DE102014205877B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Isolation bei einem Bordnetz - Google Patents

Abstract

Vorrichtung (V) zur Überwachung einer elektrischen Isolation bei einem Bordnetz (BN), die folgende Merkmale aufweist:- eine Spannungsquelle (SQ) zum Generieren einer ersten Gleichspannung mit einem ersten Spannungswert (Uq1) und einer zweiten Gleichspannung mit einem zweiten Spannungswert (Uq2),- eine Spannungsmesseinheit (ME1) zwischen einer positiven Stromversorgungsleitung (LP) des Bordnetzes (BN) und einer negativen Stromversorgungsleitung (LN) des Bordnetzes (BN) zum Messen einer Spannung (Ub) zwischen der positiven (LP) und der negativen (LN) Stromversorgungsleitung,- einen Strompfad (P) zwischen einem positiven Stromanschluss (AP) der Spannungsquelle (SQ) und der positiven (LP) oder der negativen (LN) Stromversorgungsleitung,- eine Strommesseinheit (ME2) in dem Strompfad (P) zum Messen eines durch den Strompfad (P) fließenden Stromes (I),- eine Ermittlungseinheit (EE), die über einen ersten Signaleingang (SE1) mit einem Signalausgang (SA1) der Spannungsmesseinheit (ME1) und über einen zweiten Signaleingang (SE2) mit einem Signalausgang (SA2) der Strommesseinheit (ME2) elektrisch verbunden ist, und eingerichtet ist, aus einem ersten, unter der ersten Gleichspannung gemessenen Spannungsmesswert (Ub1) und einem zweiten, unter der zweiten Gleichspannung gemessenen Spannungsmesswert (Ub2) der Spannungsmesseinheit (ME1), einem ersten, unter der ersten Gleichspannung gemessenen Strommesswert (I1) und einem zweiten, unter der zweiten Gleichspannung gemessenen Strommesswert (12) der Strommesseinheit (ME2), sowie dem ersten (Uq1) und dem zweiten (Uq2) Spannungswert einen Isolationswiderstand (R_ISO) zwischen dem Bordnetz (BN) und elektrischer Masse (MA) zu ermitteln;- wobei die Ermittlungseinheit (EE) ferner eingerichtet ist, den Isolationswiderstand (R_ISO) anhand folgender Gleichung iterativ zu ermitteln:wobei kein Korrekturwert ist;- wobei die Ermittlungseinheit (EE) ferner eingerichtet ist, den Korrekturwert kanhand folgender Gleichung iterativ zu ermitteln:wobei Uq, I, Ub jeweils der erste Spannungswert (Uq1), der erste Strommesswert (I1), der erste Spannungsmesswert (Ub1), oder jeweils der zweite Spannungswert (Uq2), der zweite Strommesswert (I2), der zweite Spannungsmesswert (Ub2) sind, und RIsolationswiderstandswert, der in der (m-1)-ten Iteration ermittelt wurde.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Isolation bei einem Bordnetz, insb. eines Fahrzeugs, speziell eines Hybrid-/Elektrofahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Bordnetz für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug, insb. ein Hybrid-/Elektrofahrzeug, mit einem Bordnetz, wobei das Bordnetz eine oben genannte Vorrichtung umfasst.
• Moderne Fahrzeuge, insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeuge, weisen Bordnetze auf, die einen Hochvoltbordnetzzweig umfasst, in dem eine Betriebsspannung von mehreren hundert Volt herrscht.
• Eine Spannung von über 60 Volt ist aber für Menschen, insbesondere für Kinder, lebensgefährlich. Deshalb wird ein Hochvoltbordnetzzweig mit einer Betriebsspannung von mehr als 60 Volt von dem Rest des Bordnetzes bzw. von der Fahrzeugkarosserie elektrisch isoliert, um eine Gefährdung von Menschen auszuschließen.
• Bei technischen Defekten im Bordnetz oder bei Bedienfehlern kann ein so genannter Fehlerstrom von dem Hochvoltbordnetzzweig durch menschlichen Körper fließen. Ist die elektrische Isolation zwischen dem genannten Hochvoltbordnetzzweig und dem Rest des Bordnetzes bzw. der Fahrzeugkarosserie dabei intakt und ausreichend hoch, so wird die Stromstärke des Fehlerstromes auf einen für Menschen ungefährlichen Wert begrenzt.
• Ist die elektrische Isolation aber nicht ausreichend hoch, so kann ein Fehlerstrom mit einer Stromstärke von mehreren Milliampere durch menschliche Körper fließen, die für Menschen lebensgefährlich sein kann.
• Um solche lebensgefährlichen Fehlerströme von vornherein zu vermeiden, ist es erforderlich, die elektrische Isolation im Bordnetz ständig zu überwachen und potentielle Gefahren möglichst frühzeitig zu erkennen.
• Die Patentoffenlegungsschrift DE 10 2011 050 590 A1 beschreibt ein Verfahren zur Isolationsüberwachung eines ungeerdeten Stromnetzes. Gemäß dem Verfahren wird eine Wechselspannungsquelle, der mindestens ein Prüfwiderstand in Reihe geschaltet ist, an das Stromnetz angeschlossen. Mit der Spannungsquelle wird ein Prüfsignal mit periodischem stetigem Spannungsverlauf gegenüber Erde an das Stromnetz angelegt. Ein aufgrund des Prüfsignals fließender Ableitstrom wird gemessen und aus dem Ableitstrom ein ohmscher Isolationswiderstand bestimmt. Dabei wird die Frequenz des Prüfsignals so variiert, dass ein Wirkstromanteil des Ableitstroms bei sich ändernder Ableitkapazität des Stromnetzes einen vorgegebenen Richtwert erreicht.
• Die Patentoffenlegungsschriften DE 43 39 946 A1 und EP 0 654 673 A1 aus einer und derselben Patentfamilie beschreiben ein Verfahren zur Isolationsüberwachung von ungeerdeten Gleich- und Wechselstromnetzen mit einer abwechselnd verschiedene Impulsspannungswerte aufweisenden Impulswechselspannung, die über eine ohmsche Netzankopplung zwischen Netz und Erde an das zu überwachende Netz als Messspannung angelegt wird.
• Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine kostengünstige Möglichkeit zur Überwachung einer elektrischen Isolation bei einem Bordnetz eines Fahrzeugs bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Überwachung einer elektrischen Isolation bei einem Bordnetz eines Fahrzeugs, insbesondere eines Hybrid-/Elektrofahrzeugs, geschaffen.
• Demnach umfasst die Vorrichtung eine Spannungsquelle, die eingerichtet ist, eine erste Gleichspannung mit einem ersten Spannungswert und eine zweite Gleichspannung mit einem zweiten Spannungswert zu generieren bzw. zu erzeugen.
• Die Vorrichtung umfasst ferner eine Spannungsmesseinheit, die zwischen einer positiven Stromversorgungsleitung und einer negativen Stromversorgungsleitung des Bordnetzes geschaltet bzw. elektrisch angeschlossen ist. Dabei ist die Spannungsmesseinheit eingerichtet, eine Spannung zwischen der positiven und der negativen Stromversorgungsleitung zu messen.
• Zwischen einem positiven Stromanschluss der Spannungsquelle und der positiven Stromversorgungsleitung des Bordnetzes weist die Vorrichtung einen Strompfad auf. Alternativ weist die Vorrichtung einen Strompfad zwischen dem positiven Stromanschluss der Spannungsquelle und der negativen Stromversorgungsleitung des Bordnetzes auf.
• Die Vorrichtung umfasst außerdem eine Strommesseinheit in dem Strompfad, die eingerichtet ist, einen unter Einwirkung der ersten und der zweiten Gleichspannung der Spannungsquelle durch den Strompfad fließenden Strom zu messen.
• Die Vorrichtung umfasst zudem eine Ermittlungseinheit, die über einen ersten Signaleingang mit einem Signalausgang der Spannungsmesseinheit und über einen zweiten Signaleingang mit einem Signalausgang der Strommesseinheit elektrisch verbunden ist. Die Ermittlungseinheit ist eingerichtet, aus einem ersten, unter Einwirkung der ersten Gleichspannung gemessenen Spannungsmesswert der Spannungsmesseinheit, einem zweiten, unter Einwirkung der zweiten Gleichspannung gemessenen Spannungsmesswert der Spannungsmesseinheit, einem ersten, unter Einwirkung der ersten Gleichspannung gemessenen Stromwert der Strommesseinheit, einem zweiten, unter Einwirkung der zweiten Gleichspannung gemessenen Strommesswert der Strommesseinheit, sowie dem ersten Spannungswert der ersten Gleichspannung und dem zweiten Spannungswert der zweiten Gleichspannung einen Isolationswiderstand zwischen dem Bordnetz und elektrischer Masse bzw. zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig und dem Rest des Bordnetzes zu ermitteln.
• Außerdem ist die Ermittlungseinheit eingerichtet, den Isolationswiderstand anhand folgender einfacher Gleichung in einem iterativen Rechenverfahren zu ermitteln: $${\text{R\_ISO}}_{\text{m}}=\frac{\left(\text{Uq1}-\text{I1}\cdot \text{R}\right)-\left(\text{Uq2}-\text{I2}\cdot \text{R}\right)-{\text{k}}_{\text{m}}\cdot \left(\text{Ub1}-\text{Ub2}\right)}{\left(\text{I1}-\text{I2}\right)}$$

  

  wobei sind:

Uq1

der erste Spannungswert der ersten Gleichspannung;

Uq2

der zweite Spannungswert der zweiten Gleichspannung;

11

der erste Strommesswert des Stromes, der unter Einwirkung der ersten Gleichspannung durch den Strompfad fließt;

12

der zweite Strommesswert des Stroms, der unter Einwirkung der zweiten Gleichspannung durch den Strompfad fließt;

Ub1

der erste, unter der ersten Gleichspannung gemessene Spannungsmesswert der zwischen der positiven und der negativen Stromversorgungsleitung anliegenden Spannung;

Ub2

der zweite, unter der zweiten Gleichspannung gemessene Spannungsmesswert der zwischen der positiven und der negativen Stromversorgungsleitung anliegenden Spannung;

R

der elektrische Widerstand im Strompfad bzw. ein elektrischer Widerstand zwischen dem positiven Stromanschluss der Spannungsquelle und der positiven oder negativen Stromversorgungsleitung des Bordnetzes;

k_m

ein Korrekturwert.

• Darüber hinaus ist die Ermittlungseinheit eingerichtet, den Korrekturwert k_m anhand folgender einfacher Gleichung in einem iterativen Rechenverfahren zu ermitteln: $${\text{k}}_{\text{m}}=\frac{\text{Uq}-\text{I}\cdot {\text{R}}_{{\text{ISO}}_{\text{m}-1}}-\text{I}\cdot \text{R}}{\text{Ub}}$$

  

  wobei Uq, I, Ub jeweils der erste Spannungswert, der erste Strommesswert, der erste Spannungsmesswert, oder jeweils der zweite Spannungswert, der zweite Strommesswert, der zweite Spannungsmesswert sind. R_{ISO m-1} ist ein Isolationswiderstandswert, der in der (m-1)-ten Iteration anhand der vorletzten Gleichung ermittelt wurde.
• Die Iteration wird solange wiederholt, bis der Isolationswiderstandwert R_ISO_m sich nicht mehr, mit einem vernachlässigbar geringen Betrag oder mit einer unendlichen Dezimalbruchentwicklung ändert. Anschließend wird der zuletzt ermittelte Isolationswiderstandwert R_ISO_m als der aktuelle Isolationswiderstand mit dem vorgegebenen Referenzwiderstand verglichen.
• Unter dem Begriff „Gleichspannung“ wird eine Spannung verstanden, die über eine bestimmte Zeitdauer, die für Messung der oben genannten Strommesswerte erforderlich ist, einen konstanten Spannungswert aufweist. Die Spannungsquelle generiert somit Gleichspannungen mit unterschiedlichen jedoch konstanten Spannungswerten.
• Zur Überwachung der elektrischen Isolation bei dem Bordnetz, insb. zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig und dem Rest des Bordnetzes bzw. der Fahrzeugkarosserie, generiert die Vorrichtung mit der Spannungsquelle in einem bestimmten Zeitabstand mittelbar oder unmittelbar aufeinanderfolgend zwei Gleichspannungen mit unterschiedlichen Spannungswerten. Unter Einwirkung der beiden Gleichspannungen fließen Ströme mit unterschiedlichen Stromwerten durch den Strompfad und von dem Strompfad zu der positiven oder der negativen Stromversorgungsleitung des Bordnetzes, je nachdem mit welcher der beiden Stromversorgungsleitungen der Strompfad die Spannungsquelle elektrisch verbindet.
• Ist die elektrische Isolation bei dem Bordnetz, insb. zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig und dem Rest des Bordnetzes bzw. der Fahrzeugkarosserie und somit der elektrischen Masse ausreichend hoch, so fließt kein bzw. kaum Strom unter Einwirkung der beiden Gleichspannungen von dem Hochvoltbordnetzzweig bzw. von den Stromversorgungsleitungen zu dem Rest des Bordnetzes bzw. zu der elektrischen Masse.
• Ist das Bordnetz bzw. der Hochvoltbordnetzzweig durch bspw. Defekte im Bordnetz von der Fahrzeugkarosserie bzw. dem Rest des Bordnetzes nicht ausreichend isoliert, so bildet sich zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig und dem Rest des Bordnetzes bzw. zwischen den Stromversorgungsleitungen und der Fahrzeugkarosserie ein Leckstrompfad, durch den Leckströme unter Einwirkung der beiden Gleichspannungen von dem Hochvoltbordnetzzweig zu dem Rest des Bordnetzes bzw. der Fahrzeugkarosserie fließen kann.
• Die Vorrichtung kann mit der Strommesseinheit die durch den Strompfad fließenden Ströme und mit der Spannungsmesseinheit die zwischen den beiden Stromversorgungsleitungen des Hochvoltbordnetzzweigs anliegenden Spannungen messen und anhand der gemessenen Strom- und Spannungsmesswerte und der bekannten Spannungswerte der beiden generierten Gleichspannungen den Isolationswiderstand zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig und dem Rest des Bordnetzes bzw. der Fahrzeugkarosserie ermitteln.
• Der ermittelte Isolationswiderstand kann dann mit einem vorgegebenen Referenzwiderstand verglichen werden. Bei Unterschreiten des Referenzwiderstands durch den ermittelten Isolationswiderstand wird von einem elektrischen Leck zwischen dem Bordnetz und der elektrischen Masse bzw. zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig und dem Rest des Bordnetzes oder der elektrischen Masse ausgegangen. Entsprechend werden Warnungen an den Fahrer des Fahrzeugs ausgegeben oder geeignete vorab festgelegte Maßnahmen, insb. geeignete automatische Maßnahmen, eingeleitet. Zu den möglichen automatischen Maßnahmen gehören bspw. die elektrischen Energiespeicher, wie z. B. Traktionsbatterien oder Superkondensatoren, mit Ladespannungen von über 60 Volt von dem Bordnetz elektrisch zu trennen oder zu entladen.
• Als Spannungsquelle kann bspw. ein einfacher Gleichspannungswandler dienen, der an einem Niedervoltbordnetzzweig elektrisch angeschlossen ist und durch Hochsetzen (und ggfs. durch Invertieren) der Betriebsspannung des Niedervoltbordnetzzweigs die beiden Gleichspannungen generiert. Die Ermittlungseinheit kann mit einem einfachen kostengünstigen Mikroprozessor und einem kostengünstigen Analog-Digital-Wandler realisiert werden.
• Damit wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die mit einfachen kostengünstigen elektrischen/elektronischen Komponenten elektrische Isolation bei einem Bordnetz eines Fahrzeugs, insb. zwischen einem Hochvoltbordnetzzweig und dem Rest des Bordnetzes bzw. der Fahrzeugkarosserie, in einfacher Weise zuverlässig ermitteln kann.
• Folglich ist eine kostengünstige Möglichkeit zur zuverlässigen Überwachung einer elektrischen Isolation bei einem Bordnetz eines Fahrzeugs geschaffen.
• Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst diese in dem Strompfad einen Widerstand zum Begrenzen der unter Einwirkung der beiden Gleichspannungen durch den Strompfad fließenden Ströme. Dabei ist der Widerstand hochohmig ausgeführt. Vorzugsweise weist der Widerstand einen Widerstandswert auf, der im Mega-Ohm Bereich liegt.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst diese in dem Strompfad einen steuerbaren Schalter zum Unterbrechen oder Herstellen elektrischer Verbindung in dem Strompfad. Durch gesteuertes Öffnen des Schalters kann die Vorrichtung in der Zeit, in der keine Überwachung der elektelektrischen Isolation stattfindet, von dem Bordnetz elektrisch getrennt werden und somit wird vor möglichen Schäden durch Überspannungen geschützt. Nur bei Bedarf, nämlich bei Überwachung der elektrischen Isolation, kann die Vorrichtung durch gesteuertes Schließen des Schalters an das Bordnetz elektrisch angeschlossen werden.
• Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Ermittlungseinheit eingerichtet, den Isolationswiderstand als Quotient aus der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungswert jeweils korrigiert um die jeweiligen, unter Einwirkung der jeweiligen Gleichspannungen an dem Widerstand im Strompfad abfallenden Spannungswerte und die Spannungswerte der jeweiligen, unter Einwirkung der jeweiligen Gleichspannungen zwischen der positiven und der negativen Stromversorgungsleitung anliegenden Spannungen, und der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Stromwert der unter Einwirkung der jeweiligen Gleichspannungen durch den Strompfad fliegenden Ströme, zu ermitteln.
• Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung beträgt der erste Spannungswert der ersten Gleichspannung 50 bis 60 Volt. Vorzugsweise beträgt der zweite Spannungswert der zweiten Gleichspannung -60 bis -50 Volt.
• Dabei stellen die oberen Grenzwerte 60 bzw. -60 Volt die Obergrenze der generierbaren Gleisspannungen dar, die für Menschen bzw. Fahrzeuginsassen noch nicht lebensgefährlich sind.
• Die unteren Grenzwerte 50 bzw. -50 Volt ermöglichen einen Spannungshub von mindestens 100 Volt zwischen den beiden Gleisspannungen, was bei den Strommesswerten des ersten, des zweiten und des dritten Stromes entsprechend große Werteunterschiede mit sich bringt. Die großen Werteunterschiede bei den Strommesswerten ermöglichen wiederum eine genaue Ermittlung des Isolationswiderstands. Zudem sind die hohen Spannungswerte robust gegenüber Spannungsschwankungen in den Strompfaden bzw. im Bordnetz.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bordnetz für ein Fahrzeug, insb. ein Hybrid-/Elektrofahrzeug, bereitgestellt, wobei das Bordnetz eine zuvor beschriebene Vorrichtung zur Überwachung der elektrischen Isolation bei dem Bordnetz bzw. zwischen einem Hochvoltbordnetzzweig des Bordnetzes und dem Rest des Bordnetzes bzw. der Fahrzeugkarosserie aufweist.
• Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, insb. ein Hybrid-/Elektrofahrzeug, mit einem Bordnetz bereitgestellt, wobei das Bordnetz eine zuvor beschriebene Vorrichtung zur Überwachung der elektrischen Isolation bei dem Bordnetz bzw. zwischen einem Hochvoltbordnetzzweig des Bordnetzes und dem Rest des Bordnetzes bzw. der Fahrzeugkarosserie aufweist.
• Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Isolation bei einem Bordnetz, insbesondere eines Fahrzeugs, speziell eines Hybrid-/Elektrofahrzeugs, bereitgestellt. Dabei weist das Verfahren folgende Verfahrensschritte auf:
• - Schalten einer Spannungsquelle zwischen einer elektrischen Masse und einem Stromanschlusspunkt einer positiven Stromversorgungsleitung des Bordnetzes oder einer negativen Stromversorgungsleitung des Bordnetzes;
• - Erstes Generieren einer ersten Gleichspannung mit einem ersten Spannungswert mittels der Spannungsquelle;
• - Erstes Messen eines ersten Spannungsmesswertes einer zwischen der positiven und der negativen Stromversorgungsleitung anliegenden Spannung und eines ersten Strommesswertes eines zwischen der Spannungsquelle und dem Stromanschlusspunkt fließenden Stromes, während die erste Gleichspannung generiert wird;
• - Zweites Generieren einer zweiten Gleichspannung mit einem zweiten Spannungswert mittels der Spannungsquelle;
• - Zweites Messen eines zweiten Spannungsmesswertes der Spannung und eines zweiten Strommesswertes des Stromes, während die zweite Gleichspannung generiert wird;
• - Ermitteln eines Isolationswiderstands zwischen dem Bordnetz und der elektrischen Masse aus dem ersten und dem zweiten Spannungswert, dem ersten und dem zweiten Strommesswert sowie dem ersten und dem zweiten Spannungsmesswert.
• Zunächst wird eine Spannungsquelle zwischen elektrischer Masse und einem Stromanschlusspunkt einer positiven Stromversorgungsleitung des Bordnetzes geschaltet bzw. elektrisch angeschlossen. Alternativ wird die Spannungsquelle zwischen der elektrischen Masse und einem Stromanschlusspunkt einer negativen Stromversorgungsleitung des Bordnetzes geschaltet bzw. elektrisch angeschlossen.
• Zur Überwachung der elektrischen Isolation bei dem Bordnetz wird mit der Gleichspannungsquelle eine erste Gleichspannung mit einem ersten Spannungswert für eine bestimmte Zeitdauer generiert.
• In dieser Zeit werden ein unter Einwirkung der ersten Gleichspannung durch den Strompfad fließender Strom und eine unter Einwirkung der ersten Gleichspannung zwischen der positiven und der negativen Stromversorgungsleitung abfallende Spannung gemessen. Der so gewonnene erste Strommesswert und der erste Spannungsmesswert werden zur Ermittlung eines Isolationswiderstandes zwischen dem Bordnetz bzw. zwischen einem Hochvoltbordnetzzweig des Bordnetzes und dem Rest des Bordnetzes bzw. der elektrischen Masse aufgehoben.
• In einem vorgegeben Zeitintervall mittelbar oder unmittelbar nach dem Messen des ersten Strom- und des ersten Spannungsmesswertes wird mit der Gleichspannungsquelle eine zweite Gleichspannung mit einem zweiten Spannungswert für eine bestimmte Zeitdauer generiert.
• Entsprechend werden in dieser Zeit ein unter Einwirkung der zweiten Gleichspannung durch den Strompfad fließender Strom und eine unter Einwirkung der zweiten Gleichspannung zwischen der positiven und der negativen Stromversorgungsleitung abfallende Spannung gemessen. Der so gewonnene zweite Strommesswert und der zweite Spannungsmesswert werden ebenfalls zur Ermittlung des Isolationswiderstandes herangezogen.
• Aus dem ersten und dem zweiten Strommesswert, dem ersten und dem zweiten Spannungsmesswert sowie dem ersten und dem zweiten Spannungswert der beiden generierten Gleichspannungen wird dann der Isolationswiderstand ermittelt.
• Der ermittelte Isolationswiderstandswert wird im Anschluss mit einem vorgegebenen Referenzwiderstandswert verglichen. Beim Unterschreiten des Referenzwiderstandswertes durch den ermittelten Isolationswiderstandswert wird von einem elektrischen Leck zwischen dem Bordnetz und der elektrischen Masse bzw. zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig und dem Rest des Bordnetzes oder der elektrischen Masse ausgegangen.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens finden die zuvor genannten Verfahrensschritte des ersten Generierens, des ersten Messens, des zweiten Generierens, des zweiten Messens und des Ermittelns während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs statt. Damit kann die elektrische Isolation bei dem Bordnetz auch in der Zeit ermittelt werden, in der in dem Bordnetz Betriebsspannung vorliegt und Bordnetzströme fließen.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen der oben dargestellten Vorrichtung sind, soweit im Übrigen auf das oben genannte Bordnetz oder Fahrzeug bzw. auf das oben beschriebene Verfahren übertragbar, auch als vorteilhafte Ausgestaltungen des Bordnetzes, des Fahrzeugs bzw. des Verfahrens anzusehen.
• Im Folgenden sollen nun beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
• 1 in einer schematischen Darstellung ein Bordnetz eines Elektrofahrzeugs mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
• 2 in einem schematischen Diagramm ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
• Es sei zunächst auf 1 verwiesen, in der ein Bordnetz BN eines in der Figur nicht dargestellten Elektrofahrzeugs mit einer Vorrichtung V zur Überwachung einer elektrischen Isolation bei dem Bordnetz schematisch dargestellt ist.
• Das Bordnetz BN umfasst einen Hochvoltbordnetzzweig HZ, in dem eine Betriebsspannung von ca. 500 Volt herrscht. Dieser Hochvoltbordnetzzweig HZ dient zum Bereitstellen von elektrischem Strom für eine elektrische Maschine EM in dem Hochvoltbordnetzzweig HZ, die zum Antrieb des Elektrofahrzeugs dient.
• In diesem Hochvoltbordnetzzweig HZ weist das Bordnetz BN eine Traktionsbatterie BT als Energie- bzw. Stromquelle auf, die den zum Betrieb der elektrischen Maschine EM bzw. zum Antrieb des Elektrofahrzeugs erforderlichen Strom bereitstellt.
• Über jeweils ein steuerbares Schütz Sc1, Sc2 ist die Traktionsbatterie BT mit jeweils einer positiven und einer negativen Stromversorgungsleitung LP, LN des Hochvoltbordnetzzweigs HZ elektrisch verbunden. Zusätzlich zu dem ersten Schütz Sc1 ist die Traktionsbatterie BT über ein drittes steuerbares Schütz Sc3 und einen Schutzwiderstand Rs mit der positiven Stromversorgungsleitung LP elektrisch verbunden, wobei das dritte Schütz Sc3 und der Schutzwiderstand Rs zueinander in Serie und zu dem ersten Schütz Sc1 parallel zwischen der Traktionsbatterie BT und der positiven Stromversorgungsleitung LP elektrisch angeschlossen sind.
• In dem Hochvoltbordnetzzweig HZ weist das Bordnetz BN ferner einen Umrichter UR auf, der den von der Traktionsbatterie BT bereitgestellten Strom in die Phasenströme umwandelt und die elektrische Maschine EM mit diesen Phasenströmen speist.
• Die positive Stromversorgungsleitung LP und die negative Stromversorgungsleitung LN verbinden dabei die Traktionsbatterie BT mit dem Umrichter UR, durch die der Strom von der Traktionsbatterie BT zu dem Umrichter UR fließt.
• Zwischen der positiven Stromversorgungsleitung LP und der negativen Stromversorgungsleitung LN weist das Hochvoltbordnetzzweig HZ einen Zwischenkreiskondensator Czk auf, der Spannungsschwankungen bei der Betriebsspannung Ub des Hochvoltbordnetzzweigs HZ kompensiert und die Betriebsspannung Ub auf erforderlichen Spannungswert aufrechthält.
• Der Hochvoltbordnetzzweig HZ weist zwischen der positiven Stromversorgungsleitung LP und elektrischer Masse MA bzw. zwischen der negativen Stromversorgungsleitung LN und der elektrischen Masse MA jeweils eine Ableitkapazität Cd auf.
• Das Bordnetz BN umfasst ferner einen in der Figur nicht dargestellten Niedervoltbordnetzzweig, in dem je nach Ausführung des Elektrofahrzeugs eine Betriebsspannung von bspw. 12 Volt herrscht. In diesem Niedervoltbordnetzzweig sind Stromverbraucher elektrisch angeschlossen, die bei der Betriebsspannung 12 Volt funktionieren. Diese Stromverbraucher sind bspw. Fahrzeugbeleuchtung, Navigationsgerät, elektrische Scheibenheizung oder Elektrische Klimakompressor.
• Die Betriebsspannung Ub in dem Hochvoltbordnetzzweig HZ ist mit 500 Volt für Fahrzeuginsassen lebensgefährlich. Damit der Strom in dem Hochvoltbordnetzzweig HZ mit der hohen Betriebsspannung Ub nicht über den Niederspanungsbordnetzzweig bzw. über elektrische Masse MA am Bordnetz BN oder Fahrzeugkarosserie unkontrolliert entlädt und die Gesundheit der Fahrzeuginsassen gefährdet, sind der Hochvoltbordnetzzweig HZ bzw. die beiden Stromversorgungsleitungen LP, LN von dem Rest des Bordnetzes BN und somit von dem Niederspanungsbordnetzzweig bzw. der elektrischen Masse MA galvanisch getrennt und elektrisch isoliert.
• Die elektrische Isolation zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig HZ und dem Rest des Bordnetzes BN und somit der elektrischen Masse MA ist in der Figur mit fiktivem Isolationswiderstand R_ISO schematisch dargestellt.
• Damit kein Strom von dem Hochvoltbordnetzzweig HZ zu dem Niederspanungsbordnetzzweig bzw. zu der elektrischen Masse MA fließen und Stromschlag bei Menschen verursachen kann, muss der Isolationswiderstand R_ISO ausreichend hoch sein.
• Treten Defekte oder Fehler im Bordnetz BN, so kann es vorkommen, dass die galvanische Trennung zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig HZ und dem Rest des Bordnetzes BN bzw. der elektrischen Masse MA unterbrochen wird, was zu Schäden am Elektrofahrzeug und bei Fahrzeuginsassen führen kann.
• Zur Erhöhung der Sicherheit bei dem Elektrofahrzeug muss die elektrische Isolation bzw. ein Isolationswiderstand zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig HZ und dem Rest des Bordnetzes BN bzw. der elektrischen Masse MA kontinuierlich überwacht werden. Beim Unterschreiten eines vorbestimmten Referenzwiderstandswertes durch den Isolationswiderstandswert muss die Traktionsbatterie BT durch gesteuertes Öffnen der alle drei Schütze Sc1, Sc2, Sc3 von dem Hochvoltbordnetzzweig HZ elektrisch getrennt werden und der Zwischenkreiskondensator Czk bis auf eine Ladespannung unter 60 Volt entladen werden.
• Hierzu umfasst das Bordnetz BN eine Vorrichtung V zur Überwachung der elektrischen Isolation in dem Bordnetz BN bzw. zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig HZ und dem Rest des Bordnetzes BN bzw. der elektrischen Masse MA.
• Die Vorrichtung V umfasst einen Stromanschlusspunkt SP, über den die Vorrichtung V bzw. ein Schaltungsteil der Vorrichtung V an der positiven oder der negativen Stromversorgungsleitung LP, LN des Hochvoltbordnetzzweigs HZ elektrisch anschließbar ist. In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Vorrichtung V bzw. ein Schaltungsteil der Vorrichtung V mit der positiven Stromversorgungsleitung LP elektrisch verbunden, so wie in der Figur mit 1 bezeichnet ist. Alternativ kann der Vorrichtung V mit der negativen Stromversorgungsleitung LN elektrisch verbunden werden, so wie es in Figur mit 2 veranschaulicht ist.
• Zwischen dem Stromanschlusspunkt SP und elektrischer Masse MA weist die Vorrichtung V eine Spannungsquelle SQ auf, die als Gleichspannungswandler mit einem ein-/ausschaltbaren Inverter ausgebildet ist. Über einen positiven Stromanschluss AP ist die Spannungsquelle SQ mit dem Stromanschlusspunkt SP der Vorrichtung V elektrisch verbunden. Über einen negativen Stromanschluss AN ist die Spannungsquelle SQ mit der elektrischen Masse MA elektrisch verbunden.
• Zwischen dem Stromanschlusspunkt SP und dem positiven Stromanschluss AP der Spannungsquelle SQ weist die Vorrichtung V einen Strompfad P auf, über den die Spannungsquelle SQ an der positiven Stromversorgungsleitung LP elektrisch angeschlossen ist.
• In dem Strompfad P weist die Vorrichtung V eine Strommesseinheit ME2 auf, die zwischen dem Stromanschlusspunkt SP und dem positiven Stromanschluss AP der Spannungsquelle SQ elektrisch angeschlossen ist.
• Die Vorrichtung V umfasst ferner einen Ankoppelwiderstand R, der in dem Strompfad P zwischen dem Stromanschlusspunkt SP und der Strommesseinheit ME2 elektrisch angeschlossen ist.
• Die Vorrichtung V weist ferner einen steuerbaren Schalter S auf, der in dem Strompfad P zwischen dem Stromanschlusspunkt SP und dem Ankoppelwiderstand R elektrisch angeschlossen ist. In einem geschlossenen Schaltzustand stellt der Schalter S eine elektrische Verbindung zwischen der positiven Stromversorgungsleitung LP und dem Strompfad P, insb. der Spannungsquelle SQ, her. In einem offenen Schaltzustand unterbricht der Schalter S die elektrische Verbindung zwischen der positiven Stromversorgungsleitung LP und dem Strompfad P und somit der Spannungsquelle SQ.
• Die Vorrichtung V umfasst zudem eine Steuereinheit SE zum Schließen bzw. Öffnen des Schalters S.
• Die Vorrichtung umfasst außerdem eine erste Spannungsmesseinheit ME1, die zwischen der positiven und der negativen Stromversorgungsleitung LP, LN des Hochvoltbordnetzzweigs HZ angeschlossen ist. Die erste Spannungsmesseinheit ME1 ist eingerichtet, die Spannung Ub an der positiven Stromversorgungsleitung LP in Bezug auf die negative Stromversorgungsleitung LN zu messen.
• Zwischen dem positiven Stromanschluss AP der Spannungsquelle SQ und der elektrischen Masse MA weist die Vorrichtung V einen Spannungsteiler ST auf, der parallel zu der Spannungsquelle SQ geschaltet ist. Der Spannungsteiler ST umfasst zwei in Reihe geschaltete Widerstände R1, R2. Zwischen einem Mittelgriffpunkt MG dieser beiden Widerstände R1, R2 und der elektrischen Masse MA weist die Vorrichtung V eine zweite Spannungsmesseinheit ME3 auf, die eingerichtet ist, die an dem Widerstand R2 abfallende Spannung U2 zu messen.
• Die Vorrichtung V umfasst außerdem eine Ermittlungseinheit EE zum Ermitteln des fiktiven Isolationswiderstands R_ISO. Die Ermittlungseinheit EE umfasst einen ersten, einen zweiten und einen dritten Signaleingang SE1, SE2, SE3. Über den ersten Signaleingang SE1 ist die Ermittlungseinheit EE mit einem Signalausgang SA1 der ersten Spannungsmesseinheit ME1, über den zweiten Signaleingang SE2 mit einem Signalausgang SA2 der Strommesseinheit ME2, und über den dritten Signaleingang SE3 mit einem Signalausgang SA3 der zweiten Spannungsmesseinheit ME3, elektrisch verbunden.
• Die Funktionsweise der Vorrichtung V, insbesondere der Ermittlungseinheit EE wird nachfolgend anhand 2 in Verbindung mit der Beschreibung des Verfahrens zur Überwachung der elektrischen Isolation bei dem Bordnetz BN bzw. bei dem Hochvoltbordnetzzweigs HZ näher beschrieben.
• Zur Überwachung der elektrischen Isolation bei dem Bordnetz BN wird der fiktive Isolationswiderstand R_ISO während des Betriebs des Elektrofahrzeugs kontinuierlich ermittelt und mit einem vorgegebenen Referenzwiderstandswert verglichen.
• Hierzu schließt die Steuereinheit SE gemäß einem Verfahrensschritt S100 den Schalter S und schließt somit die Vorrichtung V samt der Spannungsquelle SQ an den Hochvoltbordnetzzweig HZ an und stellt somit eine elektrische Verbindung zwischen dem Strompfad P bzw. der Vorrichtung V und der positiven Stromversorgungsleitung LP her.
• Die Spannungsquelle SQ erzeugt gemäß einem Verfahrensschritt S200 eine erste Gleichspannung mit einem ersten vorgegebenen Spannungswert Uq1 von 60 Volt für eine vorgegebene erste Zeitdauer t1. Dabei wandelt die Spannungsquelle SQ die 12 Volt Betriebsspannung vom Niedervoltbordnetzzweig auf 60 Volt.
• Diese erste Gleichspannung erzeugt einen Gleichstrom I im Strompfad P, der von dem Strompfad P in die positive Stromversorgungsleitung LP fließt. In der positiven Stromversorgungsleitung LP überlagert der Gleichstrom I einem durch die positive Stromversorgungsleitung LP fließenden Betriebsstrom Ib und führt zu einer Spannungsänderung bei der Betriebsspannung Ub.
• Die Betriebsspannung Ub wird samt der Spannungsänderung von der ersten Spannungsmesseinheit ME1 gemäß einem weiteren Verfahrensschritt S300 gemessen und zur Ermittlung des Isolationswiderstands R_ISO herangezogen. Dabei misst die erste Spannungsmesseinheit ME1 um einen vorgegebenen Zeitabstand td1 von dem Startzeitpunkt, zu dem die Spanungsquelle SQ anfängt, die erste Gleichspannung zu generieren, zeitlich versetzt die Betriebsspannung Ub und leitet einen ersten Spannungsmesswert Ub1 an die Ermittlungseinheit EE weiter. Dieser vorgegebene Zeitabstand td entspricht der Zeitdauer, die der Zwischenkreiskondensator Czk und die Ableitkapazitäten Cd im Bordnetz BN nach Anlegen der ersten Gleichspannung an der positiven Stromversorgungsleitung LP zum Abklingen brauchen.
• Zeitgleich misst die Strommesseinheit ME2 den Gleichstrom I im Strompfad P und gibt einen ersten Strommesswert I1 über den Signalausgang SA1 an die Ermittlungseinheit EE ab.
• Ebenfalls zeitgleich misst die zweite Spannungsmesseinheit ME3 die an dem Widerstand R2 des Spannungsteiles ST abfallende Spannung U2 und gibt über den Signalausgang SA3 einen ersten Spannungsmesswert U21 der Spannung U2 an die Ermittlungseinheit EE ab.
• Nach Ablauf der ersten Zeitdauer t1 und einen vorgegebenen Zeitintervall tv, der zum Abklingen des Zwischenkreiskondensators Czk und der Ableitkapazitäten Cd erforderlich ist, generiert die Spannungsquelle SQ gemäß einem weiteren Verfahrensschritt S400 eine zweite Gleichspannung mit einem zweiten vorgegebenen Spannungswert Uq2 von -60 Volt für eine vorgegebene zweite Zeitdauer t2. Dabei wandelt die Spannungsquelle SQ die 12 Volt Betriebsspannung vom Niedervoltbordnetzzweig auf 60 Volt und invertiert diese.
• Analog zu dem Verfahrensschritt S300 misst die Strommesseinheit ME2 gemäß einem weiteren Verfahrensschritt S500 während der zweiten Zeitdauer t2 um einen vorgegebenen Zeitabstand td2 von dem Startzeitpunkt, zu dem die Spanungsquelle SQ anfängt, die zweite Gleichspannung zu generieren, zeitlich versetzt den unter Einwirkung der zweiten Gleichspannung durch den Strompfad P fließenden Stromes I und gibt einen zweiten Strommesswert 12 an die Ermittlungseinheit EE ab. Der vorgegebene Zeitabstand td2 entspricht der Zeitdauer, die der Zwischenkreiskondensator Czk und die Ableitkapazitäten Cd im Bordnetz BN nach Anlegen der zweiten Gleichspannung an der positiven Stromversorgungsleitung LP zum Abklingen brauchen.
• Zeitgleich messen die beiden Spannungsmesseinheiten ME1, ME3 die jeweiligen Spannungen Ub, U2 und geben jeweils einen zweiten Spannungsmesswert Ub2, U22 an die Ermittlungseinheit EE ab.
• Die Ermittlungseinheit EE berechnet dann gemäß einem weiteren Verfahrensschritt S600 aus dem ersten und dem zweiten Spannungsmesswert U21, U22 anhand folgender zwei Gleichungen den ersten Spannungswert Uq1 der ersten Gleichspannung und den zweiten Spannungswert Uq2 der zweiten Gleichspannung, die die Spannungsquelle SQ während der ersten und der zweiten Zeitdauer tatsächlich generiert hat: $$\text{Uq1}=\frac{\text{R1}+\text{R2}}{\text{R}2}\cdot \text{U21}$$

  

  $$\text{Uq2}=\frac{\text{R1}+\text{R2}}{\text{R}2}\cdot \text{U22}$$

  
• Durch die Messung der beiden Spannungsmesswerte U21, U22 und die anschließende Berechnung der beiden Spannungswerte Uq1, Uq2 der tatsächlich generierten Gleichspannungen wird eine mögliche Ermittlungsfehler des Isolationswiderstands durch Abweichung bei den generierten Gleichspannungen vermieden und somit die Genauigkeit des ermittelten Isolationswiderstands R_ISO erhöht.
• Nachdem die Ermittlungseinheit EE die beiden Spannungswerte Uq1, Uq2 berechnet hat, ermittelt sie mit diesen beiden Spannungswerten Uq1, Uq2 und der beiden Strommesswerte 11, 12, sowie der beiden Spannungsmesswertes Ub1, Ub2 der ersten Spannungsmesseinheit ME2 den Isolationswiderstand R_ISO_m iterativ anhand folgender Gleichung: $${\text{R\_ISO}}_{\text{m}}=\frac{\left(\text{Uq1}-\text{I1}\cdot \text{R}\right)-\left(\text{Uq2}-\text{I2}\cdot \text{R}\right)-{\text{k}}_{\text{m}}\cdot \left(\text{Ub1}-\text{Ub2}\right)}{\left(\text{I1}-\text{I2}\right)}$$

  

  wobei k_m ein Korrekturwert ist. Diesen Korrekturwert k_m bestimmt Die Ermittlungseinheit EE aus dem zuletzt ermittelten Isolationswiderstand R_ISO_m-1 anhand folgender Gleichung iterativ: $${\text{k}}_{\text{m}}=\frac{\text{Uq1}-\text{I1}\cdot {\text{R}}_{{\text{ISO}}_{\text{m}-1}}-\text{I1}\cdot \text{R}}{\text{Ub1}}$$

  
• Die Ermittlungseinheit EE wiederholt die Iteration solange, bis der Isolationswiderstandwert R_ISO_m sich nicht mehr, mit einem vernachlässigbar geringen Betrag oder mit einer unendlichen Dezimalbruchentwicklung ändert. Anschließend wird der zuletzt ermittelte Isolationswiderstandwert R_ISO_m als der aktuelle Isolationswiderstand mit dem Referenzwiderstand verglichen.
• Überschreitet der ermittelte Isolationswiderstand R_ISO den Referenzwiderstand, so wird davon ausgegangen, dass die elektrische Isolation in dem Bordnetz BN bzw. zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig HZ und dem Rest des Bordnetzes BN bzw. der elektrischen Masse MA ausreichend hoch ist und entsprechende Sicherheitsanforderungen erfüllt.
• Sobald der ermittelte Isolationswiderstand R_ISO den Referenzwiderstand unterschreitet, wird dann von einem elektrischen Leck im Bordnetz BN bzw. zwischen dem Hochvoltbordnetzzweig HZ und dem Rest des Bordnetzes BN bzw. der elektrischen Masse MA ausgegangen. Entsprechend werden die Traktionsbatterie BT durch gesteuertes Öffnen der drei Schütze Sc1, Sc2, Sc3 von dem Hochvoltbordnetzzweig HZ elektrisch getrennt und der Zwischenkreiskondensator Czk bis auf eine Ladespannung unter 60 Volt entladen sowie weitere geeigneten Maßnahmen eingeleitet.
• Das oben beschriebene Verfahren kann auch während des Fahrtbetriebs des Elektrofahrzeugs kontinuierlich durchgeführt werden, in dem die Traktionsbatterie BT über die beiden Stromversorgungsleitungen LP, LN den Umrichter UR bzw. die elektrische Maschine EM mit Strom speist.
• Es können bei jeweiligen Zeitdauern t1, t2 auch mehrere Strom- und Spannungsmesswerte für den Gleichstrom I und die jeweiligen Spannungen Ub, U2 hintereinander gemessen und aus diesen mehreren Messwerten Mittelwerte für die jeweiligen Strommesswerte 11, 12 und die jeweiligen Spannungsmesswerte Ub1, Ub2, U21, U22 gebildet werden. Dadurch werden mögliche Störungen wie Stromschwankungen im Bordnetz BN herausgefiltert und somit wird die Genauigkeit bei dem ermittelten Isolationswiderstand R_ISO erhöht.
• Ist die Ermittlung abgeschlossen, so öffnet die Steuereinheit SE den Schalter S und trennt somit die Vorrichtung V von dem Bordnetz BN bzw. dem Hochvoltbordnetzzweig HZ.

Claims (9)

1. Vorrichtung (V) zur Überwachung einer elektrischen Isolation bei einem Bordnetz (BN), die folgende Merkmale aufweist: - eine Spannungsquelle (SQ) zum Generieren einer ersten Gleichspannung mit einem ersten Spannungswert (Uq1) und einer zweiten Gleichspannung mit einem zweiten Spannungswert (Uq2), - eine Spannungsmesseinheit (ME1) zwischen einer positiven Stromversorgungsleitung (LP) des Bordnetzes (BN) und einer negativen Stromversorgungsleitung (LN) des Bordnetzes (BN) zum Messen einer Spannung (Ub) zwischen der positiven (LP) und der negativen (LN) Stromversorgungsleitung, - einen Strompfad (P) zwischen einem positiven Stromanschluss (AP) der Spannungsquelle (SQ) und der positiven (LP) oder der negativen (LN) Stromversorgungsleitung, - eine Strommesseinheit (ME2) in dem Strompfad (P) zum Messen eines durch den Strompfad (P) fließenden Stromes (I), - eine Ermittlungseinheit (EE), die über einen ersten Signaleingang (SE1) mit einem Signalausgang (SA1) der Spannungsmesseinheit (ME1) und über einen zweiten Signaleingang (SE2) mit einem Signalausgang (SA2) der Strommesseinheit (ME2) elektrisch verbunden ist, und eingerichtet ist, aus einem ersten, unter der ersten Gleichspannung gemessenen Spannungsmesswert (Ub1) und einem zweiten, unter der zweiten Gleichspannung gemessenen Spannungsmesswert (Ub2) der Spannungsmesseinheit (ME1), einem ersten, unter der ersten Gleichspannung gemessenen Strommesswert (I1) und einem zweiten, unter der zweiten Gleichspannung gemessenen Strommesswert (12) der Strommesseinheit (ME2), sowie dem ersten (Uq1) und dem zweiten (Uq2) Spannungswert einen Isolationswiderstand (R_ISO) zwischen dem Bordnetz (BN) und elektrischer Masse (MA) zu ermitteln; - wobei die Ermittlungseinheit (EE) ferner eingerichtet ist, den Isolationswiderstand (R_ISO) anhand folgender Gleichung iterativ zu ermitteln: $${\text{R\_ISO}}_{\text{m}}=\frac{\left(\text{Uq1}-\text{I1}\cdot \text{R}\right)-\left(\text{Uq2}-\text{I2}\cdot \text{R}\right)-{\text{k}}_{\text{m}}\cdot \left(\text{Ub1}-\text{Ub2}\right)}{\left(\text{I1}-\text{I2}\right)}$$

   

   wobei k_m ein Korrekturwert ist; - wobei die Ermittlungseinheit (EE) ferner eingerichtet ist, den Korrekturwert k_m anhand folgender Gleichung iterativ zu ermitteln: $${\text{k}}_{\text{m}}=\frac{\text{Uq}-\text{I}\cdot {\text{R}}_{{\text{ISO}}_{\text{m}-1}}-\text{I}\cdot \text{R}}{\text{Ub}}$$

   

   wobei Uq, I, Ub jeweils der erste Spannungswert (Uq1), der erste Strommesswert (I1), der erste Spannungsmesswert (Ub1), oder jeweils der zweite Spannungswert (Uq2), der zweite Strommesswert (I2), der zweite Spannungsmesswert (Ub2) sind, und R_{ISO m-1} Isolationswiderstandswert, der in der (m-1)-ten Iteration ermittelt wurde.
2. Vorrichtung (V) nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (V) in dem Strompfad (P) einen Widerstand (R) zum Begrenzen des Stromes (I) aufweist.
3. Vorrichtung (V) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung (V) in dem Strompfad (P) einen steuerbaren Schalter (S) zum Unterbrechen oder Herstellen elektrischer Verbindung in dem Strompfad (P) aufweist.
4. Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ermittlungseinheit (EE) eingerichtet ist, den Isolationswiderstand (R_ISO) als Quotient aus der Differenz zwischen dem ersten (Uq1) und dem zweiten (Uq2) Spannungswert jeweils korrigiert um die jeweiligen an einem Widerstand (R) im Strompfad (P) anliegenden Spannungswerten (I1·R, I2·R) und die Spannungswerte (Ub1, Ub2) der jeweiligen zwischen der positiven (LP) und der negativen (LN) Stromversorgungsleitung anliegenden Spannungen, und der Differenz zwischen dem ersten (I1) und dem zweiten (12) Stromwert zu ermitteln.
5. Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der erste Spannungswert (Uq1) 50 bis 60 Volt und/oder der zweite Spannungswert (Uq2) -60 bis -50 Volt betragen.
6. Bordnetz (BN) für ein Fahrzeug, wobei das Bordnetz (BN) eine Vorrichtung (V) nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Überwachung der elektrischen Isolation bei dem Bordnetz (BN) aufweist.
7. Fahrzeug mit einem Bordnetz (BN), wobei das Bordnetz (BN) eine Vorrichtung (V) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Überwachung der elektrischen Isolation bei dem Bordnetz (BN) aufweist.
8. Verfahren zur Überwachung einer elektrischen Isolation bei einem Bordnetz (BN), wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist: - Schalten (S100) einer Spannungsquelle (SQ) zwischen einer elektrischen Masse (MA) und einem Stromanschlusspunkt (SP) einer positiven Stromversorgungsleitung (LP) des Bordnetzes (BN) oder einer negativen Stromversorgungsleitung (LN) des Bordnetzes (BN); - Erstes Generieren (S200) einer ersten Gleichspannung mit einem ersten Spannungswert (Uq1) mittels der Spannungsquelle (SQ); - Erstes Messen (S300) eines ersten Spannungsmesswertes (Ub1) einer zwischen der positiven (LP) und der negativen (LN) Stromversorgungsleitung anliegenden Spannung (Ub) und eines ersten Strommesswertes (I1) eines zwischen der Spannungsquelle (SQ) und dem Stromanschlusspunkt (SP) fließenden Stromes (I), während die erste Gleichspannung generiert wird; - Zweites Generieren (S400) einer zweiten Gleichspannung mit einem zweiten Spannungswert (Uq2) mittels der Spannungsquelle (SQ); - Zweites Messen (S500) eines zweiten Spannungsmesswertes (Ub2) der Spannung (Ub) und eines zweiten Strommesswertes (12) des Stromes (I), während die zweite Gleichspannung generiert wird; - Ermitteln (S600) eines Isolationswiderstands (R_ISO) zwischen dem Bordnetz (BN) und der elektrischen Masse (MA) aus dem ersten (Uq1) und dem zweiten (Uq2) Spannungswert, dem ersten (I1) und dem zweiten (12) Strommesswert sowie dem ersten (Ub1) und dem zweiten (Ub2) Spannungsmesswert; - wobei der Schritten des Ermittelns (S600) ferner vorsieht, den Isolationswiderstand (R_ISO) anhand folgender Gleichung iterativ zu ermitteln: $${\text{R\_ISO}}_{\text{m}}=\frac{\left(\text{Uq1}-\text{I1}\cdot \text{R}\right)-\left(\text{Uq2}-\text{I2}\cdot \text{R}\right)-{\text{k}}_{\text{m}}\cdot \left(\text{Ub1}-\text{Ub2}\right)}{\left(\text{I1}-\text{I2}\right)}$$

   

   wobei k_m ein Korrekturwert ist; - wobei der Schritten des Ermittelns (S600) ferner vorsieht, den Korrekturwert k_m anhand folgender Gleichung iterativ zu ermitteln: $${\text{k}}_{\text{m}}=\frac{\text{Uq}-\text{I}\cdot {\text{R}}_{{\text{ISO}}_{\text{m}-1}}-\text{I}\cdot \text{R}}{\text{Ub}}$$

   

   - wobei Uq, I, Ub jeweils der erste Spannungswert (Uq1), der erste Strommesswert (I1), der erste Spannungsmesswert (Ub1), oder jeweils der zweite Spannungswert (Uq2), der zweite Strommesswert (I2), der zweite Spannungsmesswert (Ub2) sind, und R_{ISO m-1} Isolationswiderstandswert, der in der (m-1)-ten Iteration ermittelt wurde.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Verfahrensschritte des ersten Generierens (S200), des ersten Messens (S300), des zweiten Generierens (S400), des zweiten Messens (S500) und des Ermittelns (S600) während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs stattfinden.

Images