder dem Niederspannungssystem isoliert ist, ist es zu einem Durchschlag in dem System gekommen, und die Kondensatoren Cp und Cn entladen größere Energiemengen in das Hochspannungssystem, wenn sie zuvor geladen worden und mit dem Hochspannungs-Stromnetz verbunden worden sind, wie dies in 2 dargestellt ist. Der Grad der Isolierung nimmt mit der Zunahme der Kondensatorentladung ab. Wenn die Hochspannung ordnungsgemäß gegenüber der Fahrzeug-Erde und/oder dem Niederspannungssystem isoliert ist, ist der Ersatzwiderstand größer als ein Sollwert oder ein Grenzwert, und wenn die elektrische Isolierung fehlerhaft ist, nimmt der Ersatzwiderstand zu Erde unter diesen Grenzwert ab. Die elektrische Isolierung verschlechtert sich, wenn der Ersatzwiderstand zu Erde hin abnimmt.
2 stellt schematisch das Entladen von Cp und Cn zu dem Hochspannungs-Plusleiter und dem Hochspannungs-Minusleiter über den positiven Ersatzwiderstand (Rgnd_P) und den negativen Ersatzwiderstand (Rgnd_N) dar. Der Grad der Kondensatorentladung spiegelt den Ersatzwiderstand zwischen dem Hochspannungsleiter und Erde wider. Wenn die Entladung schwach (flach) ist, ist der Ersatzwiderstand stark und die Isolierung kann als ordnungsgemäß bezeichnet werden. Wenn die Entladung über einem Sollpegel liegt, ist der Ersatzwiderstand niedriger, und die Isolierung kann als unzureichend bezeichnet werden. Die Erdschluss-Erfassungschaltung kann des Weiteren ein Paar Hochspannungs-Stromquellen enthalten, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie den Kondensator Cp, der zu dem Hochspannungs-Plusleiter hin entladen wird, mit einer Testspannung (Vtest_P) und den Kondensator Cn, der zu dem Hochspannungs-Negativleiter entladen wird, mit einer Testspannung (Vtest_N) laden. Schalter (SW1, SW2, SW3 und SW4) können von einer Steuereinheit (nicht dargestellt) oder einem anderen Element so gesteuert werden, dass sie Laden und Entladen von Cp und Cn ermöglichen und die anderen Funktionen erfüllen, die von der vorliegenden Erfindung vorgesehen sind.
Wie aus 2 zu ersehen ist, sind Vtest_P und Vtest_N zwei Gleichspannungsquellen, die nicht mit der Hochspannungs-Fahrzeugbatterie zusammenhängen, und dazu dienen, Cp und Cn über S1 bzw. S3 zu laden. S2 und S4 dienen dazu, Cp und Cn während einer festgelegten Zeit mit den Hochspannungs-Fahrzeugstromleitungen (HV_P und HV_N) zu verbinden. Widerstände Rs_P und Rs_N können eingesetzt werden, um den Entladungsstrom von den Kondensatoren im Fall eines sehr niedrigen Wertes, eines Kurzschlusses oder mangelhafter Isolierung von Rgnd_P oder Rgnd_N zu begrenzen.
Beide Verzweigungen (wobei eine HV_P entspricht und die andere HV_N) werden zu verschiedenen Zeiten betrieben, so dass sie einander nicht überlappen. Der Betrieb des gesamten Systems kann anhand der Zeitsteuerung der vier Schalter (S1, S2, S3 und S4) beschrieben werden. Die Aktivierung der Schalter ist in 3a–3d dargestellt.
Dieser Zeitsteuerung folgend und vom offenen Zustand der vier Schalter ausgehend, wird S1 zu Zeit t₁ geschlossen, um Cp auf Vtest_P laden zu können (3a). Vor t₂ ist der Kondensator vollständig geladen (Vcp = Vtest_P), und dann öffnet S1. Zu Zeit t₃ wird S2 geschlossen und bis t₄ in diesem Zustand gehalten. Während dieses Intervalls (T = t₄ – t₃) wird der Kondensator Cp über einen Widerstand entladen, der der Summe von Rs_P und Rgnd_p gleich ist (3b). Nach diesem Entladungsvorgang kann zu Zeit t_cp die resultierende Spannung über den Kondensator Cp (Vcp) auf
genähert werden.
Diese Spannung spiegelt, wenn zur Zeit t_cp gemessen, den Pegel der Isolierung wieder, die zwischen dem Hochspannungs-Plusleiter und Erde (GND) vorhanden ist (d. h. der Wert von Rgnd_p), da sie durch Gleichung 1 auf Rgnd_p bezogen wird. Ein Wert von Vcp bei t = tcp, der nahe an Vtest_p liegt, bedeutet eine flache Entladung von Cp während T als Folge eines hohen Wertes von Rgnd_p. Im Gegensatz dazu deutet eine tiefe Entladung von Cp während T auf einen Erdschluss aufgrund eines niedrigen Wertes von Rgnd_p hin.
Um Rgnd_n an der negativen Seite des Hochspannungs-Stromnetzes (HV_N) zu bewerten, kann ein ähnlicher Prozess unter Verwendung der Schalter S3 und S4 durchgeführt wer den. S3 ist zu Zeit t₅ geschlossen, so dass Cn auf –Vtest_N geladen werden kann (3c). Vor t₆ ist der Kondensator vollständig geladen (Vcn = –Vtest_N), und dann öffnet S3. Zu Zeit t₇ wird S4 geschlossen und bis t₈ in diesem Zustand gehalten. Während dieses Intervalls (T = t₈ – t₇) wird der Kondensator Cn über einen Widerstand entladen, der der Summe von Rs_N und Rgnd_n entspricht (3d). Nach diesem Entladungsprozess kann zu Zeit t_cn die resultierende Spannung über den Kondensator Cn (Vcn) auf
genähert werden.
Diese Spannung Vcn (t = t_cn) informiert über den Pegel der Isolierung, der zwischen dem Hochspannungs-Minusleitung und Erde vorhanden ist (d. h. der Wert von Rgnd_n), wie dies mit Gleichung 2 beschrieben ist. Ein Wert von Vcn bei t = t_cn nahe an –Vtest_n bedeutet eine flache Entladung von Cn während T aufgrund eines hohen Wertes von Rgnd_n. Im Gegensatz dazu deutet eine tiefe Entladung von Cn während T auf einen Erdschluss über einen niedrigen Wert von Rgnd_n hin.
Die Funktion des vorliegenden Erdschluss-Detektors kann auch anhand der Spannungs-Wellenformen über Cp und Cn beschrieben werden, wie sie in 4a–4d dargestellt sind. 4a, 4b und 4c zeigen die Kondensatorspannungen, wenn kein Erdschluss vorhanden ist (d. h. Rgnd_p und Rgnd_n sind beide groß). Zu den Zeiten t_cp und t_cn sind die Spannungen beider Kondensatoren nahezu die gleichen wie zu Zeit t₃ bzw. t₇, was bedeutet, dass die Kondensatoren durch das System nicht an Erde entladen worden sind.
In 4d kann ein Erdschluss erfasst werden. Beim Bewerten der Spannung über Cn zur Zeit t_cn hat sie sich während des Intervalls T = t₈ – t₇ aufgrund eines niedrigen Wertes von Rgnd_n erheblich verändert.
Die oben beschriebene Funktion des Erdschluss-Detektors basiert auf dem Nichtvorhandensein der Hochspannungsbatterie in dem Hochspannungs-Stromsystem, d. h. einem Fahrzeug, das abgeschaltet in der Garage steht. Wenn die Traktions-Hochspannungsbatterie vorhanden ist (d. h., wenn das Auto läuft), ändert sich das getestete System und muss anders charakterisiert und gemessen werden, um zu prüfen, ob ein Erdschluss vorhanden ist.
5 stellt schematisch die Testanordnung beim Vorhandensein der HV-Batterie gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar.
Die beschriebene Hochspannungsbatterie kann als eine ideale Spannungsquelle plus einem niedrigen Ersatzreihenwiderstand (R_{s_batt} ₎ dargestellt werden. Die Schaltungen können von jeder Seite des Erdschluss-Detektor (HV_P und HV_N) gesehen, wie in 6a–6b gezeichnet werden. 6a ist die Ersatzschaltung, die durch den Erdschlussdetektor von der Hochspannungs-Plusleitung geprüft wird, und 6b ist diejenige, die von Hochspannungs-Minusleitung geprüft wird. Beide Ersatzschaltungen ergeben sich, indem die Zweipoltheorie auf das Fahrzeug-Stromnetz in 5 an der Hochspannungs-Plusleitung und Hochspannungs-Minusleitung in Bezug auf Erde angewendet wird.
So ergibt sich:
Aus Gleichung 3 und 5 ist zu ersehen, dass beide Ersatzwiderstände auf den gleichen Wert genähert werden (d. h. die Parallele von Rgnd_p und Rgnd_n), was einsichtig ist, da der Reihenwiderstand der Batterie vernachlässigt werden kann (er ist normalerweise mehr als fünf Größenordnungen kleiner als die Ableitungswiderstände Rgnd_p und Rgnd_n und auch bis zu 1000mal kleiner als diese Widerstände bei einem starken Erdschluss). Daher gilt:
Und dies ist der Widerstand, den der Erdschlussdetektor bewertet, um einen möglichen Fehler zu erfassen (R_{gnd_EQ} < R_limit), wenn die Hochspannungsbatterie in dem Fahrzeug vorhanden ist.
7 stellt Gleichung 7 folgend Rgnd_EQ als eine Funktion von Rgnd_n und Rgnd_p dar. Dabei kann ein Erfassungspegel (Warnung oder Ausfall) für Rgnd_EQ eingestellt werden, anhand dessen das System als fehlerfrei betrachtet wird (d. h. dass kein Erdschluss vorhanden ist).
Wenn der Erdschlussdetektor dazu dient, die Isolierungspegel der Ersatzschaltungen der Netze HV_P und HV_N zu bewerten, die durch 6a und 6b gegeben sind (d. h. die Hochspannungsleitungen, wenn das Fahrzeug läuft), dann können die Entladungen der Kondensatoren des Erdschluss-Detektor mit den folgenden Gleichungen beschrieben werden:
Wenn T = t₄ – t₃ = t₈ – t₇, wie oben in Bezug auf 3a–3b beschrieben, können Vcp und Vcn zu den Zeiten t_cn und t_cp jeweils durch einen Mikrocontroller oder eine separate Analoge-Digital-Wandlerschaltung (nicht dargestellt) ermittelt und als numerische Werte in einem Speicher gehalten werden, und die folgende Funktion bezieht dessen Ausgang auf den gemessenen Wert R_{gnd_EQ}:
Zu Darstellungszwecken stellt 8 V_GDFDet = f(R_{gnd_p}, R_{gnd_n}) grafisch dar, wobei Gleichung 7 angenommen wird und R_{s_p} = R_{s_n} sowie C_p = C_n. Des Weiteren kann gelten, dass V_{test_P} gleich V_{test_N} ist, und beide müssen größer sein als V_{HV_batt}, um die Ladung von Cp und Cn bis zu einer Spannung größer als Vhv_batt zu gewährleisten. So haben die Kondensatoren stets eine für das Hochspannungs-Stromnetz verfügbare Ladung für jeden beliebigen Wert der Ersatz-Erdwiderstände. Dadurch wird auch verhindert, dass die Kondensatoren Energie von der Hochspannungsbatterie ziehen, wenn sie mit dem elektrischen System des Fahrzeugs verbunden ist.
Was die praktische Realisierung des dargestellten Erdschluss-Detektor angeht, so ist anzumerken, dass es viele alternative Lösungen oder Varianten gibt. Jedes beliebige System (Hardware und Software), das auf Basis der vorliegenden Erfindung arbeitet, ist denkbar.
9 zeigt das Blockschaltbild einer möglichen Implementierung des dargestellten Erdschluss-Detektor. Dabei sind die Ausgangsschalter, die Reihen-Entladungswiderstände und die Kondensatoren Cp und Cn wie in der Grundschaltung dargestellt. Die Schalter SW2 und SW4 können kleine Hochspannungs-Reed-Relays enthalten, die dazu dienen können, die Anforderungen ausgeprägter Zyklisierung und von Hochspannungsschalten mit niedrigen Strömen zu erfüllen.
Die Spannungsquellen Vtest_P und Vtest_N in 2 können über zwei kleine Sperr-Gleichstromwandler implementiert werden, die die benötigte Hochspannung zum Laden der Messkondensatoren erzeugen, wenn der Mikrocontroller sie über die Steuersignale SW1 und SW2 aktiviert.
Die Kondensatorspannungen VCp und VCn können durch den Analog-Digital-Wandler des Mikrocontrollers gemessen werden, nachdem sie durch zwei Filterstufen entsprechend aufbereitet worden sind, die dazu dienen können, die Dämpfung mit hochohmigem Eingang und Tiefpassfiltern für beide gemessenen Signale bereitzustellen. Für VCn kann das Eingangsfilter eine Phasenumkehrung hinzufügen, um diese negative Spannung am Eingang des Analog-Digital-Wandlers des Mikrocontrollers entsprechend anzupassen.
Gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Erdschlussdetektor so konfiguriert sein, dass er einige aller der folgenden Grundfunktionen unterstützt oder erfüllt:

• Abtasten der Kondensatorspannungen VCp und VCn, um ihre numerischen Werte zu bestimmen, die in Gleichung 10 eingesetzt werden (d. h. VCp (t = tcp) und –VCn (t = tcn))
• Steuerung (AN/AUS) der vier Schaltersignale entsprechend der in 3a–3d gezeigten Zeitsteuerung
• Berechnung von Gleichung 10 und Bewerten des resultierenden Wertes VGFdet anhand eines im Speicher gespeicherten Erfassungspegels. Wenn VGFdet niedriger ist oder genauso groß, wird das Fahrzeug-Stromnetz als fehlerhaft betrachtet (d. h. es weist nicht die ordnungsgemäße Isolation gegenüber Erde auf). Der Bezugs-Erfassungspegel wird ebenfalls mit Gleichung 10 gegeben, wenn Rgnd_EQ = Rgnd_limit.
• Kommunikation mit der Steuerung des Fahrzeugs und/oder der Mensch-Maschine-Schnittstelle über einen speziellen Kanal (beispielsweise CAN- oder LIN-Bus, festverdrahtete Signale, LED oder LCD, usw.), um die Erfassung eines Erdschlusses zu melden und die benötigten Funktions-Eingangsparameter (Wach-Schlaf-Zustand, durch das Batterieüberwachungssystem (BMS) gemeldete Hochspannungs-Batteriespannung usw.) zu erhalten.

Obwohl Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung darstellen und beschreiben. Stattdessen sind die in der Patentbeschreibung verwendeten Formulierungen beschreibende und keine beschränkenden Formulierungen, und es versteht sich, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verfahren zum Testen einer elektrischen Isolierung eines Hochspannungs(HV)- und eines Niederspannungs(LV)-Netzes, die separat voneinander in einem Fahrzeugsystem enthalten sind, wobei das Niederspannungsnetz auf Fahrzeug-Erde bezogen ist und das Hochspannungsnetz auf einen negativen Pol einer Hochspannungsbatterie bezogen ist, und wobei das System umfasst: Feststellen, dass die elektrische Isolierung akzeptabel oder nicht akzeptabel ist, in Abhängigkeit von Kondensatorentladung innerhalb einer Erdschluss-Erfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie einen Plusleiter-Kondensator (Cp) zu einem Hochspannungs-Plusleiter (HV_P) des Hochspannungsnetzes entlädt und einen Minusleiter-Kondensator (Cp) zu einem Hochspannungs-Minusleiter (HV_P) des Hochspannungsnetzes entlädt.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst, dass in Abhängigkeit von der Spannung über Cp (Vcp) und der Spannung über Cn (Vcn) festgestellt wird, dass die elektrische Isolierung akzeptabel ist oder nicht akzeptabel ist.
Verfahren nach Anspruch 2, das des Weiteren Bestimmen von Vcp entsprechend der folgenden Gleichung umfasst:
Verfahren nach Anspruch 2, das des Weiteren Bestimmen von Vcn entsprechend der folgenden Gleichung umfasst:
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst, dass in Abhängigkeit von einer Spannung über die Erdschluss-Erfassungsschutzeinheit (Vgfdet) festgestellt wird, dass die elektrische Isolierung akzeptabel oder nicht akzeptabel ist.
Verfahren nach Anspruch 5, das des Weiteren Bestimmen von Vgfdet gemäß der folgenden Gleichung umfasst:
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst, dass festgestellt wird, dass die elektrische Isolierung nicht akzeptabel ist, wenn ein Ersatzwiderstand zu Erde des Hochspannungs-Plusleiters und des Hochspannungs-Minusleiters jeweils unter einem Grenzwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren umfasst, dass festgestellt wird, dass sich Cp oder Cn über den gewünschten Schwellenwert entladen haben, wenn eine Spannung (Vcp oder Vcn) über Cp oder Cn niedriger ist als eine gewünschte Schwellenspannung.
Verfahren nach Anspruch 8, das des Weiteren umfasst, dass bestimmt wird, dass der gewünschte Spannungsschwellenwert für Vcp und Vcn jeweils Testspannungen (Vtest_P und Vtest_N) entspricht, die dazu dienen, Cp und Cn mit Energie zu laden, die von separaten Stromquellen bereitgestellt wird, die in der Erdschluss-Erfassungseinheit enthalten sind.
Verfahren nach Anspruch 9, das des Weiteren Steuern einer Anzahl von Schaltern umfasst, die in der Erdschluss-Erfassungseinheit enthalten sind, um Laden und Entladen von Cp und Cn zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Vtest_P und Vtest_N größer sind als eine Spannung einer Hochspannungsbatterie (HV_batt), die in dem Hochspannungsnetz enthalten ist.
System zum Testen einer elektrischen Isolierung eines Hochspannungs(HV)- und eines Niederspannungs(LV)-Netzes, die separat voneinander in einem Fahrzeugsystem enthalten sind, wobei das Niederspannungsnetz auf das Fahrzeugchassis bezogen ist und das Hochspannungsnetz auf einen negativen Pol einer Hochspannungsbatterie bezogen ist, und wobei das System umfasst: eine Erdschluss-Erfassungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie in Abhängigkeit von Energie, die an einen Hochspannungs-Positivleiter (HV_P) des Hochspannungsnetzes und einen Hochspannungs-Negativleiter (HV_N) des Hochspannungsnetzes abgegeben wird, feststellt, dass die elektrische Isolierung akzeptabel oder nicht akzeptabel ist.
System nach Anspruch 12, wobei die Erdschluss-Erfassungseinheit einen oder mehrere Kondensatoren enthält, die Energie an den Hochspannungs-Plusleiter und den Hochspannungs-Negativleiter abgeben, wobei auf Basis von dem Kondensator abgegebener Energie festgestellt wird, ob die elektrische Isolierung akzeptabel oder nicht akzeptabel ist.
System nach Anspruch 13, wobei die Erdschluss-Erfassungseinheit einen oder mehrere Schalter enthält, die selektives Entladen des einen oder der mehreren Kondensator/en zu dem Hochspannungs-Plusleiter und dem Hochspannungs-Minusleiter ermöglichen.
System nach Anspruch 12, wobei die Erdschluss-Erfassungseinheit separate Kondensatoren (Cp und Cn) enthält, die Energie an den Hochspannungs-Minusleiter bzw. den Hochspannungs-Plusleiter abgeben, und wobei die Erdschluss-Erfassungseinheit feststellt, dass die elektrische Isolierung des Hochspannungs-Minusleiters nicht akzeptabel ist, wenn Cn über einem vordefinierten Schwellenwert abgegeben wird und die elektrische Isolierung des Hochspannungs-Plusleiters nicht akzeptabel ist, wenn Cp über einem vordefinierten Schwellenwert abgegeben wird.
System nach Anspruch 12, wobei die Erdschluss-Erfassungseinheit in Abhängigkeit von einer Spannung über die Erdschluss-Erfassungseinheit (Vgfdet) feststellt, ob die elektrische Isolierung akzeptabel oder nicht akzeptabel ist, und wobei Vgfdet gemäß der folgenden Gleichung bestimmt wird:
System nach Anspruch 12, wobei die Erdschluss-Erfassungseinheit separate Kondensatoren (Cp und Cn) enthält, die Energie an den Hochspannungs-Minusleiter bzw. den Hochspannungs-Plusleiter abgeben, und wobei die Erdschluss-Erfassungseinheit in Abhängigkeit von der Spannung über Cp (Vcp) und Cn (Vcn) feststellt, ob die elektrische Isolierung akzeptabel oder nicht akzeptabel ist.
System nach Anspruch 17, das des Weiteren Bestimmen von Vcp gemäß der folgenden Gleichung umfasst:
System nach Anspruch 17, das des Weiteren Bestimmen von Vcn gemäß der folgenden Gleichung umfasst: