DE102013013951B4

DE102013013951B4 - Measuring arrangement, measuring device and method for determining insulation faults

Info

Publication number: DE102013013951B4
Application number: DE102013013951.1A
Authority: DE
Inventors: Roman Ranzinger; Johannes Dorsch; Christian Klaus Müller
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: DE102013013951A1

Abstract

Messanordnung (20) zur Bestimmung eines Isolationsfehlers von Einzelzellen (13, 14) mit einer vorgegebenen Zellenspannung Uzelle (15) zu einer Hochvoltbatterie (10), mit der eine Batteriespannung Ubat (16) bereitstellbar ist, aufweisendeine Spannungsquelle (21), die eine erste Quellenspannung (Uext1) und eine zweite Quellenspannung (Uext2) bereitstellt;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) eine erste Messspannung (Umess1) beim Anliegen der ersten Quellenspannung (Uext1) und eine zweite Messspannung (Umess2) beim Anliegen der zweiten Quellenspannung (Uext2) messbar ist, wobei aus den beiden Messspannungen (Umess1, Umess2) und der vorgegebenen Zellenspannung (Uzell) ein Isolationswiderstand (Riso) ermittelbar ist.Measuring arrangement (20) for determining an insulation fault in individual cells (13, 14) with a predetermined cell voltage Uzelle (15) to a high-voltage battery (10), with which a battery voltage Ubat (16) can be provided, having a voltage source (21) which has a first Provides source voltage (Uext1) and a second source voltage (Uext2); a voltage measuring device (22), wherein the voltage source (21) and the voltage measuring device (22) are connected in a series circuit and the series circuit is between a connection (11) of the high-voltage battery (10) and a reference potential (17) can be connected, with the voltage measuring device (22) being able to measure a first measurement voltage (Umess1) when the first source voltage (Uext1) is applied and a second measurement voltage (Umess2) when the second source voltage (Uext2) is applied, with off an insulation resistance (Riso) can be determined from the two measurement voltages (Umess1, Umess2) and the specified cell voltage (Uzell).

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung, ein Messgerät und ein Verfahren zur Bestimmung von Isolationsfehlern.The invention relates to a measuring arrangement, a measuring device and a method for determining insulation faults.

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 oder höher. Hochvoltbatterien werden aus einer Reihenschaltung von Einzelzellen hergestellt, die während des Montageprozesses bereits auf Fehlerfreiheit überprüft werden sollen. 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 (DC = Gleichspannung) oder höher ein Gefahrenpotential darstellt.High-voltage batteries (HV batteries, HV = high-voltage) or in the following also called batteries are used, for example, in vehicles which are driven by electrical energy. In this context, batteries are understood to mean accumulators which provide electrical energy and into which electrical energy can also be fed. Here, the battery voltage exceeds the previous voltage of vehicle batteries and is around 100 V or higher. High-voltage batteries are manufactured from a series connection of individual cells, which should already be checked for errors during the assembly process. It should be noted here that the personnel are not endangered during assembly, since the total voltage of the high-voltage battery that arises increases with each individual cell that is installed, and ultimately 60 V DC (DC = DC voltage) or higher represents a potential hazard.

Zur Erhöhung der Qualität bei der Montage 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. Ferner wird 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.To increase the quality when installing high-voltage batteries, it is necessary to isolate the insulation between the high-voltage system and other conductive parts of the battery, e.g. Floor plate, cooling system etc. to be determined. This happens during or at the latest after completion of the assembly work and serves as a safety check for the assembly of a high-voltage battery. Furthermore, the aim is to determine the insulation resistance at selected points during the assembly process or assembly process in order to allow the assembly to proceed safely. Several insulation faults in combination can lead to a current flow or even an arc, which can be avoided by checking the correctness in good time.

Für die Isolationsmessung sind beispielsweise folgende beide Verfahren bekannt.

1. Messung mit Fremdspannung
2. Messung mit Eigenspannung

The following two methods are known for insulation measurement, for example.

1. Measurement with external voltage
2. Measurement with residual stress

Bei einer Messung des Isolationswiderstandes mit Fremdspannung wird zwischen einer Masse und dem negativem Hochvoltanschluss oder dem positiven Hochvoltanschluss ein Isolationsmessgerät angeschlossen. Dieses Messgerät weist eine Spannungsquelle und ein Amperemeter auf. Während der Messung wird beispielsweise mit der Spannungsquelle eine Spannung in Höhe von 500 V angelegt und der Strom mit dem Amperemeter gemessen. Anschließend wird mit der Formel R=U/I der Widerstandswert der Isolation bestimmt.When measuring the insulation resistance with external voltage, an insulation measuring device is connected between a ground and the negative high-voltage connection or the positive high-voltage connection. This measuring device has a voltage source and an ammeter. During the measurement, for example, a voltage of 500 V is applied with the voltage source and the current is measured with the ammeter. The resistance value of the insulation is then determined using the formula R = U / I.

Hierbei ergibt sich der Nachteil, dass bei der Messung über Spannung je nach Polung diese Spannung von der angelegten Spannung entweder addiert oder subtrahiert wird. Das Messgerät erkennt dies jedoch nicht. Somit kann ein Messwert verfälscht werden. Ferner wird bei dieser Vorgehensweise der exakte Isolationswert nicht sofort ermittelt, da zu Beginn ein Polarisationsstrom überlagert gemessen wird, der erst nach einem längeren Zeitraum, oft im Bereich von etwa fünf Minuten, sich dem Wert Null nähert. Somit ist die Messung auch zeitaufwendig.This has the disadvantage that when measuring via voltage, depending on the polarity, this voltage is either added or subtracted from the applied voltage. However, the measuring device does not recognize this. A measurement value can thus be falsified. Furthermore, with this procedure, the exact insulation value is not determined immediately, since at the beginning a superimposed polarization current is measured, which only approaches the value zero after a longer period, often in the range of about five minutes. The measurement is therefore also time-consuming.

Auch ist von Nachteil, dass während der Messung mit Fremdspannung parasitäre Kapazitäten der Batterie auf die Messspannung aufgeladen werden. Dadurch kann eine Gefährdung für das Bedienpersonal entstehen, wenn die Spannung hoch gewählt wurde. Ferner ist von Nachteil, dass die Position des Isolationsfehlers nur durch zusätzliche Messungen bestimmt werden kann.It is also disadvantageous that parasitic capacitances of the battery are charged to the measurement voltage during the measurement with external voltage. This can endanger the operating personnel if the voltage is selected high. Another disadvantage is that the position of the insulation fault can only be determined by additional measurements.

Eine weitere Möglichkeit zur Isolationsmessung ist eine Messung mit Eigenspannung. Hierbei wird mit einem Voltmeter die Spannung von dem positiven Hochvoltanschluss und von dem negativen Hochvoltanschluss jeweils in Bezug auf Masse gemessen. Die gemessene Spannung vom positiven Hochvoltanschluss auf Masse wird als erste Messspannung V1' und die gemessene Spannung vom negativen Hochvoltanschluss auf Masse wird als zweite Messspannung V1 erhalten. Anschließend werden die beiden Messspannungen V1 und V1' miteinander verglichen. Ist V1>V1'wird zwischen dem negativen Hochvoltanschluss und Masse eine weitere Spannung V2 gemessen und dem Messgerät ein bekannter Widerstand Ro parallel geschaltet. Ist V1<V1' wird zwischen dem positiven Hochvoltanschluss und Masse eine andere Spannung V2 gemessen und dem Messgerät ein bekannter Widerstand Ro parallel geschaltet. Aus den Messungen kann dann der Isolationswiderstand ermittelt werden.Another option for insulation measurement is measurement with residual stress. In this case, the voltage from the positive high-voltage connection and from the negative high-voltage connection is measured with respect to ground with a voltmeter. The measured voltage from the positive high-voltage connection to ground is obtained as the first measuring voltage V1 'and the measured voltage from the negative high-voltage connection to ground is obtained as the second measuring voltage V1. Then the two measuring voltages V1 and V1 'are compared with one another. If V1> V1 ', a further voltage V2 is measured between the negative high-voltage connection and ground and a known resistance Ro is connected in parallel to the measuring device. If V1 <V1 ', a different voltage V2 is measured between the positive high-voltage connection and ground and a known resistance Ro is connected in parallel to the measuring device. The insulation resistance can then be determined from the measurements.

Hierbei ergibt sich der Nachteil, dass für jede Messung drei Einzelmessungen durchgeführt werden müssen. Die Messungen werden sowohl an dem positiven wie auch dem negativen Hochvoltanschluss durchgeführt, so dass eine Automatisierbarkeit schwer umzusetzen ist.This has the disadvantage that three individual measurements have to be carried out for each measurement. The measurements are carried out on both the positive and the negative high-voltage connection, so that automation is difficult to implement.

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 2011 112 690 A1 describes a method for testing the functionality of a lithium-ion battery cell, in which an impedance between two poles of the battery cell is measured at at least two different frequencies, it also being possible to measure the impedance between a pole and a housing.

WO 2008/ 033 064 A1 beschreibt ein automatisiertes Verfahren, um einen Isolationszustand einer Batterie zu überwachen, wobei die Batterie eine Vielzahl von Batteriezellen aufweist. Zum Überwachen des Isolationswiderstandes werden drei Spannungen verwendet, wobei zwei der Spannungen zwischen einem Gehäuse und einem der Batteriepole bereitgestellt werden und die dritte Spannung zwischen den Batteriepolen angelegt wird. WO 2008/033 064 A1 describes an automated process to determine an isolation state of a Monitor battery, the battery having a plurality of battery cells. Three voltages are used to monitor the insulation resistance, two of the voltages being provided between a housing and one of the battery poles and the third voltage being applied between the battery poles.

DE 10 2004 032 230 A1 beschreibt in Bezug auf ein Brennstoffzellensystem eine Einrichtung zum Messen eines Isolationswiderstandes gegenüber einem elektrischen Massepunkt. Hierbei werden Referenzwiderstände in einer Reihenschaltung zwischen zwei Lastromleitungen des Brennstoffzellensystems verwendet. Mit einer Referenzspannungsquelle sind mindestens zwei verschiedene Referenzspannungen einstellbar. Hierbei wird eine erster Messwert bei einer ersten anliegenden Referenzspannung und ein zweiter Messwert bei einer zweiten anliegenden Referenzspannung erfasst und mit Hilfe dieser beiden Messwerte der Wert des Isolationswiderstandes berechnet. DE 10 2004 032 230 A1 describes a device for measuring an insulation resistance to an electrical ground point with respect to a fuel cell system. Reference resistors are used in a series connection between two load current lines of the fuel cell system. At least two different reference voltages can be set with a reference voltage source. In this case, a first measured value is recorded with a first reference voltage present and a second measured value with a second applied reference voltage and the value of the insulation resistance is calculated using these two measured values.

Hierbei ergibt sich der Nachteil, dass Referenzwiderstände zwischen dem positiven Hochvoltanschluss und dem negativen Hochvoltanschluss verschaltet werden. Dies ist bei einer Montage einer Hochvoltbatterie mit Einzelzellen nachteilig ist, da sich bei jeder Montage einer Einzelzelle an die bisherige Batterieanordnung zumindest der positive oder der negative Hochvoltanschluss örtlich verlagert, so dass während einer Montage ständig die Messanordnung neu kontaktiert werden müsste.This has the disadvantage that reference resistors are connected between the positive high-voltage connection and the negative high-voltage connection. This is disadvantageous when installing a high-voltage battery with individual cells, since each time a single cell is installed, at least the positive or negative high-voltage connection is locally displaced to the previous battery arrangement, so that the measuring arrangement would have to be contacted again during installation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung, ein Messgerät und ein Verfahren zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes einer Hochvoltbatterie anzugeben, um Messvorgänge während eines Montagevorgangs der Hochvoltbatterie zu vereinfachen.The invention is based on the object of specifying a measuring arrangement, a measuring device and a method for determining an insulation resistance of a high-voltage battery in order to simplify measuring processes during an assembly process of the high-voltage battery.

Die Aufgabe wird mit einer Messanordnung gelöst. Hierbei dient die Messanordnung zur Bestimmung von Isolationsfehlern während einer Montage von Einzelzellen mit einer vorgegebenen Zellenspannung (Uzell) zu einer Hochvoltbatterie, mit der eine Batteriespannung bereitstellbar ist. Die erfindungsgemäße Messanordnung weist eine Spannungsquelle auf, die eine erste Quellenspannung (Uext1) und eine zweite Quellenspannung (Uext2) bereitstellt. Ferner weist die Messanordnung ein Spannungsmessgerät auf, wobei die Spannungsquelle und das Spannungsmessgerät in einer Reihenschaltung verschaltet sind und die Reihenschaltung zwischen einem Anschluss der Hochvoltbatterie und einem Bezugspotential anschließbar ist. Hierbei ist mit dem Spannungsmessgerät eine erste Messspannung (Umess1) beim Anliegen der ersten Quellenspannung (Uext1) und eine zweite Messspannung (Umess1) beim Anliegen der zweiten Quellenspannung (Uext2) messbar, wobei aus den beiden Messspannungen (Umess1, Umess2) und der vorgegebenen Zellenspannung (Uzell) ein Isolationswiderstand (Riso) ermittelbar ist.The task is solved with a measuring arrangement. Here, the measuring arrangement serves to determine insulation faults during the assembly of individual cells with a predetermined cell voltage (U cell) to form a high-voltage battery with which a battery voltage can be provided. The measuring arrangement according to the invention has a voltage source which provides a first source voltage (Uext1) and a second source voltage (Uext2). Furthermore, the measuring arrangement has a voltage measuring device, the voltage source and the voltage measuring device being connected in a series connection and the series connection being connectable between a connection of the high-voltage battery and a reference potential. A first measuring voltage (Umess1) when the first source voltage (Uext1) is present and a second measuring voltage (Umess1) when the second source voltage (Uext2) is present can be measured with the voltage measuring device, with the two measuring voltages (Umess1, Umess2) and the specified cell voltage (Uzell) an insulation resistance (Riso) can be determined.

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. Des Weiteren können Fehler durch das Bedienpersonal beim Messen vermieden werden, wie z.B. Messspitzen nicht korrekt kontaktiert, Messung vergessen oder ähnliches.The advantage here is that the assembly process of a high-voltage battery can be continuously monitored for insulation faults and assembly faults without having to change a measurement location of the voltage source and the voltage measuring device. In this way, measurement errors are also avoided, since a reconnection of the measurement arrangement is avoided. Furthermore, errors by the operating personnel during measurement can be avoided, e.g. Measuring tips not correctly contacted, forgotten measurement or similar.

Vorteilhaft ist auch, dass durch die Fremdspannung, ein Isolationsfehler auch bei der ersten Zelle gefunden werden kann, wenn nur eine Messung durchgeführt wird. Im Gegensatz hierzu werden bei der Vorgehensweise gemäß dem Stand der Technik mehr als zwei Messungen benötigt.It is also advantageous that an insulation fault can also be found in the first cell through the external voltage if only one measurement is carried out. In contrast, the procedure according to the prior art requires more than two measurements.

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.The insulation measurement can run during the entire set-up without having to couple in a dangerous external voltage. The operating personnel can be warned immediately in the event of an insulation fault, for example with an acoustic signal and / or a visual signal.

Werden Batterien sequentiell aufgebaut d.h. vom Pluspol zum Minuspol oder umgekehrt ist, nur ein einmaliges Kontaktieren (HV+ oder HV- auf Masse) notwendig, um während des gesamten Aufbaus den Isolationswert zu erfassen. Dies könnte beispielsweise auch über einen regulären HV-Stecker der Batterien geschehen.Are batteries assembled sequentially i.e. From the positive pole to the negative pole or vice versa, only a single contact (HV + or HV- to ground) is necessary to record the insulation value during the entire assembly. This could also be done using a regular HV connector on the batteries, for example.

In vorteilhafterweise ist der Isolationswiderstand (Riso) einer Einzelzellen an der Position x gemäß der Formel $R_{i s o} = \frac{R_{m e s s} * (x * U_{Z e l l e} + U_{e x t 2}) - U_{m e s s 2} * R_{m e s s}}{U_{m e s s 2}}$

ermittelbar ist, wobei x die Position der Einzelzelle ist, die an der x-ten Position von der Messanordnung gesehen entfernt ist.The insulation resistance (Riso) of an individual cell at position x is advantageously according to the formula

R_{i s O} = \frac{R_{m e s s} * (x * U_{Z e l l e} + U_{e x t 2nd}) - U_{m e s s 2nd} * R_{m e s s}}{U_{m e s s 2nd}}

can be determined, where x is the position of the individual cell, which is at the x-th position as seen from the measuring arrangement.

Bevorzugterweise kann vorgesehen werden, dass eine Position x eines Isolationsfehlers gemäß der Formel $x = \frac{U e x t 1 * U m e s s 2 - U m e s s 1 * U n e x t 2}{U z e l l e * (U m e s s 1 - U m e s s 2)}$

ermittelbar ist, wobei x die Position einer fehlerhaften Einzelzelle ist, die an der x-ten Position von der Messanordnung gesehen entfernt ist. Ferner ist Uext1 die erste Quellenspannung, Uext2 die zweite Quellenspannung, Uzelle die vorgegebene Zellenspannung, Umess1 die Messspannungen beim Anliegen der ersten Quellenspannung Uext1 und Umess2 die Messspannung beim Anliegen der zweiten Quellenspannung Uext2.It can preferably be provided that a position x of an insulation fault according to the formula

x = \frac{U e x t 1 * U m e s s 2nd - U m e s s 1 * U n e x t 2nd}{U e.g. e l l e * (U m e s s 1 - U m e s s 2nd)}

can be determined, where x is the position of a faulty single cell, which is at the xth position away from the measuring arrangement. Furthermore, Uext1 is the first source voltage, Uext2 the second source voltage, Ucell the predetermined cell voltage, Umess1 the measurement voltages when the first source voltage Uext1 is applied and Umess2 the measurement voltage when the second source voltage Uext2 is applied.

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 one exemplary embodiment, it can be provided that the voltage source is a controllable direct voltage source that provides voltages below 50 volts. The use of low voltage is advantageous for the safety of the operating personnel. However, the method can also be carried out with higher voltages above the low voltage range.

In einer Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass die Hochvoltbatterie in einer ersten Baurichtung und in einer zweiten Baurichtung gleichzeitig montierbar ist, wobei die erste Baurichtung und die zweite Baurichtung voneinander entgegengesetzt ausgerichtet sind, und zu montierende Einzelzellen von einer Einzelzelle ausgehend in die beiden Baurichtungen montierbar sind und die Messanordnung zwischen zwei Einzelzellen und dem Bezugspotential angeschlossen ist.In one embodiment, it can be provided that the high-voltage battery can be installed simultaneously in a first direction of construction and in a second direction of construction, the first direction of construction and the second direction of construction being oriented opposite one another, and individual cells to be assembled can be assembled from one single cell in the two directions of construction and the measuring arrangement is connected between two individual cells and the reference potential.

Von Vorteil kann vorgesehen werden, dass die Hochvoltbatterie in einer ersten Baurichtung und in einer zweiten Baurichtung gleichzeitig montierbar ist, wobei die erste Baurichtung und die zweite Baurichtung aufeinander zu gerichtet sind und bereits montierte Einzelzellen zwei Einheiten bilden, wobei jede Einheit eine Messanordnung aufweist und die erste Messanordnung an einem negativen Pol einer ersten Einzelzelle der ersten Einheit angeschlossen ist und die zweite Messanordnung an einem positiven Pol einer zweiten Einzelzelle der zweiten Einheit angeschlossen ist.It can advantageously be provided that the high-voltage battery can be installed simultaneously in a first direction of construction and in a second direction of construction, the first direction of construction and the second direction of construction being directed towards one another and already assembled individual cells forming two units, each unit having a measuring arrangement and the the first measuring arrangement is connected to a negative pole of a first individual cell of the first unit and the second measuring arrangement is connected to a positive pole of a second individual cell of the second unit.

Somit auch eine Anwendung an Hochvoltbatterien möglich, die nicht von ihrem positiven Hochvoltanschluss (HV+) oder von ihrem negativen Hochvoltanschluss (HV-) sequentiell aufgebaut werden, die beispielsweise mit der Montage an einem beliebigen Punkt in der Serienschaltung der Einzelzellen beginnen.This means that it can also be used on high-voltage batteries that are not built up sequentially from their positive high-voltage connection (HV +) or from their negative high-voltage connection (HV-), which begin, for example, with assembly at any point in the series connection of the individual cells.

Werden zunächst voneinander unabhängig mehrere Einheiten montiert, so können mehrere Messstellen bereitgestellt werden, vorzugsweise eine Messstelle pro Einheit und somit eine Spannungsquelle und ein Spannungsmessgerät pro Einheit.If several units are initially installed independently of one another, several measuring points can be provided, preferably one measuring point per unit and thus one voltage source and one voltage measuring device per unit.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug geeignet ist und die Batteriespannung (Ubat) größer als 100 V ist.In a preferred embodiment it is provided that the high-voltage battery is suitable for a vehicle and the battery voltage (Ubat) is greater than 100 V.

Solche Hochvoltbatterien können zum Einsatz kommen, wenn das Fahrzeug ausschließlich mit elektrischer Energie angetrieben wird oder als Hybridfahrzeug bereitgestellt wird.Such high-voltage batteries can be used if the vehicle is powered solely by electrical energy or is provided as a hybrid vehicle.

Ferner wird die Aufgabe mit einem Messgerät gelöst, das eine erfindungsgemäße Messanordnung aufweist, wobei mit dem Messgerät ein Isolationsfehler ermittelbar und signalisierbar ist.Furthermore, the object is achieved with a measuring device that has a measuring arrangement according to the invention, wherein an insulation fault can be determined and signaled with the measuring device.

Hierbei ist von Vorteil, dass bei Auftreten eines Isolationsfehlers sofort dessen Position angezeigt werden kann, beispielsweise auf einem Bildschirm.The advantage here is that if an insulation fault occurs, its position can be displayed immediately, for example on a screen.

Des Weiteren wird die Aufgabe der Erfindung mit einem Verfahren gelöst. Das Verfahren dient zur Bestimmung eines Isolationsfehlers von Einzelzellen mit einer vorgegebenen Zellenspannung (Uzell) einer Hochvoltbatterie, mit der eine Batteriespannung (Ubat) bereitstellbar ist. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, ein Erzeugen einer ersten Quellenspannung (Uext1), ein Messen einer ersten Messspannung (Umess1) beim Anliegen der ersten Quellenspannung (Uext1). Ferner ist vorgesehen ein Erzeugen einer zweiten Quellenspannung (Uext2), ein Messen einer zweiten Messspannung (Umess2) beim Anliegen der zweiten Quellenspannung (Uext2) und ein Ermitteln eines Isolationswiderstandes (Riso) aus den beiden Messspannungen (Umess1, Umess2) und der vorgegebenen Zellenspannung (Uzell).Furthermore, the object of the invention is achieved with a method. The method serves to determine an insulation fault of individual cells with a predetermined cell voltage (U cell) of a high-voltage battery, with which a battery voltage (Ubat) can be provided. The method provides for generating a first source voltage (Uext1) and measuring a first measurement voltage (Umess1) when the first source voltage (Uext1) is applied. It is also provided that a second source voltage (Uext2) is generated, a second measurement voltage (Umess2) is measured when the second source voltage (Uext2) is present, and an insulation resistance (Riso) is determined from the two measurement voltages (Umess1, Umess2) and the specified cell voltage ( Uzell).

Auch kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, auch unabhängig von der Bestimmung eines Isolationswiderstandes, eine Position x eines Isolationsfehlers ermittelt werden unter Verwendung der ersten Quellenspannung (Uext1), der ersten Messspannung (Umess1), der zweiten Quellenspannung (Uext2), der zweiten Messspannung (Umess2) und der Zellenspannung (Uzell), wobei x die Nummer der Zelle ist, die an der x-ten Position von der Messanordnung gesehen entfernt ist und in der ein Isolationsfehler vorhanden ist.With the method according to the invention, a position x of an insulation fault can also be determined independently of the determination of an insulation resistance using the first source voltage (Uext1), the first measurement voltage (Umess1), the second source voltage (Uext2), the second measurement voltage (Umess2 ) and the cell voltage (Ucell), where x is the number of the cell that is at the xth position from the measuring arrangement and in which there is an insulation fault.

Es ist vorgesehen, dass das Verfahren während der Montage der Hochvoltbatterie durchgeführt wird. Ferner kann es auch bei einer Endkontrolle eingesetzt werden nachdem die Einzelzellen vollständig zu einer Hochvoltbatterie zusammengebaut sind. Auch kann das 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.It is intended that the method be carried out during the assembly of the high-voltage battery. Furthermore, it can also be used in a final inspection after the individual cells have been completely assembled to form a high-voltage battery. The method can also be used in an assembled state of the high-voltage battery in a vehicle. For example, the method can be carried out with an insulation monitor installed in the vehicle. The method can thus be used in a variety of ways, for example during assembly of a high-voltage battery and after installation of the high-voltage battery in a vehicle, ie during the use of the high-voltage battery in the vehicle.

Die Messanordnung und das Messverfahren sind besonders gut geeignet für den Einsatz in Fertigungslinien, da eine Automatisierung der Messung erfolgen kann.The measuring arrangement and the measuring method are particularly well suited for use in production lines, since the measurement can be automated.

Mit Hilfe einer Steuerung können die Vorgänge sehr leicht automatisiert werden. Es wird nur eine Spannungsquelle und ein Voltmeter benötigt, das von einer Steuerung bedient werden kann. Die Steuerung wechselt die Spannung zwischen zwei Spannungsniveaus und das Messgerät zeichnet die beiden Messwerte auf. Nun kann von der Steuerung fortlaufend der Isolationswiderstand berechnet und dokumentiert werden. Somit kann die Isolationsmessung vollständig ohne zutun von Bedienpersonal ablaufen. Das Bedienpersonal kann dann gewarnt werden, falls ein Isolationsfehler auftritt, oder Grenzwerte unterschritten werden.The processes can be automated very easily with the help of a controller. Only one voltage source and one voltmeter are required, which can be operated by a controller. The controller changes the voltage between two voltage levels and the measuring device records the two measured values. The controller can now continuously calculate and document the insulation resistance. This means that the insulation measurement can be carried out completely without operator intervention. The operating personnel can then be warned if an insulation fault occurs or the limit values are undershot.

Durch die Möglichkeit einer Automatisierbarkeit des Verfahrens sind diskrete Messgeräte denkbar, die an der Hochvoltbatterie während des Aufbaus oder der Montage angekoppelt werden können.The possibility of automating the method makes conceivable discrete measuring devices that can be coupled to the high-voltage battery during construction or assembly.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen:

1 ein Ersatzschaltbild einer Hochvoltbatterie;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung zur Bestimmung von Position eines Isolationsfehlers und Wert eines Isolationswiderstandes;
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messanordnung zur Bestimmung von Position eines Isolationsfehlers und Wert eines Isolationswiderstandes;
4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung zur Bestimmung von Position eines Isolationsfehlers und Wert eines Isolationswiderstandes; und
5 eine Messanordnung ausgeführt als Messgerät.

Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to drawings. Here show:

1 an equivalent circuit diagram of a high-voltage battery;
2nd a first embodiment of a measuring arrangement for determining the position of an insulation fault and the value of an insulation resistance;
3rd a second embodiment of a measuring arrangement for determining the position of an insulation fault and the value of an insulation resistance;
4th a third embodiment of a measuring arrangement for determining the position of an insulation fault and the value of an insulation resistance; and
5 a measuring arrangement designed as a measuring device.

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. 1 shows an equivalent circuit diagram of a high-voltage battery 10th which should be taken into account in the following considerations. The high-voltage battery 10th has a negative high-voltage connection 11 (HV) and a positive high-voltage connection 12th (HV +) on. Furthermore, the high-voltage battery 10th a variety of cells 1 to n, with each individual cell, or here also called cell, a storage capacity 13 and an insulation resistance 14 (Riso).

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, wobei alle Zellenspannungen Uzelle als gleich hoch angenommen werden. Demnach wird davon ausgegangen, dass jede einzelne Zelle die gleiche Zellenspannung (Uzelle) aufweist . 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.In 1 is the modular design of the high-voltage battery 10th indicated by means of the index x, where the cells are designated with an index from x = 1 to x = n, where n is any integer positive number. The parameter x is also used to identify a defective single cell, in which a lower insulation resistance is determined. Each individual cell points to the storage capacity 13 a cell voltage 15 (Ucell), with the cell voltages 15 due to a series connection of the storage capacities 13 in total a battery voltage 16 (Ubat) result. The battery voltage 16 thus consists of the individual cell voltages 15 together, whereby all cell voltages Ucell are assumed to be the same. Accordingly, it is assumed that each individual cell has the same cell voltage (U cell). In parallel with the storage capacity 13 is the insulation resistance per cell 14 (Riso) present, which acts as a resistance between a negative pole of the storage capacity 13 and a ground potential 17th or mass 17th results.

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.With a faultless high-voltage battery 10th have all insulation resistances 14 a high insulation value, so that no significant fault current against the ground potential 18th can arise. The insulation resistance 14 an error-free cell is, for example, in the giga-ohm range. With a faulty cell, a fault current can flow, causing the insulation resistance 14 this cell cannot be neglected. The insulation resistance 14 a faulty cell can be in the kilo-ohm range, for example. The insulation resistance is preferred 14 for the correct case, dimensioned so that a value of 100 ohms per volt in relation to the total voltage of the high-voltage battery 10th is observed. This means that at a voltage of 60 V DC there should be at least an insulation resistance of 100 Ohm / Volt x 60 V = 6000 Ohm.

2 zeigt das Ersatzschaltbild der Hochvoltbatterie 10 aus 1 mit einer daran angeschlossenen Messanordnung 20 in einem ersten Ausführungsbeispiel. 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. 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. 2nd shows the equivalent circuit diagram of the high-voltage battery 10th out 1 with a measuring arrangement connected to it 20 in a first embodiment. Here, during assembly of the individual cells of the high-voltage battery 10th the insulation resistance 14 every single cell checked for correctness. In the event of a fault, there is a non-negligible insulation resistance 14 in the faulty cell, which is less than an insulation resistance 14 a cell with no insulation fault. At what position within the high-voltage battery 10th a non-negligible insulation resistance 14 is present is initially unknown and should be determined. Also the size of the insulation resistance 14 is unknown and should be determined.

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. The measurement arrangement 20 has an adjustable voltage source 21 and a tension meter 22 on. The controllable voltage source is used for an insulation measurement and for locating an insulation fault 21 with its positive input (+ input) to the high-voltage pole or high-voltage connection 11 , here the negative high-voltage connection (HV-) of the battery 10th connected. Furthermore, the voltage measuring device 22 , here a voltmeter, between ground 17th as reference potential and a negative input (- input) of the controllable voltage source 21 connected. The voltage measuring device 22 has an internal resistance 23 (Rmess) whose size is assumed to be known.

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 Parallelschaltung aus dem Innenwiderstand 23 des Spannungsmessgerätes 22 und dem externen Referenzwiderstand (Rmess_ext) gebildet werden.There is also the possibility that an external measuring resistor (Rmess_ext) with any chosen resistance value can be used. The external measuring resistor (Rmess_ext) can be parallel to the internal resistor 23 of the voltage measuring device 22 are switched so that there is a total resistance (Rges) that can be used as a measuring resistor (Rmess). In this case the external measuring resistor (Rmess_ext) serves as the reference resistor. For example, a total resistance (Rmess) in a parallel connection from the internal resistance 23 of the voltage measuring device 22 and the external reference resistor (Rmess_ext) are formed.

Mit der regelbaren Spannungsquelle 21 werden zwei Spannungswerte zeitlich nacheinander erzeugt, zunächst Uext1 und danach Uext2, beispielsweise mit Uext1 = 10V und Uext2 = 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 Uext1 und Uext2 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.With the adjustable voltage source 21 two voltage values are generated one after the other, first Uext1 and then Uext2, for example with Uext1 = 10V and Uext2 = 15V, each as a DC voltage. The voltage level of the generated voltages is not dangerous for the operating personnel or assembly personnel and can therefore be used safely. While the two voltages Uext1 and Uext2 are applied, a measuring voltage is measured with the voltmeter 22 measured. Because the cell voltage 15 each cell has the same or almost the same value and is known, the overall position and value of the faulty insulation can be determined.

Die Position x des Isolationsfehlers kann bestimmt werden mit $x = \frac{U e x t 1 * U m e s s 2 - U m e s s 1 * U e x t 2}{U z e l l e * (U m e s s 1 - U m e s s 2)}$

The position x of the insulation fault can be determined with

x = \frac{U e x t 1 * U m e s s 2nd - U m e s s 1 * U e x t 2nd}{U e.g. e l l e * (U m e s s 1 - U m e s s 2nd)}

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. The value x specifies in which cell, calculated from the negative high-voltage connection 11 towards the positive high-voltage connection 12th there is an insulation fault. The value x is therefore a dimensionless quantity and indicates the position or the cell number of the insulation fault.

Ferner kann aus den beiden gemessenen Spannungswerten Umess1 und Umess2 der Isolationswiderstand Riso bestimmt werden mit $R_{i s o} = \frac{R_{mess} * (x * U_{Z e l l e} + U_{e x t 2}) - U_{m e s s 2} * R_{m e s s}}{U_{m e s s 2}}$

Furthermore, the insulation resistance Riso can be determined from the two measured voltage values Umess1 and Umess2

R_{i s O} = \frac{R_{mess} * (x * U_{Z e l l e} + U_{e x t 2nd}) - U_{m e s s 2nd} * R_{m e s s}}{U_{m e s s 2nd}}

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.Thus, by applying a DC voltage with two different voltage levels Uext1 and then Uext2, the location and the size of an insulation fault within the battery 10th be determined. A simplified measurement at two voltage values is thus proposed, in which measurement uncertainties are avoided.

Insgesamt werden basierend auf zwei mit der regelbaren Spannungsquelle 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.Overall, the position of an insulation fault in the high-voltage battery and the associated insulation resistance are determined on the basis of two low-voltage voltages applied with the controllable voltage source and two corresponding voltage measurements with a voltmeter or voltmeter with the aid of calculation instructions.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 20 zur Bestimmung der Position x eines Isolationsfehlers und dem Wert eines Isolationswiderstandes Riso in einer Hochvoltbatterie 10. Das Ausführungsbeispiel zeigt, dass es auch möglich ist, die beiden Messungen mit zwei unterschiedlichen Spannungsniveaus, wie anhand von 2 erläutert, an Batterien 10 durchzuführen, die nicht von dem positiven Hochvoltanschluss oder dem negativen Hochvoltanschluss sequentiell aufgebaut werden. 3rd shows a second embodiment of a measuring arrangement 20 to determine the position x of an insulation fault and the value of an insulation resistance Riso in a high-voltage battery 10th . The exemplary embodiment shows that it is also possible to carry out the two measurements with two different voltage levels, as shown in FIG 2nd explained on batteries 10th perform that are not built up sequentially by the positive high-voltage connection or the negative high-voltage connection.

3 zeigt einzelne Zellen, die von einer Mittelachse 30 aus nach zwei Seiten montiert werden und somit die Montage zwei entgegen gesetzte Baurichtungen 31, 32 aufweist. Bei einer solchen Montage der Zellen für eine Hochvoltbatterie 10 kann der Montageprozess in beide Baurichtungen 31, 32 gleichzeitig geschehen, so dass die Montage effektiver ist als nur sequentiell in einer Baurichtung, wie dies in 2 der Fall ist. 3rd shows individual cells by a central axis 30th can be assembled on two sides and thus the assembly in two opposite directions 31 , 32 having. With such an assembly of the cells for a high-voltage battery 10th the assembly process can be done in both directions 31 , 32 happen at the same time, so that the assembly is more effective than just sequential in one direction, as shown in 2nd the case is.

In 3 wird die Messanordnung 20 zwischen einem Plus-Eingang einer Zelle und einem Minus-Eingang einer benachbarten Zelle angeschlossen. Hierbei kann der Anschlusspunkt zwischen den beiden Zellen auf der Mittelachse 30 liegen von der aus in beiden Baurichtungen 31, 32 die Hochvoltbatterie 10 montiert werden kann. Man kann demnach an einem beliebigen Punkt in einer Serienschaltung der Zellen beginnen. Es wird nur eine Messanordnung 20 benötigt, um einen Isolationsfehler Riso und einen Fehler der Isolation x bestimmen zu können gemäß den Formeln, wie sie in Bezug auf 2 erläutert wurden. Hierbei werden in dem Schaltbild der 3 die Zellen nur schematisch dargestellt, wobei die Isolationswiderstände 14 Riso nicht dargestellt sind, obwohl sie in 3 ebenso wie in 1 vorhanden sind.In 3rd becomes the measurement arrangement 20 connected between a plus input of a cell and a minus input of an adjacent cell. Here, the connection point between the two cells on the central axis 30th are from in both directions 31 , 32 the high-voltage battery 10th can be assembled. One can therefore start at any point in a series connection of the cells. There will only be one measurement setup 20 needed to determine an insulation error Riso and an error of insulation x according to the formulas as related to 2nd have been explained. Here, the 3rd the cells are only shown schematically, with the insulation resistances 14 Riso are not shown, although in 3rd just like in 1 available.

4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung zur Bestimmung einer Position eines Isolationsfehlers und des Wertes eines Isolationswiderstandes. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Batterie 10 nicht vollständig sequentiell aufgebaut, sondern sie wird aus zwei verschiedenen Baurichtungen 41, 42 montiert, die aufeinander zu gerichtet sind. Es ergeben sich zwei Einheiten 43, 44 mit einer Vielzahl von Zellen, wobei die Einheiten 43, 44 erst in einem letzten Montageschritt miteinander verbunden werden. Es sind in diesem Fall zwei voneinander unabhängige Messanordnungen 20, 40 notwendig, die wie in 2 gezeigt aufgebaut sind, mit jeweils einer regelbaren Spannungsquelle 21, einem Spannungsmessgerät 22 und einem Innenwiderstand 23, wobei jeweils der Innenwiderstand 23 und ein Anschluss des Spannungsmessgerätes 22 mit Masse 17 verbunden sind. Es werden durch die beiden Messanordnungen 20, 40 zwei Messstellen vorgesehen. Ferner ist es auch möglich, mehrerer solcher Einheiten 43, 44, beispielsweise sechs Einheiten, zeitgleich unabhängig voneinander zu bauen und danach in einer Reihenschaltung miteinander zu verbinden, um eine Hochvoltbatterie 10 mit mehreren Zellen herzustellen. Hierbei können mit jeweils einer Messanordnung 20 bzw. 40 eine Einheit 43, 44, etc. geprüft werden bevor die Einheiten 43, 44 miteinander verbunden werden. 4th shows a third embodiment of a measuring arrangement for determining a position of an insulation fault and the value of an insulation resistance. In this embodiment, the battery 10th not built up completely sequentially, but it is made up of two different construction directions 41 , 42 mounted that are facing each other. There are two units 43 , 44 with a variety of cells, the units 43 , 44 be connected to each other only in a final assembly step. In this case there are two independent measuring arrangements 20 , 40 necessary as in 2nd are shown, each with a controllable voltage source 21 , a voltage measuring device 22 and an internal resistance 23 , where the internal resistance 23 and a connection of the voltage measuring device 22 with mass 17th are connected. It is through the two measuring arrangements 20 , 40 two measuring points are provided. Furthermore, it is also possible to have several such units 43 , 44 , for example six units, to be built independently of one another at the same time and then connected in a series connection to form a high-voltage battery 10th with multiple cells. This can be done with one measuring arrangement each 20 or. 40 one unity 43 , 44 , etc. are checked before the units 43 , 44 be connected to each other.

5 zeigt ein Messgerät 50, das die erfindungsgemäße Messanordnung 20 aufweist, wobei der Spannungserzeuger 21 und das Spannungsmessgerät 22 mit Innenwiderstand 23 schematisch dargestellt sind und sich innerhalb des Messgerätes 50 befinden. Das Messgerät 50 ist mit einer Batterie 10 verbunden, wobei der Masseanschluss 17 des Spannungsmessgerätes 22 ist mit einem Masseanschluss 17 der Batterie 10 verbunden ist und der negative Pol einer Zelle, die innerhalb der Batterie 10 angedeutet ist, mit dem Spannungserzeuger 21 verbunden ist. Ferner weist das Messgerät 50 einen Mikrocontroller 51 auf, der mit einer Energieversorgung 52 verbunden ist. Auch weist das Messgerät einen Eingang und einen Ausgang aus, der als eine Schnittstelle 53 ausgeführt sein kann und mit weiteren Peripheriegeräten verbunden werden kann, beispielsweise zum Auslesen der Messwerte. Ferner weist das Messgerät 50 eine Anzeige 54, beispielsweise ein Bildschirm, und eine Tastatur 55 auf, so dass das Messgerät 50 auf einfache Weise bedient werden kann. Auch weist das Messgerät 50 eine optische Signalisierungseinrichtung 56, beispielsweise in Form einer oder mehrerer LEDs, und eine akustische Signalisierungseinrichtung 57, beispielsweise einer Hupe, auf. Die Einrichtungen 54-57 können mit dem Mikrocontroller 51 verbunden sein, so dass dieser bei einem erkannten Isolationsfehler ein akustisches und/oder optisches Signal erzeugt. 5 shows a measuring device 50 , the measuring arrangement according to the invention 20 has, wherein the voltage generator 21 and the tension meter 22 with internal resistance 23 are shown schematically and within the measuring device 50 are located. The measuring device 50 is with a battery 10th connected, the ground connection 17th of the voltage measuring device 22 is with a ground connection 17th the battery 10th is connected and the negative pole of a cell that is inside the battery 10th is indicated with the voltage generator 21 connected is. Furthermore, the measuring device 50 a microcontroller 51 on that with an energy supply 52 connected is. The measuring device also has an input and an output, which act as an interface 53 can be executed and can be connected to other peripheral devices, for example for reading out the measured values. Furthermore, the measuring device 50 an ad 54 , such as a screen, and a keyboard 55 on so the meter 50 can be operated in a simple manner. The meter also points 50 an optical signaling device 56 , for example in the form of one or more LEDs, and an acoustic signaling device 57 , for example a horn. The facilities 54-57 can with the microcontroller 51 be connected so that it generates an acoustic and / or optical signal when an insulation fault is detected.

Claims

Measuring arrangement (20) for determining an insulation fault from individual cells (13, 14) with a predetermined cell voltage U cell (15) to a high-voltage battery (10) with which a battery voltage Ubat (16) can be provided a voltage source (21) which provides a first source voltage (Uext1) and a second source voltage (Uext2); a voltage measuring device (22), wherein the voltage source (21) and the voltage measuring device (22) are connected in a series connection and the series connection can be connected between a connection (11) of the high-voltage battery (10) and a reference potential (17), wherein a first measuring voltage (Umess1) can be measured with the voltage measuring device (22) when the first source voltage (Uext1) is present and a second measuring voltage (Umess2) when the second source voltage (Uext2) is present, the two measuring voltages (Umess1, Umess2) and an insulation resistance (Riso) can be determined for the predetermined cell voltage (U cell).

Measuring arrangement (20) after Claim 1 , characterized in that the insulation resistance (Riso) of a single cell (13, 14) at position x according to the formula

R_{i s O} = \frac{R_{mess} * (x * U_{Z e l l e} + U_{e x t 2nd}) - U_{m e s s 2nd} * R_{m e s s}}{U_{m e s s 2nd}}

can be determined, where x is the position of the individual cell (13, 14), which is at the x-th position as seen from the measuring arrangement (20).

Measuring arrangement (20) after Claim 1 or 2nd , characterized in that a position of an insulation fault according to the formula

x = \frac{U e x t 1 * U m e s s 2nd - U m e s s 1 * U e x t 2nd}{U e.g. e l l e * (U m e s s 1 - U m e s s 2nd)}

can be determined, where x is the position of the individual cell (13, 14), which is seen at the xth position from the measuring arrangement (20), Uext1 the first source voltage, Uext2 the second source voltage, Ucell the predetermined cell voltage (15 ), Umess1 is the measuring voltage when the first source voltage Uext1 is present and Umess2 is the measuring voltage when the second source voltage Uext2 is present.

Measuring arrangement (20) according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the voltage source (21) is a controllable DC voltage source which provides voltages below 50 volts.

Measuring arrangement (20) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the high-voltage battery (10) can be mounted simultaneously in a first direction (31, 41) and in a second direction (32, 42), the first direction (31) and the second direction (32) being oriented opposite to one another , and individual cells (13, 14) to be assembled can be assembled from one individual cell (13, 14) in the two construction directions (32, 42) and the measuring arrangement (20) between two individual cells (13, 14) and the reference potential (17 ) connected.

Measuring arrangement (20) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the high-voltage battery (10) can be mounted simultaneously in a first direction (31, 41) and in a second direction (32, 42), the first direction (31) and the second direction (32) facing each other and assembled single cells (13, 14) form two units (43, 44), each unit (43, 44) having a measuring arrangement (20, 40) and the first measuring arrangement (20) on a negative pole of a first single cell ( 13, 14) of the first unit (43) is connected and the second measuring arrangement (40) is connected to a positive pole of a second individual cell (13, 14) of the second unit (44).

Measuring arrangement (20) according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the high-voltage battery (10) is suitable for a vehicle and the battery voltage (Ubat) is greater than 100 V.

Measuring device (50) comprising a measuring arrangement (20) according to one of the Claims 1 to 7 An insulation fault can be determined and signaled with the measuring device (50).

A method for determining an insulation fault of individual cells (13, 14) with a predetermined cell voltage U cell (15) of a high-voltage battery (10) with which a battery voltage Ubat (16) can be provided Generating a first source voltage (Uext1), Measuring a first measuring voltage (Umess1) when the first source voltage (Uext1) is present, Generating a second source voltage (Uext2), Measuring a second measuring voltage (Umess2) when the second source voltage (Uext2) is present, the source voltages (Uext1, Uext2) being applied between a connection (11) of the high-voltage battery (10) and a reference potential (17), and Determine an insulation resistance (Riso) from the two measuring voltages (Umess1, Umess2) and the specified cell voltage Ucell (15).

A method for determining an insulation fault of individual cells (13, 14) with a predetermined cell voltage U cell (15) of a high-voltage battery (10) with which a battery voltage Ubat (16) can be provided Determining a position (x) of an insulation fault using a first source voltage (Uext1), a first measurement voltage (Umess1), a second source voltage (Uext2), a second measurement voltage (Umess2) and the cell voltage Uzelle (15), whereby between a connection ( 11) of the high-voltage battery (10) and a reference potential (17) the source voltages (Uext1, Uext2) are applied, and where x is the number of the cell which is at the xth position from the measuring arrangement (20) and in an insulation fault is present.