DE102013013950B4

DE102013013950B4 - Verfahren, Messanordnung und Messgerät zur Bestimmung von lsolationswiderständen von Einzelzellen einer Hochvoltbatterie

Info

Publication number: DE102013013950B4
Application number: DE102013013950.3A
Authority: DE
Inventors: Roman Ranzinger; Diana Stöckert; Michael Hinterberger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2020-08-06
Anticipated expiration: 2033-08-22
Also published as: DE102013013950A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen eines Isolationswiderstandes von mindestens einer Einzelzelle (13, 14) mit einer vorgegebenen Zellenspannung (Uzelle; 15), die in einer Hochvoltbatterie (10) montiert ist, wobei mit der Hochvoltbatterie (10) eine Batteriespannung (Ubat; 16) bereitstellbar ist, aufweisendBerücksichtigen von mindestens drei Zuständen der Hochvoltbatterie (10), um mindestens einen Isolationswiderstand (Riso) einer Einzelzelle (13, 14) anhand von Spannungsmessungen zu ermitteln, Bereitstellen von Quellenspannungen (Uext1, Uext2, Uext3), die Teil einer Stufenspannung (30) sind und die Anzahl der Stufen der Anzahl der vorhandenen Einzelzellen (13, 14) entspricht, undBereitstellen einer Wechselspannung als weitere Quellenspannung (Uext), wobei die Wechselspannung der Stufenspannung (30) überlagert ist und die Amplituden der Wechselspannung in ihrer Höhe variiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Messanordnung und ein Messgerät zur Bestimmung von Isolationswiderständen von Einzelzellen einer Hochvoltbatterie.
Hochvoltbatterien (HV-Batterien, HV = Hochvolt) oder im folgenden auch Batterien genannt, werden beispielsweise in Fahrzeugen verwendet, die mit elektrischer Energie angetrieben werden. In diesem Zusammenhang werden unter Batterien Akkumulatoren verstanden, die elektrische Energie bereitstellen und in die auch elektrische Energie eingespeist werden kann. Hierbei übersteigt die Batteriespannung die bisherige Spannung von Fahrzeugbatterien und liegt bei etwa 100 V DC (DC = Gleichspannung) oder höher. Hochvoltbatterien werden aus einer Reihenschaltung von Einzelzellen hergestellt, die während des Montageprozesses bereits auf Fehlerfreiheit überprüft werden können. Hierbei ist zu beachten, dass das Personal während der Montage nicht gefährdet wird, da sich mit jeder montierten Einzelzelle die Gesamtspannung der entstehenden Hochvoltbatterie erhöht und schließlich 60 V DC oder höher ein Gefahrenpotential darstellt. Ferner werden gefertigte Hochvoltbatterien nach Abschuss ihrer Montage direkt beim Hersteller und während ihres Einsatzes im Fahrzeug auf Fehlerfreiheit überprüft.
Zur Erhöhung der Qualität bei der Montage und des Betriebs von Hochvoltbatterien ist es erforderlich, den Isolationswiderstand zwischen dem Hochvoltsystem und sonstigen leitfähigen Teilen der Batterie, z.B. Bodenplatte, Kühlsystem etc. zu bestimmen. Dies geschieht während oder spätestens nach Abschluss der Montagearbeiten und dient als Sicherheitsprüfung der Montage einer Hochvoltbatterie. Es wird auch angestrebt, den Isolationswiderstand während des Aufbauprozesses oder Montageprozesses an ausgewählten Stellen zu bestimmen, um einen sicheren Fortgang der Montage zu erlauben. Mehrere Isolationsfehler in Kombination können zu einem Stromfluss oder sogar zu einem Lichtbogen führen, was durch ein rechtzeitiges Überprüfen der Fehlerfreiheit vermieden werden kann.
DE 10 2011 112 690 A1 beschreibt ein Verfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit einer Lithium-Ionen-Batteriezelle bei dem eine Impedanz zwischen zwei Polen der Batteriezelle bei zumindest zwei unterschiedlichen Frequenzen gemessen wird, wobei auch eine Messung der Impedanz zwischen einem Pol und einem Gehäuse durchgeführt werden kann.
DE 10 2004 032 230 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Messeinrichtung zum Messen des Isolationswiderstands eines Brennstoffzellensystems gegenüber einem elektrischen Massenpunkt. Hierbei weist die Messeinrichtung eine aus einer Reihenschaltung von Referenzwiderständen gebildete Widerstandsanordnung zwischen zwei Laststromleitungen des Brennstoffzellensystems sowie eine zwischen dem Massepunkt und einem Knoten zwischen den Referenzwiderständen angeordnete Referenzspannungsquelle auf, die zwischen mindestens zwei verschiedenen Referenzspannungen umstellbar ist.
DE 10 2011 050 590 A1 beschreibt eine Isolationsüberwachung eines ungeerdeten Stromnetzes mit einem Prüfsignal variabler Frequenz. Hierbei wird mit einer Spannungsquelle das Prüfsignal mit periodisch steigendem Spannungsverlauf bereitgestellt.
DE 43 39 946 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Isolationsüberwachung von ungeerdeten Gleich- und Wechselstromnetzen. Hierbei wird eine Impulswechselspannung verwendet, die abwechselnd verschiedene Impulsspannungswerte aufweist.
Es besteht der Bedarf einer Zustandsbestimmung der montierten Einzelzellen während des Montagevorgangs und nach der vollständigen Montage beim Hersteller der Hochvoltbatterie oder während eines installierten Zustandes der Hochvoltbatterie, beispielsweise während des Fahrbetriebs in einem Fahrzeug.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Messanordnung und ein Messgerät zur Bestimmung mindestens eines Isolationswiderstandes einer Hochvoltbatterie anzugeben, um den Zustand der Hochvoltbatterie während eines Montagevorgangs und/oder im gefertigten Zustand vollständig zu bestimmen und vorhandene Isolationsfehler und deren Positionen innerhalb der Hochvoltbatterie aufzudecken.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die drei Zustände der Hochvoltbatterie können sich beispielsweise auf einen Montagezustand beziehen, wobei nach verschiedenen Schritten der Montage ein Isolationswiderstand ermittelt wird. Ferner können sich die drei Zustände der Hochvoltbatterie auf drei angelegte Spannungen beziehen, die mit einer externen Spannungsquelle an die Hochvoltbatterie anschließbar ist.
Mit Vorteil kann vorgesehen werden, dass das Bestimmen des Isolationswiderstandes während einer sequentiellen Montage von Einzelzellen zu der Hochvoltbatterie durchgeführt wird und das Verfahren ferner ein Ermitteln des Isolationswiderstandes für jede montierte Einzelzelle aufweist, wobei für die Ermittlung des Isolationswiderstandes einer montierten Einzelzelle ein bereits ermittelter Isolationswert mindestens einer vorhergehenden montierten Einzelzelle aus der Sequenz von Einzelzellen verwendet wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren müssen keine Vernachlässigungen von Isolationswiderständen vorgenommen werden, da bei einer montierten Einzelzelle bereits ein weiterer Isolationswiderstand berücksichtigt wird, der im folgenden mit Riso_0 bezeichnet wird und die Eigenschaften einer angeschlossenen Messanordnung an die montierte Einzelzelle charakterisiert. Bei der Montage der zweiten Einzelzelle können dann zwei Widerstände berücksichtigt werden, nämlich der bereits ermittelte Isolationswiderstand Riso_0 und ein ermittelter Isolationswiderstand Riso_1 der ersten Einzelzelle.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen werden, dass das Bestimmen des Isolationswiderstandes während einer sequentiellen Montage von Einzelzellen zu der Hochvoltbatterie durchgeführt wird und das Verfahren ferner ein Ermitteln des Isolationswiderstandes für jede montierte Einzelzelle aufweist. Hierbei wird für die Ermittlung des Isolationswiderstandes einer montierten Einzelzelle ein bereits ermittelter Isolationswert mindestens einer vorhergehenden montierten Einzelzelle aus der Sequenz von Einzelzellen verwendet.
Hierbei ist von Vorteil, dass der Montagevorgang einer Hochvoltbatterie kontinuierlich auf Isolationsfehler und Montagefehler überwacht werden kann, ohne dass ein Messort der Spannungsquelle und des Spannungsmessgerätes verändert werden muss. Somit werden auch Messfehler vermieden, da ein erneutes Anschließen der Messanordnung vermieden wird. Desweiteren können Fehler durch das Bedienpersonal beim Messen vermieden werden, wie z.B. Messspitzen nicht korrekt kontaktiert, Messung vergessen oder ähnliches.
Die Isolationsmessung kann während des gesamten Aufbaus mitlaufen, ohne dass eine gefährliche Fremdspannung eingekoppelt werden muss. Das Bedienpersonal kann unmittelbar im Falle eines Auftretens eines Isolationsfehlers gewarnt werden, beispielsweise mit einem akustischen Signal und/oder einem visuellen Signal.
In einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass Verfahren dass die Isolationswiderstände sequentiell gemäß den Stufen des Aufbaus ermittelt werden. Hierbei kann ein sequentielles Montieren der Einzelzellen mit einer Baurichtung von einem negativen Hochvoltanschluss der Hochvoltbatterie in Richtung eines positiven Hochvoltanschlusses der Hochvoltbatterie durchgeführt werden. Auch ist es möglich in umgekehrter Richtung zu montieren, d.h. von einem positiven Hochvoltanschluss der Hochvoltbatterie in Richtung eines negativen Hochvoltanschlusses der Hochvoltbatterie.
Ferner weist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens ein Vergleichen des ermittelten Isolationswertes der montierten Einzelzelle mit mindestens einem Isolationswert einer vorhergehenden montierten Einzelzelle auf. Ferner kann ein Einstufen des ermittelten Isolationswiderstandes der montierten Einzelzelle als fehlerhaft bei Abweichung in Bezug auf einen vorbestimmten Schwellwert vorgesehen werden.
Hierbei kann überprüft werden, ob der ermittelte Isolationswert höher ist als der vorherige Isolationswert einer anderen vorhandenen Einzelle. Der Schwellwert kann als Mindestwert aus historischen Daten bei einer Montage oder aus Erfahrungen bereits hergestellter Hochvoltbatterien festgelegt werden kann.
Ferner kann bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens ein Bereitstellen von mindestens drei Quellenspannungen in Form einer Gleichspannung vorgesehen werden, wobei sich die drei Quellenspannungen in ihrer Spannungshöhe unterscheiden. Das Anlegen von drei Quellenspannungen in drei verschiedenen Zeitpunkten bewirkt drei unterschiedliche Zustände der Hochvoltbatterie.
In einem Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, dass die Spannungsquelle eine regelbare Gleichspannungsquelle ist, die Spannungen unterhalb von 50 Volt bereitstellt. Das Verwenden von Kleinspannung ist vorteilhaft für die Sicherheit des Bedienpersonals. Das Verfahren kann jedoch auch mit höheren Spannungen oberhalb des Kleinspannungsbereichs durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahren ist ein Aufstellen von Knoten- und Maschen-Gleichungen für alle vorhandene Einzelzellen vorgesehen und anschließend ein Lösen von (n+2) * (n+1) Gleichungen zur Ermittlung aller vorhandenen Isolationswiderstände in der Hochvoltbatterie, wobei n die Anzahl der vorhandenen Einzelzellen ist.
Das Multiplizieren des Faktors (n+2) mit dem Faktor (n+1) ergibt eine Anzahl von Gleichungen, die von der Anzahl der zu berücksichtigen Einzelzellen abhängt. Das Lösen dieser Gleichungen ist möglich, wenn auch bei einer hohen Anzahl von Einzelzellen aufwendig, da das Gleichungssystem mathematisch gesehen nicht überbestimmt ist. Für aufwendige Lösungsaufgaben können Computer oder Mikrocontroller vorgesehen werden, die mit einer Messanordnung verbunden werden.
Bei dieser Vorgehensweise werden ebenfalls mindestens drei Zustände der Hochvoltbatterie berücksichtigt.
Durch das Anlegen mehrere Quellenspannungen kann ein Gleichungssystem erstellt und gelöst werden, wobei gleichzeitig mehrere unbekannte Isolationswiderstände ermittelt werden. Durch das Lösen des Gleichungssystems, das sich aus Knoten- und Maschengleichungen ergeben kann, werden Isolationswiderstände ermittelt, die in weitere Gleichungen eingesetzt werden, um wiederum diese zu lösen. Hierbei ist von Vorteil, dass mehrere Isolationsfehler gleichzeitig aufgedeckt werden können, indem beispielsweise für jede Einzelzelle entsprechende Gleichungen aufgestellt werden. Ferner kann durch die Verwendung von mindestens zwei verschiedenen Spannungsniveaus der Quellenspannung der Ort des Isolationsfehlers bestimmt werden.
In bevorzugter Weise sieht das Verfahren ferner vor, Quellenspannungen als Teil einer Stufenspannung bereitzustellen, wobei die Anzahl der Stufen der Anzahl der vorhandenen Einzelzellen entspricht.
In einer weiteren Ausgestaltung kann das Verfahren ein Bereitstellen der ersten Quellenspannung und der zweiten Quellenspannung als Teil einer Wechselspannung aufweisen. Hierbei kann die Wechselspannung als sinusförmige Spannung bereitgestellt werden, beispielsweise mit einer konstanten Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz. Ferner kann die Wechselspannung als Dreieckspannung oder in jeder anderen beliebigen Form ausgebildet sein.
Ferner kann vorgesehen werden, dass die Wechselspannung in ihrer Frequenz variiert und/oder dass die Wechselspannung in ihrer Amplitude variiert.
Es wird in einem Ausführungsbeispiel ein Bereitstellen einer Wechselspannung als Quellenspannung vorgesehen, wobei die Wechselspannung einer Stufenspannung überlagert ist und die Amplituden der Wechselspannung in ihrer Höhe variiert. Hierbei kann vorgesehen werden, dass die Gleichspannung alterierend generiert wird, die zeitlich zwischen zwei Spannungsniveaus wechselt.
Ferner kann in einem Ausführungsbeispiel ein Bereitstellen einer Wechselspannung als Quellenspannung vorgesehen werden, wobei die Wechselspannung in ihrer Frequenz variiert. Die Frequenz kann sich hierbei kontinuierlich oder diskret ändern.
Eine Frequenzvariation hat den Vorteil, dass mit mehr als einer Frequenz der Isolationswiderstand ermittelt wird. Es kann auf diese Weise ein mathematisch komplexer Anteil bzw. der Imaginärteil des Isolationswiderstandes bestimmt werden. Es kann die Frequenz diskret verändert werden oder zeitlich kontinuierlich verändert werden, indem eine Frequenzmodulation auf beispielsweise eine sinusförmige Spannung angewendet wird.
Bei diskreten Frequenzen der sinusförmigen Spannung kann der komplexe Widerstand für einzelne Frequenzen des Spektrums erfolgen. Bei einer kontinuierlichen Veränderung kann ein Verlauf über das gesamte Spektrum hinweg kontinuierlich ermittelt werden. Hierdurch kann eine Beurteilung der Isolationsgüte erfolgen, so dass auch Informationen zu Alterungseffekten der Isolation zur Verfügung stehen. Eine Bewertung kann beispielsweise durch Toleranzschläuche bei kontinuierlichen Spektren vorgenommen werden. Bei einzelnen Stützstellen im Spektrum bei Anregung mit diskreten Frequenzen können Toleranzbänder verwendet werden.
Durch die unterschiedliche Höhe der Quellenspannung kann eine Position des Isolationsfehlers innerhalb der Hochvoltbatterie ermittelt werden.
Zusätzlich kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die Quellenspannungen Teil einer Stufenspannung sind und auf die Stufenspannung eine hochfrequente Spannung aufmoduliert ist. Hierbei ist unter hochfrequent eine Spannung zu verstehen, die sich um ein Vielfaches von der Frequenz der Spannung unterscheidet, auf die eine weitere Spannung aufmoduliert wird.
Hierdurch kann in einfacher Weise ein Realteil des Isolationswiderstandes und ein Imaginärteil des Isolationswiderstandes ermittelt werden, da eine Gleichspannung zur Ermittlung des Realteils und eine hochfrequente Spannung zur Ermittlung des Imaginärteils bereitgestellt wird. Es kann somit ein komplexer Isolationswiderstand im mathematischen Sinne ermittelt werden.
Besonders bevorzugte hochfrequente Spannungen zur Anregung im Frequenzbereich können in Form eines Dirac-Impulses oder in Form eines Sprungs verwendet werden. Hierbei können diese Spannungsformen einer Treppenspannung überlagert werden. Der Dirac-Impuls deckt idealerweise im Frequenzbereich alle Frequenzen ab. Seien Impulsantwort lässt demnach Rückschlüsse auf den komplexen Widerstand der untersuchten Isolation in der Einzelzelle zu. Durch eine Auswertung des Spektrums nach einer Sprunganregung sind ebenfalls Rückschlüsse auf den komplexen Isolationswiderstand möglich. Hierbei kann bereits bei einer Treppenspannung der Sprung von einem Treppenniveau zu einem nächsten Treppenniveau verwendet werden oder eine Treppenfunktion zusätzlich mit einer Sprungfunktion nach Erreichen eines Treppenniveaus vorgesehen werden.
Es kann weiterhin ein Bereitstellen einer Stufenspannung als Quellenspannung vorgesehen werden, wobei einer Stufe der Stufenspannung ein Impuls überlagert ist. Hierbei kann der Impuls ein Dirac-Impuls sein.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner mit einer Messanordnung nach Patentanspruch 9 gelöst.
Insgesamt ist vorgesehen, dass die vorgeschlagene Messanordnung derart ausgebildet ist, dass sie das erfindungsgemäße Verfahren durchführen kann. Hierbei kann die Messanordnung entsprechende Speichermittel und Rechenkapazitäten aufweisen, um den gewünschten Isolationswiderstand zu ermitteln. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass der Ort des Isolationswiderstandes festgestellt wird, indem die Ermittlung eine Einzelzelle identifiziert, in der der Isolationswiderstand fehlerhaft ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner mit einem Messgerät gelöst, das die erfindungsgemäße Messanordnung aufweist, wobei das Messgerät Signalisierungsmittel aufweist, um einen ermittelten Isolationsfehler zu signalisieren.
Das Messgerät kann hierbei als Gerät in einem Montagevorgang verwendet werden, um bei einer sequentiellen Montage die jeweilig zuletzt eingebaute Einzelzelle auf ihren Isolationswiderstand zu überprüfen.
Auch kann das erfindungsgemäße Verfahren während eines montierten Zustands der Hochvoltbatterie in einem Fahrzeug verwendet werden. Beispielsweise kann das Verfahren mit einem stationär im Fahrzeug verbauten Isolationswächter durchgeführt werden. Das Verfahren kann somit vielseitig eingesetzt werden, beispielsweise während einer Montage einer Hochvoltbatterie und nach der Installation der Hochvoltbatterie in einem Fahrzeug, d.h. während dem Gebrauch der Hochvoltbatterie im Fahrzeug.
Ferner kann das Messgerät in einem Montagevorgang verwendet werden, um alle vorhandenen Isolationswiderstände als Ergebnis einer Rechenoperation unter Lösung einer Anzahl von Knote- und Maschengleichungen bereitzustellen. Ein solches Messgerät kann auch als Diagnosegerät eingesetzt werden, dass bei Abschluss der Montage der Hochvoltbatterie verwendet wird oder während des Betriebes in einem Fahrzeug installiert ist und Teil eines Batteriemanagementsystems oder Teil eines Batterieüberwachungssystems ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen:

1 ein Ersatzschaltbild einer Hochvoltbatterie mit einer Messanordnung zur Bestimmung von Position eines Isolationsfehlers und Wert eines Isolationswiderstandes;
2 ein Ausführungsbeispiel einer sequentiellen Montage von Einzelzellen zu einer Hochvoltbatterie;
3 ein Ausführungsbeispiel für ein Anlegen einer Quellenspannung in Stufenform;
4 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Ersatzschaltbildes für zwei montierte Einzelzelle, die mit der Messanordnung verbunden sind;
5 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Veränderung einer Frequenz in diskreter Weise;
6 ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Veränderung einer Frequenz in diskreter Weise;
7 ein Ausführungsbeispiel für eine Ermittlung von Stützstellen mit einer Frequenzmodulation;
8 ein Ausführungsbeispiel für eine Ermittlung von Toleranzbänder mit einer Frequenzmodulation;
9 ein Ausführungsbeispiel zur Veränderung einer sinusförmigen Wechselspannung mit zwei Spannungsstufen in Bezug auf die Amplitude der Wechselspannung;
10 ein Ausführungsbeispiel zur Veränderung einer sinusförmigen Wechselspannung in Bezug auf die Amplitude der Wechselspannung;
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Verwendung von Sample-Punkten auf einer sinusförmigen Spannungskurve;
12 ein Ausführungsbeispiel zur Verwendung einer aufsteigenden Treppenspannung, auf die eine Sinusfunktion aufmoduliert ist, und
13 ein Ausführungsbeispiel einer Spannung in Form einer aufsteigenden Treppenfunktion, auf deren Stufen jeweils ein Dirac-Impuls aufmoduliert ist.

1 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Hochvoltbatterie 10, das bei den nachfolgenden Betrachtungen berücksichtigt werden soll. Die Hochvoltbatterie 10 weist einen negativen Hochvoltanschluss 11 (HV-) und einen positiven Hochvoltanschluss 12 (HV+) auf. Ferner weist die Hochvoltbatterie 10 eine Vielzahl von Zellen 1 bis n auf, wobei jede Einzelzelle oder auch hier Zelle genannt, eine Speicherkapazität 13 und einen Isolationswiderstand 14 (Riso) aufweist.
In 1 ist die modulare Bauweise der Hochvoltbatterie 10 mit Hilfe des Index x angedeutet, wobei die Zellen mit einem Index von x = 1 bis x = n bezeichnet sind, wobei n eine beliebige ganze positive Zahl ist. Der Parameter x wird auch für eine Identifikation einer fehlerhaften Einzelzelle herangezogen, bei der ein erniedrigter Isolationswiderstand festgestellt wird. Jede einzelne Zelle weist an der Speicherkapazität 13 eine Zellenspannung 15 (Uzelle) auf, wobei die Zellenspannungen 15 infolge einer Reihenschaltung der Speicherkapazitäten 13 in Summe eine Batteriespannung 16 (Ubat) ergeben. Die Batteriespannung 16 setzt sich somit aus den einzelnen Zellenspannungen 15 zusammen. In Parallelschaltung zu der Speicherkapazität 13 ist pro Zelle der Isolationswiderstand 14 (Riso) vorhanden, der sich als Widerstand zwischen einem negativen Pol der Speicherkapazität 13 und einem Massepotential 17 oder Masse 17 ergibt. Dieser Isolationswiderstand 14 (Riso) wird in einem Ersatzschaltbild als Bauelement zusammengefasst, wobei der Isolationswiderstand 14 als solcher kein diskretes Bauelement ist.
Bei einer fehlerfreien Hochvoltbatterie 10 haben alle Isolationswiderstände 14 einen hohen Isolationswert, so dass kein signifikanter Fehlerstrom gegen das Massepotential 18 entstehen kann. Der Isolationswiderstand 14 einer fehlerfreien Zelle liegt beispielsweise im Giga-Ohm-Bereich. Bei einer fehlerhaften Zelle kann ein Fehlerstrom fließen, so dass der Isolationswiderstand 14 dieser Zelle nicht vernachlässigt werden kann. Der Isolationswiderstand 14 einer fehlerhaften Zelle kann beispielsweise im Kilo-Ohm-Bereich liegen. Vorzugsweise ist der Isolationswiderstand 14 für den fehlerfreien Fall so bemessen, dass ein Wert von 100 Ohm pro Volt in Bezug auf die Gesamtspannung der Hochvoltbatterie 10 eingehalten wird. Dies bedeutet, dass bei einer Spannung von 60 V DC mindestens ein Isolationswiderstand von 100 Ohm/Volt x 60 V = 6000 Ohm vorhanden sein sollte.
1 zeigt ferner eine an die Hochvoltbatterie 10 angeschlossenen Messanordnung 20. Hierbei wird während einer Montage der einzelnen Zellen der Hochvoltbatterie 10 der Isolationswiderstand 14 jeder einzelnen Zellen auf Fehlerfreiheit überprüft. Im Falle eines Fehlers tritt ein nicht vernachlässigbarer Isolationswiderstand 14 in der fehlerhaften Zelle auf, der geringer ist, als ein Isolationswiderstand 14 einer Zelle ohne Fehler der Isolation. Der Isolationswiderstand 14 einer fehlerfreien Zelle liegt beispielsweise im Giga-Ohm-Bereich. Der Isolationswiderstand 14 einer fehlerhaften Zelle kann beispielsweise im Kilo-Ohm-Bereich liegen. An welcher Position innerhalb der Hochvoltbatterie 10 ein nicht vernachlässigbarer Isolationswiderstand 14 vorhanden ist, ist zunächst nicht bekannt und soll ermittelt werden. Auch die Größe des Isolationswiderstandes 14 ist unbekannt und soll bestimmt werden. Vorzugsweise ist der Isolationswiderstand 14 für den fehlerfreien Fall so bemessen, dass ein Wert von 100 Ohm pro Volt in Bezug auf die Gesamtspannung der Hochvoltbatterie 10 eingehalten wird. Dies bedeutet, dass bei einer Spannung von 60 V DC mindestens ein Isolationswiderstand von 100 Ohm x 60 V = 6000 Ohm vorhanden sein sollte.
Die Messanordnung 20 weist eine regelbare Spannungsquelle 21 und ein Spannungsmessgerät 22 auf. Für eine Isolationsmessung und eine Ortung eines Isolationsfehlers wird die regelbare Spannungsquelle 21 wird mit ihrem positiven Eingang (+ Eingang) an den Hochvoltpol oder Hochvoltanschluss 11, hier den negativen Hochvoltanschluss (HV-) der Batterie 10 angeschlossen. Ferner wird das Spannungsmessgerät 22, hier ein Voltmeter, zwischen Masse 17 als Bezugspotential und einem negativen Eingang (- Eingang) der regelbaren Spannungsquelle 21 angeschlossen. Das Spannungsmessgerät 22 weist einen Innenwiderstand 23 (Rmess) auf, dessen Größe als bekannt angenommen wird.
Auch besteht die Möglichkeit, dass ein externer Messwiderstand (Rmess_ext) mit beliebig gewähltem Widerstandswert verwendet werden kann. Der externe Messwiderstand (Rmess_ext) kann parallel zu dem Innenwiderstand 23 des Spannungsmessgerätes 22 geschaltet werden, so dass sich ein Gesamtwiderstand (Rges) ergibt, der als Messwiderstand (Rmess) verwendet werden kann. In diesem Fall dient der externe Messwiderstand (Rmess_ext) als Referenzwiderstand. So kann beispielsweise ein Gesamtwiderstand (Rmess) in einer Paralleleschaltung aus dem Innenwiderstand 23 des Spannungsmessgerätes 22 und dem externen Referenzwiderstand (Rmess_ext) gebildet werden.
Mit der regelbaren Spannungsquelle 21 werden zwei Spannungswerte zeitlich nacheinander erzeugt, zunächst Uext1 und danach Uext2, beispielsweise mit U_ext1 = 10V und U_ext2 = 15V, jeweils als Gleichspannung. Das Spannungsniveau der erzeugten Spannungen ist für das Bedienpersonal oder Montagepersonal nicht gefährlich und kann daher unbedenklich verwendet werden. Während dem Anlegen der beiden Spannungen U_ext1 und U_ext2 wird jeweils eine Messspannung mit dem Spannungsmesser 22 gemessen. Da die Zellenspannung 15 jeder Zelle einen gleichen oder nahezu gleichen Wert aufweist und bekannt ist, kann insgesamt die Position und der Wert der fehlerhaften Isolation ermittelt werden.
Die Position x des Isolationsfehlers kann bestimmt werden mit $x = \frac{U e x t 1 * U m e s s 2 - U m e s s 1 * U e x t 2}{U z e l l e * (U m e s s 1 - U m e s s 2)}$
Hierbei gibt der Wert x an, in welcher Zelle, gerechnet ab dem negativen Hochvoltanschluss 11 in Richtung des positiven Hochvoltanschlusses 12 ein Isolationsfehler vorhanden ist. Der Wert x ist somit eine dimensionslose Größe und gibt die Position bzw. die Zellennummer des Isolationsfehlers an.
Ferner kann aus den beiden gemessenen Spannungswerten Umess1 und Umess2 der Isolationswiderstand Riso bestimmt werden mit $R_{i s o} = \frac{R_{m e s s} * (x * U_{Z e l l e} + U_{e x t 2}) - U_{m e s s 2} * R_{m e s s}}{U_{m e s s 2}}$
Somit kann durch ein Anlegen einer Gleichspannung mit zwei verschiedenen Spannungshöhen Uext1 und danach Uext2 der Ort und die Größe eines Isolationsfehlers innerhalb der Batterie 10 bestimmt werden. Es wird somit eine vereinfachte Messung bei zwei Spannungswerten vorgeschlagen, bei der Messunsicherheiten vermieden werden.
Insgesamt werden basierend auf zwei mit der regelbaren Spannungsquelle 21 angelegten Niedervoltspannungen und zwei entsprechenden Spannungsmessungen mit einem Spannungsmesser oder Voltmeter unter Zuhilfenahme von Berechnungsvorschriften die Position eines Isolationsfehlers in der Hochvoltbatterie sowie der dazugehörige Isolationswiderstand bestimmt.
Der vorgeschlagene Berechnungsansatz kann erweitert werden, so dass eine vollständige Zustandsdetektion bereitgestellt wird, wenn vorangegangene Aufbauzustände nicht bekannt sind, da beispielsweise nicht kontinuierlich während des Montagevorgangs der Isolationswiderstand gemessen wurde. Auch können Rückkopplungen erkannt werden, die sonst zu einem Messfehler führen würden.
Der Ansatz unter Verwendung der oben genannten Berechnungsvorschriften geht davon aus, dass alle Isolationswiderstände Riso_0 bis Riso_n vernachlässigbar sind mit der Ausnahme des Isolationswiderstandes, z.B. Riso_1, der mit der Messung ermittelt werden soll. So kann beispielsweise Riso_1 einen Wert von 1 MOhm (MegaOhm) aufweisen während die weiteren Isolationswiderstände insgesamt einen Wert von 40 MOhm aufweisen. Somit wird davon ausgegangen, dass bei der Berechnung des Isolationswiderstandes Rios_x einer Zelle und dessen Position x, dass die anderen Isolationswiderstände vernachlässigbar groß sind. Diese Vereinfachung ist im allgemeinen zulässig, da ein zu niedriger Isolationswiderstand, der das Messergebnis deutlich verfälschen würde, bei einem sequentiellen Aufbau sofort erkannt werden würde. Dies würde somit zu einem Abbruch der Montage führen und zur Einleitung einer Fehlersuche, da ein oder mehrere geringe Isolationswerte im fehlerfreien Fall nicht auftreten. Als Indikator, dass in manchen Fällen diese Vereinfachung nicht zulässig ist, ergibt sich bei der Ermittlung von x eine gebrochene Zahl als Position des Isolationsfehlers. Es sind jedoch für x nur ganze Zahlen vorgesehen, da x die Nummer der montierten Zelle angibt aus der Blickrichtung der Messeinrichtung in Richtung montierter Zellen gesehen. Tritt eine solche Situation ein, kann der erfindungsgemäße Ansatz eine exaktere Lösung bieten, bei der die gemachten Annahmen einer Vernachlässigung der übrigen Isolationswiderstände vermieden werden.
Zur exakteren Ermittlung des Isolationswiderstandes, beispielsweise des Isolationswiderstandes Riso_2 der zweiten Einzelzelle wird der vorgeschlagene Ansatz weiter verbessert, indem ein Ermitteln eines Isolationswiderstandes Riso_2 aus den beiden Messspannungen Umess1, Umess2 unter Berücksichtig mindestens eines weiteren Isolationswiderstandes, beispielsweise von Riso_0 und/oder Riso_1 der Hochvoltbatterie 10 erfolgt.
Diese Vorgehensweise soll anhand einer sequentiellen Montage von Einzelzellen 13, 14 zu einer Hochvoltbatterie 10 erläutert werden. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer sequentiellen Montage von Einzelzellen aufweisend eine Kapazität 13 und einen Isolationswiderstand 14, wobei eine Vielzahl von Einzelzellen eine Hochvoltbatterie 10 bilden. In 2 sind drei exemplarische Schritte gezeigt, die mit a), b) und c) gekennzeichnet sind. Im ersten Schritt a) ist noch keine Einzelzelle montiert, im zweiten Schritt b) ist eine Einzelzelle montiert und im dritten Schritt c) sind zwei Einzelzellen montiert. Die sequentielle Montage der Hochvoltbatterie 10 erfolgt in einer Baurichtung 31, die von dem negativen Hochvoltanschluss 11 in Richtung des positiven Hochvoltanschlusses 12 gerichtet ist.
Im ersten Schritt a) der 2 kann exakt ohne Vereinfachung der Wert von Riso_0 berechnet werden. Dieser Wert wird als Ausgangswert für Riso_0 im zweiten Schritt b) verwendet. Hierdurch ist es möglich, dass im zweiten Schritt b) der Wert für Riso_1 ohne Vereinfachung berechnet werden kann. Dieser Wert Riso_1 und Riso_0 kann für die Berechnung im dritten Schritt c) verwendet werden, um den Wert Riso_2 zu berechnen. Diese Vorgehensweise kann fortgesetzt werden bis die erwünschte Anzahl von Einzelzellen 13, 14 montiert ist. Auf diese Weise wird bei einer sequentiellen Montage von Einzelzellen 13, 14, die eine Hochvoltbatterie 10 bilden, jeweils ein Isolationswiderstand Riso für jede montierte Einzelzelle 13, 14 ermittelt. Die kann zeitlich kontinuierlich geschehen, so dass der Montageprozess ständig überprüft werden kann. Für die Ermittlung des Isolationswertes Riso_2 der zweiten montierten Einzelzelle 13, 14 wird der bereits ermittelte Isolationswert Riso_1 mindestens der vorhergehenden montierten Einzelzelle 13, 14 verwendet, wobei in diesem Beispiel auch der Isolationswert Rios_0 zusätzlich berücksichtigt wird.
Durch die exakt bekannten einzelnen Isolationswerte Riso können Bewertungen zur Qualität des Aufbaus insbesondere des aktuellen Aufbauschrittes vorgenommen werden.
Durch ein Vergleichen mit den vorangegangenen Zellen können Abweichungen einfach erkannt werden, wie das folgende Beispiel verdeutlicht.
Riso_0 = 80 MOhm
Riso_1 = 82 MOhm
Riso_2 = 78 MOhm
Riso_3 = 40 MOhm
Die Zellen mit den Isolationswiderständen Riso_0 bis Riso_2 sind ordnungsgemäß gefertigt und montiert worden. Der Wert von Riso_3 mit 40 MOhm ist zwar von seiner eigentlichen Höhe als Isolationswert ausreichend, weicht aber von den Isolationswiderständen Riso_0 bis Riso_2 der Vormodule so stark ab, hier nahezu um 50 Prozent, so dass auf eine fehlerhafte Isolation in der dritten montierten Einzelzelle mit Riso_3 geschlossen werden kann. Die dritte Zelle wird somit als fehlerhaft eingestuft, so dass eine Fehlersuche eingeleitet werden sollte.
Durch eine Definition eines Mindestwertes pro Zelle, der für jede Zelle unterschiedlich sein kann, ist es möglich, zwischen einer fehlerfreien und einer fehlerbehafteten Zelle zu unterschieden. Hierbei können die Mindestwerte oder Schwellwerte aus historischen Daten und aus Erfahrungswerten von bereits gefertigten Hochvoltbatterien generiert werden.
Es ist vorgesehen, dass die Quellenspannungen der Spannungsquelle 20, wie in 1 gezeigt, mehr als zwei Werte annehmen können. 3 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel für ein Anlegen einer Quellenspannung in Stufenform mit der Gleichspannung U0 für den Fall ohne montierte Einzelzelle 13, 14 und mit den Gleichspannungen U1 bis U4 jeweils für eine montierte Einzelzelle 13, 14 an der ersten bis vierten Position, d.h. x= 1 bis x=4. Hierbei ist vorgesehen, dass die Anzahl der Stufen n in Abhängigkeit von der Anzahl der Zellen bzw. Zellpakete in der Batterie gewählt werden. Werden beispielsweise 100 Einzelzellen sequentiell zu einer Hochvoltbatterie verschaltet, so werden die Spannungen U0 bis U100 bei erfolgter Montage der entsprechenden Einzelzelle an die montierten Einzelzellen 13, 14 angelegt. Hierdurch entstehen bei einer Beschreibung mit Knoten- und Maschengleichungen der zu berücksichtigenden Schaltung ausreichend viele Gleichungen, um die Unbekannten ermitteln zu können.
4 zeigt für die Zeitpunkte t0, t1 und t2 Ströme und Spannungen im Fall von zwei montierten Einzelzellen, wobei zu den Zeitpunkten t0, t1 und t2 jeweils eine Quellenspannung angelegt wird, die sich von den Quellenspannungen der anderen Zeitpunkte t0, t1 und t2 unterscheidet. Es ergeben sich insgesamt zwölf Unbekannte für die drei aufgezeigten Zeitpunkte t0, t1, t2, nämlich l10, l20, l30, l11, l21, l31, l13, l22, l32, R1, R2 und R3. Bei Aufstellung von Knoten- und Maschengleichungen für jeden Zeitpunkt t0, t1, t2 ergeben sich jeweils vier Gleichungen pro Zeitpunkt, so dass sich insgesamt zwölf Gleichungen ergeben. Das System ist somit nicht überbestimmt, so dass aus den zwölf linear unabhängigen Gleichungen zwölf Unbekannte ermittelt werden können.
Dies bedeutet, dass eine steigende Zahl von Zellen dazu führt, dass die Ermittlung der Unbekannten aufwendiger wird, aber eine Lösung für alle unbekannten Größen ermittelbar ist, so dass der Einsatz eines Computers als sinnvoll erscheint. Es kann somit ein Messgerät vorgesehen werden, das die vorgeschlagene Messanordnung 10 und einen Mikrocontroller aufweist, der über entsprechende Rechenleistung und Speichermöglichkeiten verfügt.
Insgesamt kann eine Ermittlung der Isolationsverhältnisse ohne Vernachlässigung von Isolationswiderständen der gesamten Hochvoltbatterie erfolgen. Es sind somit vollständige Aussagen zu den Isolationsverhältnissen möglich, einschließlich der Aufdeckung eines oder mehrerer Isolationsfehler und deren Position. Ein Aufstellen von Knoten- und Maschen-Gleichungen für alle vorhandene Einzelzellen 13, 14 und ein Lösen von (n+2) * (n+1) Gleichungen mit n als Anzahl der vorhandenen Einzelzellen 13, 14 zur Ermittlung aller vorhandenen Isolationswiderstände Riso in der Hochvoltbatterie 10 kann während der Montage, d.h. für bereits montierte Einzelzellen oder nach Fertigstellung der Hochvoltbatterie, d.h. für alle Einzelzellen, erfolgen.
In den nachfolgenden 5 - 13 werden Spannungsformen vorgestellt, die mit der Spannungsquelle 21 der 1 erzeugbar sind, wobei die Spannungsformen mindestens zwei verschiedene Spannungshöhnen oder Niveaus aufweisen, die in Form der ersten und zweiten Quellenspannung Uext1 und Uext2 verwendet werden. Eine Spannungsmessung bei Anliegen der vorgeschlagenen Spannungsformen erfolgt mit dem in 1 vorgesehenen Spannungsmesser 22, der mit einem parallelen Messwiderstand 23 versehen ist. Als Spannungsmesser 22 eignen sich beliebige Geräte, wie beispielsweise ein analoges oder digitales Voltmeter, ein Oszilloskop oder eine Messkarte innerhalb eines Computers.
5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Spannungskurve 50 für eine Veränderung einer Frequenz in diskreter Weise. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Spannungskurve 60 für eine Veränderung einer Frequenz in kontinuierlicher Weise. Hierbei wird jeweils eine sinusförmige Wechselspannung zu Grunde gelegt, deren einzelne Werte als erste und zweite Quellenspannung aufgefasst werden können. In 5 weist die sinusförmige Wechselspannung 50 drei Frequenzen f1, f2, f3 auf, die zeitlich nacheinander auf die Sinusspannung aufmoduliert werden und sich nach einer vorbestimmten Zeit wiederholen. In 6 ist der Übergang von einer Frequenz der sinusförmigen Spannung 60 zu einer weiteren Frequenz kontinuierlich, so dass die Übergänge der Frequenzen in der Spannungskurve 60 fließend erscheinen.
7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Ermittlung von Stützstellen mit einer Frequenzmodulation und 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Ermittlung von Toleranzbändern mit einer Frequenzmodulation. In beiden Figuren ist jeweils der Betrag eines Isolationswiderstandes Riso gegenüber der Frequenz f aufgetragen. Hierbei zeigen die beiden Kurven 70 ein exemplarisches Frequenzspektrum eines ermittelten Isolationswiderstandes Riso einer Einzelzelle 13, 14, sie sie in 1 dargestellt ist.
In 7 wird jeweils eine Stützstelle 71, 72, 73 mit einer diskreten Frequenz f1, f2, f3 ermittelt. Der kontinuierliche Verlauf der Kurve 70 kann in 7 mit einer Frequenzmodulation erzeugt werden.
In 8 werden Toleranzbänder 81, 82, 83 an den jeweiligen Stützstellen 81, 82, 83 verwendet. Ferner kann ein Toleranzschlauch 84 für den kompletten Frequenzbereich ermittelt werden.
9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Spannungskurve 90 zur Veränderung einer sinusförmigen Wechselspannung mit zwei Spannungsstufen U1, U2 in Bezug auf die Amplitude der Wechselspannung. Die sinusförmige Spannung wurde mit zwei sich zeitlich abwechselnden Spannungsstufen überlagert, so dass die sinusförmige Spannung in ihrer Amplitude nicht konstant ist. Sie ist amplitudenmoduliert.
10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Spannungskurve 100 zur Veränderung einer sinusförmigen Wechselspannung in ihrer Amplitude. Hierbei begrenzt eine Treppenfunktion 101 die jeweilige Amplitude der Sinusspannung, wobei eine beliebige Anzahl von Stufen vorgesehen werden kann, die beispielsweise der Anzahl der zu untersuchenden Einzelzellen 13, 14 entspricht.
Ferner ist es möglich, dass die aufgezeigten Varianten von Amplituden- und Frequenzmodulation der 5 - 13 miteinander kombiniert werden können. Mit der Kombination der Spannungstreppe mit einer Frequenzänderung je Treppenstufe kann das gesamte Isolationswiderstandsnetzwerk innerhalb der Hochvoltbatterie ermittelt werden einschließlich des Realteils und des Imaginärteils der Isolationswiderstände. Eine Kombination von zwei Spannungsstufen mit einer Frequenzänderung auf jeder Stufe kann verwendet werden, um einen komplexen Isolationswiderstand, d.h. Realteil und Imaginärteil, zu bestimmen. Eine Kombination mit zwei Stufenspannungen bei einem sequentiellen Aufbau kann bei einer Ermittlung des Isolationswiderstandsnetzwerkes von Vorteil sein.
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Verwendung von Sample-Punkten 111-118 auf einer sinusförmigen Kurve 110, die im zeitlichen Verlauf gezeigt ist. Hierbei dienen zwei Sample-Punkte, d.h. zwei diskrete Werte auf der sinusförmigen Kurve, als die beiden erzeugten Quellenspannungswerte Uext1, Uext2 der angeschlossenen Spannungsquelle 21 der Messanordnung 20, wie in 1 gezeigt. Für die Berechnung eines Isolationswiderstandes wird ein erstes Sample-Paar, beispielsweise die Werte 111 und 112 verwendet. Für eine darauffolgende Berechnung wird ein zweites Sample-Paar, beispielsweise die Werte 112 und 113 verwendet. Die Werte der beiden Größen Uext1 und Uext2 hängen somit von dem jeweiligen Sample-Paar ab. Werden Samples sehr nahe auf den sinusförmigen Verlauf 110 gelegt entsteht eine Quasi-Kontinuität für die Berechnung der Isolationswiderstände. Es kann auch vorgesehen werden, dass die Kurve 114 als Dreiecksspannung oder in Form jeder anderen kontinuierliche Spannungsform gewählt wird, um dort Sample-Paare zu verwenden zur Ermittlung der Isolationswiderstände der Hochvoltbatterie 10.
12 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Verwendung einer Spannungstreppe, auf die eine Sinusfunktion aufmoduliert ist. Die Spannung in Treppenform ist in ihrem zeitlichen Verlauf dargestellt. Hierbei kann der Realteil des komplexen Isolationswiderstandes Riso über die Aufstellung von Knoten- und Maschengleichungen ermittelt werden, während der Imaginärteil aus dem hochfrequenten Anteil der Sinusschwingung ermittelt werden kann.
13 ein Ausführungsbeispiel eines zeitlichen Verlaufs einer Spannung in Form einer aufsteigenden Treppenfunktion, auf deren Stufen jeweils ein Dirac-Impuls aufmoduliert ist. Hierbei ist der Dirac-Impuls zu Beginn der Stufe angeordnet. Diese Treppenfunktion mit überlagerten Dirac-Impulsen kann von der Spannungsquelle 21 der Messanordnung 20 erzeugt werden. Auch bei dieser Spannungsform können Realteil und Imaginärteil eines Isolationswiderstandes ermittelt werden. Vorzugsweise erfolgt pro Stufe der Spannungstreppe die Ermittlung eines Isolationswiderstandes. Hierbei sorgt der aufmodulierte Dirac-Impuls für eine Impulsantwort, mit der der Imaginärteil des Isolationswiderstandes ermittelt werden kann.
Das vorgeschlagene Messverfahren in seinen unterschiedlichen Ausführungsformen kann in Geräten implementiert werden, beispielsweise in einem Batteriemanagementsystem eines Fahrzeugs, so dass die vorgeschlagene Messanordnung 20 als Isolationswächter dient. Hierbei kann beispielsweise eine Isolationsprüfung während des Fahrbetriebs durchgeführt werden. In diesem Fall kann die Messanordnung Teil einer fahrzeuginternen Batterieelektronik sein. Ebenfalls ist es denkbar, dass die Messanordnung 20 als Diagnosegerät für den Servicebereich verwendet wird, so dass Fahrzeuge bei Verdacht auf einen aufgetretenen Fehler in der eingebauten Hochvoltbatterie überprüft werden.

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Isolationswiderstandes von mindestens einer Einzelzelle (13, 14) mit einer vorgegebenen Zellenspannung (Uzelle; 15), die in einer Hochvoltbatterie (10) montiert ist, wobei mit der Hochvoltbatterie (10) eine Batteriespannung (Ubat; 16) bereitstellbar ist, aufweisend Berücksichtigen von mindestens drei Zuständen der Hochvoltbatterie (10), um mindestens einen Isolationswiderstand (Riso) einer Einzelzelle (13, 14) anhand von Spannungsmessungen zu ermitteln, Bereitstellen von Quellenspannungen (Uext1, Uext2, Uext3), die Teil einer Stufenspannung (30) sind und die Anzahl der Stufen der Anzahl der vorhandenen Einzelzellen (13, 14) entspricht, und Bereitstellen einer Wechselspannung als weitere Quellenspannung (Uext), wobei die Wechselspannung der Stufenspannung (30) überlagert ist und die Amplituden der Wechselspannung in ihrer Höhe variiert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Isolationswiderstandes während einer sequentiellen Montage von Einzelzellen (13, 14) zu der Hochvoltbatterie (10) durchgeführt wird und das Verfahren ferner aufweist Ermitteln des Isolationswiderstandes (Riso) für jede montierte Einzelzelle (13, 14), wobei für die Ermittlung des Isolationswiderstandes (Riso_1) einer montierten Einzelzelle (13, 14) ein bereits ermittelter Isolationswert (Riso_0) mindestens einer vorhergehenden montierten Einzelzelle (13, 14) aus der Sequenz von Einzelzellen (13, 14) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationswiderstände (Riso) sequentiell gemäß den Stufen des Aufbaus ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend Vergleichen des ermittelten Isolationswertes der montierten Einzelzelle (13, 14) mit mindestens einem Isolationswert einer vorhergehenden montierten Einzelzelle (13, 14), Einstufen des ermittelten Isolationswiderstandes (Riso) der montierten Einzelzelle als fehlerhaft bei Abweichung in Bezug auf einen vorbestimmten Schwellwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend Bereitstellen von mindestens drei Quellenspannungen (Uext1, Uext2, Uext3) in Form einer Gleichspannung, wobei sich die drei Quellenspannungen (Uext1, Uext2, Uext3) in ihrer Spannungshöhe unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner aufweisend Aufstellen von Knoten- und Maschen-Gleichungen für alle vorhandene Einzelzellen (13, 14), und Lösen von (n+2) * (n+1) Gleichungen zur Ermittlung aller vorhandenen Isolationswiderstände (Riso, Riso_1, Riso_2) in der Hochvoltbatterie (10), wobei n die Anzahl der vorhandenen Einzelzellen (13, 14) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wechselspannung in ihrer Frequenz variiert
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend Bereitstellen der Stufenspannung als Quellenspannung (Uext), wobei einer Stufe der Stufenspannung ein Impuls überlagert ist.
Messanordnung (20) zum Bestimmen eines Isolationswiderstandes von mindestens einer Einzelzelle (13, 14) mit einer vorgegebenen Zellenspannung (Uzelle; 15), die in einer Hochvoltbatterie (10) montiert ist, wobei mit der Hochvoltbatterie (10) eine Batteriespannung (Ubat; 16) bereitstellbar ist, aufweisend eine Spannungsquelle (21), ein Spannungsmessgerät (22), wobei die Spannungsquelle (21) und das Spannungsmessgerät (22) in einer Reihenschaltung verschaltet sind und die Reihenschaltung zwischen einem Anschluss (11) der Hochvoltbatterie (10) und einem Bezugspotential (17) anschließbar ist, wobei mit dem Spannungsmessgerät (22) mindestens drei Zustände der Hochvoltbatterie (10) berücksichtigbar sind, um mindestens einen Isolationswiderstand (Riso) einer Einzelzelle (13, 14) zu ermitteln, wobei die Messanordnung ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
Messgerät aufweisend eine Messanordnung nach Anspruch 9, wobei das Messgerät Signalisierungsmittel aufweist, um einen ermittelten Isolationsfehler zu signalisieren.