DE102016006642A1 - High-voltage battery for a motor vehicle with Isolationsfehlerlocalisierung and method for this purpose - Google Patents

High-voltage battery for a motor vehicle with Isolationsfehlerlocalisierung and method for this purpose Download PDF

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Hannes Walz
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvolt-Batterie (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein elektrisch leitfähiges Batteriegehäuse (14), einen Batteriezellstapel (11), der zur Bereitstellung einer Hochvolt-Spannung (UPack) aus einer Vielzahl von elektrisch in Serie geschalteten Batteriezellen (11_1, 11_2, 11_3, 11_4, 11_5) gebildet ist, welche innerhalb des Batteriegehäuses (14) angeordnet sind, wobei der Batteriezellstapel (11) zwischen eine Hochvolt-Plusleitung (12), welche mit dem Pluspol des Batteriezellstapels (11) elektrisch leitend verbunden ist, und eine Hochvolt-Minusleitung (13), welche mit dem Minuspol des Batteriezellstapels (11) elektrisch leitend verbunden ist, geschaltet ist, und ein Isolationsmessgerät (15), welches dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem Isolationswiderstand zwischen dem Batteriezellstapel (11) und dem Batteriegehäuse (14) einen Isolationsfehler (16) zu ermitteln. Eine Lokalisierungsvorrichtung (19) ist dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von einer zwischen der Hochvolt-Plusleitung (12) und dem Batteriegehäuse (14) anliegenden ersten Spannung (UPG) und/oder von einer zwischen der Hochvolt-Minusleitung (13) und dem Batteriegehäuse (14) anliegenden zweiten Spannung (UMG) den ermittelten Isolationsfehler (16) in dem Batteriezellstapel (11) zu lokalisieren. Überdies betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.The invention relates to a high-voltage battery (10) for a motor vehicle, comprising an electrically conductive battery housing (14), a battery cell stack (11) for providing a high-voltage voltage (UPack) from a plurality of electrically series-connected battery cells (11_1 , 11_2, 11_3, 11_4, 11_5), which are arranged within the battery housing (14), wherein the battery cell stack (11) between a high-voltage positive line (12), which is electrically conductively connected to the positive pole of the battery cell stack (11) , and a high-voltage negative lead (13) which is electrically connected to the negative pole of the battery cell stack (11), and an insulation measuring device (15), which is designed in dependence on an insulation resistance between the battery cell stack (11) and the battery housing (14) to determine an insulation fault (16). A localization device (19) is designed in dependence on a first voltage (UPG) applied between the high-voltage plus line (12) and the battery housing (14) and / or between one of the high-voltage negative line (13) and the battery housing ( 14) applied second voltage (UMG) to locate the detected insulation fault (16) in the battery cell stack (11). Moreover, the invention relates to a corresponding method.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Überdies betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.The invention relates to a high-voltage battery for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1. Moreover, the invention relates to a method for operating a high-voltage battery for a motor vehicle according to the preamble of patent claim 7.

Kraftfahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, können eine Hochvolt-Batterie aufweisen, welche insbesondere der Bereitstellung elektrischer Energie für einen elektrischen Antrieb dient. Unter einer Hochvolt-Batterie in einem Fahrzeug wird üblicherweise eine Batterie mit einer Batteriespannung größer als 60 Volt verstanden. Die Hochvolt-Batterie kann über eine Schaltvorrichtung mit einem Hochvolt-Netz des Kraftfahrzeugs gekoppelt werden. Üblicherweise erfolgt diese Kopplung über zwei Batterie-Schütze, welche eine zweipolige Abtrennung der Hochvolt-Batterie von dem Hochvolt-Netz ermöglichen.Motor vehicles, in particular electric vehicles or hybrid vehicles, may have a high-voltage battery, which in particular serves to provide electrical energy for an electric drive. Under a high-voltage battery in a vehicle is usually understood a battery with a battery voltage greater than 60 volts. The high-voltage battery can be coupled via a switching device with a high-voltage network of the motor vehicle. Usually, this coupling is done via two battery contactors, which allow a two-pole separation of the high-voltage battery from the high-voltage network.

Bei einer Hochvolt-Batterie wird ein sogenannter Isolationswächter eingesetzt, welcher den Isolationswiderstand der Hochvolt-Batterie misst. In diesem Zusammenhang ist aus der DE 103 00 539 A1 eine Schaltung zur Überwachung des Widerstands zwischen den Klemmen einer Batterie und einem ersten Referenzpotential bekannt, welche zwei jeweils mit einer der Klemmen der Batterie zu verbindenden Eingänge und einen Spannungsteiler, der zwei jeweils mit einem der Eingänge verbundene Außenanschlüsse und einen mit dem ersten Referenzpotential zu verbindenden Mittelanschluss aufweist, sowie zwei jeweils in einer Verbindung zwischen einem der Außenanschlüsse des Spannungsteilers und einem der Eingänge in Reihe angeordnete Schalter und ein mit den Außenanschlüssen des Spannungsteilers verbundenes Messinstrument zum Liefern eines für die Spannung zwischen den Außenanschlüssen repräsentativen Überwachungssignals umfasst.In a high-voltage battery, a so-called insulation monitor is used, which measures the insulation resistance of the high-voltage battery. In this context is from the DE 103 00 539 A1 a circuit for monitoring the resistance between the terminals of a battery and a first reference potential is known, which two to be connected to one of the terminals of the battery inputs and a voltage divider, the two connected to one of the inputs external terminals and one to be connected to the first reference potential And a pair of switches each arranged in a connection between one of the outer terminals of the voltage divider and one of the inputs and a measuring instrument connected to the external terminals of the voltage divider for providing a monitoring signal representative of the voltage between the external terminals.

Dabei ist eine Lokalisation eines Isolationsfehlers nur insofern möglich, dass bei geöffneten Schützen der Hochvolt-Batterie der Isolationsfehler innerhalb der Hochvolt-Batterie, das heißt vor den Schützen, liegen muss. Bei geschlossenen Schützen ist eine genauere Lokalisation nicht möglich, da der Isolationsfehler innerhalb des Hochvolt-Bordnetzes des Kraftfahrzeugs zu suchen ist.In this case, a localization of an insulation fault is only possible inasmuch as with open contactors of the high-voltage battery, the insulation fault within the high-voltage battery, that is, before the shooter must lie. With closed contactors a more accurate localization is not possible because of the insulation fault is to be sought within the high-voltage electrical system of the motor vehicle.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welches eine genauere Lokalisierung des Isolationsfehlers innerhalb der Hochvolt-Batterie ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a high-voltage battery for a motor vehicle and a method for operating a high-voltage battery for a motor vehicle, which allows a more accurate localization of the insulation fault within the high-voltage battery.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Hochvolt-Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a high-voltage battery having the features of patent claim 1 and by a method having the features of patent claim 7. Advantageous developments of the present invention are the subject matter of the dependent claims.

Die Erfindung geht aus von einer Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug, welche ein elektrisch leitfähiges Batteriegehäuse, einen Batteriezellstapel und ein Isolationsmessgerät umfasst. Der Batteriezellstapel ist zur Bereitstellung einer Hochvolt-Spannung aus einer Vielzahl von elektrisch in Serie geschalteten Batteriezellen gebildet, welche innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet sind, wobei der Batteriezellstapel zwischen eine Hochvolt-Plusleitung, welche mit dem Pluspol des Batteriezellstapels elektrisch leitend verbunden ist, und eine Hochvolt-Minusleitung, welche mit dem Minuspol des Batteriezellstapels elektrisch leitend verbunden ist, geschaltet ist, Das Isolationsmessgerät ist dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von einem Isolationswiderstand zwischen dem Batteriezellstapel und dem Batteriegehäuse einen Isolationsfehler zu ermitteln.The invention is based on a high-voltage battery for a motor vehicle, which comprises an electrically conductive battery housing, a battery cell stack and an insulation measuring device. The battery cell stack is formed to provide a high voltage voltage from a plurality of electrically series connected battery cells, which are disposed within the battery case, the battery cell stack between a high voltage plus line, which is electrically connected to the positive pole of the battery cell stack, and a high voltage The insulation measuring device is designed to determine an insulation fault as a function of an insulation resistance between the battery cell stack and the battery housing.

Erfindungsgemäß wird die Hochvolt-Batterie weitergebildet durch eine Lokalisierungsvorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer zwischen der Hochvolt-Plusleitung und dem Batteriegehäuse anliegenden ersten Spannung und/oder von einer zwischen der Hochvolt-Minusleitung und dem Batteriegehäuse anliegenden zweiten Spannung den ermittelten Isolationsfehler in den Batteriezellstapel zu lokalisieren. Somit kann der Isolationsfehler anhand eines Spannungsabgleichs lokalisiert werden. Hierbei kann die Hochvolt-Spannung, das heißt die Gesamtspannung des Batteriezellstapels, mit den Spannungen verglichen werden, die zwischen der Hochvolt-Plusleitung und dem Batteriegehäuse beziehungsweise zwischen der Hochvolt-Minusleitung und dem Batteriegehäuse seitens des Isolationsmessgeräts detektiert werden. Die Lokalisierungsvorrichtung kann hierbei in bevorzugter Weise Teil des Isolationsmessgeräts sein, sodass insbesondere Messvorrichtungen des Isolationsmessgeräts durch die Lokalisierungsvorrichtung nutzbar sind. Wird von dem Isolationsmessgerät – üblicherweise als Isolationswächter bezeichnet – ein verringerter Isolationswiderstandswert gemessen beziehungsweise wird eine bestimmte Isolationsschwelle unterschritten, kann der Isolationsfehler genauer lokalisiert werden.According to the invention, the high-voltage battery is further developed by a localization device, which is designed depending on a voltage applied between the high-voltage plus line and the battery housing first voltage and / or applied between the high-voltage negative and the battery housing second voltage the detected insulation error to locate in the battery cell stack. Thus, the insulation fault can be localized by means of a voltage balance. Here, the high-voltage voltage, that is, the total voltage of the battery cell stack, be compared with the voltages that are detected between the high-voltage plus line and the battery case or between the high-voltage negative lead and the battery case by the insulation meter. The localization device may in this case be part of the insulation measuring device in a preferred manner, so that in particular measuring devices of the insulation measuring device can be used by the localization device. If a reduced insulation resistance value is measured by the insulation measuring device - usually referred to as an insulation monitor - or if a certain insulation threshold is undershot, the insulation fault can be localized more accurately.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Lokalisierungsvorrichtung dazu ausgelegt, die zwischen der Hochvolt-Plusleitung und der Hochvolt-Minusleitung anliegende Hochvolt-Spannung zu messen, insbesondere direkt zu messen. Zu einer direkten Messung gehört hierbei auch der Zugriff auf eine durch das Isolationsmessgerät bereitgestellte Messvorrichtung. Hierdurch kann eine genaue Messung der von der Hochvolt-Batterie bereitgestellten Hochvolt-Spannung erreicht werden, da die Hochvolt-Batterie selbst nur einen vergleichsweise geringen Innenwiderstand aufweist. According to an advantageous development, the localization device is designed to measure the high-voltage voltage present between the high-voltage plus line and the high-voltage negative line, in particular to measure it directly. A direct measurement also includes access to a measuring device provided by the insulation measuring device. In this way, an accurate measurement of the high-voltage voltage provided by the high-voltage battery can be achieved, since the high-voltage battery itself has only a comparatively low internal resistance.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Lokalisierungsvorrichtung dazu ausgelegt, die zwischen der Hochvolt-Plusleitung der Hochvolt-Minusleitung anliegende Hochvolt-Spannung in Abhängigkeit von der ersten Spannung und der zweiten Spannung zu ermitteln, insbesondere indirekt zu errechnen. Bevorzugt kann hierdurch vorgesehen sein, die Hochvolt-Spannung sowohl direkt zu messen als auch in Abhängigkeit von der ersten Spannung und der zweiten Spannung indirekt zu errechnen. Durch diese redundante Vorgehensweise kann eine Verifikation der Messung durch einen Abgleich der beiden erhaltenen Werte für die Hochvolt-Spannung durchgeführt werden.In accordance with a further advantageous embodiment, the localization device is designed to determine the high-voltage voltage present between the high-voltage plus line of the high-voltage negative line as a function of the first voltage and the second voltage, in particular to calculate it indirectly. In this way, it can preferably be provided to measure the high-voltage voltage both directly and to calculate it indirectly as a function of the first voltage and the second voltage. By means of this redundant procedure, a verification of the measurement can be carried out by balancing the two values obtained for the high-voltage voltage.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Lokalisierungsvorrichtung dazu ausgelegt, einen Lokalisierungsindex in Form einer natürlichen Zahl zu ermitteln, welche größer oder gleich Null und kleiner oder gleich einer Anzahl der in Serie geschalteten Batteriezellen des Batteriezellstapels ist. Der Lokalisierungsindex kennzeichnet hierbei eine Potentialebene, auf der sich der Isolationsfehler befindet. Beispielsweise kennzeichnet ein Lokalisierungsindex gleich Null einen Isolationsfehler, welcher mit dem Minuspol einer an dem negativen Ende des Batteriezellstapels angeordneten Batteriezelle, welche auch als potentialmäßig tiefstgelegene Batteriezelle betrachtet wird, zusammenhängt. Damit betrifft ein Isolationsfehler mit einem Lokalisierungsindex gleich Null den Minuspol des Batteriezellstapels und somit auch die Hochvolt-Minusleitung. In entsprechender Weise kennzeichnet ein Lokalisierungsindex, welcher gleich der Anzahl der in Serie geschalteten Batteriezellen ist, einen Isolationsfehler, welcher am Pluspol einer an dem positiven Ende des Batteriezellstapels angeordneten Batteriezelle, welche als potentialmäßig höchstgelegene Batteriezelle betrachtet wird, betrifft und somit auch mit dem Pluspol des Batteriezellstapels und der Hochvolt-Plusleitung in Zusammenhang steht. Ein Wert des Lokalisierungsindex zwischen diesen beiden Extremwerten kennzeichnet einen Isolationsfehler, welcher seine Verbindung innerhalb der Serienschaltung der in Serie geschalteten Batteriezellen betrifft. Dadurch kann ein Isolationsfehler sehr genau lokalisiert werden, wodurch ein schneller und sicherer Austausch der betroffenen Batteriezelle beziehungsweise eines mehrere Batteriezellen umfassenden Zellmoduls durchgeführt werden kann.According to a preferred embodiment, the localization device is configured to determine a localization index in the form of a natural number which is greater than or equal to zero and less than or equal to a number of the series-connected battery cells of the battery cell stack. The localization index characterizes a potential level on which the insulation fault is located. For example, a localization index equal to zero indicates an insulation fault associated with the negative pole of a battery cell located at the negative end of the battery cell stack, which is also considered to be the lowest-potential battery cell. Thus, an insulation fault with a localization index equal to zero affects the negative terminal of the battery cell stack and thus also the high-voltage negative lead. Similarly, a localization index, which is equal to the number of battery cells connected in series, indicates an insulation fault, which relates to the positive pole of a battery cell located at the positive end of the battery cell stack, which is considered to be the highest potential battery cell, and thus also to the positive pole of the battery cell Battery cell stack and the high-voltage positive line is related. A value of the localization index between these two extreme values characterizes an insulation fault which relates to its connection within the series connection of the series-connected battery cells. As a result, an insulation fault can be localized very accurately, as a result of which a faster and more secure replacement of the affected battery cell or of a cell module comprising a plurality of battery cells can be carried out.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Lokalisierungsvorrichtung dazu ausgelegt, den Lokalisierungsindex nach einer folgenden ersten Rechenvorschrift zu ermitteln: Subtraktion des Quotienten aus der ersten Spannung und der Hochvolt-Spannung von Eins und Multiplikation der Differenz mit der Anzahl der in Serie geschalteten Batteriezellen. Das heißt der Lokalisierungsindex ergibt sich aus: {Eins minus erste Spannung geteilt durch Hochvolt-Spannung} mal Anzahl der in Serie geschalteten Batteriezellen.According to an advantageous development, the localization device is designed to determine the localization index according to a following first calculation rule: subtraction of the quotient of the first voltage and the high-voltage voltage of one and multiplication of the difference by the number of series-connected battery cells. That is, the localization index is given by: {one minus first voltage divided by high voltage voltage} times the number of battery cells connected in series.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Lokalisierungsvorrichtung dazu ausgelegt, den Lokalisierungsindex nach einer folgenden zweiten Rechenvorschrift zu ermitteln: Multiplikation des Quotienten aus der zweiten Spannung und der Hochvolt-Spannung mit der Anzahl der in Serie geschalteten Batteriezellen und Umkehr des Vorzeichens. Das heißt gemäß der zweiten Rechenvorschrift ergibt sich der Lokalisierungsindex aus: minus Eins mal zweite Spannung geteilt durch Hochvolt-Spannung mal Anzahl der in Serie geschalteten Batteriezellen.According to a further advantageous embodiment, the localization device is designed to determine the localization index according to a second calculation rule as follows: multiplying the quotient of the second voltage and the high-voltage voltage by the number of battery cells connected in series and reversing the sign. That is, according to the second calculation rule, the localization index is: minus one times the second voltage divided by the high voltage voltage times the number of battery cells connected in series.

Da der Lokalisierungsindex als natürliche Zahl definiert ist, ist der jeweils errechnete Wert auf eine ganze Zahl zu runden.Since the localization index is defined as a natural number, the calculated value should be rounded to an integer.

In vorteilhafter Weise kann vorgesehen sein, beide Rechenvorschriften, die erste Rechenvorschrift und die zweite Rechenvorschrift, anzuwenden und somit eine Plausibilitätsprüfung der erhaltenen Werte für den Lokalisierungsindex bereitzustellen. Die Plausibilitätsprüfung erfolgt in besonders vorteilhafter Weise vor einem Auf- bzw. Abrunden der errechneten Werte.In an advantageous manner, it is possible to use both calculation rules, the first calculation rule and the second calculation rule, and thus to provide a plausibility check of the values obtained for the location index. The plausibility check is carried out in a particularly advantageous manner before rounding up or down the calculated values.

Die Erfindung geht weiterhin aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Hochvolt-Batterie für ein Kraftfahrzeug, wobei die Hochvolt-Batterie ein elektrisch leitfähiges Batteriegehäuse sowie einen aus einer Vielzahl von elektrisch in Serie geschalteten Batteriezellen gebildeten Batteriezellstapel umfasst. Das Verfahren beinhaltet Bereitstellen einer Hochvolt-Spannung zwischen einer Hochvolt-Plusleitung, welche mit dem Pluspol des Batteriezellstapels elektrisch leitend verbunden ist, und einer Hochvolt-Minusleitung, welche in dem Minuspol des Batteriezellstapels elektrisch leitend verbunden ist, und Ermitteln eines Isolationsfehlers in Abhängigkeit von einem Isolationswiderstand zwischen dem Batteriezellstapel und dem Batteriegehäuse.The invention is further based on a method for operating a high-voltage battery for a motor vehicle, wherein the high-voltage battery comprises an electrically conductive battery housing and a battery cell stack formed from a plurality of electrically connected in series battery cells. The method includes providing a high voltage voltage between a high voltage plus line electrically connected to the plus pole of the battery cell stack and a high voltage minus line running in the negative pole of the battery cell stack is electrically connected, and determining an insulation error in response to an insulation resistance between the battery cell stack and the battery case.

Erfindungsgemäß wird das Verfahren weitergebildet durch Lokalisierung des ermittelten Isolationsfehlers in dem Batteriezellstapel in Abhängigkeit von einer zwischen der Hochvolt-Plusleitung und dem Batteriegehäuse anliegenden ersten Spannung und/oder von einer zwischen der Hochvolt-Minusleitung und dem Batteriegehäuse anliegenden zweiten Spannung.According to the invention, the method is further developed by locating the determined insulation fault in the battery cell stack as a function of a voltage applied between the high-voltage plus line and the battery housing first voltage and / or applied between the high-voltage negative lead and the battery case second voltage.

Die für die erfindungsgemäße Hochvolt-Batterie beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt. Folglich können für Vorrichtungsmerkmale entsprechende Verfahrensmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.The advantages and features and embodiments described for the high-voltage battery according to the invention apply equally to the method according to the invention and vice versa. Consequently, corresponding device features and vice versa can be provided for device features.

Dabei zeigt die einzige Fig. in vereinfachter schematischer Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochvolt-Batterie.The single FIGURE shows a simplified schematic representation of a preferred embodiment of a high-voltage battery according to the invention.

Gemäß einer in der Fig. dargestellten bevorzugten Ausführungsform umfasst eine Hochvolt-Batterie 10 einen Batteriezellstapel 11, welcher aus einer Serienschaltung von fünf Batteriezellen 11_1, 11_2, 11_3, 11_4, 11_5 gebildet ist. Der Batteriezellstapel 11 ist mit seinem Pluspol an eine Hochvolt-Plusleitung 12 angeschlossen, welche den Batteriezellstapel 11 mit einem Hochvolt-Plusanschluss 17 verbindet, welcher einen ersten Anschluss der Hochvolt-Batterie 10 für die elektrische Verbindung mit einem Kraftfahrzeug darstellt. Der Minuspol des Batteriezellstapels 11 ist über einen Hochvolt-Minusleitung 13 mit einem Hochvolt-Minusanschluss 18 elektrisch leitend verbunden, welcher einen zweiten Anschluss der Hochvolt-Batterie 10 für die elektrische Verbindung mit dem Kraftfahrzeug darstellt. Der Batteriezellstapel 11 sowie die Hochvolt-Plusleitung 12 und die Hochvolt-Minusleitung 13 sind innerhalb eines Batteriegehäuses 14 angeordnet, welches elektrisch leitfähig ausgebildet ist.According to a preferred embodiment shown in the figure, a high-voltage battery comprises 10 a battery cell stack 11 , which consists of a series circuit of five battery cells 11_1 . 11_2 . 11_3 . 11_4 . 11_5 is formed. The battery cell stack 11 is with its positive pole to a high-voltage plus line 12 connected, which the battery cell stack 11 with a high-voltage plus connection 17 which connects a first connection of the high-voltage battery 10 represents for the electrical connection with a motor vehicle. The negative pole of the battery cell stack 11 is via a high-voltage negative lead 13 with a high-voltage negative connection 18 electrically connected, which a second terminal of the high-voltage battery 10 represents for the electrical connection with the motor vehicle. The battery cell stack 11 as well as the high-voltage plus line 12 and the high-voltage negative lead 13 are inside a battery case 14 arranged, which is electrically conductive.

Des Weiteren ist in dem Batteriegehäuse 14 ein Isolationsmessgerät 15 eingebaut, welches einen ersten Anschluss I aufweist, der elektrisch leitend mit der Hochvolt-Plusleitung 12 verbunden ist. Daneben weist das Isolationsmessgerät 15 einen zweiten Anschluss II auf, welcher elektrisch leitend mit der Hochvolt-Minusleitung 13 verbunden ist. Überdies weist das Isolationsmessgerät 15 einen dritten Anschluss III auf, welcher elektrisch leitend mit einer Masse GND verbunden ist. Da auch das Batteriegehäuse 14 elektrisch leitend mit der Masse GND verbunden ist, ist somit der dritte Anschluss III mit dem Batteriegehäuse 14 elektrisch leitend verbunden.Furthermore, in the battery case 14 an insulation measuring device 15 installed, which has a first terminal I, the electrically conductive with the high-voltage positive line 12 connected is. Next to it is the insulation meter 15 a second terminal II, which is electrically conductive with the high-voltage negative line 13 connected is. Moreover, the insulation meter has 15 a third terminal III, which is electrically connected to a ground GND. As well as the battery case 14 is electrically connected to the ground GND, is thus the third port III with the battery case 14 electrically connected.

Die Hochvolt-Batterie 10 umfasst des Weiteren eine Lokalisierungsvorrichtung 19, welche in der bevorzugten Ausführungsform als Teil des Isolationsmessgeräts 15 ausgebildet ist. Somit umfasst das Isolationsmessgerät 15 gemäß der dargestellten bevorzugten Ausführungsform auch die Funktionalität der Lokalisierungsvorrichtung 19. Über den Batteriezellstapel 11 kann eine Hochvolt-Spannung UPack abgegriffen werden. Zwischen der Hochvolt-Plusleitung 12 und dem Batteriegehäuse 14 ist eine erste Spannung UPG messbar. Zwischen der Hochvolt-Minusleitung 13 und dem Batteriegehäuse 14 ist eine zweite Spannung UMG messbar.The high-voltage battery 10 further comprises a locating device 19 , which in the preferred embodiment as part of the insulation measuring device 15 is trained. Thus, the insulation meter includes 15 according to the illustrated preferred embodiment also the functionality of the localization device 19 , About the battery cell stack 11 a high voltage voltage U Pack can be tapped. Between the high-voltage plus line 12 and the battery case 14 is a first voltage U PG measurable. Between the high-voltage negative lead 13 and the battery case 14 is a second voltage U MG measurable.

Gemäß der Darstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels ist eine Anzahl n der Batteriezellen gleich 5. Diese Anzahl ist lediglich beispielhaft gewählt und für die Erfindung in keiner Weise beschränkend. Ein entsprechendes Verfahren lokalisiert einen Isolationsfehler 16 anhand eines Spannungsabgleichs. Dazu wird die Hochvolt-Spannung UPack der Hochvolt-Batterie 10, das heißt die Gesamtspannung des Batteriezellstapels 11, mit den Spannungen verglichen, die zwischen den Messanschlüssen in Form des ersten Anschlusses I und des dritten Anschlusses III (die erste Spannung UPG) beziehungsweise zwischen dem zweiten Anschluss II und dem dritten Anschluss III (die zweite Spannung UMG) seitens des Isolationsmessgerätes 15 detektiert werden. Wird von dem Isolationsmessgerät 15 (Isolationswächter) ein verringerter Isolationswiderstandswert gemessen beziehungsweise wird eine bestimmte Isolationsschwelle unterschritten, wie in der Fig. dargestellt, kann der Isolationsfehler gemäß der nachfolgenden Tabelle lokalisiert werden.According to the illustration of the preferred embodiment, a number n of the battery cells is equal to 5. This number is chosen only by way of example and is in no way limiting for the invention. A corresponding method locates an insulation fault 16 using a voltage balance. For this, the high-voltage voltage U pack of the high-voltage battery 10 that is, the total voltage of the battery cell stack 11 , compared with the voltages between the measuring terminals in the form of the first terminal I and the third terminal III (the first voltage U PG ) and between the second terminal II and the third terminal III (the second voltage U MG ) on the part of the insulation measuring device 15 be detected. Is from the insulation meter 15 (Isolation monitor) a reduced insulation resistance value is measured or falls below a certain isolation threshold, as shown in the figure, the insulation error can be located according to the following table.

Figure DE102016006642A1_0002
Figure DE102016006642A1_0002

Aufgelöst nach dem Lokalisierungsindex m ergibt sich hiermit bei Auswertung einer ersten Rechenvorschrift:

Figure DE102016006642A1_0003
Resolved according to the localization index m, this results in the evaluation of a first calculation rule:
Figure DE102016006642A1_0003

Bei Anwendung einer zweiten Rechenvorschrift ergibt sich in entsprechender Weise:

Figure DE102016006642A1_0004
When applying a second calculation rule, the following results in a corresponding manner:
Figure DE102016006642A1_0004

Für beide Rechnungsvarianten wird jeweils die Hochvolt-Spannung UPack benötigt. Bei einer zusätzlichen Verifikation der Messung kann daher folgender Abgleich durchgeführt werden: UPack = UPG – UMG.For both billing variants, the high-voltage voltage U Pack is required in each case. For an additional verification of the measurement, the following adjustment can therefore be carried out: U Pack = U PG - U MG .

Durch dieses Verfahren kann ein Isolationsfehler 16 sehr genau lokalisiert werden, wodurch ein schneller und sicherer Austausch des betroffenen Zellmoduls durchgeführt werden kann.This procedure may cause an insulation fault 16 be located very accurately, whereby a faster and safer exchange of the affected cell module can be performed.

Ein Isolationsfehler auf der Hochvolt-Minusleitung 13 würde somit zu einem Lokalisierungsindex m = 0 führen. In gleicher Weise würde ein Isolationsfehler auf der Hochvolt-Plusleitung 12 zu einem Lokalisierungsindex m = 5 führen. Bei dem in der Fig. dargestellten Isolationsfehler 16 ergibt sich somit als Lokalisierungsindex m = 2.An insulation fault on the high-voltage negative lead 13 would thus lead to a localization index m = 0. In the same way would an insulation fault on the high-voltage positive line 12 lead to a localization index m = 5. In the insulation fault shown in FIG 16 thus results as a localization index m = 2.

Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. Es kann insbesondere die Lokalisierungsvorrichtung 19 als eigenständige, von dem Isolationsmessgerät 15 unabhängige Komponente vorgesehen sein, die von dem Isolationsmessgerät 15 lediglich das Vorhandensein eines Isolationsfehlers 16 signalisiert bekommt. Die Art der Ermittlung des Isolationsfehlers 16 kann hierbei beliebig gestaltet sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.The embodiment is merely illustrative of the invention and is not limitative of it. In particular, it may be the location device 19 as stand-alone, from the insulation meter 15 be provided independent component, the insulation of the device 15 only the presence of an insulation fault 16 gets signaled. The method of determining the insulation fault 16 This can be arbitrarily designed without departing from the spirit of the invention.

Somit wurde voranstehend gezeigt, wie ein Verfahren zur Lokalisation eines Isolationsfehlers in einer Hochvolt-Batterie 10 gestaltet sein kann, und eine entsprechende Hochvolt-Batterie 10 vorgestellt.Thus, it has been shown above as a method for localizing an insulation fault in a high-voltage battery 10 can be designed, and a corresponding high-voltage battery 10 presented.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Hochvolt-BatterieHigh-voltage battery
1111
BatteriezellstapelBattery cell stack
11_1, 11_2, 11_3, 11_4, 11_511_1, 11_2, 11_3, 11_4, 11_5
Batteriezellenbattery cells
1212
Hochvolt-PlusleitungHigh-voltage positive line
1313
Hochvolt-MinusleitungHigh-voltage negative line
1414
Batteriegehäusebattery case
1515
Isolationsmessgerätinsulation tester
1616
Isolationsfehlerinsulation fault
1717
Hochvolt-PlusanschlussHigh-voltage positive terminal
1818
Hochvolt-MinusanschlussHigh-voltage negative terminal
1919
Lokalisierungsvorrichtunglocator
GNDGND
MasseDimensions
mm
Lokalisierungsindexlocalization Index
nn
Anzahlnumber
UPack U Pack
Hochvolt-SpannungHigh-voltage power
UPG U PG
erste Spannungfirst tension
UMG U MG
zweite Spannungsecond tension

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10300539 A1 [0003] DE 10300539 A1 [0003]

Claims (7)

Hochvolt-Batterie (10) für ein Kraftfahrzeug, umfassend: – ein elektrisch leitfähiges Batteriegehäuse (14), – einen Batteriezellstapel (11), der zur Bereitstellung einer Hochvolt-Spannung (UPack) aus einer Vielzahl von elektrisch in Serie geschalteten Batteriezellen (11_1, 11_2, 11_3, 11_4, 11_5) gebildet ist, welche innerhalb des Batteriegehäuses (14) angeordnet sind, wobei der Batteriezellstapel (11) zwischen eine Hochvolt-Plusleitung (12), welche mit dem Pluspol des Batteriezellstapels (11) elektrisch leitend verbunden ist, und eine Hochvolt-Minusleitung (13), welche mit dem Minuspol des Batteriezellstapels (11) elektrisch leitend verbunden ist, geschaltet ist, und – ein Isolationsmessgerät (15), welches dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einem Isolationswiderstand zwischen dem Batteriezellstapel (11) und dem Batteriegehäuse (14) einen Isolationsfehler (16) zu ermitteln, gekennzeichnet durch: – eine Lokalisierungsvorrichtung (19), welche dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit von einer zwischen der Hochvolt-Plusleitung (12) und dem Batteriegehäuse (14) anliegenden ersten Spannung (UPG) und/oder von einer zwischen der Hochvolt-Minusleitung (13) und dem Batteriegehäuse (14) anliegenden zweiten Spannung (UMG) den ermittelten Isolationsfehler (16) in dem Batteriezellstapel (11) zu lokalisieren.High voltage battery ( 10 ) for a motor vehicle, comprising: - an electrically conductive battery housing ( 14 ), - a battery cell stack ( 11 ) for providing a high-voltage voltage (U pack ) from a plurality of electrically series-connected battery cells ( 11_1 . 11_2 . 11_3 . 11_4 . 11_5 ) formed inside the battery casing ( 14 ), wherein the battery cell stack ( 11 ) between a high-voltage positive line ( 12 ), which with the positive pole of the battery cell stack ( 11 ) is electrically conductively connected, and a high-voltage negative lead ( 13 ), which with the negative terminal of the battery cell stack ( 11 ) is electrically connected, is connected, and - an insulation measuring device ( 15 ), which is designed, depending on an insulation resistance between the battery cell stack ( 11 ) and the battery case ( 14 ) an insulation fault ( 16 ), characterized by: - a localization device ( 19 ), which is designed as a function of one between the high-voltage positive line ( 12 ) and the battery case ( 14 ) applied first voltage (U PG ) and / or one between the high-voltage negative line ( 13 ) and the battery case ( 14 ) applied second voltage (U MG ) the determined insulation error ( 16 ) in the battery cell stack ( 11 ) to locate. Hochvolt-Batterie (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalisierungsvorrichtung (19) dazu ausgelegt ist, die zwischen der Hochvolt-Plusleitung (12) und der Hochvolt-Minusleitung (13) anliegende Hochvolt-Spannung (UPack) zu messen, insbesondere direkt zu messen.High voltage battery ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the localization device ( 19 ) is designed to be connected between the high-voltage ( 12 ) and the high-voltage negative lead ( 13 ) to measure applied high-voltage voltage (U pack ), in particular to measure directly. Hochvolt-Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalisierungsvorrichtung (19) dazu ausgelegt ist, die zwischen der Hochvolt-Plusleitung (12) und der Hochvolt-Minusleitung (13) anliegende Hochvolt-Spannung (UPack) in Abhängigkeit von der ersten Spannung (UPG) und der zweiten Spannung (UMG) zu ermitteln, insbesondere indirekt zu errechnen.High voltage battery ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the localization device ( 19 ) is designed to be connected between the high-voltage ( 12 ) and the high-voltage negative lead ( 13 ) Applied high-voltage voltage (U Pack) in response to the first voltage (U PG) and the second voltage to determine, in particular indirectly, to calculate (U MG). Hochvolt-Batterie (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalisierungsvorrichtung (19) dazu ausgelegt ist, einen Lokalisierungsindex (m) in Form einer natürlichen Zahl zu ermitteln, welche größer oder gleich Null und kleiner oder gleich einer Anzahl (n) der in Serie geschalteten Batteriezellen (11_1, 11_2, 11_3, 11_4, 11_5) des Batteriezellstapels (11) ist.High voltage battery ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the localization device ( 19 ) is designed to determine a localization index (m) in the form of a natural number which is greater than or equal to zero and less than or equal to a number (n) of the series-connected battery cells ( 11_1 . 11_2 . 11_3 . 11_4 . 11_5 ) of the battery cell stack ( 11 ). Hochvolt-Batterie (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalisierungsvorrichtung (19) dazu ausgelegt ist, den Lokalisierungsindex (m) nach einer folgenden ersten Rechenvorschrift zu ermitteln: Subtraktion des Quotienten aus der ersten Spannung (UPG) und der Hochvolt-Spannung (UPack) von Eins und Multiplikation der Differenz mit der Anzahl (n) der in Serie geschalteten Batteriezellen (11_1, 11_2, 11_3, 11_4, 11_5).High voltage battery ( 10 ) according to claim 4, characterized in that the localization device ( 19 ) is designed to determine the localization index (m) according to a first first calculation rule: subtraction of the quotient of the first voltage (U PG ) and the high voltage voltage (U Pack ) of one and multiplying the difference by the number (n) the series-connected battery cells ( 11_1 . 11_2 . 11_3 . 11_4 . 11_5 ). Hochvolt-Batterie (10) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lokalisierungsvorrichtung (19) dazu ausgelegt ist, den Lokalisierungsindex (m) nach einer folgenden zweiten Rechenvorschrift zu ermitteln: Multiplikation des Quotienten aus der zweiten Spannung (UMG) und der Hochvolt-Spannung (UPack) mit der Anzahl (n) der in Serie geschalteten Batteriezellen (11_1, 11_2, 11_3, 11_4, 11_5) und Umkehr des Vorzeichens.High voltage battery ( 10 ) according to claim 4 or 5, characterized in that the localization device ( 19 ) is designed to determine the localization index (m) according to a second calculation rule: multiplying the quotient of the second voltage (U MG ) and the high-voltage voltage (U Pack ) by the number (n) of the series-connected battery cells ( 11_1 . 11_2 . 11_3 . 11_4 . 11_5 ) and reversal of the sign. Verfahren zum Betreiben einer Hochvolt-Batterie (10) für ein Kraftfahrzeug, wobei die Hochvolt-Batterie (10) ein elektrisch leitfähiges Batteriegehäuse (14) sowie einen aus einer Vielzahl von elektrisch in Serie geschalteten Batteriezellen (11_1, 11_2, 11_3, 11_4, 11_5) gebildeten Batteriezellstapel (11) umfasst, durch: – Bereitstellen einer Hochvolt-Spannung (UPack) zwischen einer Hochvolt-Plusleitung (12), welche mit dem Pluspol des Batteriezellstapels (11) elektrisch leitend verbunden ist, und einer Hochvolt-Minusleitung (13), welche mit dem Minuspol des Batteriezellstapels (11) elektrisch leitend verbunden ist, und – Ermitteln eines Isolationsfehlers (16) in Abhängigkeit von einem Isolationswiderstand zwischen dem Batteriezellstapel (11) und dem Batteriegehäuse (14), gekennzeichnet durch: – Lokalisieren des ermittelten Isolationsfehlers (16) in dem Batteriezellstapel (11) in Abhängigkeit von einer zwischen der Hochvolt-Plusleitung (12) und dem Batteriegehäuse (14) anliegenden ersten Spannung (UPG) und/oder von einer zwischen der Hochvolt-Minusleitung (13) und dem Batteriegehäuse (14) anliegenden zweiten Spannung (UMG).Method for operating a high-voltage battery ( 10 ) for a motor vehicle, wherein the high-voltage battery ( 10 ) an electrically conductive battery housing ( 14 ) and one of a plurality of electrically connected in series battery cells ( 11_1 . 11_2 . 11_3 . 11_4 . 11_5 ) formed battery cell stack ( 11 ) by: - providing a high-voltage voltage (U Pack ) between a high-voltage positive line ( 12 ), which with the positive pole of the battery cell stack ( 11 ) is electrically conductively connected, and a high-voltage negative lead ( 13 ), which with the negative terminal of the battery cell stack ( 11 ) is electrically conductively connected, and - determining an insulation fault ( 16 ) depending on an insulation resistance between the battery cell stack ( 11 ) and the battery case ( 14 ), characterized by: - locating the determined insulation fault ( 16 ) in the battery cell stack ( 11 ) as a function of one between the high-voltage positive line ( 12 ) and the battery case ( 14 ) applied first voltage (U PG ) and / or one between the high-voltage negative line ( 13 ) and the battery case ( 14 ) applied second voltage (U MG ).
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