DE102020207611A1

DE102020207611A1 - Anordnung mit Spannungsmodul und Temperierkörper und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE102020207611A1
Application number: DE102020207611.1A
Authority: DE
Inventors: Tony Jaumann
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2020-06-19
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2021-12-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf unter anderem auf eine Anordnung (20) mit einem Gehäuse (30), zumindest einem in dem Gehäuse (30) befindlichen Spannungsmodul (40), an dem elektrische Spannung anliegt oder zumindest anliegen kann und das gegenüber dem Gehäuse (30) elektrisch isoliert ist, und einem Temperierkörper (50), der im Gehäuse (30) angeordnet ist und zur Temperierung des Spannungsmoduls (40) von einem elektrisch nicht oder nur schlecht leitfähigen Temperiermittel (K) durchflossen wird oder werden kann. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Anordnung (20) eine Messeinrichtung (70) umfasst, die zur Temperiermittelüberprüfung den elektrischen Widerstand zwischen dem Temperierkörper (50) und dem Gehäuse (30) oder eine damit korrelierende elektrische Größe messen kann, und eine Steuereinrichtung (80) vorhanden ist, die Messwerte (M) der Messeinrichtung (70) auf das Einhalten zumindest eines vorgegebenen temperiermittelbezogenen Grenzwertes hin überwacht und ein Warnsignal (W1, W2) erzeugt, wenn die Messwerte (M) oder daraus abgeleitete Hilfswerte zumindest einen vorgegebenen temperiermittelbezogenen Grenzwert nicht einhalten.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einem Gehäuse, zumindest einem in dem Gehäuse befindlichen Spannungsmodul, an dem elektrische Spannung anliegt oder zumindest anliegen kann und das gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert ist, und einem Temperierkörper, der im Gehäuse angeordnet ist und zur Temperierung des Spannungsmoduls von einem elektrisch nicht oder nur schlecht leitfähigen Temperiermittel durchflossen wird oder werden kann. Derartige Anordnungen sind beispielsweise im Bereich der Schienenfahrzeugtechnik bekannt.
Spannungsmodule wie beispielsweise Batterien und Brennstoffzellen können als Antriebsspeicher für elektrische Triebzüge und Lokomotive dienen, die oberleitungsfreie Abschnitte befahren müssen. Die Batterien und Brennstoffzellen werden häufig mit einem Temperiermittel, beispielsweise einer Temperierflüssigkeit, im Falle hoher Wärmeverluste bei starker Beanspruchung gekühlt oder alternativ gewärmt, um einen optimalen Betrieb auch bei tiefen Temperaturen zu gewährleisten. Das Temperiermittel muss aus folgenden Gründen eine geringe Leitfähigkeit aufweisen:

- In einem Fehlerfall kann die Temperierflüssigkeit auslaufen und im ungünstigen Fall die Pole der Batterie/Brennstoffzelle elektrisch miteinander verbinden. Im Falle einer zu hohen Leitfähigkeit kann es zu Stromfluss und damit zur Elektrolyse kommen; die dabei womöglich entstehende Wasserstoffproduktion durch Spaltung von z. B. Wasser kann ein hohes Sicherheitsrisiko (Explosionsgefahr) darstellen.
- Die Temperierflüssigkeit kann eine Isolationsschicht zwischen Batterie/Brennstoffzelle und Gehäuse darstellen. Die Isolationsschicht muss daher nach Normenlage einen bestimmten Widerstand aufweisen, um zum Beispiel Personen vor elektrischem Schlag zu schützen oder im Fehlerfall einen Kurzschluss zu unterbinden (Brand etc.).

Im Laufe des Betriebes kann ein zu Beginn ausreichend kleiner Leitwert des Temperiermittels stark ansteigen, z. B. durch Korrosion, Schmutzeintrag, Versäuerung durch CO2 aus der Luft, und damit vorgegebene Grenzwerte überschreiten. Daher sollte der Widerstand bzw. Leitwert des Temperiermittels regelmäßig überwacht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben, bei der ein Temperierkreislauf in besonders einfacher Art überwacht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Anordnung eine Messeinrichtung umfasst, die zur Temperiermittelüberprüfung den elektrischen Widerstand zwischen dem Temperierkörper und dem Gehäuse oder eine damit korrelierende elektrische Größe messen kann, und eine Steuereinrichtung vorhanden ist, die die Messwerte der Messeinrichtung auf das Einhalten zumindest eines vorgegebenen temperiermittelbezogenen Grenzwertes hin überwacht und ein Warnsignal erzeugt, wenn die Messwerte oder daraus abgeleitete Hilfswerte zumindest einen vorgegebenen temperiermittelbezogenen Grenzwert nicht einhalten.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, dass durch den erfindungsgemäß möglichen Anschluss der Messeinrichtung an den Temperierkörper in besonders einfacher Weise die elektrischen Eigenschaften des Temperiermittels überprüft werden können, und zwar auch während des Betriebs des Spannungsmoduls, insbesondere auch während des Betriebs des Spannungsmoduls in einem fahrenden Fahrzeug.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, dass durch die erfindungsgemäß vorgesehene Messeinrichtung und die erfindungsgemäß vorgesehene Steuereinrichtung in besonders einfacher Weise weitere Messaufgaben erfüllt werden können, wie weiter unten beispielhaft noch erläutert werden wird; mit anderen Worten kann also ein Synergieeffekt durch Doppel- oder Mehrfachnutzung der Komponenten erzielt werden. Ist beispielsweise für eine Isolationsprüfung der Isolation zwischen dem Spannungsmodul und dem Gehäuse bereits ein Messgerät (sogenannter Isolationswächter) in dem Gehäuse vorhanden, so kann dieses in vorteilhafter Weise auch für die beschriebene Temperiermittelprüfung herangezogen werden.
Bei dem Temperiermittel handelt es sich vorzugsweise um ein Fluid in Form einer Flüssigkeit (z. B. Kühlflüssigkeit) oder eines Gases. Der Temperierkörper kann beispielsweise ein üblicher Kühlkörper sein.
Vorteilhaft ist es, wenn die Anordnung eine von der Steuereinrichtung ansteuerbare Schalteinrichtung umfasst, die zur Temperiermittelüberprüfung die Messeinrichtung mit dem Temperierkörper verbindet.
Die Steuereinrichtung erzeugt vorzugsweise ein Warnsignal, das einen zu kleinen spezifischen elektrischen Widerstand des Temperiermittels anzeigt, wenn die Messwerte der Messeinrichtung einen elektrischen Widerstand zwischen dem Temperierkörper und dem Gehäuse anzeigen, der eine untere temperiermittelbezogene Widerstandsschwelle unterschreitet.
Außerdem erzeugt die Steuereinrichtung vorzugsweise ein Warnsignal, das ein Fehlen von Temperiermittel anzeigt, wenn die Messwerte einen elektrischen Widerstand zwischen dem Temperierkörper und dem Gehäuse anzeigen, der eine obere temperiermittelbezogene Widerstandsschwelle überschreitet.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Anordnung ein Überprüfen der Isolation zwischen dem Spannungsmodul und dem Gehäuse ermöglicht.
Vorteilhaft ist es insbesondere, wenn die Steuereinrichtung die Messeinrichtung zum Zwecke einer Isolationsüberprüfung mittels der Schalteinrichtung mit einem Modulanschluss, insbesondere einem Plus- oder Minuspol des Spannungsmoduls, verbindet und die Messeinrichtung den Widerstand zwischen dem Modulanschluss und dem Gehäuse oder eine damit korrelierende elektrische Größe messen kann und die Steuereinrichtung im Rahmen der Isolationsüberprüfung die Messwerte der Messeinrichtung auf das Einhalten zumindest eines vorgegebenen isolationsbezogenen Grenzwertes hin überwacht und ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Messwerte oder daraus abgeleitete Hilfswerte zumindest einen vorgegebenen isolationsbezogenen Grenzwert nicht einhalten. Wie bereits eingangs angesprochen, können die Steuereinrichtung und Messeinrichtung also nicht nur für die temperiermittelbezogene Prüfung herangezogen werden, sondern auch für andere Messaufgaben, wie beispielsweise eine Isolationsprüfung, wodurch in besonders vorteilhafter Weise ein Synergieeffekt durch Doppel- oder Mehrfachnutzung erzielt werden kann.
Bezüglich der letztgenannten Variante wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Schalteinrichtung einen ersten Schalter, der im eingeschalteten Zustand die Messeinrichtung mit dem Temperierkörper verbindet, und einen zweiten Schalter, der im eingeschalteten Zustand die Messeinrichtung mit dem Modulanschluss verbindet, aufweist.
In dem Gehäuse können zwei oder mehr Temperierkörper enthalten sein, die eine elektrisch verbundene Temperierkörpergruppe bilden, bei der die Temperierkörper elektrisch und fluidmäßig miteinander verbunden sind; zur Temperiermittelüberprüfung wird in diesem Falle vorzugsweise die Messeinrichtung mittels der Schalteinrichtung mit einem der Temperierkörper verbunden.
Auch kann vorgesehen sein, dass in dem Gehäuse zwei oder mehr Temperierkörper enthalten sind, die eine elektrisch isolierte Temperierkörpergruppe bilden, bei der die Temperierkörper elektrisch voneinander isoliert, aber fluidmäßig miteinander verbunden sind; in diesem Falle ist es vorteilhaft, wenn die Steuereinrichtung zur Temperiermittelüberprüfung mittels der Schalteinrichtung die Messeinrichtung nacheinander jeweils mit jedem einzelnen der Temperierkörper der elektrisch isolierten Temperierkörpergruppe individuell verbindet, wobei für jeden Temperierkörper jeweils individuell die Temperiermittelüberprüfung vorgenommen wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Messeinrichtung eine aktive Messeinrichtung ist, die zur Temperiermittelüberprüfung oder zur Isolationsüberprüfung eine Wechselspannung an die jeweilige mittels der Schalteinrichtung zur Prüfung ausgewählte Isolationsstrecke anlegt und als Messwert einen Strommesswert, der den Strom (Wechselstrom) durch die Isolationsstrecke angibt, oder einen Widerstandsmesswert, der den Widerstand der Isolationsstrecke angibt, erzeugt.
Das Spannungsmodul ist vorzugsweise eine Batterie oder eine Brennstoffzelle.
Die Messeinrichtung, die Steuereinrichtung und die Schalteinrichtung sind vorzugsweise innerhalb des Gehäuses angeordnet und bilden mit diesem vorzugsweise ein gemeinsames Modul.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, das mit einer Anordnung, wie sie oben beschrieben worden ist, ausgestattet ist. Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung verwiesen.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Betreiben einer Anordnung, die aufweist ein Gehäuse, zumindest ein in dem Gehäuse befindliches Spannungsmodul, an dem elektrische Spannung anliegt oder zumindest anliegen kann und das gegenüber dem Gehäuse elektrisch isoliert ist, und einen Temperierkörper, der im Gehäuse angeordnet ist und von einem elektrisch nicht oder nur schlecht leitfähigen Temperiermittel durchflossen wird. Bezüglich eines solchen Verfahrens ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zur Temperiermittelüberprüfung der elektrische Widerstand zwischen dem Temperierkörper und dem Gehäuse oder eine damit korrelierende elektrische Größe unter Bildung von Messwerten gemessen wird und die Messwerte auf das Einhalten zumindest eines vorgegebenen temperiermittelbezogenen Grenzwertes hin überwacht werden und ein Warnsignal erzeugt wird, wenn die Messwerte oder daraus abgeleitete Hilfswerte zumindest einen vorgegebenen temperiermittelbezogenen Grenzwert nicht einhalten.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung sowie deren vorteilhafter Ausgestaltungen verwiesen.
Vorteilhaft ist es, wenn anhand der Messwerte der spezifische Leitwert oder der spezifische Widerstand des Temperiermittels ermittelt wird und das Warnsignal erzeugt wird, wenn der spezifische Leitwert oder der spezifische Widerstand einen vorgegebenen temperiermittelbezogenen Leitgrenzwert oder Widerstandsgrenzwert nicht einhalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft

1 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, bei dem in einem Gehäuse ein Spannungsmodul und ein Temperierkörper angeordnet sind,
2 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, bei dem in einem Gehäuse ein Spannungsmodul und zwei elektrisch miteinander verbundene Temperierkörper angeordnet sind, und
3 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, bei dem in einem Gehäuse ein Spannungsmodul und zwei elektrisch voneinander isolierte Temperierkörper angeordnet sind.

In den Figuren werden für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug 10, das unter anderem einen Stromabnehmer 11, einen Antrieb 12 und eine Anordnung 20 umfasst. In einem vorzugsweise geerdeten äußeren Gehäuse 30 der Anordnung 20 befinden sich unter anderem ein Spannungsmodul 40 und ein Temperierkörper 50.
Bei dem Spannungsmodul 40 kann es sich beispielsweise um eine Batterie handeln, die mit dem Stromabnehmer 11 und dem Antrieb 12 in Verbindung steht. Die Batterie kann beispielsweise mittels eines Ladestroms, der über den Stromabnehmer 11 von einem in der 1 nicht gezeigten elektrischen Energieversorgungsnetz geliefert wird, geladen werden; darüber hinaus kann die Batterie im Bremsbetrieb des Antriebs 12 von dem Antrieb 12 geladen werden. Ein aus der Batterie entnommener Entladestrom kann zum Speisen elektrischer Komponenten des Schienenfahrzeugs 10, beispielsweise auch des Antriebs 12, herangezogen werden.
Alternativ kann es sich bei dem Spannungsmodul 40 beispielsweise um eine Brennstoffzelle handeln, die zum Speisen des Antriebs 12 oder anderer Komponenten des Schienenfahrzeugs 10 Betriebsstrom zur Verfügung stellt.
Zum Temperieren (Kühlen oder Erwärmen) des Spannungsmoduls 40 ist der Temperierkörper 50 vorgesehen, der von einem elektrisch nicht oder nur schlecht leitfähigen Temperiermittel K durchflossen wird. Das Temperiermittel K wird von einer vorzugsweise außerhalb des Gehäuses 30 angeordneten Temperiereinrichtung 60 über eine elektrisch nicht leitfähige Zuflussleitung 61 zum Temperierkörper 50 hin und über eine ebenfalls elektrisch nicht leitfähige Rückflussleitung 62 vom Temperierkörper 50 wieder zur Temperiereinrichtung 60 geleitet. Bei der Zuflussleitung 61 und der Rückflussleitung 62 kann es sich beispielsweise um elektrisch nicht leitfähige Schläuche wie beispielsweise Kunststoffschläuche handeln.
Das Spannungsmodul 40 und der Temperierkörper 50 sind gegenüber dem äußeren, elektrisch leitfähigen Gehäuse 30 elektrisch isoliert, sei es durch Luft oder durch andere, in der 1 aus Gründen der Übersicht nicht gezeigte Isolationskörper.
Bei der Anordnung 20 gemäß 1 befinden sich in dem Gehäuse 30 darüber hinaus eine Messeinrichtung 70, eine Steuereinrichtung 80 und eine Schalteinrichtung 90. Mit den drei letztgenannten Einrichtungen 70, 80 und 90 lassen sich - wie nachfolgend näher im Detail erläutert wird - sowohl die elektrischen Eigenschaften des Temperiermittels K als auch die elektrische Isolation zwischen dem Spannungsmodul 40 und dem Gehäuse 30 überprüfen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die Messeinrichtung 70 eine aktive Messeinrichtung, die eine Spannungsquelle, vorzugsweise eine Wechselspannungsquelle 71, und eine Strommesseinheit 72, die zum Messen von Wechselstrom geeignet ist, aufweist. Die Frequenz der Wechselspannung U der Wechselspannungsquelle 71 liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 kHz und 100 kHz; die Amplitude liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 1 V und 100 V.
Die Schalteinrichtung 90 umfasst bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 einen ersten Schalter S1, der im eingeschalteten Zustand den elektrischen Temperierkörper 50 mit der Messeinrichtung 70 verbindet. Ein zweiter Schalter S2 der Schalteinrichtung 90 verbindet im eingeschalteten Zustand die Messeinrichtung 70 mit einem Modulanschluss 41, beispielsweise dem Plusanschluss, des Spannungsmoduls 40. Die Ansteuerung der beiden Schalter S1 und S2 erfolgt über Steuersignale ST1 und ST2, die von der Steuereinrichtung 80 erzeugt werden können.
Die Steuereinrichtung 80 arbeitet vorzugsweise wie folgt:

Soll der spezifische elektrische Widerstand bzw. die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Temperiermittels K geprüft werden, so schaltet die Steuereinrichtung 80 den ersten Schalter S1 mittels des Steuersignals ST1 ein; der zweite Schalter S2 wird bzw. bleibt geöffnet.

Aufgrund der geschlossenen Schalterstellung des ersten Schalters S1 wird von der Wechselspannungsquelle 71 ein Wechselstrom I über den ersten Schalter S1 zum Temperierkörper 50 und von diesem über das Temperiermittel K zum elektrisch leitfähigen Gehäuse 30 fließen. Der Strom I durch das Temperiermittel K wird sich dabei aufteilen in einen ersten elektrischen Teilstrom 11, der durch das Temperiermittel K in der Zuflussleitung 61 fließt, und einen zweiten elektrischen Teilstrom 12, der durch das Temperiermittel K in der Rückflussleitung 62 fließt. Der insgesamt fließende Strom I wird mittels der Strommesseinheit 72 gemessen, und es wird ein entsprechender Strommesswert M zur Steuereinrichtung 80 übertragen.
Die Steuereinrichtung 80 ist derart ausgebildet, dass sie den eingangsseitig anliegenden Strommesswert M auswertet und beispielsweise mit diesem den spezifische elektrischen Widerstand bzw. die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Temperiermittels K berechnet. Der spezifische elektrische Widerstand kann beispielsweise gemäß folgender Formel berechnet werden: $ρ = \frac{U}{I} \cdot \frac{l 1 + l 2}{l 1 + l 2} \cdot \frac{1}{A}$
wobei p den spezifischen elektrischen Widerstand des Temperiermittels K, 11 die Länge der Zuflussleitung 61 zwischen Gehäuse 30 und Temperierkörper 50, 12 die Länge der Rückflussleitung 62 zwischen Gehäuse 30 und Temperierkörper 50, A den Querschnitt der Zuflussleitung 61 und den Querschnitt der Rückflussleitung 62, I den fließenden Wechselstrom und U die anliegende Wechselspannung bezeichnet.
Stellt die Steuereinrichtung 80 fest, dass die Messwerte M einen elektrischen Widerstand R=U/I zwischen dem Temperierkörper 50 und dem Gehäuse 30 anzeigen, der eine untere temperiermittelbezogene Widerstandsschwelle Rmin unterschreitet, und/oder der spezifische Widerstand p des Temperiermittels K eine untere vorgegebene spezifische Widerstandsschwelle pmin unterschreitet, so erzeugt sie ein Warnsignal W1, das einen zu kleinen spezifischen elektrischen Widerstand p bzw. eine zu große spezifische Leitfähigkeit 1/p des Temperiermittels K anzeigt, wodurch nach außen signalisiert wird, dass das Temperiermittel K ausgetauscht werden sollte: $R = U/I < Rmin oder ρ < ρ min \Rightarrow W 1$
Stellt die Steuereinrichtung 80 hingegen fest, dass die Messwerte M einen viel zu großen elektrischen Widerstand R=U/I zwischen dem Temperierkörper 50 und dem Gehäuse 30 anzeigen, und/oder der spezifische Widerstand p des Temperiermittels K eine vorgegebene obere temperiermittelbezogene Widerstandsschwelle pmax überschreitet, so erzeugt sie ein Warnsignal W2, das ein Fehlen von Temperiermittel K anzeigt: $R = U/I > Rmax oder ρ < ρ max \Rightarrow W 2$
Zusammengefasst ist die Steuereinrichtung 80 also in der Lage, bei geschlossener Schalterstellung des ersten Schalters S1 mittels der Messeinrichtung 70 sowohl zu überprüfen, ob ausreichend Temperiermittel K im Temperierkreislauf vorhanden ist, als auch zu überprüfen, ob das Temperiermittel K ausreichend elektrisch isolierend ist, um die gewünschte elektrische Isolation zwischen dem Temperierkörper 50 und dem Gehäuse 30 sicherzustellen. Die beschriebene Vorgehensweise basiert auf dem Gedanken, dass das Temperiermittel K aufgrund einer gewissen Restleitfähigkeit einen geringen elektrischen Stromfluss ermöglichen wird, der zwar klein sein muss, um die elektrische Isolation des Temperierkörpers 50 gegenüber dem Gehäuse zu garantieren, jedoch nicht Null betragen wird; ist der elektrische Stromfluss zu klein, ist dies ein Indiz dafür, dass es an Temperiermittel K im Temperiersystem fehlt.
Die Steuereinrichtung 80 ist darüber hinaus in der Lage, die elektrische Isolation zwischen dem Spannungsmodul 40 und dem Gehäuse 30 zu prüfen, indem sie den zweiten Schalter S2 schließt und den ersten Schalter S1 öffnet oder geöffnet lässt. Bei einer solchen Schalterstellung fließt nämlich der von der Wechselspannungsquelle 71 erzeugte Strom I über die Strommesseinheit 72 und das Spannungsmodul 40 zum Gehäuse 30, sodass der von der Strommesseinheit 72 erzeugte Strommesswert M anzeigt, ob die Isolation zwischen dem Spannungsmodul 40 und dem Gehäuse 30 ausreichend hoch ist bzw. vorgegebene Parameter einhält. Stellt die Steuereinrichtung 80 fest, dass der Strommesswert M zu groß bzw. der elektrische Widerstand zwischen dem Spannungsmodul 40 und dem Gehäuse 30 zu gering ist, so erzeugt sie ein Fehlersignal F, das auf das entsprechende Isolationsproblem zwischen Spannungsmodul 40 und Gehäuse 30 hinweist und beispielsweise eine entsprechende Wartung oder Reparatur der Anordnung 20 auslöst bzw. initiiert.
Die 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, bei dem in einem elektrisch leitfähigen Gehäuse 30 ein Spannungsmodul 40 angeordnet ist. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind zur Temperierung des Spannungsmoduls 40 zwei oder mehr Temperierkörper 50 vorgesehen, von denen in der 2 aus Gründen der Übersicht lediglich zwei dargestellt sind. Die beiden Temperierkörper 50 sind jeweils elektrisch leitfähig und sind elektrisch miteinander verbunden. Beide Temperierkörper 50 werden jeweils von demselben Temperiermittel K durchflossen, das über die Zuflussleitung 61 von der Temperiereinrichtung 60 geliefert und über die Rückflussleitung 62 zur Temperiereinrichtung 60 zurückfließt.
Wird mittels der Steuereinrichtung 80 der erste Schalter S1 geschlossen, so kann - analog zu den Ausführungen im Zusammenhang mit 1 - durch Auswerten des Strommesswerts M der spezifische elektrische Widerstand bzw. die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Temperiermittels K gemessen werden, beispielsweise unter Heranziehung der folgenden Formel: $ρ = \frac{U}{I} \cdot \frac{l 1' + l 2'}{l 1' \cdot l 2'} \cdot \frac{1}{A}$
wobei 11' die Länge der Zuflussleitung 61 zwischen dem in der 1 unteren Temperierkörper 50 der Temperiereinrichtung 60 und dem Gehäuse 30 und 12' die Länge der Rückflussleitung 62 zwischen dem in der 1 oberen Temperierkörper 50 der Temperiereinrichtung 60 und dem Gehäuse 30 bezeichnet.
Im Übrigen gelten die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der 1 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 entsprechend.
Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Schienenfahrzeug 10, bei dem ein Spannungsmodul 40 in einem Gehäuse 30 und elektrisch isoliert zu dem Gehäuse 30 angeordnet ist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind zwei Temperierkörper 50 vorhanden, die zum Kühlen oder Erwärmen des Spannungsmoduls 40 dienen, aber - im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 - elektrisch isoliert voneinander sind. Die beiden Temperierkörper 50 bilden somit eine elektrisch isolierte Temperierkörpergruppe.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 sind jeweils beide Temperierkörper 50 der elektrisch isolierten Temperierkörpergruppe individuell mit der Steuereinrichtung 80 verbunden, nämlich über einen ersten Schalter S1, der die Verbindung zu dem in der 3 oberen Temperierkörper 50 herstellen kann, und einem dritten Schalter S3, der die Verbindung zwischen der Steuereinrichtung 80 und dem in der 3 unteren Temperierkörper 50 herstellen kann.
Die Steuereinrichtung 80 ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 in der Lage, den elektrischen spezifischen Widerstand des Temperiermittels K unter Heranziehung des in der 3 unteren Temperierkörpers 50 durch Schließen des dritten Schalters S3 zu prüfen oder unter Heranziehung des in der 3 oberen Temperierkörpers 50 durch Schließen des ersten Schalters S1. Die Messwerte M für die verschiedenen Temperierkörper 50 können zur Kontrolle miteinander verglichen und/oder vor der weiteren Auswertung gemittelt werden.
Der spezifische elektrische Widerstand des Temperiermittels K kann analog zu den obigen Ausführungen unter Heranziehung des jeweiligen Strommesswerts M der Messeinrichtung 70 ermittelt werden, wobei lediglich die entsprechenden Leitungslängen zwischen dem Gehäuse 30 und dem jeweils herangezogenen Temperierkörper 50 individuell berücksichtigt werden müssen.
Im Übrigen gelten die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den 1 und 2 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 entsprechend.
Im Zusammenhang mit den 1 bis 3 wurde eine elektrisch aktive Messeinrichtung 70 vorgestellt, die eine Wechselspannungsquelle 71 zum Einspeisen eines Wechselstroms I aufweist. Alternativ kann als Messeinrichtung 70 auch eine passive Messeinrichtung eingesetzt werden, die keine eigene Spannungsquelle aufweist, sondern lediglich mit einer Strommesseinheit ausgestattet ist. Im Falle einer solchen Ausgestaltung werden Strommesswerte M mittels der Steuereinrichtung 80 ausgewertet, die auf dem Potenzialunterschied zwischen dem jeweils zur Messung herangezogenen Temperierkörper 50 und dem Gehäuse 30 oder auf dem Potenzialunterschied zwischen dem Spannungsmodul und dem Gehäuse 30 beruhen; ansonsten gelten die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den 1 bis 3 entsprechend.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können einzelne, mehrere oder alle der folgenden Vorteile aufweisen:

- Es ist eine automatisierte Überwachung der Leitfähigkeit der Temperierflüssigkeit mit nur zwei zusätzlichen Schaltern, also ohne relevante zusätzliche Einbaukomponenten, möglich, wenn zur Isolationsprüfung bereits Messhardware beispielsweise in Form eines Isolationswächters vorhanden ist.
- Es ist keine regelmäßige manuelle Überprüfung der Temperierflüssigkeit mehr nötig.
- Es kann eine Kostenersparnis durch weniger Wartungspersonal und weniger Wartungsintervalle erzielt werden.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Schienenfahrzeug
11: Stromabnehmer
12: Antrieb
20: Anordnung
30: Gehäuse
40: Spannungsmodul
50: Temperierkörper
60: Temperiereinrichtung
61: Zuflussleitung
62: Rückflussleitung
70: Messeinrichtung
71: Wechselspannungsquelle
72: Strommesseinheit
80: Steuereinrichtung
90: Schalteinrichtung
F: Fehlersignal
I: Wechselstrom
I1: Teilstrom
12: Teilstrom
K: Temperiermittel
M: Strommesswert
S1: Schalter
S2: Schalter
U: Wechselspannung
W1: Warnsignal
W2: Warnsignal

Claims

Anordnung (20) mit - einem Gehäuse (30), - zumindest einem in dem Gehäuse (30) befindlichen Spannungsmodul (40), an dem elektrische Spannung anliegt oder zumindest anliegen kann und das gegenüber dem Gehäuse (30) elektrisch isoliert ist, und - einem Temperierkörper (50), der im Gehäuse (30) angeordnet ist und zur Temperierung des Spannungsmoduls (40) von einem elektrisch nicht oder nur schlecht leitfähigen Temperiermittel (K) durchflossen wird oder werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass - die Anordnung (20) eine Messeinrichtung (70) umfasst, die zur Temperiermittelüberprüfung den elektrischen Widerstand zwischen dem Temperierkörper (50) und dem Gehäuse (30) oder eine damit korrelierende elektrische Größe messen kann, und - eine Steuereinrichtung (80) vorhanden ist, die Messwerte (M) der Messeinrichtung (70) auf das Einhalten zumindest eines vorgegebenen temperiermittelbezogenen Grenzwertes hin überwacht und ein Warnsignal (W1, W2) erzeugt, wenn die Messwerte (M) oder daraus abgeleitete Hilfswerte zumindest einen vorgegebenen temperiermittelbezogenen Grenzwert nicht einhalten.
Anordnung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (20) eine von der Steuereinrichtung (80) ansteuerbare Schalteinrichtung (90) umfasst, die zur Temperiermittelüberprüfung die Messeinrichtung (70) mit dem Temperierkörper (50) verbindet.
Anordnung (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (80) ein Warnsignal (W1) erzeugt, das einen zu kleinen spezifischen elektrischen Widerstand des Temperiermittels (K) anzeigt, wenn die Messwerte (M) einen elektrischen Widerstand zwischen dem Temperierkörper (50) und dem Gehäuse (30) anzeigen, der eine untere temperiermittelbezogene Widerstandsschwelle unterschreitet.
Anordnung (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (80) ein Warnsignal (W2) erzeugt, das ein Fehlen von Temperiermittel (K) anzeigt, wenn die Messwerte (M) einen elektrischen Widerstand zwischen dem Temperierkörper (50) und dem Gehäuse (30) anzeigen, der eine obere temperiermittelbezogene Widerstandsschwelle überschreitet.
Anordnung (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuereinrichtung (80) die Messeinrichtung (70) zum Zwecke einer Isolationsüberprüfung mittels der Schalteinrichtung (90) mit einem Modulanschluss (41), insbesondere einem Plus- oder Minuspol des Spannungsmoduls (40), verbindet und die Messeinrichtung (70) den Widerstand zwischen dem Modulanschluss (41) und dem Gehäuse (30) oder eine damit korrelierende elektrische Größe misst und - die Steuereinrichtung (80) im Rahmen der Isolationsüberprüfung die Messwerte (M) der Messeinrichtung (70) auf das Einhalten zumindest eines vorgegebenen isolationsbezogenen Grenzwertes hin überwacht und ein Fehlersignal (F) erzeugt, wenn die Messwerte (M) oder daraus abgeleitete Hilfswerte zumindest einen vorgegebenen isolationsbezogenen Grenzwert nicht einhalten.
Anordnung (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (90) einen ersten Schalter (S1), der im eingeschalteten Zustand die Messeinrichtung (70) mit dem Temperierkörper (50) verbindet, und einen zweiten Schalter (S2), der im eingeschalteten Zustand die Messeinrichtung (70) mit dem Modulanschluss (41) verbindet, aufweist.
Anordnung (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (30) zwei oder mehr Temperierkörper (50) enthalten sind, die eine elektrisch verbundene Temperierkörpergruppe bilden, bei der die Temperierkörper (50) elektrisch und fluidmäßig miteinander verbunden sind, und zur Temperiermittelüberprüfung die Messeinrichtung (70) mittels der Schalteinrichtung (90) mit einem der Temperierkörper (50) verbunden wird.
Anordnung (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - in dem Gehäuse (30) zwei oder mehr Temperierkörper (50) enthalten sind, die eine elektrisch isolierte Temperierkörpergruppe bilden, bei der die Temperierkörper (50) elektrisch voneinander isoliert, aber fluidmäßig miteinander verbunden sind, und - die Steuereinrichtung (80) zur Temperiermittelüberprüfung mittels der Schalteinrichtung (90) die Messeinrichtung (70) nacheinander jeweils mit jedem einzelnen der Temperierkörper (50) der elektrisch isolierten Temperierkörpergruppe individuell verbindet, wobei für jeden Temperierkörper (50) jeweils individuell die Temperiermittelüberprüfung vorgenommen wird und/oder die für die einzelnen Temperierkörper (50) ermittelten Messwerte gemittelt werden und/oder anhand der für die einzelnen Temperierkörper (50) ermittelten Messwerte durch Vergleich eine Plausibilitätsprüfung vorgenommen wird.
Anordnung (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (70) eine aktive Messeinrichtung (70) ist, die zur Temperiermittelüberprüfung oder zur Isolationsüberprüfung eine Wechselspannung (U) an die jeweilige mittels der Schalteinrichtung (90) zur Prüfung ausgewählte Isolationsstrecke anlegt und als Messwert einen Wechselstrommesswert, der den Strom durch die Isolationsstrecke angibt, oder einen Widerstandsmesswert, der den Widerstand der Isolationsstrecke angibt, erzeugt.
Anordnung (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsmodul (40) eine Batterie oder eine Brennstoffzelle ist.
Anordnung (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (70), die Steuereinrichtung (80) und die Schalteinrichtung (90) innerhalb des Gehäuses (30) angeordnet sind.
Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug (10), mit einer Anordnung (20), die ein Gehäuse (30) und zumindest ein in dem Gehäuse (30) befindliches Spannungsmodul (40) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung (20) eine Anordnung (20) nach einem der voranstehenden Ansprüche ist.
Verfahren zum Betreiben einer Anordnung (20), die aufweist - ein Gehäuse (30), - zumindest ein in dem Gehäuse (30) befindliches Spannungsmodul (40), an dem elektrische Spannung anliegt oder zumindest anliegen kann und das gegenüber dem Gehäuse (30) elektrisch isoliert ist, und - einen Temperierkörper (50), der im Gehäuse (30) angeordnet ist und von einem elektrisch nicht oder nur schlecht leitfähigen Temperiermittel (K) durchflossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass - zur Temperiermittelüberprüfung der elektrische Widerstand zwischen dem Temperierkörper (50) und dem Gehäuse (30) oder eine damit korrelierende elektrische Größe unter Bildung von Messwerten gemessen wird und - die Messwerte (M) auf das Einhalten zumindest eines vorgegebenen temperiermittelbezogenen Grenzwertes hin überwacht werden und ein Warnsignal (W1, W2) erzeugt wird, wenn die Messwerte (M) oder daraus abgeleitete Hilfswerte zumindest einen vorgegebenen temperiermittelbezogenen Grenzwert nicht einhalten.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass - anhand der Messwerte (M) der spezifische Leitwert oder der spezifische Widerstand des Temperiermittels ermittelt wird und - das Warnsignal (W1, W2) erzeugt wird, wenn der spezifische Leitwert oder der spezifische Widerstand einen vorgegebenen temperiermittelbezogenen spezifischen Leitgrenzwert oder spezifischen Widerstandsgrenzwert nicht einhalten.