DE102019214532A1 - Method for determining an insulation resistance - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes zwischen einem aktiven Leiter und einer Erdung einer Hochspannungs-Schaltung.The invention relates to a method for determining an insulation resistance between an active conductor and a ground of a high-voltage circuit.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes zwischen einem aktiven Leiter und einer Erdung einer Hochspannungs-Schaltung.The invention relates to a method for determining an insulation resistance between an active conductor and a ground of a high-voltage circuit.
Derartige Verfahren kommt beispielsweise im Bereich von Elektrofahrzeugen zum Einsatz, wenn es darum geht Hochvoltbatterien, elektrifizierte Antriebsachsen oder Hybrid-Getriebe im Hinblick auf deren Isolationsfähigkeit zu testen. Bei den Testverfahren sind zu nennen, die Isolationsmessung, die Isolationsüberwachung und die Hochspannungsprüfung. Vorliegend steht die Isolationsmessung im Betrachtungsmittelpunkt, bei der eine Messung des Isolationswiderstandes zwischen einem aktiven Leiter und der Erdung erfolgt und zwar mit oder ohne angeschlossene Betriebsmittel. Eine Isolationsmessung ist eine Messung des Isolationswiderstandes, um eine qualitative Aussage über die Sicherheit und die Fehlerfreiheit der Isolation treffen zu können. Eine solche Prüfung des Isolationswiderstandes kann als Typ- oder Stückprüfung und als Erst- und Wiederholungsprüfung durchgeführt werden. Die Messung an sich stellt nur eine Momentaufnahme dar und hat eine Messzeit von bis zu einer Minute. So sind beispielsweise für einfache Kabelprüfungen Messzeiten von ca. 10s und bei der Prüfung einer Batterie von ca. 60s üblich. Der Ablauf der Messung startet mit der Kontaktierung des Prüflings und dem Aufbauen einer Spannung zwischen etwa 500V bis 1000V, je nach Anwendungsfall. Nach durchgeführter Messung erfolgt eine Entladung über beispielsweise einen 8MOhm Widerstand oder eine Entladeplatine.Such methods are used, for example, in the field of electric vehicles when it comes to testing high-voltage batteries, electrified drive axles or hybrid transmissions with regard to their insulation properties. The test procedures include insulation measurement, insulation monitoring and high-voltage testing. The focus here is on the insulation measurement, in which the insulation resistance is measured between an active conductor and the earth, with or without connected equipment. An insulation measurement is a measurement of the insulation resistance in order to be able to make a qualitative statement about the safety and freedom from defects of the insulation. Such a test of the insulation resistance can be carried out as a type or routine test and as an initial and repeat test. The measurement itself is only a snapshot and has a measurement time of up to one minute. For example, measurement times of approx. 10s are usual for simple cable tests and approx. 60s for testing a battery. The measurement process starts with the contacting of the test object and the build-up of a voltage between approx. 500V to 1000V, depending on the application. After the measurement has been carried out, a discharge takes place via, for example, an 8MOhm resistor or a discharge board.
Entscheidend bei der Messung des Isolationswiderstandes ist der Umstand, dass eine endgültige Aussage über die Höhe des Widerstandswertes erst zu einem bestimmten Zeitpunkt nach Messbeginn getroffen werden kann, da unmittelbar nach Messbeginn Stromanteile wirksam werden, die im Zeitverlauf abklingen und die nicht zur Bestimmung des Isolationswiderstandes herangezogen werden. Folglich gilt es immer eine gewisse Zeitspanne nach Beginn der Messung zu warten, bis die irrelevanten Stromanteile abgeklungen sind und lediglich ein reiner und in seinem Verlauf konstanter Isolationsleckagestrom zu messen ist. Diese Notwendigkeit warten zu müssen, bis der irrelevante Stromanteil nach Messbeginn abgeklungen ist, erscheint tolerierbar, wenn es sich um einzelne Messungen handelt, beispielsweise im Rahmen der Prototypenherstellung oder bei Kleinserien. Im Zuge der aufkommenden Serienfertigung von größeren Stückzahlen im Bereich der Elektrofahrzeugfertigung bzw. deren Komponenten müssen diese Wartezeiten bei der Prüfung reduziert werden, zumal für ein gefertigtes Bauteil, beispielsweise eine elektrifizierte Achse, nicht lediglich eine Prüfung erforderlich sein kann, sondern zumeist mehrere im Verlauf der Fertigung. Es wäre demnach wünschenswert und folglich Aufgabe, wenn ein Verfahren zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes beispielsweise bei den genannten Bauteilen bereitgestellt werden kann, mit dem nicht ein so langer Messzeitraum abgewartet werden muss, bis die für den reinen Isolationsstrom irrelevanten Stromstromanteile abgeklungen sind.When measuring the insulation resistance, it is crucial that a final statement about the level of the resistance value can only be made at a certain point in time after the start of the measurement, since current components become effective immediately after the start of the measurement, which decay over time and which are not used to determine the insulation resistance will. Consequently, it is always necessary to wait a certain period of time after the start of the measurement until the irrelevant current components have subsided and only a pure and constant insulation leakage current can be measured. This need to wait until the irrelevant current component has subsided after the start of the measurement appears to be tolerable when it comes to individual measurements, for example in the context of prototype production or small series. In the course of the emerging series production of larger quantities in the field of electric vehicle production or its components, these waiting times during the test must be reduced, especially since not only one test may be required for a manufactured component, for example an electrified axle, but usually several in the course of the Production. It would therefore be desirable and consequently an object if a method for determining an insulation resistance can be provided, for example in the case of the components mentioned, with which one does not have to wait such a long measurement period until the current components irrelevant for the pure insulation current have decayed.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes zwischen einem aktiven Leiter und einer Erdung einer Hochspannungs-Schaltung, bei dem ein Approximationspolynom mit über einen Messzeitraum tM gewonnenen, einen Gesamtstrom Iges repräsentierende Messwerte gespeist wird und ein konstanter Isolationsleckagestrom Ikonst über das Approximationspolynom in einem über den Messzeitraum tM hinausgehenden Zeitraum tM1 ermittelt wird.The object is achieved by a method for determining an insulation resistance between an active conductor and a grounding of a high-voltage circuit, in which an approximation polynomial with measured values obtained over a measuring period t M and representing a total current I tot is fed and a constant insulation leakage current I const over the approximation polynomial is determined in a time period t M1 that extends beyond the measurement period t M.
Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass über einen, aus Sicht einer Serienfertigung akzeptablen Messzeitraum tM, eine Messung des Gesamtstroms Iges erfolgt und über das Approximationspolynom eine Berechnung erfolgt, wie hoch jeweils der Isolationsleckagestrom Ikonst ist. Da es sich bei dem Konstantstromanteil Ikonst um den interessierenden Isolationsleckagestrom handelt, der infolge einer nicht zu 100% ausgeführten Isolation fließt, wäre man folglich bereits unmittelbar nach Ablauf des Messzeitraum tM in der Lage eine Aussage über dessen Höhe zu treffen und damit eine Einordnung in i.O. oder n.i.O. für das Bauteil vorzunehmen. In praktischer Anwendung kann dies beispielsweise bedeuten, dass bei einer zu prüfenden Batterie für ein Elektrofahrzeug erst nach einem Zeitraum von etwa 60s der irrelevante Stromanteil soweit abgeklungen ist, dass eine Aussage über die Höhe des Isolationsleckagestroms Ikonst bzw. den Isolationsleckstrom möglich ist. Unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es nun möglich, den Messzeitraum tM auf beispielsweise 20s zu verkürzen und unmittelbar dann eine Aussage über die Höhe des Isolationsleckagestroms Ikonst zu treffen.The basic idea of the method according to the invention is that the total current I tot is measured over a measurement period t M that is acceptable from the point of view of series production, and the approximation polynomial is used to calculate how high the insulation leakage current I const is. Since the constant current component I const is the insulation leakage current of interest, which flows as a result of insulation that has not been carried out to 100%, one would be able to make a statement about its level immediately after the end of the measurement period t M and thus a classification to be carried out in OK or not OK for the component. In practical application, this can mean, for example, that in the case of a battery to be tested for an electric vehicle, the irrelevant current component has subsided to such an extent that it is only possible to make a statement about the level of the insulation leakage current I const or the insulation leakage current after a period of around 60s. Using the method according to the invention, it is now possible to shorten the measurement period t M to 20 s, for example, and then to make a statement about the level of the insulation leakage current I const immediately.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der Gesamtstrom Iges über eine erste als kapazitiver Strom bezeichnete Stromkomponente IC, eine zweite als Absorptionsstrom bezeichnete Stromkomponente IA und die dritte als Isolationsleckagestrom bezeichnete Stromkomponente Ikonst abgebildet wird, wobei
- ImaxC = der maximale kapazitive Strom zu Beginn des Messzeitraums tM,
- ImaxA = der maximale Absorptionsstrom zu Beginn des Messzeitraums tM,
- Ikonst= der konstante Isolationsleckagestrom, und
- τC , τA die jeweilige Abklingrate des kapazitiven Stroms und des Absorptionsstroms sind.
- I maxC = the maximum capacitive current at the beginning of the measurement period t M ,
- I maxA = the maximum absorption current at the beginning of the measurement period t M ,
- I const = the constant insulation leakage current, and
- τ C , τ A are the respective decay rate of the capacitive current and the absorption current.
Hierdurch lässt sich das Abklingverhalten des abklingenden Stromanteils noch besser ermitteln, da bei detaillierter Modellierung über ein Ersatzschaltbild es als zweckmäßig erscheint, den abklingenden Stromanteil über einen schneller abklingenden kapazitiven Strom und einen langsamer abklingenden Absorptionsstrom abzubilden.This allows the decaying behavior of the decaying current component to be determined even better, since with detailed modeling using an equivalent circuit it appears to be useful to map the decaying current component using a faster decaying capacitive current and a slower decaying absorption current.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Formel:
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass über das Approximationspolynom
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass über das Approximationspolynom
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Koeffizienten A, B und C sowie die Zeitkonstanten τA, τB, τC des Approximationspolynoms über ein deterministisches Modell zur Approximation der regressiven Exponentialfunktion bestimmt werden.An advantageous embodiment of the method provides that the coefficients A, B and C and the time constants τ A , τ B , τ C of the approximation polynomial are determined using a deterministic model for approximating the regressive exponential function.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass als deterministisches Modell zur Approximation eine modifizierte Prony-Analyse nach der Methode der kleinsten Quadrate zur Anwendung kommt.An advantageous embodiment of the method provides that a modified Prony analysis using the least squares method is used as the deterministic model for approximation.
Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen
-
1a) Darstellung der Verläufe der Stromanteile während der Isolationsmessung; -
1b) physikalisches Ersatzschaltbild und -
2 schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1a) Representation of the progression of the current components during the insulation measurement; -
1b) physical equivalent circuit diagram and -
2 schematic representation of the method according to the invention.
Die
Die
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DE102019214532.9A Withdrawn DE102019214532A1 (en) | 2019-09-24 | 2019-09-24 | Method for determining an insulation resistance |
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2019
- 2019-09-24 DE DE102019214532.9A patent/DE102019214532A1/en not_active Withdrawn
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