DE102017214408A1 - Vorrichtung zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes, Batteriemanagementsystem, Automobil, portable Messeinheit und Verfahren zur Isolationswiderstandsbestimmung. - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes, Batteriemanagementsystem, Automobil, portable Messeinheit und Verfahren zur Isolationswiderstandsbestimmung. Download PDF

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Abstract

Vorrichtung (2) zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes (R, R) umfassend:- eine erste Reihenschaltung (6a) mit einem ersten Vorwiderstand (R) und einem ersten Leckerkennungsschalter (S), wobei die erste Reihenschaltung (6a) eingerichtet ist, einen ersten Verbindungsknoten (16a) zwischen der ersten Reihenschaltung (6a) und einem ersten elektrischen Leiter (15a) mit einer Erde (4) zu verbinden; und- eine zweite Reihenschaltung (6b) mit einem zweiten Vorwiderstand (R) und einem zweiten Leckerkennungsschalter (S), wobei die zweite Reihenschaltung (6b) eingerichtet ist, einen zweiten Verbindungsknoten (16b) zwischen der zweiten Reihenschaltung (6b) und einem zweiten elektrischen Leiter (15b) mit der Erde (4) zu verbinden; dadurch gekennzeichnet, dassdie erste und die zweite Reihenschaltung (6a, 6b) einen gemeinsamen Verbindungsknoten (17) mit einem gemeinsamen Messwiderstand (R) aufweisen, über den sie mit der Erde (4) verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes, ein Batteriemanagementsystem, ein Automobil, eine portable Messeinheit und ein Verfahren zur Isolationswiderstandsbestimmung.
  • Isolationswiderstandsmessungen müssen bei Neuanlagen, Umbauten, Änderungen, Reparaturen, Elektrofahrzeugen für den Straßenverkehr und in Störungsfällen durchgeführt werden. Bei zu geringen Isolationswiderständen in Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen, die bei der Hauptuntersuchung gemessen werden, droht der Verlust der allgemeinen Betriebserlaubnis und somit des Versicherungsschutzes. Weiterhin stellen zu geringe Isolationswiderstände immense Sicherheitsrisiken dar. Dementsprechend werden hohe Anforderungen an Isolationswiderstandsmesssysteme gestellt.
  • Generell sind wechselspannungsbasierte Methoden zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes bekannt. Jedoch können bei diesen Methoden die Isolationswiderstände eines negativen und eines positiven Pols einer Spannungsquelle nicht voneinander unterschieden werden.
  • DE 10 2008 047 398 A1 offenbart die Bestimmung eines Isolationswiderstandes einer Traktionsbatterie mittels einer Parallelanordnung zweier Reihenschaltungen, welche je einen Schalter, einen Vorwiderstand und einen Messwiderstand enthalten. Darüber hinaus sind Isolationswächter mit Sternpunktschaltung bekannt. Insgesamt haben diese Lösungen jedoch den Nachteil gemein, dass sie teuer und platzaufwändig sind. Zudem sind derartige Anordnungen aufgrund ihrer Komplexität fehleranfälliger.
  • DE 103 04 234 A1 offenbart eine Reihenschaltung von zwei Vorwiderständen und zwei Messwiderständen, welche mit der Bordnetzmasse verbunden ist, für die Bestimmung von Isolationswiderständen einer Traktionsbatterie. Hierbei kann an beiden Messwiderständen die daran abfallende Spannung zur Berechnung der Isolationswiderstände bestimmt werden. Die Reihenschaltung ist an mehreren Verbindungsknoten mit einer Messeinheit verbunden. Hierbei fließt jedoch ein Ruhestrom durch die Reihenschaltung, welcher die Energieeffizienz verringert. Weiterhin sind zwei Messwiderstände nötig, was die Kosten dieser Schaltung erhöht. Zudem erhöht sich der Messfehler durch die Reihenanordnung der beiden Messwiderstände. Zudem ist eine aufwändig verschaltete Messeinheit notwendig.
  • Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, welche eine vereinfachte, kostengünstigere und weniger fehlerbehaftete Bestimmung eines Isolationswiderstandes ermöglicht. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Batteriemanagementsystem, ein Automobil, eine portable Messeinheit und ein Verfahren zur Messung eines Isolationswiderstandes anzugeben, durch welche die genannten Vorteile ebenfalls realisiert werden können.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes. Unter dem Begriff „Isolationswiderstand“ wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Widerstand zwischen einem elektrischen Leiter und der Erde (o.a. Masse, chassis ground (GND)) verstanden. Der jeweilige Isolationswiderstand stellt kein elektrisches Bauteil sondern einen festzustellenden Isolationsfehler dar. Da es keinen idealen Isolator gibt, weist jede Isolierung auch einen ohmschen Widerstand auf, dessen Wert zwar sehr hoch sein kann, aber trotzdem immer endlich ist. Der Isolationswiderstand kann beispielsweise, je nach Isolationsgüte des elektrischen Leiters, in einem Bereich zwischen 1 Ω bis 5000 MΩ liegen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine erste Reihenschaltung mit einem ersten Vorwiderstand und einem ersten Leckerkennungsschalter, wobei die erste Reihenschaltung eingerichtet ist, einen ersten Verbindungsknoten zwischen der ersten Reihenschaltung und einem ersten elektrischen Leiter mit einer Erde zu verbinden. Die Erde kann beispielsweise das Massepotential eines Bordnetzes eines Fahrzeugs sein. Der erste Leckerkennungsschalter hat die Aufgabe, die erste Reihenschaltung zu schließen. Als Leckerkennungsschalter kommen beispielsweise ein Relais und/oder ein Schütz und/oder ein Feldeffekttransistor (FET) und/oder ein Opto-MOS infrage. Wenn z.B. der erste Leckerkennungsschalter geöffnet ist, fließt kein elektrischer Strom durch die erste Reihenschaltung. Somit kann das Problem eines Ruhestroms in der erfindungsgemäßen Vorrichtung umgangen werden. Dies hat den Vorteil, dass der Energieverbrauch und somit die Kosten und die Komplexität der Vorrichtung reduziert werden. Als erster elektrischer Leiter kommt beispielsweise der Pluspol eines Traktionsbordnetzes infrage.
  • Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine zweite Reihenschaltung mit einem zweiten Vorwiderstand und einem zweiten Leckerkennungsschalter, wobei die zweite Reihenschaltung eingerichtet ist, einen zweiten Verbindungsknoten zwischen der zweiten Reihenschaltung und einem zweiten elektrischen Leiter mit der Erde zu verbinden. Durch die ersten und zweiten Reihenschaltungen sind (wenn ein jeweiliger Leckerkennungsschalter geschlossen ist) die elektrischen Leiter und die Erde nicht mehr galvanisch voneinander getrennt. Es wird sozusagen ein künstlicher Isolationsfehler erzeugt. Die ersten und zweiten Vorwiderstände können daher entsprechend hochohmig sein und weisen beispielsweise 0,1 bis 100 MΩ, bevorzugt 1 bis 50 MΩ, besonders bevorzugt 1 bis 10 MΩ auf.
  • Die zweite Reihenschaltung ist analog zur ersten Reihenschaltung ausgestaltet. Hierbei weisen die erste und die zweite Reihenschaltung einen gemeinsamen Verbindungsknoten mit einem ersten Anschluss eines gemeinsamen Messwiderstandes auf, über den sie mit der Erde verbunden sind. Diese Anordnung kann auch als „Y-Anordnung“ in Anlehnung an die Darstellung der beiden Reihenschaltungen und des gemeinsamen Messwiderstandes in einem Schaltbild bezeichnet werden. Diese Anordnung ist im Gegensatz zu den bekannten Lösungen raumeffizient. Somit können Kosten hinsichtlich der Bauteile und des Raumbedarfs der Schaltung gespart werden. Weiterhin können durch die Einfachheit der erfindungsgemäßen „Y-Anordnung“ die Komplexität der Schaltung und somit auch die Störungsanfälligkeit bzw. die Ausfallwahrscheinlichkeit und das Auftreten von Messfehlern bei der Bestimmung der Isolationswiderstände verringert werden. Zudem sind weniger Anschlüsse an einer möglichen Auswerteeinheit nötig. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise nur eine einzige Auswerteeinheit vorgesehen sein.
  • An dem gemeinsamen Messwiderstand kann beispielsweise eine an diesem abfallende Messspannung bezüglich des ersten elektrischen Leiters abgegriffen werden. Dies ist beispielsweise durch ein Spannungsmessgerät, das sich insbesondere in einer Auswerteeinheit befinden kann, möglich. Wenn beispielsweise die Messspannung am gemeinsamen Messwiderstand abgegriffen wird, ist der erste Leckerkennungsschalter geschlossen und der zweite Leckerkennungsschalter geöffnet. Umgekehrt verhält es sich beispielsweise bei der Bestimmung der Messspannung und des zweiten Isolationswiderstandes. Die jeweilige Messspannung kann zur Bestimmung eines ersten und/oder zweiten Isolationswiderstandes herangezogen werden.
  • Somit ist die erfindungsgemäße Vorrichtung kostengünstiger, weniger anfällig gegenüber Störungen und Messfehlern sowie platzsparend und energieeffizienter. Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes bei sämtlichen bekannten Hochvoltkomponenten, insbesondere bei elektrischen Industrieanlagen, bei Hochvoltbatterien oder bei Hochspannungsleitungen, verwendet werden. Zum Beispiel können die Isolationswiderstände eines Traktionsbordnetzes, insbesondere einer Hochvoltbatterie, eines Fortbewegungsmittels mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach bestimmt werden. Als Fortbewegungsmittel im Sinne der Vorrichtung kommen zum Beispiel Automobile, insbesondere PKW und/oder LKW, Flugzeuge, Schiffe und/oder Motorräder infrage.
  • Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen zum Inhalt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt der erste elektrische Leiter auf dem Potential des positiven Pols eines Traktionsbordnetzes, insbesondere einer Hochvoltbatterie. Somit kann durch das Schließen eines ersten Leckerkennungsschalters auf einfache Art und Weise der Isolationswiderstand zwischen einem Pluspol eines Traktionsbordnetzes und einem elektrischen Massepotential bestimmt werden. Da der zweite elektrische Leiter auf dem Potential des negativen Pols des Traktionsbordnetzes, insbesondere der Hochvoltbatterie liegen kann, ist durch den ersten bzw. zweiten Leckerkennungsschalter ein bedarfsgerechtes Umschalten zwischen den positiven und negativen Polen möglich, wenn beide Isolationswiderstände zum Beispiel nacheinander bestimmt werden müssen. Das Umschalten kann beispielsweise durch eine Auswerte- und/oder eine Umschalteinheit erfolgen. Durch die erfindungsgemäße Anordnung ist eine platz- und materialsparende Bauweise und zudem eine zuverlässige und störungsfreie Ermittlung des ersten und/oder des zweiten Isolationswiderstandes ermöglicht.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die erste Reihenschaltung eingerichtet, einen positiven Leiter einer Spannungsquelle mit der Erde zu verbinden. Somit kann durch das Schließen des ersten Leckerkennungsschalters (während der zweite geöffnet ist) selektiv der erste Isolationswiderstand des positiven Leiters gegenüber der Erde unabhängig von der Konnektivität der zweiten Reihenschaltung bestimmt werden. Hierbei kann die zweite Reihenschaltung entweder an dem negativen Leiter derselben Spannungsquelle oder an einem elektrischen Leiter einer gänzlich anderen Spannungsquelle in einem aufwändig konzipierten elektrischen Netz sein. Bevorzugt kann ein derartiges Netz ein Traktionsbordnetz eines Fortbewegungsmittels sein.
  • In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst der erste und/oder der zweite Leckerkennungsschalter ein Relais und/oder ein Schütz und/oder ein FET und/oder ein Opto-MOS. Somit können die Leckerkennungsschalter einfach angesteuert werden und je nach Schaltungskonzeption, z.B. bezüglich hoher Stromstärken ist ein Schütz vorteilhaft, eine zuverlässige Unterbrechung des Ruhestroms darstellen und bei Bedarf eine zuverlässige Bestimmung des ersten und/oder zweiten Isolationswiderstandes ermöglichen.
  • Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung innerhalb einer vorteilhaften Weiterbildung ein am Messwiderstand angeordnetes Spannungsmessgerät aufweisen. Bevorzugt weist das Spannungsmessgerät einen Analog-Digital-Wandler auf, durch welchen die gemessene Spannung für eine weitere beliebige digitale Auswertung bereitgestellt wird. Da lediglich der gemeinsame Messwiderstand mit dem Spannungsmessgerät verbunden ist, können weitere Bauteile, wie etwa Kupferdrähte, gespart werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Auswerteeinheit verbunden. Die Auswerteeinheit kann insbesondere einen elektrischen Regler und/oder eine digitale Anzeige und/oder einen Mikrocontroller und/oder eine elektronische Kontrolleinheit und/oder eine Sicherungseinheit, beispielsweise zur Ausgabe eines Warnsignals bei zu niedrigen Isolationswiderständen, und/oder einen Prozessor umfassen. Weiterhin ist die Auswerteeinheit eingerichtet, den ersten und/oder den zweiten Leckerkennungsschalter zu kontrollieren und/oder die Messspannung mithilfe des Spannungsmessgeräts am Messwiderstand zu messen. Die Auswerteeinheit kann bevorzugt auch Teil einer anderen elektrischen Schaltung sein. Somit besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen hohen Grad an Variabilität hinsichtlich einer Auswerteeinheit zur Bestimmung des Isolationswiderstandes. Weiterhin kann über eine externe Vorrichtung der erste und/oder der zweite Isolationswiderstand über die Auswerteeinheit ausgelesen werden. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise mit einer On-Board-Diagnoseeinheit eines Fortbewegungsmittels verbunden sein. Dabei kann die Auswerteeinheit beispielsweise einen zeitlichen Verlauf eines Isolationswiderstandes und/oder eine Fehlermeldung an eine On-Board-Diagnoseeinheit weitergeben. Weiterhin kann die Auswerteeinheit bei einem Sicherheitsrisiko, das zum Beispiel für einen Endbenutzer vorhanden ist, die Stromverbindung nach einem vordefinierten Zeitraum unterbrechen und/oder die Unterbrechung dem Endnutzer ankündigen und/oder lediglich eine Fehlermeldung an den Endnutzer ausgeben.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit eingerichtet, den ersten und/oder zweiten Isolationswiderstand nach einem der folgenden Formeln (a) oder (b) zu berechnen: ( a )   R P = U B ⋅ R M U M − ( R 1 + R M )  oder  ( b )   R N = U B ⋅ R M U M − ( R 2 + R M )
    Figure DE102017214408A1_0001
    wobei
    • R1 der erste Vorwiderstand;
    • R2 der zweite Vorwiderstand;
    • RP ein erster Isolationswiderstand;
    • RN ein zweiter Isolationswiderstand;
    • RM der gemeinsame Messwiderstand;
    • UB die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungsknoten;
    • und UM eine über RM abfallende Spannung ist.
  • Hierbei sind R1 , R2 , RM und UB durch die Bauteile der elektrischen Schaltung für sich vordefiniert. Die am gemeinsamen Widerstand RM (z.B. RM<10kΩ; UM<5V) abfallende Spannung UM kann insbesondere mit einem Messgerät, das einen Analog-Digital-Wandler aufweist, der in der Auswerteeinheit integriert ist, gemessen werden. Durch den Analog-Digital-Wandler wird diese Messung digitalisiert und die Auswerteeinheit kann beispielsweise einfach den ersten und/oder den zweiten Isolationswiderstand, je nach geschlossenem Leckerkennungsschalter berechnen.
  • Die folgenden erfindungsgemäßen Aspekte umfassen die vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie die generellen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die jeweils damit verbundenen technischen Effekte gleichsam.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Batteriemanagementsystem umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt. Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können Kostenoptimierungen eines Batteriemanagementsystems vorgenommen werden.
  • Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein
    Automobil umfassend eine Hochvoltbatterie mit einer integrierten Vorrichtung zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung und/oder einem Batteriemanagementsystem gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Durch die Einfachheit, den geringen Platzbedarf und die geringeren Kosten kann so ein der Sicherheit dienendes Bestimmungssystem für Isolationswiderstände in einer einem Hochvoltbordnetz und/oder einer Hochvoltbatterie für ein Automobil bereitgestellt werden.
  • Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine portable Messeinheit zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes umfassend die erfindungsgemäße Vorrichtung. Hieraus resultieren die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt für die Isolationswiderstandsbestimmung von vielen unterschiedlichen elektrischen Leitern unterschiedlicher Schaltungen auf eine schnelle und effiziente Art und Weise. Hierbei sind beispielsweise die erste und/oder die zweite Reihenschaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingerichtet, über Klemmen oder über andere lösbare und leitfähige Befestigungsvorrichtungen mit den elektrischen Leitern an einem ersten/und oder zweiten Verbindungsknoten verbunden zu werden. Beispielsweise kann eine portable Messeinheit ein Handgerät, beispielsweise ein Isolationsmessgerät und/oder ein Multimeter, umfassend die erfindungsgemäße Vorrichtung, zur Überprüfung von elektronischen Anlagen und/oder Maschinen aufweisen.
  • Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Isolationswiderstandsmessung mittels einer Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt.
  • Das Verfahren umfasst das Schließen eines ersten Leckerkennungsschalters und das Öffnen eines zweiten Leckerkennungsschalters, wenn ein erster Isolationswiderstand über eine erste Reihenschaltung bestimmt werden soll. Für die Bestimmung eines zweiten Isolationswiderstandes über eine zweite Reihenschaltung wird der erste Leckerkennungsschalter geöffnet und der zweite Leckerkennungsschalter geschlossen. Anschließend erfolgt, je nach Leckerkennungsschalteranordnung, ein Messen einer über einen gemeinsamen Messwiderstand RM abfallenden Spannung UM . Daraus erfolgt, beispielsweise über eine Auswerteeinheit, ein Bestimmen eines ersten bzw. eines zweiten Isolationswiderstandes RP bzw. RN über die Formel (a) bzw. (b).
  • Figurenliste
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
    • 1 ein Fortbewegungsmittel mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Traktionsbordnetz;
    • 2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung des Isolationswiderstandes; und
    • 3 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt ein Fortbewegungsmittel 1 in Form eines Automobils in welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes RP , RN mit einem Traktionsbordnetz 3 in Form einer Hochvoltbatterie 10 (in 2 gezeigt), des Fortbewegungsmittels 1 verbunden ist. Hierbei ist die erste Reihenschaltung 6a mit dem positiven Pol (nicht gezeigt) eines Traktionsbordnetzes 3 verbunden. Weiterhin ist die zweite Reihenschaltung 6b mit dem negativen Pol (nicht gezeigt) des Traktionsbordnetzes 3 verbunden. Die beiden Reihenschaltungen 6a, 6b sind über den gemeinsamen Widerstand RM mit der Erde 4 verbunden. Weiterhin ist die Vorrichtung 2 zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes RP , RN mit einer Auswerteeinheit 7 verbunden, welche insbesondere ein Spannungsmessgerät (nicht gezeigt) enthält, welches eingerichtet ist, eine Spannung am gemeinsamen Widerstand RM zu messen. Die Auswerteeinheit 7 ist weiterhin mit einem Speicher 5 und einem On-Board-Diagnose-Gerät 8 verbunden. Der Speicher 5 und/oder das On-Board-Diagnosegerät können dazu dienen, ein Messprotokoll eines Isolationswiderstandes RP , RN aufzuzeichnen und/oder Fehlermeldungen bei beispielsweise zu hohen Isolationswiderständen RP , RN zu protokollieren.
  • 2 zeigt ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes RP , RN . Die erste Reihenschaltung 6a umfasst einen ersten Leckerkennungsschalter S1 und einen ersten Vorwiderstand R1 , während die zweite Reihenschaltung 6b einen zweiten Leckerkennungsschalter S2 und einen zweiten Vorwiderstand R2 umfasst. Die erste Reihenschaltung 6a ist mit dem Potential eines Pluspols 15a einer Hochvoltbatterie 10 über einen ersten Verbindungsknoten 16a und die zweite Reihenschaltung 6b mit dem Potential eines Minuspols 15b der Hochvoltbatterie 10 über einen zweiten Verbindungsknoten 16b verbunden mit der Erde 4 verbunden. Beide Reihenschaltungen 6a, 6b sind über einen gemeinsamen Widerstand RM an einem gemeinsamen Verbindungsknoten 17 mit der Erde 4 verbunden. Diese Anordnung wird auch als „Y-Anordnung“ bezeichnet. An diesem Widerstand RM kann die daran abfallende Spannung UM mittels eines Spannungsmessgerätes 14 gemessen werden. In Abhängigkeit davon, ob der erste Leckerkennungsschalter S1 bzw. der zweite Leckerkennungsschalter S2 geöffnet oder geschlossen ist, kann aus der Spannung UM über eine Auswerteeinheit 7 aus der gemessenen Spannung UM gemäß Formel (a) oder (b) der erste Isolationswiderstand zwischen dem Pluspol RP oder der zweite Isolationswiderstand zwischen dem Minuspols RN und der Erde 4 bestimmt werden. Die gemessene Spannung kann über einen Analog-Digital-Wandler (nicht gezeigt) im Spannungsmessgerät 14 an eine Auswerteinheit 7 weitergegeben werden. Vereinfacht ausgedrückt muss der erste Leckerkennungsschalter S1 geschlossen und der zweite Leckerkennungsschalter S2 geöffnet sein, um eine Bestimmung des ersten Isolationswiderstandes RP zu ermöglichen. Im umgekehrten Schaltzustand der Leckerkennungsschalter S1 , S2 kann der zweite Isolationswiderstand RN bestimmt werden. Hierbei sei nochmals darauf hingewiesen, dass es sich bei RP und RN nicht um reale Bauteile handelt (analog zum Innenwiderstand). Diese fiktiven „Bauteile“ sind lediglich für ein vereinfachtes Verständnis eingezeichnet.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens. Der erste Schritt 100 des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt davon ab, welcher Isolationswiderstand RP , RN bestimmt werden soll. Zur Bestimmung des ersten Isolationswiderstands RP erfolgt ein Schließen 100a des ersten Leckerkennungsschalters S1 und ein Öffnen des zweiten Leckerkennungsschalters S2 . Alternativ erfolgt zur Bestimmung des zweiten Isolationswiderstandes RN ein Schließen 100b des zweiten Leckerkennungsschalters S2 und ein Öffnen des ersten Leckerkennungsschalters S1 . In einem zweiten Schritt 200 erfolgt das Messen einer über einem gemeinsamen Messwiderstand RM abfallenden Spannung UM bezüglich der geschlossenen ersten oder zweiten Reihenschaltung. Der dritte Schritt 300 hängt erneut von der Stellung des ersten und zweiten Leckerkennungsschalters S1 , S2 ab. In einem dritten Schritt 300a erfolgt ein Bestimmen des ersten Isolationswiderstandes RP gemäß Formel (a), wenn der erste Leckerkennungsschalter S1 geschlossen wurde und der zweite Leckerkennungsschalter S2 im ersten Schritt 100a geöffnet wurde. In einem alternativen dritten Schritt 300b erfolgt ein Bestimmen des ersten Isolationswiderstandes RN gemäß Formel (b), wenn der erste Leckerkennungsschalter S1 geöffnet und der zweite Leckerkennungsschalter S2 im ersten Schritt 100b geschlossen wurde.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fortbewegungsmittel
    2
    Vorrichtung zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes
    3
    Traktionsbordnetz
    4
    Erde/Fahrzeug-Masse
    5
    Speicher
    6a
    erste Reihenschaltung
    6b
    zweite Reihenschaltung
    7
    Auswerteeinheit
    8
    On-Board-Diagnose-Gerät
    10
    Hochvoltbatterie
    14
    Spannungsmessgerät
    17
    gemeinsamer Verbindungsknoten
    15a
    erster elektrischer Leiter
    15b
    zweiter elektrischer Leiter
    16a
    erster Verbindungsknoten
    16b
    zweiter Verbindungsknoten
    100a-300b
    Verfahrensschritte
    R1
    erster Vorwiderstand
    R2
    zweiter Vorwiderstand
    RM
    gemeinsamer Messwiderstand
    RN
    zweiter Isolationswiderstand
    RP
    erster Isolationswiderstand
    S1
    erster Leckerkennungsschalter
    S2
    zweiter Leckerkennungsschalter
    UB
    Spannung zwischen dem ersten und zweiten Verbindungsknoten
    UM
    Spannung, die über RM abfällt (Messspannung)
    (a),(b)
    Formel zur Berechnung eines Isolationswiderstandes
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008047398 A1 [0004]
    • DE 10304234 A1 [0005]

Claims (12)

  1. Vorrichtung (2) zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes (RN, RP) umfassend: - eine erste Reihenschaltung (6a) mit einem ersten Vorwiderstand (R1) und einem ersten Leckerkennungsschalter (S1), wobei die erste Reihenschaltung (6a) eingerichtet ist, einen ersten Verbindungsknoten (16a) zwischen der ersten Reihenschaltung (6a) und einem ersten elektrischen Leiter (15a) mit einer Erde (4) zu verbinden; und - eine zweite Reihenschaltung (6b) mit einem zweiten Vorwiderstand (R2) und einem zweiten Leckerkennungsschalter (S2), wobei die zweite Reihenschaltung (6b) eingerichtet ist, einen zweiten Verbindungsknoten (16b) zwischen der zweiten Reihenschaltung (6b) und einem zweiten elektrischen Leiter (15b) mit der Erde (4) zu verbinden; dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Reihenschaltung (6a, 6b) einen gemeinsamen Verbindungsknoten (17) mit einem gemeinsamen Messwiderstand (RM) aufweisen, über den sie mit der Erde (4) verbunden sind.
  2. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei der erste elektrische Leiter (15a) der positive Pol eines Traktionsbordnetzes (3), insbesondere einer Hochvoltbatterie (10), ist und/oder der zweite elektrische Leiter (15b) der negative Pol eines Traktionsbordnetzes (3), insbesondere der Hochvoltbatterie (10), ist.
  3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Reihenschaltung (6a) eingerichtet ist, ein Potential eines positiven Pols einer Spannungsquelle mit dem Potential der Erde (4) zu verbinden und/oder die zweite Reihenschaltung (6b) eingerichtet ist, ein Potential eines negativen Pols der Spannungsquelle mit dem Potential der Erde (4) zu verbinden oder elektrische Leiter (15a, 15b) unterschiedlicher Spannungsquellen mit der Erde (4) zu verbinden.
  4. Vorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder der zweite Leckerkennungsschalter (S1, S2) ein Relais und/oder ein Schütz und/oder ein FET und/oder ein Opto-MOS umfasst bzw. umfassen.
  5. Vorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche ferner umfassend ein Spannungsmessgerät (14), das insbesondere eingerichtet ist, eine Messspannung (UM) am gemeinsamen Messwiderstand (RM) zu messen, wobei das Spannungsmessgerät (14) insbesondere einen Analog-Digital-Wandler aufweist.
  6. Vorrichtung (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (2) mit einer Auswerteeinheit (7) verbunden ist, die eingerichtet ist, den ersten und/oder den zweiten Leckerkennungsschalter (S1, S2) zu steuern, insbesondere jeweils ausschließlich zu schließen, und/oder die Messspannung (UM) mithilfe des Spannungsmessgeräts (7) am Messwiderstand (RM) zu messen.
  7. Vorrichtung (2) nach Anspruch 6, wobei die Auswerteeinheit (7) eingerichtet ist, den ersten und/oder den zweiten Isolationswiderstand (RN, RP) nach einer der folgenden Formeln (a) oder (b) zu berechnen: ( a )   R P = U B ⋅ R M U M − ( R 1 + R M )  oder  ( b )   R N = U B ⋅ R M U M − ( R 2 + R M )
    Figure DE102017214408A1_0002
    wobei R1 der erste Vorwiderstand, R2 der zweite Vorwiderstand, RP der erste Isolationswiderstand; RN der zweite Isolationswiderstand; RM der gemeinsame Messwiderstand; UB die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungskoten (16a, 16b) und UM eine über RM abfallende Spannung ist.
  8. Batteriemanagementsystem umfassend eine Vorrichtung (2) zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes (RN, RP) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Automobil umfassend eine Hochvoltbatterie (10) mit einer integrierten Vorrichtung (2) zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes (RN, RP) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder ein Batteriemanagementsystem nach Anspruch 8.
  10. Portable Messeinheit umfassend eine Vorrichtung (2) zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes (RN, RP) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  11. Verfahren zur Isolationswiderstandsbestimmung mittels einer Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfassend: - Schließen (100a) des ersten Leckerkennungsschalters (S1) und Öffnen des zweiten Leckerkennungsschalters (S2); - Messen (200) einer über einem gemeinsamen Messwiderstand (RM) abfallenden Spannung (UM); und - Bestimmen (300a) eines ersten Isolationswiderstandes (RP) über Formel (a): R P = U B ⋅ R M U M − ( R 1 + R M ) ,
    Figure DE102017214408A1_0003
    wobei R1 der erste Vorwiderstand, RP der erste Isolationswiderstand; RM der gemeinsame Messwiderstand; UB die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungskoten (16a, 16b) und UM eine über RM abfallende Spannung ist.
  12. Verfahren zur Isolationswiderstandsbestimmung mittels einer Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfassend: - Schließen (100b) des zweiten Leckerkennungsschalters (S2) und Öffnen des ersten Leckerkennungsschalters (S1); - Messen (200) einer über einem gemeinsamen Messwiderstand (RM) abfallenden Spannung (UM); und - Bestimmen (300b) eines zweiten Isolationswiderstandes (RN) über Formel (b): R N = U B ⋅ R M U M − ( R 2 + R M )
    Figure DE102017214408A1_0004
    wobei R2 der zweite Vorwiderstand, RN der zweite Isolationswiderstand; RM der gemeinsame Messwiderstand; UB die Spannung zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungskoten (16a, 16b) und UM eine über RM abfallende Spannung ist.
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