DE102019218502A1 - Method and test circuit for testing the insulation between a circuit and a vehicle body - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Testschaltung (10) zur Prüfung der Isolation zwischen einem Stromkreis (12) und einer Fahrzeugkarosserie (16). Die Testschaltung (10) hat einen ersten Eingang (20), der mit dem ersten Pol (14) kontaktiert ist, einen zweiten Eingang (22), der mit dem zweiten Pol (18) kontaktiert ist und einen dritten Eingang (24), der mit der Fahrzeugkarosserie (16) kontaktiert ist. Ein erster Messpfad (26) mit zumindest einem ersten Messwiderstand (R3) und einem ersten Spannungsabgriffspunkt (28) für eine erste Spannung (U1) verläuft zwischen dem ersten Eingang (20) und dem zweiten Eingang (22), ein zweiter Messpfad (32) mit einem zweiten Spannungsabgriffspunkt (34) für eine zweite Spannung (U2) verläuft zwischen dem zweiten Eingang (22) und dem dritten Eingang (24). Ein erster Umschalter (40) kann in geschlossenem Zustand eine Verbindung zwischen dem ersten Spannungsabgriffspunkt (28) und dem dritten Eingang (24) herstellen. Bei geöffnetem und geschlossenem ersten Umschalter (40) wird jeweils ein Wert für die erste und/oder die zweite Spannung (U1, U2) erfasst, und aus den erfassten Werten der ersten Spannung (U1) und/oder der zweiten Spannung (U2) der elektrische Widerstand des ersten und des zweiten Isolationswiderstandes (R1, R2) ermittelt. Nach dem Öffnen und dem Schließen des ersten Umschalters (40) wird jeweils der zeitliche Verlauf der ersten Spannung (U1) und/oder der zweiten Spannung (U2) erfasst und die Werte der ersten und/oder der zweiten Spannung (U1, U2) in Abhängigkeit von den zeitlichen Verläufen der ersten und/oder der zweiten Spannung (U2) ermittelt.The invention relates to a method and a test circuit (10) for testing the insulation between a circuit (12) and a vehicle body (16). The test circuit (10) has a first input (20) which is in contact with the first pole (14), a second input (22) which is in contact with the second pole (18) and a third input (24) which is in contact with the vehicle body (16). A first measuring path (26) with at least one first measuring resistor (R3) and a first voltage tap point (28) for a first voltage (U1) runs between the first input (20) and the second input (22), a second measuring path (32) with a second voltage tap point (34) for a second voltage (U2) runs between the second input (22) and the third input (24). A first changeover switch (40) can establish a connection between the first voltage tap point (28) and the third input (24) in the closed state. When the first changeover switch (40) is open and closed, a value is recorded for the first and / or the second voltage (U1, U2), and from the recorded values of the first voltage (U1) and / or the second voltage (U2) electrical resistance of the first and second insulation resistance (R1, R2) is determined. After the first changeover switch (40) has been opened and closed, the time profile of the first voltage (U1) and / or the second voltage (U2) is recorded and the values of the first and / or the second voltage (U1, U2) are recorded in Determined as a function of the time courses of the first and / or the second voltage (U2).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Testschaltung zur Prüfung der Isolation zwischen einem Stromkreis und einer Fahrzeugkarosserie, insbesondere zwischen einem Hochvolt-Stromkreis und einer Fahrzeugkarosserie.The invention relates to a method and a test circuit for testing the insulation between a circuit and a vehicle body, in particular between a high-voltage circuit and a vehicle body.
In Fahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen, kommen immer häufiger Stromkreise mit hohen Spannungen zum Einsatz. Aus Sicherheitsgründen müssen diese Hochvoltstromkreise im Fahrzeug elektrisch isoliert werden, also so abgeschirmt sein, dass Personen nicht mit dem Hochvoltstromkreis in Kontakt gelangen können bzw. das Fahrzeugteile, mit denen Personen in Kontakt gelangen können gegen den Hochvoltstromkreis isoliert sind. Diese Abschirmung muss über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs bei allen im Fahrzeugbetrieb auftretenden Belastungen, beispielsweise Vibrationen, Umwelteinflüssen oder Unfällen, gewährleistet sein.In vehicles, especially in electric vehicles, circuits with high voltages are used more and more frequently. For safety reasons, these high-voltage circuits in the vehicle must be electrically insulated, i.e. shielded in such a way that people cannot come into contact with the high-voltage circuit or that parts of the vehicle that people come into contact with are isolated from the high-voltage circuit. This shielding must be guaranteed over the entire service life of the vehicle for all loads that occur during vehicle operation, for example vibrations, environmental influences or accidents.
Diese Abschirmung muss permanent überprüft werden, um Fehler in der Abschirmung schnell erkennen und entsprechende Sicherheitsmaßnahmen durchführen zu können. Beispielsweise kann nach dem Detektieren einer fehlerhaften Abschirmung die Batterie vom Verbraucher und/oder einer Ladeeinheit getrennt werden oder ein optisches oder akustisches Warnsignal ausgegeben werden. Die Qualität der Abschirmung wird auch als Isolationswiderstand zwischen dem Hochvoltstromkreis und der Fahrzeugkarosserie bezeichnet, wobei der Isolationswiderstand möglichst hoch sein muss.This shielding must be constantly checked in order to quickly identify errors in the shielding and to be able to take appropriate safety measures. For example, after a defective shielding has been detected, the battery can be disconnected from the consumer and / or a charging unit or an optical or acoustic warning signal can be output. The quality of the shielding is also referred to as the insulation resistance between the high-voltage circuit and the vehicle body, with the insulation resistance having to be as high as possible.
Zur Prüfung der Abschirmung bzw. des Isolationswiderstandes kann beispielsweise mit einem passiven Messansatz erfolgen.A passive measurement approach can be used, for example, to test the shielding or the insulation resistance.
Bei einem passiven Meßansatz wird zwischen der Hochvoltseite und der Fahrzeugkarosserieseite eine hochohmige Testschaltung, also eine Testschaltung mit einem sehr hohen elektrischen Widerstand, geschaltet. Der elektrische Widerstand dieser Testschaltung ist so hoch, dass die über die Testschaltung an der Fahrzeugkarosserie anliegenden Ströme sicherheitstechnisch unbedenklich sind. Aus den Verhältnissen der elektrischen Widerstände der Testschaltung und der Isolationswiderstände können mittels Spannungsmessungen an bestimmten Messpunkten der Testschaltung die Isolationswiderstände berechnet werden.In the case of a passive measurement approach, a high-resistance test circuit, that is to say a test circuit with a very high electrical resistance, is connected between the high-voltage side and the vehicle body side. The electrical resistance of this test circuit is so high that the currents applied to the vehicle body via the test circuit are harmless in terms of safety. The insulation resistances can be calculated from the ratios of the electrical resistances of the test circuit and the insulation resistances by means of voltage measurements at certain measuring points of the test circuit.
Die Testschaltung kann üblicherweise zwischen zumindest zwei verschiedenen Widerstandszuständen gewechselt werden, wobei aus den unterschiedlichen Spannungsverteilungen in den beiden Zuständen die Isolationswiderstände zwischen der Fahrzeugkarosserie und den beiden Polen des Stromkreises bzw. der Batterie bestimmt werden können. Nach dem Wechseln zwischen den Widerstandszuständen kommt es aber zunächst zu Aufladevorgängen, da neben den Isolationswiderständen zwischen der Hochvoltseite und der Fahrzeugkarosserieseite auch elektrische Kapazitäten vorhanden sind, deren Größe unbekannt ist. Die Ladevorgänge dieser Kapazitäten müssen abgewartet werden, bevor eine zuverlässige Widerstandsmessung erfolgen kann. Die Einschwingvorgänge bzw. die Ladevorgänge benötigen aber Zeit, wodurch die Messung der Isolationswiderstände, also die Prüfung der Abschirmung, eine definierte Zeit benötigt.The test circuit can usually be switched between at least two different resistance states, with the insulation resistances between the vehicle body and the two poles of the circuit or the battery being able to be determined from the different voltage distributions in the two states. After switching between the resistance states, however, there are initially charging processes, since in addition to the insulation resistances between the high-voltage side and the vehicle body side, there are also electrical capacitances, the size of which is unknown. The charging processes of these capacities must be awaited before a reliable resistance measurement can take place. The transient processes or the charging processes, however, require time, which means that the measurement of the insulation resistance, i.e. the testing of the shielding, requires a defined time.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Testschaltung zur Prüfung der Isolation zwischen einem Stromkreis und einer Fahrzeugkarosserie, insbesondere zwischen einem Hochvolt-Stromkreis und einer Fahrzeugkarosserie, bereitzustellen, die eine schnellere Ermittlung der Isolationswiderstände und somit eine schnellere Prüfung der Abschirmung zwischen dem Hochvoltstromkreis und der Fahrzeugkarosserie ermöglichen. Des Weiteren soll die Testschaltung in der Lage sein, eine Selbstdiagnose durchzuführen.The object of the invention is to provide a method and a test circuit for testing the insulation between a circuit and a vehicle body, in particular between a high-voltage circuit and a vehicle body, which enable the insulation resistance to be determined more quickly and thus a faster test of the shielding between the high-voltage circuit and the vehicle body. Furthermore, the test circuit should be able to carry out a self-diagnosis.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Prüfung der Isolation zwischen einem Stromkreis und einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen, insbesondere zur Prüfung eines ersten Isolationswiderstandes zwischen einem ersten Pol einer Stromquelle und der Fahrzeugkarosserie und eines zweiten Isolationswiderstandes zwischen einem zweiten Pol der Fahrzeugkarosserie und der Fahrzeugkarosserie, mit einer Testschaltung, die einen ersten Eingang, der mit dem ersten Pol kontaktiert ist, einem zweiten Eingang, der mit dem zweiten Pol kontaktiert ist und einem dritten Eingang, der mit der Fahrzeugkarosserie kontaktiert ist, aufweist. Die Testschaltung weist einen ersten Messpfad zwischen dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang auf, mit einem ersten Messwiderstand und einem ersten Spannungsabgriffspunkt für eine erste Spannung sowie einen zweiten Messpfad zwischen dem zweiten Eingang und dem dritten Eingang aufweist, mit einem zweiten Spannungsabgriffspunkt für eine zweite Spannung. Des Weiteren weist die Testschaltung einen Umschalter auf, der in geschlossenem Zustand eine Verbindung zwischen dem ersten Spannungsabgriffspunkt und dem dritten Eingang herstellt. Es wird jeweils bei geöffnetem ersten Umschalter und geschlossenem erstem Umschalters ein Wert für die erste Spannung und ein Wert für die zweite Spannung erfasst, und aus den jeweils in den Schaltzuständen erfassten Werten der ersten Spannung und der zweiten Spannungen werden der erste und der zweite Isolationswiderstand ermittelt. Nach dem Öffnen und dem Schließen des ersten Umschalters werden der zeitliche Verlauf der ersten Spannung und der zeitliche Verlauf der zweiten Spannung erfasst und die Werte der ersten und der zweiten Spannung in Abhängigkeit von den zeitlichen Verläufen der ersten und der zweiten Spannung ermittelt.To solve the problem, a method for testing the insulation between a circuit and a vehicle body is provided, in particular for testing a first insulation resistance between a first pole of a power source and the vehicle body and a second insulation resistance between a second pole of the vehicle body and the vehicle body, with a Test circuit which has a first input that is contacted with the first pole, a second input that is contacted with the second pole and a third input that is contacted with the vehicle body. The test circuit has a first measuring path between the first input and the second input, with a first measuring resistor and a first voltage tap point for a first voltage and a second measuring path between the second input and the third input, with a second voltage tap point for a second voltage . Furthermore, the test circuit has a changeover switch which, in the closed state, establishes a connection between the first voltage tap point and the third input. With the first changeover switch open and the first changeover switch closed, a value for the first voltage and a value for the second voltage are recorded, and from the respective in the values of the first voltage and the second voltages recorded according to the switching states, the first and the second insulation resistance are determined. After opening and closing the first changeover switch, the time profile of the first voltage and the time profile of the second voltage are recorded and the values of the first and second voltage are determined as a function of the time profiles of the first and second voltage.
Bislang wird nach dem Öffnen und dem Schließen des ersten Umschalters ein definierter Zeitraum abgewartet, in dem unter Berücksichtigung aller möglichen negativen Umstände die Ladevorgänge innerhalb des Systems beendet sind. Dieser Zeitraum beträgt aber mehrere Sekunden. Das heißt, um sowohl bei geöffnetem wie auch bei geschlossenem ersten Umschalter eine Messung vornehmen zu können, war es bislang jeweils erforderlich, mehrere Sekunden abzuwarten, bis eine zuverlässige Messung erfolgen konnte.So far, after opening and closing the first switch, a defined period of time has been waited for, in which the charging processes within the system are ended, taking into account all possible negative circumstances. However, this period is several seconds. That is, in order to be able to carry out a measurement both with the first changeover switch open and with the first switch closed, it was previously necessary to wait several seconds before a reliable measurement could take place.
Erfindungsgemäß wird die Einschwingzeit nicht mehr als absolute Zeitdauer betrachtet, sondern individuell ermittelt. Hierzu werden nach dem Öffnen und dem Schließen des ersten Umschalters jeweils die zeitlichen Verläufe der ersten Spannung und der zweiten Spannung betrachtet und aus diesen Rückschlüsse auf das Einschwingverhalten des Systems gezogen bzw. die Dauer der Ladevorgänge abgeschätzt bzw berechnet. Dadurch kann der Zeitpunkt, zu dem ein Ladevorgang beendet ist, sehr genau bestimmt bzw. abgeschätzt werden, so dass die Messung der ersten Spannung und der zweiten Spannung ohne zeitliche Verzögerung erfolgen kann. Sobald die erste Spannung und die zweite Spannung in einem Zustand bestimmt sind, können die Umschalter zum Herstellen des zweiten Zustandes geöffnet oder geschlossen werden und für diesen Zustand ebenfalls die zeitliche Dauer des Ladevorganges abgeschätzt und nach Beendigung des Ladevorgang eine Bestimmung der ersten Spannung und der zweiten Spannung durchgeführt werden.According to the invention, the settling time is no longer viewed as an absolute time period, but rather is determined individually. For this purpose, after opening and closing the first changeover switch, the temporal progressions of the first voltage and the second voltage are considered and conclusions are drawn about the transient behavior of the system or the duration of the charging processes is estimated or calculated. As a result, the point in time at which a charging process is ended can be determined or estimated very precisely, so that the first voltage and the second voltage can be measured without a time delay. As soon as the first voltage and the second voltage are determined in one state, the changeover switches can be opened or closed to establish the second state and the duration of the charging process can also be estimated for this state and, after the charging process has ended, the first voltage and the second can be determined Voltage to be carried out.
Da jeweils unmittelbar nach Beendigung des Ladevorganges eine Messung der ersten Spannung und der zweiten Spannung durchgeführt werden kann, können die Werte für die erste Spannung und die zweite Spannung wesentlich schneller ermittelt werden, so dass die Berechnung des Isolationswiderstandes deutlich schneller durchgeführt werden kann.Since a measurement of the first voltage and the second voltage can be carried out immediately after the end of the charging process, the values for the first voltage and the second voltage can be determined much faster, so that the calculation of the insulation resistance can be carried out much faster.
Insbesondere wenn der Isolationswiderstand niedrig sein sollte, beispielsweise aufgrund eines Defektes, ist mit diesem Verfahren eine deutliche schnellere Ermittlung des Isolationswiderstandes und somit ein schnelleres Detektieren eines Defektes möglich, so dass erforderliche Maßnahmen zur Herstellung eines sicheren Zustandes deutlich schneller eingeleitet werden können.In particular, if the insulation resistance should be low, for example due to a defect, this method enables the insulation resistance to be determined much more quickly and thus a defect to be detected more quickly, so that the necessary measures to establish a safe state can be initiated much more quickly.
Bei hohen Isolationswiderständen, wie sie bei funktionierender Isolation üblich sind, kann dieser Ladevorgang auch länger dauern. Hier kann hilfsweise eine maximale Zeit festgelegt werden, bei der das System als eingeschwungen angenommen wird.If the insulation resistance is high, as is usual with functioning insulation, this charging process can take longer. As an alternative, a maximum time can be set here at which the system is assumed to have settled.
Zusätzlich kann ein zweiter Umschalter vorgesehen sein, der in geschlossenem Zustand einen zweiten Messwiderstand parallel zum zweiten Spannungsabgriffspunkt zwischen dem zweiten Eingang und dem dritten Eingang schaltet, wobei bei offenem oder geschlossenem ersten Umschalter Werte der ersten Spannung und der zweiten Spannung bei offenem und geschlossenem zweiten Umschalter verglichen werden und bei einer Abweichung der Werte eine Fehlermeldung ausgegeben wird, wobei nach dem Öffnen und dem Schließen des zweiten Umschalters der zeitliche Verlauf der ersten Spannung und der zeitliche Verlauf der zweiten Spannung erfasst werden und die Werte der ersten und der zweiten Spannung in Abhängigkeit von den zeitlichen Verläufen der ersten und der zweiten Spannung ermittelt werden.In addition, a second changeover switch can be provided which, in the closed state, switches a second measuring resistor parallel to the second voltage tap point between the second input and the third input, with values of the first voltage and the second voltage with the second changeover switch open or closed when the first changeover switch is open or closed are compared and if there is a discrepancy between the values, an error message is output, with the time profile of the first voltage and the time profile of the second voltage being recorded after the second switch is opened and closed, and the values of the first and second voltage are recorded as a function of the time courses of the first and the second voltage can be determined.
Durch den zweiten Umschalter können innerhalb der Testschaltung zwei verschiedene Zustände mit verschiedenen Pfaden für den Strom hergestellt werden. Der erste und der zweite Spannungsabgriffspunkt sind hierbei so gewählt, dass in beiden durch den zweiten Umschalter hergestellten Zuständen an den Spannungsabgriffspunkt dieselbe Spannung bzw. derselbe Spannungsverlauf anlegen muss. Weichen diese voneinander ab, muss von einem Fehler innerhalb der Testschaltung ausgegangen werden und es wird eine Fehlermeldung ausgegeben. Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist somit eine Selbstdiagnose der Testschaltung möglich, um die korrekte Funktion der Testschaltung zu prüfen.The second switch can produce two different states with different paths for the current within the test circuit. The first and the second voltage tap point are selected in such a way that the same voltage or the same voltage curve must be applied to the voltage tap point in both states produced by the second changeover switch. If these differ from one another, an error within the test circuit must be assumed and an error message is output. With the method described above, a self-diagnosis of the test circuit is thus possible in order to check the correct function of the test circuit.
Beispielsweise werden der zeitliche Verlauf, insbesondere die zeitliche Änderung, der ersten Spannung und der zeitliche Verlauf, insbesondere die zeitliche Änderung, der zweiten Spannung jeweils mit einem Grenzwert verglichen und bei Unterschreiten des Grenzwertes die die Werte für die erste und die zweite Spannung erfasst werden. Mit zunehmendem Ladevorgang nähern sich die erste Spannung und die zweite Spannung einem Grenzwert, d. h. die zeitliche Änderung der ersten Spannung und der zweiten Spannung nimmt ab, sodass sich die erste Spannung und die zweite Spannung einem Grenzwert annähern. Unterschreiten die zeitlichen Änderungen der ersten Spannung und der zweiten Spannung einen definierten Grenzwert, kann davon aus gegangen werden, dass der Ladevorgang beendet ist und die Beendigung kurz bevorsteht. Insbesondere kann der Verlauf der zeitlichen Änderung der ersten Spannung und der zweiten Spannung betrachtet werden und aus diesen ein Zeitpunkt vorausberechnet werden, zu dem die zeitliche Änderung der ersten Spannung und der zweiten Spannung den Grenzwert voraussichtlich unterschreiten.For example, the temporal progression, in particular the temporal change, of the first voltage and the temporal progression, in particular the temporal change, of the second voltage are each compared with a limit value and the values for the first and second voltage are recorded when the limit value is undershot. As the charging process increases, the first voltage and the second voltage approach a limit value, ie the change in the first voltage and the second voltage over time decreases, so that the first voltage and the second voltage approach a limit value. Fall below the If changes over time in the first voltage and the second voltage exceed a defined limit value, it can be assumed that the charging process has ended and the end is imminent. In particular, the course of the temporal change in the first voltage and the second voltage can be viewed and a point in time can be calculated from this in advance at which the temporal change in the first voltage and the second voltage will likely fall below the limit value.
Um das Verfahren zur Prüfung des Isolationswiderstandes möglichst schnell durchzuführen, werden unmittelbar nach Erfassen der Werte für die erste und die zweiten Spannung bei geschlossenen oder offenem ersten Umschalter der erste und/oder der zweite Umschalter geöffnet oder geschlossen.In order to carry out the method for testing the insulation resistance as quickly as possible, the first and / or the second changeover switch are opened or closed immediately after the values for the first and second voltages have been recorded with the first changeover switch closed or open.
Es kann auch eine Warnmeldung ausgegeben wird, wenn der zeitliche Verlauf der ersten Spannung und oder der zeitliche Verlauf der zweiten Spannung außerhalb eines Grenzbereichs liegen.A warning message can also be output if the time profile of the first voltage and / or the time profile of the second voltage lie outside a limit range.
Der Grenzbereich kann beispielsweise eine maximale Ladezeit sein. Liegen nach Ablauf dieser maximalen Zeit keine konstanten Werte für die erste Spannung und oder die zweite Spannung vor, kann ein Fehlersignal ausgegeben werden, da davon ausgegangen werden kann, dass in diesem Fall ein Defekt der Testschaltung oder des Isolationswiderstandes vorliegt.The limit range can be a maximum charging time, for example. If there are no constant values for the first voltage and / or the second voltage after this maximum time has elapsed, an error signal can be output, since it can be assumed that in this case there is a defect in the test circuit or the insulation resistance.
Alternativ kann der Grenzwert eine maximale oder eine minimale Steigung der zeitlichen Änderung der ersten Spannung oder der zweiten Spannung sein. Beispielsweise kann ein Grenzbereich definiert sein, der die zeitliche Änderung der ersten Spannung und der zweiten Spannung bei funktionierendem Isolationswiderstand und/oder bei funktionierender Testschaltung darstellt. Liegt die zeitliche Änderung der ersten Spannung und/oder der zweiten Spannung außerhalb dieses Grenzbereichs, muss davon ausgegangen werden, dass ein Defekt der Testschaltung oder des Isolationswiderstandes vorliegt. Somit kann ein entsprechender Defekt detektiert werden, bevor der ein Ladevorgang beendet ist, sodass eine sehr schnelle Erfassung des Defektes möglich ist.Alternatively, the limit value can be a maximum or a minimum slope of the change over time in the first voltage or the second voltage. For example, a limit range can be defined which represents the change over time in the first voltage and the second voltage when the insulation resistance is functioning and / or when the test circuit is functioning. If the change over time in the first voltage and / or the second voltage lies outside this limit range, it must be assumed that there is a defect in the test circuit or in the insulation resistance. In this way, a corresponding defect can be detected before a charging process has ended, so that the defect can be detected very quickly.
Zusätzlich können zeitliche Schwankungen des Stromverbrauchs im Stromkreis erfasst werden und aus dem zeitlichen Verlauf der ersten Spannung und dem zeitliche Verlauf der zweiten Spannung herausgerechnet werden. Zeitliche Änderungen der Spannung können auch durch Schwankungen des Stromverbrauchs hervorgerufen werden. Diese werden vorzugsweise zusätzlich erfasst, um diese aus den zeitlichen Änderungen der ersten Spannung und der zweiten Spannung herausrechnen zu können, sodass eine zuverlässige Betrachtung der Einschwingvorgänge möglich ist.In addition, temporal fluctuations in the power consumption in the circuit can be recorded and calculated from the temporal course of the first voltage and the temporal course of the second voltage. Changes in voltage over time can also be caused by fluctuations in power consumption. These are preferably also recorded in order to be able to calculate them out of the temporal changes in the first voltage and the second voltage, so that a reliable observation of the transient processes is possible.
Die Werte der ersten Spannung und der zweiten Spannung können auch aus den zeitlichen Verläufen der ersten Spannung und der zweiten Spannung abgeschätzt werden. Durch Betrachtung der zeitlichen Änderung der ersten Spannung und der zweiten Spannung kann also bereits ein Endwert für die erste Spannung und die zweite Spannung berechnet oder abgeschätzt werden, beispielsweise wenn die zeitliche Änderung der ersten Spannung und/oder der zweiten Spannung abnimmt, sodass sich die erste Spannung und/oder die zweite Spannung einem Grenzwert annähert. Es muss also nicht der vollständige Ladevorgang abgewartet werden, wodurch eine noch schnellere Prüfung des Isolationswiderstandes möglich ist.The values of the first voltage and the second voltage can also be estimated from the time profiles of the first voltage and the second voltage. By considering the temporal change in the first voltage and the second voltage, an end value for the first voltage and the second voltage can already be calculated or estimated, for example if the temporal change in the first voltage and / or the second voltage decreases so that the first Voltage and / or the second voltage approaches a limit value. It is therefore not necessary to wait for the complete charging process, which enables the insulation resistance to be checked even more quickly.
Die Messschaltung kann zusätzlich einen Speicher aufweisen, in dem zeitlichen Verläufe der ersten Spannung und der zweiten Spannung, wobei die gespeicherten zeitlichen Verläufe der ersten Spannung und der zweiten Spannung zur Ermittlung der Werte für die erste Spannung und die zweite Spannung verwendet werden. Ältere gespeicherte zeitliche Verläufe der ersten Spannung und/oder der zweiten Spannung können verwendet werden, um die aktuellen zeitlichen Verläufe der ersten Spannung und/oder der zweiten Spannung abzuschätzen. Beispielsweise kann, wenn ein ähnlicher oder gleicher zeitlicher Verlauf der ersten Spannung und/oder der zweiten Spannung bereits im Speicher abgespeichert ist, davon ausgegangen werden, dass ein ähnlicher oder ein gleicher Wert für die erste Spannung und/oder die zweite Spannung erreicht wird.The measuring circuit can additionally have a memory in which the time profiles of the first voltage and the second voltage, the stored time profiles of the first voltage and the second voltage being used to determine the values for the first voltage and the second voltage. Older stored time profiles of the first voltage and / or the second voltage can be used to estimate the current time profiles of the first voltage and / or the second voltage. For example, if a similar or the same time curve of the first voltage and / or the second voltage is already stored in the memory, it can be assumed that a similar or the same value is achieved for the first voltage and / or the second voltage.
Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren eine Testschaltung zur Prüfung der Isolation zwischen einem Stromkreis und einer Fahrzeugkarosserie vorgesehen, insbesondere zur Prüfung eines ersten Isolationswiderstandes zwischen einem ersten Pol einer Stromquelle und der Fahrzeugkarosserie und eines zweiten Isolationswiderstandes zwischen einem zweiten Pol der Fahrzeugkarosserie und der Fahrzeugkarosserie. Die Testschaltung hat einen ersten Eingang, der mit dem ersten Pol kontaktiert ist, einen zweiten Eingang, der mit dem zweiten Pol kontaktiert ist und einen dritten Eingang, der mit der Fahrzeugkarosserie kontaktiert ist. Des Weiteren weist die Testschaltung einen ersten Messpfad zwischen dem ersten Eingang und dem zweiten Eingang auf, mit einem ersten Messwiderstand und einem ersten Spannungsabgriffspunkt für eine erste Spannung, sowie einen zweiten Messpfad zwischen dem zweiten Eingang und dem dritten Eingang aufweist, mit einem zweiten Spannungsabgriffspunkt für eine zweite Spannung. Die Testschaltung weist des Weiteren einen Umschalter auf, der in geschlossenem Zustand eine Verbindung zwischen dem ersten Spannungsabgriffspunkt und dem dritten Eingang herstellt. Die Testschaltung weist eine Steuerung zur Durchführung eines vorstehend beschriebenen Verfahrens auf.To solve the problem, a test circuit for testing the insulation between a circuit and a vehicle body is also provided, in particular for testing a first insulation resistance between a first pole of a power source and the vehicle body and a second insulation resistance between a second pole of the vehicle body and the vehicle body. The test circuit has a first input that is contacted with the first pole, a second input that is contacted with the second pole and a third input that is contacted with the vehicle body. Furthermore, the test circuit has a first measuring path between the first input and the second input, with a first measuring resistor and a first voltage tap point for a first voltage, as well as a second measuring path between the second input and the third input, with a second voltage tap point for a second voltage. The test circuit also has a changeover switch which, in the closed state, establishes a connection between the first voltage tap point and the third input. The test circuit has a controller for carrying out a method described above.
Die Testschaltung kann einen zweiten Umschalter aufweisen, der in geschlossenem Zustand einen zweiten Messwiderstand parallel zum zweiten Spannungsabgriffspunkt zwischen dem zweiten Eingang und dem dritten Eingang schaltet, die Testschaltung bei offenem oder geschlossenem ersten Umschalter Werte der ersten Spannung und der zweiten Spannung bei offenem und geschlossenem zweiten Umschalter vergleichen kann und bei einer Abweichung der Werte eine Fehlermeldung ausgegeben wird.The test circuit can have a second changeover switch which, in the closed state, switches a second measuring resistor in parallel with the second voltage tap point between the second input and the third input, the test circuit values the first voltage and the second voltage with an open and closed second changeover switch when the first changeover switch is open or closed Can compare changeover switches and an error message is output if the values differ.
Weitere Vorteile und Merkmale finden sich in der Nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
-
1 eine Testschaltung zur Prüfung der Isolation zwischen einem Stromkreis und einer Fahrzeugkarosserie in einem ersten Schaltzustand; -
2 ein Ersatzschaubildder Testschaltung aus 1 ; -
3 dieTestschaltung aus 1 in einem zweiten Schaltzustand; -
4 ein Ersatzschaubildder Testschaltung aus 2 ; -
5 dieTestschaltung aus 1 in einem dritten Schaltzustand; -
6 dieTestschaltung aus 1 in einem vierten Schaltzustand; -
7 Einen Schaltungsaufbau mit einerTestschaltung aus den 1 bis6 ; -
8 zeitliche Verläufe der Spannungen innerhalb des Schaltungsaufbaus aus9 ; -
9 Einen zweiten Schaltungsaufbau mit einerTestschaltung aus den 1 bis6 ; -
10 zeitliche Verläufe der Spannungen innerhalb des Schaltungsaufbaus aus9 ; und -
11 Einen dritten Schaltungsaufbau mit einerTestschaltung aus den 1 bis6 .
-
1 a test circuit for testing the insulation between a circuit and a vehicle body in a first switching state; -
2 an equivalent diagram of thetest circuit 1 ; -
3rd the test circuit off1 in a second switching state; -
4th an equivalent diagram of thetest circuit 2 ; -
5 the test circuit off1 in a third switching state; -
6th the test circuit off1 in a fourth switching state; -
7th A circuit structure with a test circuit from the1 to6th ; -
8th Time curves of the voltages within the circuit structure9 ; -
9 A second circuit structure with a test circuit from the1 to6th ; -
10 Time curves of the voltages within the circuit structure9 ; and -
11 A third circuit structure with a test circuit from the1 to6th .
In
In modernen Fahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen, werden Stromkreise mit relativ hohen Spannungen, beispielsweise 400 V, verwendet. Aus Sicherheitsgründen darf es zwischen diesen Stromkreisen und Fahrzeugteilen, mit denen Personen in Kontakt gelangen können, keine elektrische Verbindung geben. Zwischen dem Stromkreis und den übrigen Teilen des Fahrzeuges, also der Fahrzeugkarosserie, muss daher eine Isolation vorhanden sein, die eine zuverlässige Trennung zwischen dem Stromkreis und den übrigen Teilen des Fahrzeugs bereitstellt. Diese Isolation muss bei den im Fahrzeug auftretenden Belastungen, beispielsweise Umwelteinflüssen, Vibrationen oder auch bei außergewöhnlichen Ereignissen wie Unfällen, eine zuverlässige Trennung des Stromkreises von den übrigen Fahrzeugteilen gewährleisten.In modern vehicles, in particular in electric vehicles, circuits with relatively high voltages, for example 400 V, are used. For safety reasons, there must be no electrical connection between these circuits and vehicle parts with which people can come into contact. An insulation must therefore be present between the circuit and the other parts of the vehicle, that is to say the vehicle body, which provides a reliable separation between the circuit and the other parts of the vehicle. This insulation must ensure a reliable separation of the circuit from the other vehicle parts in the event of loads occurring in the vehicle, for example environmental influences, vibrations or even in the event of extraordinary events such as accidents.
Des Weiteren muss diese Isolation im Betrieb des Fahrzeugs ständig überwacht werden, um bei einem Fehler der Isolation umgehend erforderliche Maßnahmen, beispielsweise eine vollständige Trennung des Stromkreises von der Stromquelle, veranlassen können.Furthermore, this insulation must be constantly monitored during operation of the vehicle in order to be able to initiate necessary measures immediately in the event of a fault in the insulation, for example a complete separation of the circuit from the power source.
Die Testschaltung
Die Testschaltung
Die Testschaltung
Ein zweiter Meßpfad
Zwischen dem ersten Widerstand
Des Weiteren ist eine zweite Leitung
Der erste Umschalter
Über die Ausgänge
Die elektrischen Widerstände der Widerstände
Die elektrischen Widerstände der Isolationswiderstände
In einem ersten Zustand, der in
Der dadurch entstandene Schaltzustand ist schematisch in
Zwischen dem ersten Pol
Zwischen dem zweiten Pol
In einem zweiten Zustand, der in
Der dadurch entstandene Schaltzustand ist schematisch in
Ein dritter Zustand kann durch Schließen beider Umschalter
In einem vierten Zustand (
Durch die Messung der ersten Spannung
Das Verfahren zur Bestimmung der elektrischen Widerstände der Isolationswiderstände
Im ersten Zustand liegt die Batteriespannung Ubat.1 an und es wird die erste Spannung U1.1 am ersten Spannungsabgriffspunkt
Im ersten Zustand gilt:
Anschließend wird durch Schließen des ersten Umschalter
Im zweiten Zustand gilt:
In die umgeformte Gleichung des ersten Zustandes eingesetzt gilt somit:
Des Weiteren gilt
Diese Gleichung kann nach
Die Gleichung erhält somit nur bekannte bzw. in den beiden Zuständen ermittelte Werte, so dass
Anstelle des oben beschriebenen Gleichungssystems für den ersten und den zweiten Zustand kann für die Aufstellung des Gleichungssystems zwei andere Zustände verwendet werden, wenn durch die Auflösung des Gleichungssystems eine Bestimmung der Isolationswiderstände
Des Weiteren kann durch eine geeignete Wahl der Zustände für die beiden Messungen der Spannungen
Zur Selbstdiagnose der Testschaltung werden zwei der oben beschriebenen vier Zustände verwendet, bei welchen am ersten Spannungsabgriffspunkt
Der Widerstände zwischen den Polen
Üblicherweise wird für die Ladevorgänge eine feste Zeit nach Herstellen des ersten bzw. des zweiten Zustandes angenommen, innerhalb der Die Aufladevorgänge auch bei den ungünstigsten Bedingungen in jedem Fall beendet sind. Nach Ablauf dieser Zeit wird eine Messung der Spannungen am ersten und/oder Spannungsabgriffspunkt
Im regulären Fahrzeugbetrieb, insbesondere beim Start des Fahrzeugs ist aber eine wesentlich schnellere Messung der Isolationswiderstände
Um die Zeit zur Erfassung der ersten Spannung
Es wird also grundsätzlich keine feste Zeitspanne abgewartet, bevor die Messungen der ersten Spannung
Beispielsweise wird über die Betrachtung des zeitlichen Verlaufs der ersten Spannung
Beispielsweise wird der zeitliche Verlauf, insbesondere die zeitliche Änderung a1, a2, der ersten Spannung
Mit zunehmendem Fortschritt des Ladevorgangs nimmt die zeitliche Änderung a1, a2 der ersten Spannung
Bei Unterschreiten eines Grenzwertes der zeitlichen Änderung a1, a2 der ersten Spannung
Es wird also der Zeitpunkt bestimmt, zu dem die Einschwingvorgänge beendet sind, um unmittelbar nach Beendigung der Einschwingvorgänge eine Messung der ersten Spannung
Optional kann die bisher verwendete maximale Zeit für die Einschwingvorgänge weiterhin in der Steuerung bzw. im Speicher
Optional oder zusätzlich können im Speicher
Dieses Verfahren ermöglicht eine Erkennung von Unregelmäßigkeiten der Isolationswiderstände
Zusätzlich kann ein weiterer Speicher
Werden feste Grenzwerte bzw. Grenzbereiche verwendet, müssen diese alle im Fahrzeugbetrieb auftretenden Zustände sowie zeitbedingte Änderungen erfassen. Die Grenzwerte bzw. die Grenzbereiche müssen also einen ausreichend großen Abstand zum normalen zeitlichen Verlauf der Spannungen
Unregelmäßigkeiten in den zeitlichen Verläufen der Spannungen
Die zeitlichen Verläufe der ersten Spannung
Diese Methode der Spannungsberechnung kann sehr schnell erfolgen, so dass, beispielsweise beim Startvorgang eines Fahrzeuges sehr schnell eine erste Bestimmung der elektrischen Widerstände der Isolationswiderstände
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DE102019218502.9A DE102019218502A1 (en) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | Method and test circuit for testing the insulation between a circuit and a vehicle body |
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2019
- 2019-11-28 DE DE102019218502.9A patent/DE102019218502A1/en active Pending
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