DE102016122115B3

DE102016122115B3 - Schaltzustand eines mechanischen schalters

Info

Publication number: DE102016122115B3
Application number: DE102016122115.5A
Authority: DE
Inventors: Florian Mayer
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2018-04-12
Anticipated expiration: 2036-11-18
Also published as: CN108051734B; US20180136284A1; US10209311B2; CN108051734A

Abstract

Es wird insbesondere eine Schaltung zur Überwachung eines Schaltzustandes eines mechanischen Schalters offenbart, umfassend: einen ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341), mittels welchem ein Hochvolt-Energiespeicher (110, 210, 310) mit einer Last (150, 250, 350) koppelbar ist; eine Messeinrichtung (130, 230, 330), mittels der ein Spannungsverlauf (521, 522, 523, 524, 525) an dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341) messbar ist, wobei die Messeinrichtung (130, 230, 330) über einen ersten Messwiderstand (231, 331) derart zu dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341) schaltbar ist, dass ein Spannungsabfall an dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341) über einen zeitlichen Verlauf messbar ist; eine Isolationsüberwachungseinheit (120, 220, 320), mit einem ersten zuschaltbaren Widerstand (223, 323), wobei der erste zuschaltbare Widerstand (223, 323) während des Messens des Spannungsverlaufs an dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341) zuschaltbar ist, wobei mittels des Zuschaltens ein durch zumindest zwei Isolationswiderstände (R_iso+, R_iso–) des Hochvolt-Energiespeichers (110, 210, 310) gebildeter Spannungsteiler veränderbar ist; und eine Auswerteeinrichtung, mittels welcher der gemessene Spannungsverlauf (521, 522, 523, 524, 525) an dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341) mit einem vordefinierten Schwellwert (510) vergleichbar ist, sodass der Schaltzustand des ersten mechanischen Schalters (141, 241, 341) bestimmbar ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Schaltung und ein Verfahren zur Überwachung eines Schaltzustandes eines mechanischen Schalters, zum Beispiel in einem Hochvolt-System.
Hintergrund der Erfindung
Hochvolt-Systeme, wie Hochvolt-Bordnetze werden beispielswese bei Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen eingesetzt. Ein Hochvolt-Bordnetz umfasst einen Hochvolt-Energiespeicher, beispielsweise eine Hochvoltbatterie, der eine Hochvolt-Spannung zur Speisung einer mit dem Hochvolt-Energiespeicher gekoppelten Last bereitstellt.
Bei der Ansteuerung von mechanischen Schaltern in Hochvolt-Bordnetzen ist regelmäßig der momentane Schaltzustand nicht bekannt. Insbesondere bei sicherheitskritischen Anwendungen, wie bei der Kopplung des Hochvolt-Energiespeichers mit der Last ist es aber von Bedeutung, zu wissen, ob der mechanische Schalter geöffnet oder geschlossen ist, oder ob eine Fehlfunktion vorliegt.
Eine bekannte Lösung sieht vor, die an dem mechanischen Schalter abfallende Spannung zu überwachen und mit einem definierten Schwellwert zu vergleichen. Durch diesen Vergleich kann erkannt werden, ob der mechanische Schalter geöffnet oder geschlossen ist. Ferner ist es bekannt, den Verlauf der an dem mechanischen Schalter abfallenden Spannung auszuwerten.
Ein Problem bei der Bestimmung des Schaltzustandes dieser mechanischen Schalter besteht in der Festlegung und Erkennung geeigneter Schwellwerte, die eine sichere Erkennung des Schaltzustandes unter möglichst vielen (variablen) Randbedingungen und/oder Systemzuständen des Hochvolt-Bordnetzes ermöglichen. Dabei hängen die auszuwertenden Spannungsabfälle an den mechanischen Schaltern stark von den im System vorhandenen Kapazitäten und Widerständen ab. Je nach Einsatzgebiet können entsprechend unterschiedliche Spannungen vorliegen, sodass eine Auswertung der Spannungsabfälle durch den Vergleich mit dem definierten Schwellwert bzw. bei der Auswertung des Spannungsverlaufs mitunter schwierig ist. Eine sichere Auswertung ist somit nicht immer möglich.
Ein geöffneter mechanischer Schalter kann als geschlossen erkannt werden, wenn der zum Vergleich herangezogene Spannungsabfall unter dem festgelegten Schwellwert liegt. Dies kann beispielweise durch veränderte Randbedingungen und/oder Systemzustände bedingt sein. Es wird dann fälschlicherweise erkannt, dass der mechanische Schalter geschlossen und/oder defekt ist, obwohl der mechanische Schalter ordnungsgemäß geöffnet wurde und in Funktion ist. Bei falscher Erkennung des Schaltzustands des mechanischen Schalters kann es zu Fehlfunktionen in dem Hochvolt-Bordnetz kommen.
Die DE 10 2014 117 417 A1 offenbart ein Batterieverwaltungssystem für eine Hochvoltbatterie, aufweisend eine Schalteinrichtung mit steuerbaren Schaltelementen zum Herstellen und Trennen der elektrischen Verbindung zwischen den Polen der Hochvoltbatterie und den Anschlussstellen für ein Verbrauchernetz, und eine Einrichtung zur Isolationsüberwachung, wobei die Pole und die Anschlussstellen über jeweils einen Spannungsteiler gegen ein Bezugspotential zur Isolationsmessung geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterieverwaltungssystem ferner eine Einrichtung zum Überprüfen des Schaltzustands der steuerbaren Schaltelemente mittels Messeinrichtungen zum Bestimmen der elektrischen Spannung aufweist, wobei die Messeinrichtungen solcherart angeordnet sind, dass sie die Spannung zwischen dem Ausgang des jeweiligen Spannungsteilers und dem Bezugspotential messen, und wobei die Einrichtung zum Überprüfen des Schaltzustands der steuerbaren Schaltelemente eine Einrichtung zum Vergleichen der gemessenen Spannungswerte jener jeweils zwei Messeinrichtungen aufweist, zwischen deren zugeordneten Spannungsteilern jeweils ein steuerbares Schaltelement geschaltet ist.
Die DE 10 2006 050 529 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Isolations- und Schützüberwachung der Stromversorgung eines Elektroantriebs, umfassend eine Batterie zur Spannungsversorgung des Elektroantriebs, eine von der Batterie gespeiste Leistungselektronik zum Ansteuern eines Elektromotors des Elektroantriebs, mindestens ein Schütz zum allpoligen elektrischen Trennen der Batterie von der Leistungselektronik, eine mit einem Bezugspotential verbundene Spannungsquelle zur Erzeugung einer Messspannung zur Isolations- und Schützüberwachung, zwei Spannungsmesseinrichtungen zum Messen eines durch die Messspannung erzeugten Spannungshubs in Bezug auf das Bezugspotential, wobei die Spannungsquelle und eine erste der Spannungsmesseinrichtungen mit einem Einspeisepunkt zum Einspeisen der Messspannung und eine zweite der Spannungsmesseinrichtungen mit einem Messpunkt zum Messen des Spannungshubs elektrisch verbunden sind und Einspeisepunkt und Messpunkt derart angeordnet sind, dass das mindestens eine Schütz dazwischen geschaltet ist.
Es besteht die Forderung einer einfachen und sicheren Erkennung des Schaltzustandes der mechanischen Schalter, über welche ein Hochvolt-Energiespeicher insbesondere mit einer Last koppelbar ist.
Allgemeine Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen
Vor dem Hintergrund des Standes der Technik ist es somit Aufgabe der Erfindung, die beschriebenen Probleme zumindest teilweise zu verringern oder zu vermeiden, und insbesondere eine Möglichkeit bereitzustellen, auf einfache bzw. sichere Art den Schaltzustand eines mechanischen Schalters ermitteln zu können.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden eine Schaltung und ein Verfahren gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Das Zuschalten des zuschaltbaren Widerstands der Isolationsüberwachungseinheit bewirkt, dass ein durch zumindest zwei Isolationswiderstände des Hochvolt-Energiespeichers gebildeter Spannungsteiler veränderbar ist.
Der mechanische Schalter koppelt den Hochvolt-Energiespeicher mit der Last. Die abfallende Spannung an dem mechanischen Schalter bestimmt sich im Wesentlichen durch den vorstehend beschriebenen Spannungsteiler des Hochvolt-Energiespeichers und von der Last bewirkten Spannungsabfällen an dem mechanischen Schalter, wie beispielsweise einem weiteren lastseitigen Spannungsteiler. Dieser kann zum Beispiel durch weitere Isolationswiderstände der Last gebildet sein, wie sie häufig bei einem fahrzeugseitigen Zwischenkreis als Last vorzufinden sind.
Die an dem mechanischen Schalter abfallende Spannung bestimmt sich also im Wesentlichen durch den Spannungsteiler des Hochvolt-Energiespeichers und einem lastseitigen Spannungsteiler. Das Verhältnis dieser beiden Spannungsteiler zueinander ist durch das Zuschalten des zuschaltbaren Widerstands der Isolationsüberwachungseinheit veränderbar, sodass die abfallende Spannung an dem mechanischen Schalter nicht durch eine gegenseitige Aufhebung der Spannungsteiler zueinander annähernd 0 V beträgt.
Die Schaltung gewährleistet, dass der vordefinierte Schwellwert im Falle eines ordnungsgemäß geöffneten Schützes sicher überschritten ist. Im Falle eines nicht zugeschalteten Widerstands der Isolationsüberwachungseinheit wird entsprechend das Verhältnis der Spannungsteiler des Hochvolt-Energiespeichers zu dem der Last nicht verändert. Der gemessene Spannungsverlauf an dem mechanischen Schalter kann dann annähernd 0 V betragen. Der vordefinierte Schwellwert ist nicht überschritten. Als Schaltzustand des mechanischen Schalters ist in diesem Fall nicht bestimmbar, ob der mechanische Schalter geöffnet ist oder nicht.
Komponenten eines Hochvolt-Bordnetzes können bei der vorgeschlagenen Lösung im Wesentlichen unverändert weiterverwendet werden. Dabei ist beispielsweise eine Messeinrichtung von Hochvolt-Bordnetzen regelmäßig umfasst. Gleiches gilt für eine Isolationsüberwachungseinheit. Zum Beispiel ist der oben angeführte Messwiderstand, über den der Spannungsverlauf des mechanischen Schalters messbar ist, ist regelmäßig von Hochvolt-Systemen, wie Hochvolt-Bordnetzen bereits umfasst. Gleiches gilt für die Möglichkeit, mittels einer Isolationsüberwachungseinheit eine Spannung in die Last einzuspeisen. Die vorgeschlagene Lösung kann somit im Wesentlichen ohne Mehraufwand bzw. Mehrkosten implementiert werden.
Die Schaltung ermöglicht folglich die Überwachung eines Schaltzustandes eines mechanischen Schalters. Als möglicher Schaltzustand ist beispielsweise erkennbar, ob der mechanische Schalter geöffnet oder geschlossen ist. Durch eine gezielte Beeinflussung der auszuwertenden Spannung mit Hilfe der Isolationsüberwachungseinheit kann eine einfache und sichere Erkennung des Schaltzustandes des mechanischen Schalters erzielt werden.
Der mechanische Schalter ist beispielsweise ein Relais oder ein Schütz.
Der Hochvolt-Energiespeicher ist zum Beispiel eine Hochvolt-Batterie, deren Spannung in der Regel größer 60 V beträgt. Insbesondere beträgt die Spannung des Hochvolt-Energiespeichers mehr als 400 V, beispielsweise in etwa 480 V oder zwischen 900 V und unter 1000 V.
Die Last ist zum Beispiel ein fahrzeugseitiger Zwischenkreis. Diese elektrische Einrichtung koppelt als Energiespeicher beispielsweise mehrere elektrische Netze auf einer zwischengeschalteten Strom- oder Spannungsebene über Umrichter elektrisch.
Die Isolationsüberwachungseinheit überwacht beispielsweise den Isolationswiderstand eines Hochvolt-Bordnetzes und verwirklicht somit eine Schutzfunktion vor einem Stromschlag. Die Isolationsüberwachungseinheit kann auch als Isolationsüberwachungseinrichtung, Isolations-Monitor, Iso-Monitor, Isolationsüberwachungsgerät, Iso-Wächter oder ISOMETER bezeichnet werden. Die Isolationsüberwachungseinheit kann permanent den Widerstand eines Außenleiters und eines Neutralleiters gegen Erde messen und einen Isolationsfehler umgehend melden.
Die Messeinrichtung ist zum Beispiel eine Messschaltung, welche eine über dem mechanischen Schalter abfallende Spannung misst.
Der Spannungsverlauf der an dem mechanischen Schalter abfallenden Spannung ist mit der Schaltung messbar. Die gemessene Spannung bzw. der gemessene Spannungsverlauf an dem ersten mechanischen Schalter kann beispielsweise die von der Isolationsüberwachungseinheit eingespeiste erste Spannung umfassen. Dabei ist der Spannungsverlauf zum Beispiel (i) zeitlich stetig; (ii) zumindest teilweise kontinuierlich; sowie (iii) diskret stetig messbar. Der gemessene Spannungsverlauf umfasst eine Zeitspanne bzw. ein Zeitintervall nach dem Öffnen oder Schließen des mechanischen Schalters bzw. nach einer Ansteuerung des mechanischen Schalters, mittels der ein Öffnen oder Schließen des mechanischen Schalters bewirkbar ist. Die Zeitspanne bzw. das Zeitintervall kann beispielsweise etwa 200 ms oder weniger betragen. In dieser Zeitspanne bzw. diesem Zeitintervall ist überprüfbar, ob die Amplitude des Spannungsverlaufs den vordefinierten Schwellwert überschreitet.
Das Zuschalten des Widerstandes erfolgt während des Messens des Schaltzustandes des Spannungsverlaufs von dem mechanischen Schalter. Das Messen des Spannungsverlaufs der an dem mechanischen Schalter abfallenden Spannung kann zum Beispiel erfolgen, nachdem eine Ansteuerung des mechanischen Schalters zum Öffnen oder Schließen von diesem erfolgt ist. Das Zuschalten des Widerstands der Isolationsüberwachungseinheit gewährleistet, dass bei ordnungsgemäßer Funktion des mechanischen Schalters der vordefinierte Schwellwert sicher überschritten wird.
Ferner ist eine Fehlfunktion des mechanischen Schalters erkennbar. Hierzu ist zunächst eine Ansteuerung des mechanischen Schalters erforderlich, um diesen zu öffnen oder zu schließen. Anschließend erfolgt die Überwachung des Schaltzustandes des mechanischen Schalters gemäß der beschriebenen Schaltung. Durch eine Korrelation zwischen dem durch die Ansteuerung erwarteten Schaltzustand des mechanischen Schalters und dem überwachten bzw. erkannten Schaltzustand des mechanischen Schalters ist eine Fehlfunktion eines mechanischen Schalters, wie zum Beispiel ein Verkleben eines Schützes erkennbar.
Die Schaltung umfasst eine Auswerteeinrichtung, mittels welcher der gemessene Spannungsverlauf an dem mechanischen Schalter mit einem vordefinierten Schwellwert vergleichbar ist.
Die Auswerteeinrichtung ist beispielsweise ein Batteriesteuergerät. Ein Batteriesteuergerät (BCU: Battery Control Unit) stellt die Schnittstelle zwischen der Last, zum Beispiel der fahrzeugseitige Anschluss über einen Zwischenkreis, und dem Hochvolt-Energiespeicher, zum Beispiel eine Batterie dar. Eingehende Daten, wie zum Beispiel Messwerte, sind mittels der Auswerteeinrichtung verarbeitbar, berechenbar, diagnostizierbar und/oder kommunizierbar. Entsprechende Messwerte sind zum Beispiel von der Messeinrichtung an die Auswerteeinrichtung übertragbar. Aus eingehenden Messwerten ist mittels der Auswerteeinrichtung beispielsweise der Ladezustand (SoC: State of Charge), der Gesundheitszustand (SoH: State of Health), sowie der Funktionszustand (SoF: State of Function) der Hochvolt-Energiespeichers bestimmbar.
In einer Ausgestaltung umfasst die Auswerteeinrichtung eine Überwachung eines Isolationswiderstandes des Hochvolt-Energiespeichers und/oder Mittel zum Thermomanagement des Hochvolt-Energiespeichers.
Die Auswerteeinrichtung kann in einer beispielhaften Ausgestaltung die Isolationsüberwachungseinheit umfassen. Dabei bleibt die Anordnung der Isolationsüberwachungseinheit in der Schaltung erhalten. Ferner kann die Auswerteeinrichtung die Messeinrichtung umfassen. Alternativ kann die Auswerteeinrichtung sowohl die Isolationsüberwachungseinheit als auch die Messeinrichtung umfassen.
Mittels der Auswerteeinrichtung sind Einzelwerte, vorliegend zum Beispiel als diskrete Messwerte des Spannungsverlaufs von dem mechanischen Schalter mit dem vordefinierten Schwellwert vergleichbar. Mittels der Auswerteeinrichtung sind mehrere Messwerte, die zum Beispiel als stetige Messwerte vorliegen, und Abschnitte oder den gesamter Spannungsverlauf repräsentieren, mit dem vordefinierten Schwellwert vergleichbar. Im Rahmen des Vergleiches ist überprüfbar, ob alle Messwerte oder zumindest ein Teil der Messwerte des Spannungsverlaufs und/oder ein einzelner Messwert über dem definierten Schwellwert liegt. Hierzu ist beispielsweise vergleichbar, ob ein oder mehrere Messwerte des Spannungsverlaufs größer oder größer gleich sind wie der Wert des vordefinierten Schwellwertes.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass mittels der Auswerteeinrichtung ein Signal auf Basis des Vergleiches bereitstellbar ist, welches bei Überschreiten des vordefinierten Schwellwertes indikativ dafür ist, dass der mechanische Schalter geöffnet ist und/oder welches bei Unterschreiten des vordefinierten Schwellwertes indikativ dafür ist, dass der mechanische Schalter geschlossen ist. So kann das Signal zumindest zwei Zustände beschreiben, beispielsweise durch zwei voneinander verschiedene Spannungsniveaus.
Alternativ sind mittels der Auswerteeinrichtung zwei verschiedene Signale auf Basis des Vergleiches bereitstellbar. Dabei ist zum Beispiel ein erstes Signal indikativ dafür, dass der mechanische Schalter geöffnet ist. Das zweite Signal ist indikativ dafür, dass der mechanische Schalter geschlossen ist.
In einer weiteren Ausgestaltung ist mittels der Auswerteeinrichtung auf Basis des Vergleiches ein Signal bereitstellbar, welches bei Überschreiten des vordefinierten Schwellwertes indikativ dafür ist, dass der mechanische Schalter geöffnet ist. Bei Unterschreiten des vordefinierten Schwellwertes ist mittels der Auswerteeinrichtung auf Basis des Vergleiches in diesem Fall kein Signal bereitstellbar.
Die Schaltung gemäß den vorstehend beschriebenen Aspekten stellt sicher, dass zum Beispiel bei Ansteuerung des mechanischen Schalters zum Öffnen und bei anschließend geöffnetem mechanischen Schalter und zugeschalteten Widerstand der Isolationsüberwachungseinheit der vordefinierte Schwellwert überschritten wird. Bei nach der Ansteuerung des mechanischen Schalters zum Öffnen und anschließend dennoch geschlossenem Schalter und zugeschaltetem Widerstand der Isolationsüberwachungseinheit ist hingegen der Schwellwert unterschritten. Ein Unterschreiten des Schwellwertes ist in diesem Fall indikativ für einen defekten mechanischen Schalter. Ergibt der Vergleich des nach der Ansteuerung zum Schließen gemessenen Spannungsverlaufes, dass der Schwellwert nicht überschritten ist, ist der mechanische Schalter geschlossen.
Ein Defekt bzw. eine Fehlfunktion des mechanischen Schalters ist wie folgt erkennbar und liegt beispielsweise vor, wenn eine Ansteuerung zum Öffnen des mechanischen Schalters erfolgt ist und der Vergleich ergibt, dass der vordefinierte Schwellwert nicht überschritten wurde. Entsprechend ist mit der Schaltung erkennbar, dass der mechanische Schalter geschlossen ist. Da eine Ansteuerung zum Öffnen des mechanischen Schalters erfolgt ist, muss folglich eine Fehlfunktion des mechanischen Schalters vorliegen. Für den beispielhaften Fall, dass der mechanische Schalter ein Schütz ist, kann der aufgetretene Defekt zum Beispiel ein Verkleben des Schützes sein.
Bei Ansteuerung des mechanischen Schalters zum Öffnen und bei anschließend geöffnetem Schalter ohne zugeschaltetem Widerstand der Isolationsüberwachungseinheit kann hingegen der gemessene Spannungsverlauf des ordnungsgemäß geöffneten mechanischen Schalters unterhalb des vordefinierten Schwellwertes liegen. Ursachen hierfür können zum Beispiel Randbedingungen und Systemparameter sein, die Einfluss auf die abfallende Spannung an dem mechanischen Schalter haben. Dann überschreitet der Spannungsverlauf des mechanischen Schalters den vordefinierten Schwellwert nicht.
Die vorgeschlagene Schaltung ermöglicht durch das Zuschalten des Widerstands der Isolationsüberwachungseinheit, dass die abfallende Spannung an dem mechanischen Schalter durch die Spannungsteilerfunktion des zugeschalteten Widerstands derart veränderbar ist, dass der vordefinierte Schwellwert bei ordnungsgemäßer Funktion des mechanischen Schalters überschritten wird.
In einer beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Isolationsüberwachungseinheit ferner einen zweiten zuschaltbaren Widerstand, wobei der zweite zuschaltbare Widerstand während des Messens des Spannungsverlaufs an dem ersten mechanischen Schalter zuschaltbar ist, wobei mittels des Zuschaltens der durch die zumindest zwei Isolationswiderstände des Hochvolt-Energiespeichers gebildeter Spannungsteiler veränderbar ist.
In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung sind der erste und der zweite Widerstand der Isolationsüberwachungseinheit alternierend zuschaltbar.
Einer der zwei zuschaltbaren Widerstände ist zum Beispiel unmittelbar nach einer erfolgten Ansteuerung des mechanischen Schalters zuschaltbar, wobei die Ansteuerung des Schalters ein Öffnen oder Schließen des mechanischen Schalters bewirkt. Der alternierende Wechsel zwischen den zwei zuschaltbaren Widerständen ist nach einer vordefinierten Zeitspanne, zum Beispiel von etwa 100 ms durchführbar, sodass der erste Widerstand abgeschaltet und der zweite Widerstand zugeschaltet wird. Nach einer weiteren vordefinierten Zeitspanne, zum Beispiel von etwa 100 ms, ist ein weiterer Wechsel zwischen den zuschaltbaren Widerständen durchführbar. Der Wechsel der zuschaltbaren Widerstände beeinflusst dabei jeweils die über dem mechanischen Schalter abfallende Spannung, sodass der gemessene Spannungsverlauf dieser an dem mechanischen Schalter abfallenden Spannung beeinflusst wird. Die abfallende Spannung an dem mechanischen Schalter ist dabei in Abhängigkeit des zuschaltbaren Widerstands verstärkbar oder differenzierbar.
Denkbar ist ferner eine Isolationsüberwachungseinheit mit drei oder mehr zuschaltbaren Widerständen, die derart dimensioniert sind, dass eine Verstärkung bzw. Veränderung der an einem mechanischen Schalter abfallenden Spannung in definierten Stufen erfolgt. Derart kann sichergestellt werden, dass unter verschiedensten Randbedingungen bzw. Systemparametern in einem Hochvolt-System, wie einem Hochvolt-Bordnetz, eine einfache und sichere Erkennung bzw. Überwachung des Schaltzustands eines mechanischen Schalters erfolgen kann.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Schaltung einen zweiten mechanischen Schalter, mittels dem der Hochvolt-Energiespeicher mit der Last koppelbar ist.
Eine beispielhafte Ausgestaltung sieht vor, dass mittels der Auswerteeinrichtung der gemessene Spannungsverlauf an dem zweiten mechanischen Schalter mit dem vordefinierten Schwellwert vergleichbar ist, sodass der Schaltzustand des zweiten mechanischen Schalters bestimmbar ist.
Eine beispielhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Messeinrichtung über einen zweiten Messwiderstand derart zu dem zweiten mechanischen Schalter schaltbar ist, dass ein Spannungsabfall an dem zweiten mechanischen Schalter über einen zeitlichen Verlauf messbar ist.
Die gemessene Spannung bzw. der gemessene Spannungsverlauf an dem zweiten mechanischen Schalter kann die von der Isolationsüberwachungseinheit eingespeiste zweite Spannung umfassen.
In einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Schaltung eine Versorgungsleitung und eine Erdungsleitung, wobei der erste zuschaltbare Widerstand mit der Versorgungsleitung schaltbar verbunden ist und der zweite zuschaltbare Widerstand mit der Erdungsleitung schaltbar verbunden ist.
Die Verwendung einer gesonderten Versorgungsleitung und einer gesonderten Erdungsleitung stellt ein IT-System (IT: Isolé Terre) bereit. Dabei wird die Erdungsleitung als Masse verwendet.
Im Folgenden wird die Versorgungsleitung auch mit „HV+“ bezeichnet und die Erdungsleitung, welche als Masseleiter dient, auch mit „HV–„ bezeichnet.
Durch die separate Erdungsleitung dient in dem IT-System die Erde nicht als Masse. „HV+“ und „HV–„ sind über getrennte Leitungen von dem Hochvolt-Energiespeicher zu Komponenten, wie zum Beispiel Isolationsüberwachungseinheit, Messeinrichtung, sowie Last, führbar. Durch die Verwendung von „HV–„ wird zum Beispiel die Karosserie eines Fahrzeugs nicht als Masse genutzt. Dies stellt sicher, dass das Hochvolt-System von einer (Fahrzeug-)Masse galvanisch isoliert ist.
Der erste und der zweite zuschaltbare Widerstand sind von der Isolationsüberwachungseinheit umfasst. Beispielsweise können der erste und der zweite zuschaltbare Widerstand in Reihe geschaltet sein, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten zuschaltbaren Widerstand ein Äquipotential herrscht. Das Äquipotential ist zum Beispiel eine durch eine von einer Fahrzeugkarosserie bereitgestellte Masse. Demgemäß befindet sich der erste zuschaltbare Widerstand in einem von der Versorgungsleitung gespeisten Teil der Schaltung. Der zweite zuschaltbare Widerstand befindet sich in einem von der Erdungsleitung als Masseleiter umfassten Teil der Schaltung.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Messeinrichtung und/oder die Isolationsüberwachungseinheit zwischen dem Hochvolt-Energiespeicher, zum Beispiel der fahrzeugseitige Zwischenkreis, und der Last angeordnet und parallel zu diesen geschaltet.
Eine weitere beispielhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der Hochvolt-Energiespeicher über die Auswerteeinrichtung und die Messeinrichtung mit der Last, zum Beispiel der fahrzeugseitige Zwischenkreis, verbunden ist.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung der Schaltung sind zwischen der Messeinrichtung und der Last der erste oder der erste und der zweite mechanische Schalter angeordnet, wobei bei geöffnetem ersten und/oder zweiten mechanischen Schalter die Last von dem Hochvolt-Energiespeicher, der Isolationsüberwachungseinheit und der Messeinrichtung getrennt ist. Die Trennung kann zum Beispiel eine galvanische Trennung sein.
In einer beispielhaften Ausgestaltung ist die Schaltung von dem von dem Hochvolt-Energiespeicher zur Last in der folgenden Reihenfolge aufgebaut ist:

(i) Hochvolt-Energiespeicher; (ii) Isolationsüberwachungseinheit; (iii) Messeinrichtung; (iv) erster oder erster und zweiter mechanischer Schalter; (v) Last.

Die Spannungsquelle wird durch den Hochvolt-Energiespeicher bereitgestellt. Parallel zu diesem ist die Isolationsüberwachungseinheit geschaltet. Optional kann parallel zu dem Hochvolt-Energiespeicher eine Auswerteeinrichtung geschaltet sein, wobei die Auswerteeinrichtung die Isolationsüberwachungseinheit umfasst. Unmittelbar parallel zu der Isolationsüberwachungseinheit ist die Messeinrichtung geschaltet. Optional kann die Auswerteeinrichtung oder die Auswerteeinrichtung, welche die Isolationsüberwachungseinheit umfasst, die Messeinrichtung umfassen. Die Messeinrichtung ist über zumindest einen mechanischen Schalter, vorzugsweise zwei mechanische Schalter, zum Beispiel Schütze oder Relais, mit einer Last, zum Beispiel einem fahrzeugseitigen Zwischenkreis, koppelbar. Zwischen den Bestandteilen der Schaltung, die jeweils parallel zueinander geschaltet sind, ist jeweils kein weiterer Bestandteil angeordnet.
In einer beispielhaften Ausgestaltung ist mittels der Auswerteeinrichtung ein Signal auf Basis des Vergleiches bereitstellbar ist, welches bei Überschreiten des vordefinierten Schwellwertes indikativ dafür ist, dass der erste und/oder der zweite mechanische Schalter geöffnet ist, und/oder welches bei Unterschreiten des vordefinierten Schwellwertes indikativ dafür ist, dass der erste und/oder zweite mechanische Schalter geschlossen ist.
Vorstehend beschriebene beispielhafte Ausgestaltungen für alternative Signale, die von der Auswerteeinrichtung bereitstellbar sind, können ebenso indikativ für einen geöffneten zweiten mechanischen Schalter sein.
In einer Ausgestaltung der Schaltung nach einem der vorhergehenden Aspekte sind die Auswerteeinrichtung und die Isolationsüberwachungseinheit derart verbunden, dass Steuersignale und/oder Messdaten zwischen diesen übertragbar sind.
Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß einem Aspekt ferner ein Verfahren zur Überwachung eines Schaltzustandes eines mechanischen Schalters gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 12 vorgeschlagen. Weitere Merkmale sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen bezüglich des Verfahrens zu entnehmen.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Verfahren ferner einen oder mehrere der folgenden Aspekte:
Aspekt 2:
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Aspekte, umfassend: Zuschalten eines zweiten zuschaltbaren Widerstands während des Messens des Spannungsverlaufs an dem zweiten mechanischen Schalter, wobei mittels des Zuschaltens des zweiten zuschaltbaren Widerstands der durch die zumindest zwei Isolationswiderstände des Hochvolt-Energiespeichers gebildeter Spannungsteiler verändert wird.
Aspekt 3:
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Aspekte, umfassend: Alternierendes Zuschalten des ersten und des zweiten Widerstands der Isolationsüberwachungseinheit.
Aspekt 4:
Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Aspekte, umfassend: Messen eines Spannungsverlaufs an einem zweiten mechanischen Schalter, mittels welchem der Hochvolt-Energiespeicher mit der Last gekoppelt werden kann, wobei ein Spannungsabfalls an dem zweiten mechanischen Schalter über einen zeitlichen Verlauf gemessen wird.
Ein weiterer beispielhafter Aspekt sieht eine Vorrichtung vor, umfassend Mittel zur Ausführung und/oder Steuerung eines beschriebenen Verfahrens.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug beschrieben, umfassend eine beschriebene Schaltung zur Überwachung des Schaltzustandes eines mechanischen Schalters. Ein beispielhafter Aspekt sieht ein Kraftfahrzeug vor, umfassend Mittel zur Ausführung und/oder Steuerung eines beschriebenes Verfahren.
Die vorstehenden und nachstehenden beispielhaften Ausführungen hinsichtlich der Schaltung gelten für das Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 12 sowie für das Kraftfahrzeug gemäß dem beschriebenen Aspekt entsprechend.
Die zuvor in dieser Beschreibung beschriebenen beispielhaften Ausgestaltungen sollen auch als in allen Kombinationen miteinander offenbart verstanden werden. Insbesondere sollen beispielhafte Ausgestaltungen in Bezug auf die unterschiedlichen Aspekte verstanden werden.
Insbesondere sollen durch die vorherige oder folgende Beschreibung von Verfahrensschritten gemäß Ausführungsformen eines Verfahrens auch entsprechende Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte durch beispielhafte Ausführungsformen einer Schaltung nach den beschriebenen Aspekten offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von Mitteln einer Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrensschrittes auch der entsprechende Verfahrensschritt offenbart sein.
Weitere beispielhafte Ausgestaltungen sind der folgenden detaillierten Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen, insbesondere in Verbindung mit den Figuren, zu entnehmen. Die Figuren sollen jedoch nur dem Zwecke der Verdeutlichung, nicht aber zur Bestimmung des Schutzbereiches dienen. Die Figuren sollen lediglich das allgemeine Konzept beispielhaft widerspiegeln. Insbesondere sollen Merkmale, die in den Figuren enthalten sind, keineswegs als notwendiger Bestandteil erachtet werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
In den Zeichnungen zeigt
1 eine Prinzip-Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels einer Schaltung;
2 eine Prinzip-Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels einer Schaltung;
3 eine detaillierte Prinzip-Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels einer Schaltung;
4 ein Diagramm einer Kurvenschar von Spannungsverläufen nach dem Stand der Technik; und
5 ein Diagramm einer Kurvenschar von Spannungsverläufen des Ausführungsbeispiels einer Schaltung nach 3.
Detaillierte Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen
1 zeigt eine Prinzip-Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Schaltung 100 umfasst einen Hochvolt-Energiespeicher 110, wie beispielsweise eine Hochvolt-Batterie, eine Isolationsüberwachungseinheit 120, eine Messeinrichtung 130, zwei mechanische Schalter 141, 142, mittels welchen der Hochvolt-Energiespeicher 110 mit einer Last 150 koppelbar ist.
Zusammen stellen die Komponenten 110 bis 150 ein Hochvolt-System, wie zum Beispiel ein Hochvolt-Bordnetz, dar.
Mittels der Messeinrichtung 130 ist jeweils ein Spannungsverlauf an dem mechanischen Schalter 141, 142 messbar. Hierzu ist die Messeinrichtung 130 derart jeweils zu einem der mechanischen Schalter 141, 142 schaltbar, dass jeweils ein Spannungsabfall (Uk1, Uk2) an dem mechanischen Schalter 141, 142 über einen zeitlichen Verlauf messbar ist.
Die Isolationsüberwachungseinheit 120 umfasst mindestens einen zuschaltbaren Widerstand, zum Beispiel Widerstand 223, 224 nach 2 oder 323, 324 nach 3, wobei der Widerstand während des Messens des Spannungsverlaufs an den mechanischen Schaltern 141, 142 zuschaltbar ist. Mittels des Zuschaltens des Widerstands ist der jeweilige Spannungsabfall an dem mechanischen Schalter 141, 142 derart veränderbar, dass jeweils der Schaltzustand des mechanischen Schalters 141, 142 bestimmbar ist.
Der jeweilige Spannungsabfall an den mechanischen Schaltern 141, 142 ist mit Uk1 bzw. Uk2 in 1 gekennzeichnet. Die von dem Hochvolt-Energiespeicher bereitgestellte Spannung, beispielsweise als Versorgungsspannung, ist in 1 mit Ubat gekennzeichnet.
2 zeigt eine Prinzip-Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels einer Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Schaltung 200 umfasst einen Hochvolt-Energiespeicher 210, eine Isolationsüberwachungseinheit 220, eine Messeinrichtung 230, zwei mechanische Schalter 241 und 242, sowie eine über die mechanischen Schalter 241, 242 mit dem Hochvolt-Energiespeicher 310 koppelbare Last 350.
Der Hochvolt-Energiespeicher 210 ist vorliegend eine Hochvolt-Batterie mit zwei in Reihe geschalteten Spannungsquellen HV+ und HV–.
Die Isolationsüberwachungseinheit 220, auch als IsoMonitor bezeichnet, umfasst zwei schaltbare Messwiderstände 223, 224, welche über zwei mechanische Schalter 221, 222, zum Beispiel Schütze, zuschaltbar sind.
Die Messeinrichtung 230 umfasst zumindest drei Messwiderstände 231 bis 233, wobei der Messwiderstand 233 in Reihe zu den (parallel geschalteten) Messwiderstände 231 und 232 geschaltet ist. Die Messwiderstände 231 und 232 sind auf einer Seite über einen gemeinsamen Knoten, auf der anderen Seite über den Zwischenkreis miteinander verbunden. Die Messwiderstände 231, 232 sind jeweils parallel zu den mechanischen Schaltern 241, 242 geschaltet, sodass die an diesen abfallende Spannung mittels der Messeinrichtung 230 messbar ist.
Die Eingänge/Ausgänge 213, 214 des Hochvolt-Energiespeichers 210 sind jeweils mit den Eingängen/Ausgängen 225, 226 der Isolationsüberwachungseinheit 220 verbunden. Die Eingänge/Ausgänge 227, 228 der Isolationsüberwachungseinheit 220 sind jeweils mit den Eingängen/Ausgängen 234, 235 der Messeinrichtung 230 verbunden. Die Eingänge/Ausgänge 236, 237 der Messeinrichtung 230 sind über die mechanischen Schalter 241, 242 mit den Eingängen/Ausgängen 251, 252 der Last 250 koppelbar.
Zusammen bilden der Hochvolt-Energiespeicher 210, die Isolationsüberwachungseinheit 220, die Messeinrichtung 230, die mechanischen Schalter 241, 242 und die Last 250 eine beispielhafte Ausgestaltung eines Hochvolt-Systems aus. Ein derartiges Hochvolt-System kann zum Beispiel in einem Hochvolt-Bordnetz zum Einsatz kommen, wie es regelmäßig in Elektro- bzw. Hybridfahrzeugen anzutreffen ist.
Das Ziel der Schaltung 200 ist die Überwachung des jeweiligen Schaltzustands der mechanischen Schalter 241 und 242.
Mittels der Messeinrichtung 230 ist der Spannungsverlauf an dem jeweiligen mechanischen Schalter 241, 242 messbar. Dabei ist die Messeinrichtung 230 derart zu dem mechanischen Schalter schaltbar, dass ein Spannungsabfall an dem mechanischen Schalter über einen zeitlichen Verlauf messbar ist. Hierzu ist die Messeinrichtung über die Messwiderstände 231, 232, sowie 233 parallel zu den jeweiligen mechanischen Schaltern 241, 242 schaltbar. Vorliegend ist die Messeinrichtung 230 über den Messwiderstand 231 parallel zu dem mechanischen Schalter 241 schaltbar, und über den Messwiderstand 232 parallel zu dem mechanischen Schalter 242 schaltbar. Zwischen dem Eingang/Ausgang 234 und dem Eingang/Ausgang 235 liegt die Spannung Ubat an, welche der von dem Hochvolt-Energiespeicher bereitgestellten Spannung entspricht. Ferner liegt zwischen dem mechanischen Schalter 241 und dem Eingang/Ausgang 235 der Messeinrichtung die Spannung Uq an, welche mittels der Messeinrichtung 230 messbar ist.
Eine oder mehrere der von der Messeinrichtung 230 gemessenen Spannungen Uk1, U1, Ubat, sowie Uk2 sind in einer beispielhaften Ausgestaltung an die Isolationsüberwachungseinheit 220 übermittelbar, zum Beispiel über eine zwischen diesen vorhandene Kommunikationsverbindung.
Die zuschaltbaren Widerstände 223, 224 der Isolationsüberwachungseinheit 220 sind während des Messens des Spannungsverlaufs an zumindest einem der mechanischen Schalter 241, 242 zuschaltbar. Durch die Anordnung der Messwiderstände 223, 224 der Isolationsüberwachungseinheit parallel zu den Messwiderständen 231 bis 233 der Messeinrichtung 230 ist mittels des Zuschaltens von einem der Messwiderstände 223, 224 der jeweilige Spannungsabfall Uk1 bzw. Uk2 an dem mechanischen Schalter 241, 242 derart veränderbar, dass der Schaltzustand des mechanischen Schalters 241, 242 bestimmbar ist.
Hierzu können in einer beispielhaften Ausgestaltung auf Basis der von der Messeinrichtung 230 gemessenen Spannungen die Spannungen Uk1 und Uk2 gemessen bzw. bestimmt werden. Werden von der Messeinrichtung 230 beispielsweise die Spannungen Uq, Uk2, sowie Ubat gemessen bzw. der entsprechende Spannungsverlauf dieser Spannungen über eine zeitliche Dauer gemessen, kann die Spannung Uk1 mit der Formel Uk1 = Uq – Ubat berechnet werden, zum Beispiel mittels einer Auswerteeinrichtung. In einer Ausgestaltung umfasst eine derartige Auswerteeinrichtung die Isolationsüberwachungseinheit 220. Sind die Spannungsverläufe der Spannungen Uk1 und Uk2 gemessen bzw. berechnet, kann ein Vergleich der Spannungsverläufe bzw. der Werte der Spannungsverläufe Uk1 bzw. Uk2 mit einem vordefinierten Schwellwert erfolgen. Überschreiten diese Spannungen Uk1 und Uk2 einen vordefinierten Schwellwert, so kann ein sicheres Öffnen bzw. Schließen der jeweiligen mechanischen Schalter erkannt werden. Ist ein mechanischer Schalter beispielsweise geschlossen, wie zum Beispiel im Falle eines verklebten Schützes, so ist die über dem mechanischen Schalter abfallende Spannung annähernd 0 V. Entsprechend kann ein vordefinierter Schwellwert zum Beispiel 10 V betragen, wobei die Festlegung des vordefinierten Schwellwertes unter anderem abhängig von der Messgenauigkeit der Messeinrichtung 230 ist.
3 zeigt eine detaillierte Prinzip-Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels einer Schaltung eines Hochvolt-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Schaltung 300 umfasst einen Hochvolt-Energiespeicher 310, eine Isolationsüberwachungseinheit 320, eine Messeinrichtung 330, zwei mechanische Schalter 341 und 342, sowie eine über die mechanischen Schalter 341, 342 mit dem Hochvolt-Energiespeicher 310 koppelbare Last 350.
Der Hochvolt-Energiespeicher 310 ist vorliegend eine Hochvolt-Batterie, mit zwei in Reihe geschalteten Spannungsquellen HV+ und HV–. Parallel zu den Spannungsquellen HV+ und HV– ist jeweils ein Isolationswiderstand R_iso+, R_iso– und eine Isolationskapazität C_iso+, C_iso– geschaltet. Die in Reihe geschalteten Isolationswiderstände R_iso+, R_iso– beeinflussen die Größe der an diesen abfallenden Spannungen Uiso+ und Uiso–. Entsprechend bilden die Isolationswiderstände einen (batterieseitigen) Spannungsteiler.
Die Isolationsüberwachungseinheit 320 umfasst zwei zuschaltbare Messwiderstände 323, 324, welche über zwei mechanische Schalter, vorliegend Schütze 321 und 322 zuschaltbar sind. Die Messwiderstände 323 und 324 sind jeweils mit einem Analog-Digital-Konverter verbunden, sodass von der Isolationsüberwachungseinheit oder einer Auswerteeinrichtung Daten und/oder Informationen entsprechend umwandelbar sind. Zum Beispiel können Daten und/oder Informationen, wie zum Beispiel ein gemessener Spannungsverlauf, von der Messeinrichtung 330 an die Isolationsüberwachungseinheit 320 oder eine Auswerteeinrichtung übermittelt werden und eine entsprechende Konvertierung vorgenommen werden. Zwischen den Schaltungsgliedern mit den zuschaltbaren Messwiderständen 323, 324 der Isolationsüberwachungseinheit herrscht ein Äquipotential, welches zum Beispiel eine durch eine Fahrzeugkarosserie bereitgestellte Masse ist.
In einer beispielhaften Ausgestaltung sind über die mechanischen Schalter 321 und 322 die Messwiderstände 323, 324 alternierend zuschaltbar.
Die Messeinrichtung 330 umfasst die Messwiderstände 331, 332, 333. Wie in 3 zu erkennen ist, sind diese Messwiderstände 331, 332, 333 derart schaltbar, dass eine abfallende Spannung Uk1, Uk2 an einem jeweiligen mechanischen Schalter 341, 342 messbar ist. Zwischen dem Messwiderstand 333 und dem Messwiderstand 331 ist ein Filterglied, vorliegend ein Tiefpass, angeordnet. Dieses Filterglied umfasst den in Reihe mit der Kapazität C11 geschalteten Widerstand R17 und den jeweils parallel zu diesen geschalteten Widerstand R19 und die Kapazität C13.
Zwischen dem Messwiderstand 333 und dem Messwiderstand 332 ist ein weiteres Filterglied, vorliegend ein Tiefpass, angeordnet. Dieses Filterglied umfasst den in Reihe mit der Kapazität C12 geschalteten Widerstand R16 und den jeweils parallel zu diesen geschalteten Widerstand R18 und die Kapazität C14.
Vorliegend sind die mechanischen Schalter 341, 342 als Schütze ausgebildet. Die Last 350 ist vorliegend ein Zwischenkreis, welcher zum Beispiel den fahrzeugseitigen Anschluss an den Hochvolt-Energiespeicher 310 ermöglicht. In einer beispielhaften Ausgestaltung verwirklicht der Zwischenkreis einen Inverter, um aus der Gleichspannung, die von dem Hochvolt-Energiespeicher 310 bereitgestellt wird, ein dreiphasiges System zu generieren, um zum Beispiel einen entsprechenden Elektromotor betreiben zu können.
Die Last 350 umfasst die fahrzeugseitigen Isolationswiderstände R4, R6 und die parallel zu diesen angeordneten eine Isolationskapazitäten C15, C16. Die Isolationswiderstände R4 und R6 sind vorliegend in Reihe geschaltet und beeinflussen die jeweilige an diesen Isolationswiderständen R4 und R6 abfallende Spannung. Die Isolationswiderstände R4 und R6 bilden einen Spannungsteiler aus.
Die Schaltung 300 ermöglicht die Überwachung des Schaltzustands der mechanischen Schalter 341 und 342.
Die an den mechanischen Schaltern 341 und 342 abfallenden Spannungen sind in der Schaltung 300 mit Uk1 bzw. Uk2 gekennzeichnet. Die Spannung Uk1 bzw. Uk2 wird im Wesentlichen durch das Verhältnis von (i) dem Spannungsteiler der Isolationswiderstände R_iso+ und R_iso- des Hochvolt-Energiespeichers 310, zum Beispiel einer Hochvolt-Batterie, und (ii) dem Spannungsteiler der Isolationswiderstände R4 und R6 der Last 350, zum Beispiel einem fahrzeugseitigen Zwischenkreis, bestimmt. Um sicherzustellen, dass ein vordefinierter Schwellwert, zum Beispiel Schwellwert 510 in 5, sicher überschritten wird, sodass eine Überwachung des Schaltzustandes eines mechanischen Schalters einfach und sicher möglich ist, erfolgt während des Messens des Spannungsverlaufs einer an dem mechanischen Schalter, zum Beispiel Schalter 141, 142 nach 1, 241, 242 nach 2, oder 341, 342 nach 3, abfallenden Spannung (Uk1 bzw. Uk2) ein Zuschalten eines zuschaltbaren Widerstands, zum Beispiel 223, 224 nach 2 oder 323, 324 nach 3. Dieses Zuschalten beeinflusst das Verhältnis des Spannungsteilers gemäß der Isolationswiderstände R_iso+, R_iso– des Hochvolt-Energiespeichers zu dem Spannungsteiler gemäß der Isolationswiderstände R4 und R6 der Last. Je nach Zustand des Schaltung bewirkt eine Zuschaltung eines der Messwiderstände 323, 324 eine Integrierung bzw. Differenzierung des Spannungsabfalls an den mechanischen Schaltern 323, 324. Der Spannungsverlauf der an einem mechanischen Schalter abfallenden Spannung, zum Beispiel Uk1 bzw. Uk2, ist folglich durch die Veränderung des Spannungsteilerverhältnisses des Hochvolt-Energiespeichers derart beeinflussbar, dass der vordefinierte Schwellwert von der an dem mechanischen Schalter abfallenden Spannung überschritten wird. Dies gilt für den Fall, dass der zu überwachende mechanische Schalter ordnungsgemäß funktioniert. Hieraus ist unmittelbar erkennbar, dass entsprechend, falls trotz des Zuschaltens des zuschaltbaren Widerstands der Isolationsüberwachungseinheit der vordefinierte Schwellwert nicht überschritten wird, eine Fehlfunktion des mechanischen Schalters vorliegt.
Es erfolgt eine Auswertung der an den mechanischen Schaltern 341, 342 abfallenden Spannungen Uk1, Uk2. Diese können beispielsweise direkt gemessen werden. Alternativ ist in einer beispielhaften Ausgestaltung ferner die Spannung Ubat, welcher der von dem Hochvolt-Energiespeicher 310 bereitgestellten Spannung entspricht, messbar. Ferner ist in einer beispielhaften Ausgestaltung zusätzlich die Spannung Uq messbar, welche zwischen dem mechanischen Schalter 341 und der Messeinrichtung 330 abfällt. In einer Ausgestaltung sind mit der Messeinrichtung 330 die Spannungen Uk2, Uq, sowie Ubat messbar. Optional sind mit der Messeinrichtung 330 sämtliche Spannungen Uk1, Uk2, Uq, sowie Ubat messbar. Entsprechend kann im Falle, dass eine der vorgenannten Spannungen nicht unmittelbar mit der Messeinrichtung 330 messbar ist, aus den gemessenen Spannungen die Berechnung einer der weiteren Spannungen erfolgen. Beispielsweise kann die Spannung Uk1 mit der Formel Uk1 = Uq – Ubat berechnet werden. In diesem Fall müssen zur Erlangung der Spannungsgrößen Uk1 und Uk2 die Spannungen Uk2, Uq, und Ubat mittels der Messeinrichtung messbar sein. In einer beispielhaften Ausgestaltung ist zumindest eine der Spannungen Uk1, Uk2, Uq, Ubat über einen zeitlichen Verlauf messbar. Derart kann ein Spannungsverlauf, zum Beispiel für die an den mechanischen Schaltern Uk1 und Uk2 abfallenden Spannungen, bestimmt werden.
Diese Spannungsverläufe werden in einem Ausführungsbeispiel, zum Beispiel mittels einer Auswerteeinrichtung, mit einem vordefinierten Schwellwert verglichen. Beispielsweise kann der gesamte Spannungsverlauf mit dem Schwellwert verglichen werden oder, im Falle von diskret gemessenen Werten, können einzelne Werte der Spannungen des Spannungsverlaufs mit dem vordefinierten Schwellwert verglichen werden.
Zur Bereitstellung von gemessenen Spannungen kann in einer Ausgestaltung zwischen der Messeinrichtung 330 und der Isolationsüberwachungseinheit 320 eine Kommunikationsverbindung bestehen. Über diese Kommunikationsverbindung sind Informationen, beispielsweise in Form von Signalen, zwischen der Messeinrichtung 330 und der Isolationsüberwachungseinheit 320 übermittelbar.
Mittels einer Auswerteeinrichtung, die in einer beispielhaften Ausgestaltung die Isolationsüberwachungseinheit 320 umfassen kann, ist auf Basis des Vergleiches ein Signal bereitstellbar, welches bei Überschreiten des Schwellwertes indikativ dafür ist, dass einer der mechanischen Schalter 341, 342 geöffnet ist und/oder welches bei Unterschreiten des Schwellwertes indikativ dafür ist, dass einer der mechanischen Schalter 341, 342 geschlossen ist.
In einer beispielhaften Ausgestaltung ist mittels einer Auswerteeinrichtung ein erstes Signal bereitstellbar, welches bei Überschreiten des Schwellwertes indikativ dafür ist, dass einer der mechanischen Schalter 341, 342 geöffnet ist und/oder ein zweites Signal bereitstellbar, welches bei Unterschreiten des Schwellwertes indikativ dafür ist, dass einer der mechanischen Schalter 341, 342 geschlossen ist.
Ergibt der Vergleich, dass die Spannungen Uk1, Uk2 den definierten Schwellwert überschreiten, so kann ein sicheres Öffnen der mechanischen Schalter erkannt werden. Im Falle, dass die mechanischen Schalter 341, 342 als Schütze ausgebildet sind, beträgt die jeweilige über den Schützen abfallende Spannung annähernd 0 V, wenn das entsprechende Schütz verklebt ist. Erfolgt beispielsweise eine Ansteuerung zum Öffnen der Schütze 341, 342 und überschreitet der jeweilige gemessene Spannungsverlauf den vordefinierten Schwellwert nicht, liegt eine Fehlfunktion von zumindest demjenigen Schütz 341, 342 vor, dessen Spannungsverlauf den vordefinierten Schwellwert nicht überschreitet. Die Fehlfunktion ist zum Beispiel ein Schützkleber.
Im Folgenden ist eine beispielhafte Dimensionierung der Bestandteile der Schaltung 300 nach 3 aufgeführt:
323 = 324 = 500 kΩ;
R1 = R2 = 3,3 kΩ;
R3 = R5 = 600 Ω;
R_iso+ = R_iso– = 10 MΩ;
R4 = R6 = 10 MΩ;
331 = 332 = 333 = 2160 kΩ;
R16 = R17 = 820 Ω;
R18 = 750 Ω;
R19 = R20 = 3,9 kΩ;
C_iso+ = C_iso– = C1 = C2 = C3 = C4 = C15 = C16 = 1 µF;
C11 = C12 = 150 nF;
C13 = 1 nF;
C14 = 10 nF.
Die Reihenfolge der Bestandteile der Schaltung ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen beispielhaft. Es versteht sich, dass die Reihenfolge der Bestandteile, zum Beispiel Hochvolt-Energiespeicher, Isolationsüberwachungseinheit, Messeinrichtung, sowie Last, der Schaltung beliebig veränderbar ist, solange die Funktionsweise der Schaltung zur Überprüfung eines Schaltzustands eines mechanischen Schalters erhalten bleibt. Entsprechend kann beispielsweise die Messeinrichtung unmittelbar parallel zu dem Hochvolt-Energiespeicher, und zu dieser wiederum die Isolationsüberwachungseinheit unmittelbar parallel geschaltet sein. Auch muss der erste und/oder zweite mechanische Schalter nicht zwingend zwischen Messeinrichtung und Last angeordnet sein. Zum Beispiel kann der erste und/oder zweite mechanische Schalter zwischen zwei anderen Bestandteilen der Schaltung angeordnet sein, sodass auch in diesem Fall mittels des ersten und des zweiten mechanischen Schalters der Hochvolt-Energiespeicher mit der Last koppelbar ist.
4 zeigt ein Diagramm 400 einer Kurvenschar von Spannungsverläufen 421 bis 425 nach dem Stand der Technik. Die Spannungsverläufe 421 bis 425 bilden jeweils gemessene Spannungsabfälle Uk1 und Uk2 an zwei mechanischen Schaltern ab. Über diese zwei mechanischen Schalter ist eine Last mit einem Hochvolt-Energiespeicher koppelbar, beispielsweise nach der Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels einer Schaltung nach 1, 2, oder 3.
Die x-Achse (Abszisse) des Diagramms 400 stellt den gemessenen zeitlichen Verlauf in der Einheit ms dar. Die y-Achse (Ordinate) des Diagramms 400 bildet die jeweils gemessene Spannung an den zwei mechanischen Schaltern zu dem jeweiligen Messzeitpunkt ab.
Die in dem Diagramm 400 verwendeten Bezeichnungen „V[uk1]“ und „V[uk2]“ beziehen sich auf die in dem Diagramm 400 dargestellten Spannungsverläufe 421 bis 425, die jeweils „paarweise“ dargestellt sind. Jeweils ein Spannungsverlauf der dargestellten paarweisen Spannungsverläufe 421 bis 425 bildet den Spannungsverlauf der gemessenen Spannung Uk1 ab, und der weitere Spannungsverlauf der paarweisen Spannungsverläufe bildet den Spannungsverlauf der gemessenen Spannung Uk2 ab.
Die Bezeichnungen „V[t+]“ und „V[t–]“ in dem Diagramm 400 geben jeweils einen vordefinierten Schwellwert an, die vorliegend bei +10 V und bei –10 V jeweils parallel zur x-Achse verlaufend eingezeichnet sind.
In dem Diagramm 400 ist einer dieser vordefinierten Schwellwerte mit dem Bezugszeichen 410 gekennzeichnet. Der vordefinierte Schwellwert ist vorliegend bei –10 V festgesetzt. Entsprechend verläuft der vordefinierte Schwellwert 410 in dem Diagramm 410 parallel zur x-Achse auf der Höhe von –10 V. Zur Überwachung eines Schaltzustandes eines ersten mechanischen Schalters muss der gemessene Spannungsverlauf der Spannung Uk1 für einen ersten mechanischen Schalter, zum Beispiel Schalter 141 nach 1, 241 nach 2 oder 341 nach 3, diesen vordefinierten Schwellwert 410 überschreiten. Zur Überwachung eines Schaltzustandes eines zweiten mechanischen Schalters, zum Beispiel Schalter 142 nach 1, 242 nach 2 oder 342 nach 3, muss der gemessene Spannungsverlauf Uk2 diesen vordefinierten Schwellwert 410 überschreiten.
Zum Zeitpunkt 0 ms erfolgt eine Ansteuerung der mechanischen Schalter, um ein Öffnen der zuvor geschlossenen mechanischen Schalter zu bewirken. Der sich dieser Ansteuerung anschließende Spannungsabfall Uk1 und Uk2 an den jeweiligen mechanischen Schaltern ist in Diagramm 400 als Kurvenschar der Spannungsverläufe 421 bis 425 dargestellt.
Die Spannungen Uk1 sowie Uk2 sind in 4 ohne eine Beeinflussung von Widerständen, wie zum Beispiel durch Widerstände einer Isolationsüberwachungseinheit 120 nach 1, dargestellt.
Die dargestellte Kurvenschar in 4 entsteht durch eine Variation von Randbedingungen bzw. Systemparametern, wie zum Beispiel durch in einem Hochvolt-Bordnetz vorhandene Widerstände und Kapazitäten. Die Spannungsverläufe der Kurvenschar unterscheiden sich in Abhängigkeit dieser Randbedingungen bzw. Systemparameter erheblich voneinander.
Besonders kritisch sind Spannungsverläufe der Kurvenschar zu beurteilen, die nur eine geringe Abweichung zur Nulllinie aufweisen. Insbesondere bei diesen Spannungsverläufen der Spannungen Uk1 und Uk2 kann es zu einer falschen Erkennung des Schaltzustands des jeweiligen mechanischen Schalters kommen. Ein geöffneter mechanischer Schalter kann als geschlossen erkannt werden, da der Spannungsverlauf bzw. alle gemessenen Werte der Spannungsabfälle für den gemessenen und in 4 dargestellten zeitlichen Verlauf unter dem festgelegten Schwellwert 410 liegen. Vorliegend überschreitet der Spannungsverlauf 421 den definierten 10V-Schwellwert 410 nicht. Ein Bestimmen des Schaltzustandes der mechanischen Schalter wird fälschlicherweise zur Erkenntnis führen, dass diese mechanischen Schalter geschlossen sind, obwohl zuvor eine Ansteuerung der mechanischen Schalter erfolgt ist, um diese zu Öffnen. Es wird also angenommen, dass die mechanischen Schalter verklebt sind. Dies ist eine fehlerhafte Bestimmung des Schaltzustandes, die mit der vorgeschlagenen Schaltung zur Überwachung des Schaltzustandes vermieden werden kann, wie zum Beispiel 5 entnehmbar ist.
In 5 zeigt ein Diagramm 500 einer Kurvenschar von Spannungsverläufen 521 bis 525 des Ausführungsbeispiels einer Schaltung nach 3. Die Schaltung nach 3 ermöglicht eine Beeinflussung der Spannungsabfälle Uk1 und Uk2 an mechanischen Schaltern, mittels welcher ein Hochvolt-Energiespeicher mit einer Last koppelbar ist
5 bildet ebenfalls wie 4 eine Kurvenschar von gemessenen Spannungsverläufen Uk1 und Uk2 der an zwei mechanischen Schaltern abfallenden Spannungen ab.
Analog zum Diagramm 400 nach 4 beziehen sich die in dem Diagramm 500 verwendeten Bezeichnungen „V[uk1]“ und „V[uk2]“ auf die dargestellten Spannungsverläufe 521 bis 525, die jeweils „paarweise“ dargestellt sind. Ein Spannungsverlauf der dargestellten paarweisen Spannungsverläufe 521 bis 525 bildet den Spannungsverlauf der gemessenen Spannung Uk1 ab, und der weitere Spannungsverlauf der paarweisen Spannungsverläufe bildet den Spannungsverlauf der gemessenen Spannung Uk2 ab.
Die Bezeichnungen „V[t+]“ und „V[t–]“ in dem Diagramm 500 geben jeweils einen vordefinierten Schwellwert an, die vorliegend bei +10 V und bei –10 V jeweils parallel zur x-Achse verlaufend eingezeichnet sind. Entsprechend den Ausführungen zu dem Diagramm 400 nach 4 ist in Abhängigkeit von Randbedingungen und/oder Systemparameter, zum Beispiel in einem Hochvolt-System, die jeweils gemessene Spannung Uk1 bzw. Uk2 an den mechanischen Schaltern positiv oder negativ, sodass zur Überwachung eines Schaltzustandes eines mechanischen Schalters einer der bei +10 V bzw. –10 V vordefinierten Schwellwerte überschritten bzw. Unterschritten werden muss. Exemplarisch ist ein vordefinierter Schwellwert in dem Diagramm 500 mit dem Bezugszeichen 510 gekennzeichnet. Denkbar ist ferner, dass zur Überwachung eines Schaltzustandes eines mechanischen Schalters der vordefinierte Schwellwert bei +10 V zu überschreiten ist. Dies ist Abhängig von den in einem Hochvolt-System, in welchem die Schaltung 100 nach 1, Schaltung 200 nach 2, sowie Schaltung 300 nach 3 einsetzbar ist, herrschenden Randbedingungen und Systemparametern. Die an dem mechanischen Schaltern, zum Beispiel 141, 142 nach 1, 241, 242 nach 2, sowie 341, 342 nach 3 jeweils abfallenden Spannungen Uk1 bzw. Uk2 können entsprechend positiv oder negativ sein.
Zum Zeitpunkt 0 ms erfolgt eine Ansteuerung der mechanischen Schalter, um ein Öffnen der zuvor geschlossenen mechanischen Schalter zu bewirken. Die sich dieser Ansteuerung anschließenden Spannungsabfälle Uk1 und Uk2 an den jeweiligen mechanischen Schaltern sind in Diagramm 500 dargestellt.
Im vorliegenden Fall umfasst eine Isolationsüberwachungseinheit, zum Beispiel Isolationsüberwachungseinheit 120 nach 1, 220 nach 2 oder 320 nach 3, zwei zuschaltbare Widerstände, zum Beispiel Widerstände 223, 224 nach 2 oder Widerstände 323, 324 nach 3. Diese Widerstände der Messeinrichtung sind alternierend zuschaltbar, sodass jeweils einer der zwei zuschaltbaren Widerstände zugeschaltet ist. Vorliegend ist zum Zeitpunkt 0 ms einer der zwei zuschaltbaren Widerstände zugeschaltet. Zum Zeitpunkt 100 ms erfolgt ein Wechsel zwischen den zwei zuschaltbaren Widerständen.
Durch das Zuschalten der Widerstände kann der jeweilige Spannungsverlauf Uk1 bzw. Uk2 der an den jeweiligen mechanischen Schaltern abfallenden Spannung derart beeinflusst werden, dass der definierte Schwellwert (vorliegend bei –10 V) zur Erkennung eines geöffneten mechanischen Schalters überschritten wird. In einem ersten Zustand, in welchem der erste von zwei zuschaltbaren Widerständen zugeschaltet ist, und der zweite von zwei zuschaltbaren Widerständen nicht zugeschaltet ist, überschreiten die Spannungsverläufe 521 und 522 den definierten Schwellwert 510 nicht.
Nach 100 ms erfolgt ein alternierender Wechsel der zwei zuschaltbaren Widerstände. In einem zweiten Zustand, in welchem der zweite von zwei zuschaltbaren Widerständen zugeschaltet ist, und der erste von zwei zuschaltbaren Widerständen nicht zugeschaltet ist, überschreiten die Spannungsverläufe 521 und 522 den definierten Schwellwert 510 schließlich. Der Schaltzustand des jeweiligen mechanischen Schalters kann korrekt bestimmt werden. Das Zuschalten des Widerstands bewirkt eine Verstärkung bzw. Veränderung der an dem jeweiligen mechanischen Schalter abfallenden Spannung.
Es ist zu erkennen, dass die vorgeschlagene Lösung, insbesondere gemäß den in den Ansprüchen beanspruchten Ausführungsformen, unabhängig von den vorliegenden Randbedingungen bzw. Systemparametern in einem Hochvolt-System ist. Eine sichere Erkennung bzw. Überwachung des Schaltzustands eines mechanischen Schalters ist möglich. Ferner kann eine Erkennung bzw. Überwachung des Schaltzustands eines mechanischen Schalters einfach und sicher erfolgen, da lediglich ein Messen eines Spannungsverlaufs der an einem mechanischen Schalter abfallenden Spannung und ein Vergleich mit einem definierten Schwellwert erfolgt.
Die in dieser Spezifikation beschriebenen Ausführungsbeispiele und diesbezüglich jeweils angeführten optionalen Merkmale und Eigenschaften sollen auch in allen Kombinationen miteinander offenbart verstanden werden. Insbesondere soll auch die Beschreibung eines von einem Ausführungsbeispiel umfassten Merkmals – sofern nicht explizit gegenteilig erklärt – vorliegend nicht so verstanden werden, dass das Merkmal für die Funktion des Ausführungsbeispiels unerlässlich oder wesentlich ist. Die Abfolge der in dieser Spezifikation geschilderten Verfahrensschritte ist nicht zwingend, alternative Abfolgen der Verfahrensschritte sind denkbar. Die Verfahrensschritte können auf verschiedene Art und Weise implementiert werden. So ist eine Implementierung in Software (durch Programmieranweisungen), Hardware oder eine Kombination von beidem zur Implementierung der Verfahrensschritte denkbar.
In den Patentansprüchen verwendete Begriffe wie „umfassen“, „aufweisen“, „beinhalten“, „enthalten“ und/oder dergleichen schließen weitere Elemente oder Schritte nicht aus. Unter die Formulierung „zumindest teilweise“ fallen sowohl der Fall „teilweise“ als auch der Fall „vollständig“. Die Formulierung „und/oder“ soll dahingehend verstanden werden, dass sowohl die Alternative als auch die Kombination offenbart sein soll, also „A und/oder B“ bedeutet: „(A) oder (B) oder (A und B)“. Die Verwendung des unbestimmten Artikels schließt eine Mehrzahl nicht aus. Eine einzelne Vorrichtung kann die Funktion mehrerer in den Patentansprüchen genannten Einheiten bzw. Einrichtungen bzw. Vorrichtungen ausführen. In den Patentansprüchen angegebene Bezugszeichen sind nicht als Beschränkungen der eingesetzten Mittel und/oder Schritte anzusehen.
Bezugszeichenliste

110; 210; 310: Hochvolt-Energiespeicher
120; 220; 320: Isolationsüberwachungseinheit
130; 230; 330: Messeinrichtung
141, 142; 241, 242; 341, 342: mechanische Schalter
150; 250; 350: Last
223, 224; 323, 324: zuschaltbarer Widerstand
211, 212; 311, 312: Spannungsquelle
221, 222; 321, 322: Schalter
231 bis 233; 331 bis 333: Messwiderstand
213, 214; 225 bis 228; 234 bis 236; 251, 252; 313, 314; 325 bis 328; 334 bis 337; 351, 352: Eingänge/Ausgänge
410; 510: Schwellwert
421 bis 425; 521 bis 525: Spannungsverläufe

Claims

Schaltung (100, 200, 300) zur Überwachung eines Schaltzustandes eines mechanischen Schalters, umfassend: – einen ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341), mittels welchem ein Hochvolt-Energiespeicher (110, 210, 310) mit einer Last (150, 250, 350) koppelbar ist; – eine Messeinrichtung (130, 230, 330), mittels der ein Spannungsverlauf (521, 522, 523, 524, 525) an dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341) messbar ist, wobei die Messeinrichtung (130, 230, 330) über einen ersten Messwiderstand (231, 331) derart zu dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341) schaltbar ist, dass ein Spannungsabfall an dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341) über einen zeitlichen Verlauf messbar ist; – eine Isolationsüberwachungseinheit (120, 220, 320), mit einem ersten zuschaltbaren Widerstand (223, 323), wobei der erste zuschaltbare Widerstand (223, 323) während des Messens des Spannungsverlaufs an dem erste mechanischen Schalter (141, 241, 341) zuschaltbar ist, wobei mittels des Zuschaltens ein durch zumindest zwei Isolationswiderstände (R_iso+, R_iso–) des Hochvolt-Energiespeichers (110, 210, 310) gebildeter Spannungsteiler veränderbar ist; – eine Auswerteeinrichtung, mittels welcher der gemessene Spannungsverlauf (521, 522, 523, 524, 525) an dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341) mit einem vordefinierten Schwellwert (510) vergleichbar ist, sodass der Schaltzustand des ersten mechanischen Schalters (141, 241, 341) bestimmbar ist.
Schaltung (100, 200, 300) nach Anspruch 1, wobei mittels der Auswerteeinrichtung ein Signal auf Basis des Vergleiches bereitstellbar ist, welches bei Überschreiten des vordefinierten Schwellwertes (510) indikativ dafür ist, dass der erste mechanische Schalter (141, 241, 341) geöffnet ist und/oder welches bei Unterschreiten des vordefinierten Schwellwertes (510) indikativ dafür ist, dass der ersten mechanische Schalter (141, 241, 341) geschlossen ist.
Schaltung (100, 200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolationsüberwachungseinheit (120, 220, 320) ferner einen zweiten zuschaltbaren Widerstand (224, 324) umfasst, wobei der zweite zuschaltbare Widerstand (224, 324) während des Messens des Spannungsverlaufs an dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341) zuschaltbar ist, wobei mittels des Zuschaltens der durch die zumindest zwei Isolationswiderstände (R_iso+, R_iso–) des Hochvolt-Energiespeichers (110, 210, 310) gebildeter Spannungsteiler veränderbar ist.
Schaltung (100, 200, 300) nach Anspruch 3, wobei der erste (223, 323) und der zweite Widerstand (224, 324) der Isolationsüberwachungseinheit (120, 220, 320) alternierend zuschaltbar sind.
Schaltung (100, 200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen zweiten mechanischen Schalter (142, 242, 342), mittels dem der Hochvolt-Energiespeicher (110, 210, 310) mit der Last (150, 250, 350) koppelbar ist.
Schaltung (100, 200, 300) nach Anspruch 5, wobei die Messeinrichtung (130, 230, 330) über einen dritten Messwiderstand (232, 332) derart zu dem zweiten mechanischen Schalter (142, 242, 342) schaltbar ist, dass ein Spannungsabfall an dem zweiten mechanischen Schalter (142, 242, 342) über einen zeitlichen Verlauf messbar ist.
Schaltung (100, 200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Versorgungsleitung und eine Erdungsleitung, wobei der erste zuschaltbare Widerstand (223, 323) mit der Versorgungsleitung schaltbar verbunden ist, und der zweite zuschaltbare Widerstand (224, 324) mit der Erdungsleitung schaltbar verbunden ist.
Schaltung (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der erste (223, 323) und der zweite zuschaltbare Widerstand (224, 324) in Reihe geschaltet sind, wobei zwischen dem ersten (223, 323) und dem zweiten zuschaltbaren Widerstand (224, 324) ein Äquipotential herrscht.
Schaltung (100, 200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (130, 230, 330) und/oder die Isolationsüberwachungseinheit (120, 220, 320) zwischen dem Hochvolt-Energiespeicher (110, 210, 310) und der Last (150, 250, 350) angeordnet sind und parallel zu diesen geschaltet ist.
Schaltung (100, 200, 300) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei zwischen der Messeinrichtung (130, 230, 330) und der Last (150, 250, 350) der erste (141, 241, 341) oder der erste (141, 241, 341) und der zweite mechanische Schalter (142, 242, 342) angeordnet sind, wobei bei geöffnetem ersten (141, 241, 341) und/oder zweiten mechanischen Schalter (142, 242, 342) die Last (150, 250, 350) von dem Hochvolt-Energiespeicher (110, 210, 310), der Isolationsüberwachungseinheit (120, 220, 320) und der Messeinrichtung (130, 230, 330) getrennt ist.
Schaltung (100, 200, 300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schaltung von dem Hochvolt-Energiespeicher (110, 210, 310) zur Last (150, 250, 350) in der folgenden Reihenfolge aufgebaut ist: (i) Hochvolt-Energiespeicher (110, 210, 310); (ii) Isolationsüberwachungseinheit (120, 220, 320); (iii) Messeinrichtung (130, 230, 330); (iv) erster (141, 241, 341) oder erster (141, 241, 341) und zweiter mechanischer Schalter (142, 242, 342); (v) Last (150, 250, 350).
Verfahren zur Überwachung eines Schaltzustandes eines mechanischen Schalters, umfassend: – Messen eines Spannungsverlaufs an einem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341), mittels welchem ein Hochvolt-Energiespeicher (110, 210, 310) mit einer Last (150, 250, 350) gekoppelt werden kann, wobei ein Spannungsabfalls an dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341) über einen zeitlichen Verlauf gemessen wird; – Zuschalten eines ersten zuschaltbaren Widerstands (223, 323) einer Isolationsüberwachungseinheit (120, 220, 320) während des Messens des Spannungsverlaufs an dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341), wobei mittels des Zuschaltens des ersten zuschaltbaren Widerstands (223, 323) ein durch zumindest zwei Isolationswiderstände (R_iso+, R_iso–) des Hochvolt-Energiespeichers (110, 210, 310) gebildeter Spannungsteiler verändert wird; – Bestimmen des Schaltzustandes des ersten mechanischen Schalters (141, 241, 341) anhand des gemessenen Spannungsverlaufs an dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341), wobei das Bestimmen des Schaltzustandes ein Vergleichen des gemessenen Spannungsverlaufs an dem ersten mechanischen Schalter (141, 241, 341) mit einem vordefinierten Schwellwert (510) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, umfassend: – Bereitstellen eines Signals, welches bei Überschreiten des Schwellwertes (510) indikativ dafür ist, dass der erste mechanische Schalter (141, 241, 341) geöffnet ist und/oder welches bei Unterschreiten des Schwellwertes (510) indikativ dafür ist, dass der erste mechanische Schalter (141, 241, 341) geschlossen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, umfassend: – Alternierendes Zuschalten des ersten zuschaltbaren Widerstands (223, 323) und eines zweiten zuschaltbaren Widerstands (224, 324) der Isolationsüberwachungseinheit (120, 220, 320).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, umfassend: – Messen eines Spannungsverlaufs an einem zweiten mechanischen Schalter, mittels welchem der Hochvolt-Energiespeicher (110, 210, 310) mit der Last (150; 250; 350) gekoppelt werden kann, wobei ein Spannungsabfall an dem zweiten mechanischen Schalter (142, 242, 342) über einen zeitlichen Verlauf gemessen wird.