DE102021110879B3 - Method, device and computer program product for correcting a measured insulation voltage - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Korrigieren einer gemessenen Isolationsspannung (118) zwischen einem Hochvoltpotenzial (106) und einem Niedervoltpotenzial (108) insbesondere in einem Fahrzeug, wobei unter Verwendung der gemessenen Isolationsspannung (118) und einer zwischen dem Hochvoltpotenzial (106) und dem Niedervoltpotenzial (108) verbauten Kapazität (120) sowie eines zwischen dem Hochvoltpotenzial (106) und dem Niedervoltpotenzial (108) ermittelten Isolationswiderstands (122) ein Fehler (126) der gemessenen Isolationsspannung (118) bestimmt wird, wobei unter Verwendung des Fehlers (126) und der gemessenen Isolationsspannung (118) eine korrigierte Isolationsspannung (128) ausgegeben wird.The present invention relates to a method for correcting a measured insulation voltage (118) between a high-voltage potential (106) and a low-voltage potential (108), in particular in a vehicle, using the measured insulation voltage (118) and one between the high-voltage potential (106) and the low-voltage potential (108) built-in capacitance (120) and an insulation resistance (122) determined between the high-voltage potential (106) and the low-voltage potential (108), an error (126) of the measured insulation voltage (118) is determined, using the error ( 126) and the measured insulation voltage (118) a corrected insulation voltage (128) is output.
Description
Technisches Gebiettechnical field
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Korrigieren einer gemessenen Isolationsspannung zwischen einem Hochvoltpotenzial und einem Niedervoltpotenzial insbesondere in einem Fahrzeug sowie eine entsprechende Vorrichtung.The present invention relates to a method for correcting a measured insulation voltage between a high-voltage potential and a low-voltage potential, in particular in a vehicle, and a corresponding device.
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Traktionsbatterien für Fahrzeuge beschrieben. Die Erfindung kann aber für jede Anwendung genutzt werden, in der eine Hochvolt-Batteriespannung gemessen werden soll.The present invention will be described in the following mainly in connection with traction batteries for vehicles. However, the invention can be used for any application in which a high-voltage battery voltage is to be measured.
In einem Fahrzeug ist die Traktionsbatterie in ein Hochvoltsystem des Fahrzeugs integriert. Das Hochvoltsystem trennt ein Hochvoltpotenzial der Traktionsbatterie von einem Niedervoltpotenzial einer Hilfsbatterie des Fahrzeugs.In a vehicle, the traction battery is integrated into the vehicle's high-voltage system. The high-voltage system separates a high-voltage potential of the traction battery from a low-voltage potential of an auxiliary battery in the vehicle.
Um beispielsweise Kriechströme zwischen dem Hochvoltpotenzial und dem Niedervoltpotenzial zu erkennen, kann eine elektrische Spannung zwischen dem Hochvoltpotenzial und dem Niedervoltpotenzial gemessen werden.For example, to detect leakage currents between the high-voltage potential and the low-voltage potential, an electrical voltage can be measured between the high-voltage potential and the low-voltage potential.
Die
Die US 2012 / 0 221 269 A1 offenbart ein Verfahren und System zum Bestimmen von Ableitwiderständen in einem Bussystem. Das Bussystem hat einen erdfreien DC-Bus, der mit der Busspannungsquelle verbunden ist. Das System enthält auch ein Paar bekannter Widerstände, die jeweils über einen Schalter mit dem Bus verbunden sind. Das Verfahren umfasst bei geschlossenem ersten Schalter und offenem zweiten Schalter das Messen einer Spannung zwischen dem Bus und der Masse und das Messen einer Spannung zwischen der Masse und dem zweiten Anschluss. Das Verfahren umfasst auch bei offenem ersten Schalter und geschlossenem zweiten Schalter das Messen einer Spannung zwischen dem Bus und Masse und das Messen einer Spannung zwischen Masse und dem zweiten Anschluss. In Abhängigkeit von den bekannten Widerständen und den gemessenen Spannungen werden dann der erste und der zweite Ableitwiderstand berechnet.US 2012/0 221 269 A1 discloses a method and system for determining leakage resistances in a bus system. The bus system has a floating DC bus that is connected to the bus voltage source. The system also includes a pair of known resistors, each connected to the bus through a switch. The method includes measuring a voltage between the bus and ground and measuring a voltage between ground and the second terminal with the first switch closed and the second switch open. The method also includes measuring a voltage between the bus and ground and measuring a voltage between ground and the second terminal with the first switch open and the second switch closed. The first and second leakage resistances are then calculated as a function of the known resistances and the measured voltages.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel ein verbessertes Verfahren zum Korrigieren einer gemessenen Isolationsspannung zwischen einem Hochvoltpotenzial und einem Niedervoltpotenzial in einem Fahrzeug sowie eine entsprechende verbesserte Vorrichtung bereitzustellen.One object of the invention is therefore to provide an improved method for correcting a measured insulation voltage between a high-voltage potential and a low-voltage potential in a vehicle and a corresponding improved device using means that are as simple as possible in terms of design.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.The object is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims, the description and the accompanying figures. In particular, the independent claims of a claim category can also be developed analogously to the dependent claims of another claim category.
Beim Beschleunigen eines Fahrzeugs unter Verwendung eines elektrischen Antriebs des Fahrzeugs sinkt eine von einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs bereitgestellte Hochvoltspannung aufgrund eines Innenwiderstands der Traktionsbatterie ab. Umgekehrt erhöht sich die Hochvoltspannung beim Rekuperieren unter Verwendung des elektrischen Antriebs.When accelerating a vehicle using an electric drive of the vehicle, a high-voltage voltage provided by a traction battery of the vehicle drops due to an internal resistance of the traction battery. Conversely, the high-voltage voltage increases when recuperating using the electric drive.
Die Hochvoltspannung wird während des Beschleunigens und Rekuperierens aber auch durch elektrische Einflüsse von Kapazitäten und Widerständen zwischen einem Hochvoltsystem und einer Masse des Fahrzeugs beeinflusst.However, the high-voltage voltage is also influenced during acceleration and recuperation by the electrical influences of capacitances and resistances between a high-voltage system and a mass of the vehicle.
Durch den hier vorgestellten Ansatz kann die Hochvoltspannung im Fahrzeug unter dynamischen Bedingungen überwacht und nötigenfalls korrigiert werden.With the approach presented here, the high-voltage in the vehicle can be monitored under dynamic conditions and corrected if necessary.
Es wird ein Verfahren zum Korrigieren einer gemessenen Isolationsspannung zwischen einem Hochvoltpotenzial und einem Niedervoltpotenzial insbesondere in einem Fahrzeug vorgestellt, wobei unter Verwendung der gemessenen Isolationsspannung und einer zwischen dem Hochvoltpotenzial und dem Niedervoltpotenzial verbauten Kapazität sowie eines zwischen dem Hochvoltpotenzial und dem Niedervoltpotenzial ermittelten Isolationswiderstands ein Fehler der gemessenen Isolationsspannung bestimmt wird, wobei unter Verwendung des Fehlers und der gemessenen Isolationsspannung eine korrigierte Isolationsspannung ausgegeben wird.A method for correcting a measured insulation voltage between a high-voltage potential and a low-voltage potential, in particular in a vehicle, is presented, using the measured insulation voltage and a capacitance installed between the high-voltage potential and the low-voltage potential and an insulation resistance determined between the high-voltage potential and the low-voltage potential, an error in the measured isolation voltage is determined, using the error and the measured isolation voltage, a corrected isolation voltage is output.
Ein Hochvoltpotenzial kann einer KFZ-Hochvoltspannung entsprechen. Die Hochvoltspannung kann mehrere hundert Volt, beispielsweise 400 Volt, betragen. Die Hochvoltspannung kann auch bis zu 1000 Volt betragen. Ein Niedervoltpotenzial kann beispielsweise ein Massepotenzial eines Fahrzeugs sein. Eine Karosserie des Fahrzeugs kann auf dem Massepotenzial liegen. Das Niedervoltpotenzial kann aber auch 12 Volt, 24 Volt oder 48 Volt betragen.A high-voltage potential can correspond to a motor vehicle high-voltage. The high voltage can be several hundred volts, for example 400 volts. The high voltage can also be up to 1000 volts. A low-voltage potential can be a ground potential of a vehicle, for example. A body of the vehicle can be at ground potential. However, the low-voltage potential can also be 12 volts, 24 volts or 48 volts.
Ein Isolationswächter des Fahrzeugs kann zumindest einen zwischen das Hochvoltpotenzial und das Niedervoltpotenzial schaltbaren Messwiderstand und ein Messgerät zum Erfassen der Isolationsspannung am Widerstand, d.h. einer über den Widerstand abfallenden elektrischen Spannung, aufweisen.An insulation monitor of the vehicle can have at least one measuring resistor that can be switched between the high-voltage potential and the low-voltage potential and a measuring device for detecting the insulation voltage across the resistor, i.e. an electrical voltage dropping across the resistor.
Der Messwiderstand kann ein hochohmiger Widerstand sein, sodass zwischen dem Hoch- und dem Niedervoltpotenzial über den Widerstand kein signifikanter elektrischer Strom fließt. Der Messwiderstand kann unter Verwendung eines Schalters mit dem Hochvoltpotenzial und/oder dem Niedervoltpotenzial verbunden werden und nach dem Erfassen der Isolationsspannung von dem Hochvoltpotenzial und/oder dem Niedervoltpotenzial getrennt werden.The measuring resistor can be a high-impedance resistor, so that no significant electrical current flows between the high and the low-voltage potential across the resistor. The measuring resistor can be connected to the high-voltage potential and/or the low-voltage potential using a switch and can be separated from the high-voltage potential and/or the low-voltage potential after the insulation voltage has been detected.
Die Isolationsspannung ist abhängig von einer elektrischen Spannung zwischen dem Hochvoltpotenzial und dem Niedervoltpotenzial und dem elektrische Widerstand des Messwiderstands.The insulation voltage depends on an electrical voltage between the high-voltage potential and the low-voltage potential and the electrical resistance of the measuring resistor.
Ein zeitlicher Verlauf der Isolationsspannung ist abhängig von einer zwischen dem Hochvoltpotenzial und dem Niedervoltpotenzial verbauten Kapazität und einem zwischen dem Hochvoltpotenzial und dem Niedervoltpotenzial vorhandenen Isolationswiderstand. Die Isolationsspannung am Messwiderstand kann also von einer Batteriespannung der Traktionsbatterie abweichen.The course of the insulation voltage over time depends on a capacitance installed between the high-voltage potential and the low-voltage potential and on an insulation resistance present between the high-voltage potential and the low-voltage potential. The insulation voltage at the measuring resistor can therefore deviate from a battery voltage of the traction battery.
Die Kapazität kann aus zumindest einer elektrischen Komponente des Fahrzeugs resultieren, die zwischen das Hochvoltpotenzial und das Niedervoltpotenzial geschaltet ist. Die Kapazität kann als Kondensator, insbesondere als Y-Kondensator ausgebildet sein. Die Kapazität der Komponente ist bekannt. Bei mehreren Komponenten wechselwirken bzw. addieren sich die Kapazitäten, um zu einer Gesamtkapazität zu führen.The capacitance can result from at least one electrical component of the vehicle that is connected between the high-voltage potential and the low-voltage potential. The capacitance can be designed as a capacitor, in particular as a Y-capacitor. The capacity of the component is known. In the case of several components, the capacities interact or add up to lead to an overall capacity.
Da die Isolationsspannung am Messwiderstand durch den Isolationswiderstand und durch die Kapazität beeinflusst wird, ist der Verlauf der Isolationsspannung zeitabhängig. Da die Kapazität und der Isolationswiderstand bekannt sind, kann ein Fehler der gemessenen Isolationsspannung gegenüber der Batteriespannung bestimmt werden und so auf die eigentliche Isolationsspannung geschlossen werden. Unter Verwendung der korrigierten Isolationsspannung kann der Isolationswiderstand für die nächste Berechnung bestimmt werden.Since the insulation voltage at the measuring resistor is influenced by the insulation resistance and the capacitance, the course of the insulation voltage is time-dependent. Since the capacitance and the insulation resistance are known, an error in the measured insulation voltage compared to the battery voltage can be determined and the actual insulation voltage can thus be deduced. Using the corrected insulation voltage, the insulation resistance can be determined for the next calculation.
Der Fehler kann ferner unter Verwendung eines zu einem zurückliegenden Zeitpunkt bestimmten Fehlers bestimmt werden. Der Fehler kann iterativ beziehungsweise numerisch bestimmt werden. Durch die Verwendung des zu dem zurückliegenden Zeitpunkt bestimmten Fehlers kann der Fehler angenähert beziehungsweise geschätzt werden.The error can also be determined using an error determined at a previous point in time. The error can be determined iteratively or numerically. By using the error determined at the previous point in time, the error can be approximated or estimated.
Unter Verwendung eines zeitlichen Verlaufs der gemessenen Isolationsspannung und der Kapazität sowie des ermittelten Isolationswiderstands kann ein zeitlicher Verlauf des Fehlers bestimmt werden. Unter Verwendung des zeitlichen Verlaufs des Fehlers und des zeitlichen Verlaufs der gemessenen Isolationsspannung kann ein zeitlicher Verlauf der korrigierten Isolationsspannung ausgegeben werden. Das hier vorgestellte Verfahren kann kontinuierlich oder in zeitlichen Abständen, d.h. beispielsweise periodisch, ausgeführt werden.A time profile of the fault can be determined using a time profile of the measured insulation voltage and the capacitance as well as the determined insulation resistance. A time profile of the corrected insulation voltage can be output using the time profile of the error and the time profile of the measured insulation voltage. That featured here The method provided can be carried out continuously or at time intervals, ie, for example periodically.
Unter Verwendung einer zwischen Hochvoltplus und Masse gemessenen ersten Isolationsspannung und einer zwischen Hochvoltplus und Masse verbauten ersten Kapazität sowie eines zwischen Hochvoltplus und Masse ermittelten ersten Isolationswiderstands kann ein erster Fehler der gemessenen ersten Isolationsspannung bestimmt werden. Unter Verwendung des ersten Fehlers und der gemessenen ersten Isolationsspannung kann eine korrigierte erste Isolationsspannung ausgegeben werden. Unter Verwendung einer zwischen Hochvoltminus und Masse gemessenen zweiten Isolationsspannung und einer zwischen Hochvoltminus und Masse verbauten zweiten Kapazität sowie eines zwischen Hochvoltminus und Masse ermittelten zweiten Isolationswiderstands kann ein zweiter Fehler der gemessenen zweiten Isolationsspannung bestimmt werden. Unter Verwendung des zweiten Fehlers und der gemessenen zweiten Isolationsspannung kann eine korrigierte zweite Isolationsspannung ausgegeben werden. Die Isolationsspannungen können asymmetrisch sein. Die Isolationsspannungen können sich entsprechend eines Kapazitätsverhältnisses zwischen der ersten Kapazität und der zweiten Kapazität aufteilen. Ebenso können sich die Isolationsspannungen entsprechend eines Widerstandsverhältnisses zwischen dem ersten Isolationswiderstand und dem zweiten Isolationswiderstand aufteilen. Die Aufteilung der Isolationsspannungen kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten durch die Kapazitäten und die Isolationswiderstände beeinflusst werden.A first error in the measured first insulation voltage can be determined using a first insulation voltage measured between high-voltage plus and ground and a first capacitance installed between high-voltage plus and ground and a first insulation resistance determined between high-voltage plus and ground. A corrected first isolation voltage can be output using the first error and the measured first isolation voltage. A second error in the measured second insulation voltage can be determined using a second insulation voltage measured between high-voltage minus and ground and a second capacitance installed between high-voltage minus and ground and a second insulation resistance determined between high-voltage minus and ground. A corrected second isolation voltage can be output using the second error and the measured second isolation voltage. The isolation voltages can be asymmetrical. The insulation voltages can be divided according to a capacitance ratio between the first capacitance and the second capacitance. Likewise, the insulation voltages can be divided according to a resistance ratio between the first insulation resistance and the second insulation resistance. The breakdown of the insulation voltages can be influenced at different points in time by the capacitances and the insulation resistances.
Zu Beginn der Bestimmung des Fehlers kann ein Schätzwert des Isolationswiderstands als der Isolationswiderstand verwendet werden. Der Isolationswiderstand kann ausgehend von dem Schätzwert iterativ optimiert werden. Durch die Optimierung kann der Fehler mit einer steigenden Genauigkeit bestimmt werden.At the beginning of the determination of the error, an estimate of the insulation resistance can be used as the insulation resistance. The insulation resistance can be iteratively optimized based on the estimated value. By optimizing, the error can be determined with increasing accuracy.
Zu Beginn der Bestimmung des Fehlers kann ein Schätzwert der Kapazität als die Kapazität verwendet werden. Die Kapazität kann ausgehend von dem Schätzwert iterativ optimiert werden. Durch die Optimierung kann der Fehler mit einer steigenden Genauigkeit bestimmt werden.At the beginning of the determination of the error, an estimate of the capacitance can be used as the capacitance. The capacity can be iteratively optimized based on the estimated value. By optimizing, the error can be determined with increasing accuracy.
Zu Beginn der Bestimmung des Fehlers kann die Kapazität stärker berücksichtigt werden als der Isolationswiderstand. Im Verlauf der Bestimmung des Fehlers kann der Isolationswiderstand stärker berücksichtigt werden als die Kapazität. Zu Beginn der Bestimmung ist der Fehler abhängiger von der Kapazität als von dem Isolationswiderstand. Im Verlauf der Bestimmung ist der Fehler abhängiger von dem Isolationswiderstand als von der Kapazität. Insbesondere ist der Fehler zu Beginn der Bestimmung abhängiger von einem Verhältnis der Kapazitäten als von einem Verhältnis der Isolationswiderstände. Im Verlauf der Bestimmung ist der Fehler abhängiger von dem Verhältnis der Isolationswiderstände als von dem Verhältnis der Kapazitäten.At the beginning of the determination of the fault, the capacitance can be considered more than the insulation resistance. In the course of determining the fault, the insulation resistance can be considered more than the capacitance. At the beginning of the determination, the error is more dependent on the capacitance than on the insulation resistance. In the course of the determination, the error depends more on the insulation resistance than on the capacity. In particular, the error at the beginning of the determination is more dependent on a ratio of the capacitances than on a ratio of the insulation resistances. In the course of the determination, the error is more dependent on the insulation resistance ratio than on the capacitance ratio.
Die korrigierte Isolationsspannung kann als Differenz zwischen dem Fehler und der gemessenen Isolationsspannung ausgegeben werden. Die korrigierte Isolationsspannung kann so einfach berechnet werden.The corrected insulation voltage can be output as the difference between the error and the measured insulation voltage. The corrected isolation voltage can be easily calculated.
Das Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.The method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die dazu ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante des hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen.The approach presented here also creates a device that is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of the method presented here in corresponding devices.
Die Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät mit zumindest einer Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest einer Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, und zumindest einer Schnittstelle und/oder einer Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind, sein. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein sogenannter System-ASIC oder ein Mikrocontroller zum Verarbeiten von Sensorsignalen und Ausgeben von Datensignalen in Abhängigkeit von den Sensorsignalen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Schnittstelle kann als Sensorschnittstelle zum Einlesen der Sensorsignale von einem Sensor und/oder als Aktorschnittstelle zum Ausgeben der Datensignale und/oder Steuersignale an einen Aktor ausgebildet sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann dazu ausgebildet sein, die Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben. Die Schnittstellen können auch Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.The device can be an electrical device with at least one computing unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, and at least one interface and/or one communication interface for reading in or outputting data that are embedded in a communication protocol, be. The computing unit can be, for example, a signal processor, a so-called system ASIC, or a microcontroller for processing sensor signals and outputting data signals as a function of the sensor signals. The storage unit can be, for example, a flash memory, an EPROM or a magnetic storage unit. The interface can be designed as a sensor interface for reading in the sensor signals from a sensor and/or as an actuator interface for outputting the data signals and/or control signals to an actuator. The communication interface can be designed to read in or output the data in a wireless and/or wired manner. The interfaces can also be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.A computer program product or computer program with program code, which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and/or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above, is also advantageous used, especially when the program product or program is run on a computer or device.
Figurenlistecharacter list
Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Darstellung eines Isolationswächters mit einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und -
2 Darstellungen von Spannungsverläufen gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 a representation of an insulation monitor with a device according to an embodiment; and -
2 Representations of voltage curves according to an embodiment.
Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.The figures are only schematic representations and only serve to explain the invention. Elements that are the same or have the same effect are provided with the same reference symbols throughout.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Der Isolationswächter weist einen zwischen das Hochvoltpotenzial 106 und das Niedervoltpotenzial 108 schaltbaren Messwiderstand 112, einen Schalter 114 zum Schalten des Messwiderstands 112 und ein Messgerät 116 zum Erfassen einer Isolationsspannung 118 am Messwiderstand 112 auf. Der Isolationswächter ist parallel zu einer zwischen dem Hochvoltpotenzial 106 und dem Niedervoltpotenzial 108 angeordneten Kapazität 120 und parallel zu einem Isolationswiderstand 122 des Hochvoltsystems gegen das Niedervoltpotenzial 108 geschaltet.The insulation monitor has a measuring
Die Batteriespannung 104 ist aufgrund eines Innenwiderstands der Traktionsbatterie 102 abhängig von einem Belastungszustand der Traktionsbatterie 102. Wenn sich die Batteriespannung 104 ändert, ergibt sich aufgrund des Isolationswiderstands 122 und der Kapazität 120 eine Verfälschung der Isolationsspannung 118, die der Isolationswächter erfassen kann. Die gemessene Isolationsspannung 118 wird unter Verwendung der Vorrichtung 100 korrigiert.Due to an internal resistance of the
Die Vorrichtung 100 liest die gemessene Isolationsspannung 118 ein und bestimmt unter Verwendung eines Werts des Isolationswiderstands 122 und eines Werts der Kapazität 120 einen Fehler 126 der gemessenen Isolationsspannung 118. Unter Verwendung des Fehlers 126 und der gemessenen Isolationsspannung 118 bestimmt die Vorrichtung 100 eine korrigierte Isolationsspannung 128.The
In einem Ausführungsbeispiel weist der Isolationswächter zwei Messwiderstände 112 (R_measp, R_measn), zwei Schalter 114 (SW_p, SW_n) und zwei Messgeräte 116 auf. Der erste Messwiderstand 112 (R_measp), der erste Schalter 114 (SW_p) und das erste Messgerät 116 sind zwischen einem Pluspol 130 des Hochvoltpotenzials 106 und dem Niedervoltpotenzial 108 angeordnet. Der zweite Messwiderstand 112 (R_measn), der zweite Schalter 114 (SW_n) und das zweite Messgerät 116 sind zwischen einem Minuspol 132 des Hochvoltpotenzials 106 und dem Niedervoltpotenzial 108 angeordnet. Da das Niedervoltpotenzial 108 auf Masse 110 liegt, liegt zwischen dem Pluspol 130 und Masse 110 ebenso wie zwischen dem Minuspol 132 und Masse 110 jeweils näherungsweise das halbe Hochvoltpotenzial 106 beziehungsweise die halbe Batteriespannung 104 (U_Bat) an.In one embodiment, the insulation monitor has two measuring resistors 112 (R_measp, R_measn), two switches 114 (SW_p, SW_n) and two measuring
Der erste Messwiderstand 112 (R_measp) und das erste Messgerät 116 können zum Messen einer ersten Isolationsspannung 118 durch den ersten Schalter 114 (SW_p) parallel zu einer ersten Kapazität (C_yp) 120 und einem ersten Isolationswiderstand (R_isop) 122 geschaltet werden. Der zweite Messwiderstand 112 (R_measn) und das zweite Messgerät 116 können zum Messen einer zweiten Isolationsspannung 118 durch den zweiten Schalter 114 (SW_n) parallel zu einer zweiten Kapazität 120 (C_yn) und einem zweiten Isolationswiderstand 122 (R_ison) geschaltet werden.The first measuring resistor 112 (R_measp) and the
Die Vorrichtung liest die erste gemessene Isolationsspannung 118 und die zweite gemessene Isolationsspannung 118 ein. Die Vorrichtung 100 bestimmt unter Verwendung eines der ersten gemessenen Isolationsspannung 118, der ersten Kapazität 120 und des ersten Isolationswiderstands 122 einen ersten Fehler 126 der ersten gemessenen Isolationsspannung 118. Unter Verwendung des ersten Fehlers 126 und der ersten gemessenen Isolationsspannung 118 bestimmt die Vorrichtung 100 eine erste korrigierte Isolationsspannung 128. Die Vorrichtung 100 bestimmt unter Verwendung der zweiten gemessenen Isolationsspannung 118, der zweiten Kapazität 120 und des zweiten Isolationswiderstands 122 einen zweiten Fehler 126 der zweiten gemessenen Isolationsspannung 118. Unter Verwendung des zweiten Fehlers 126 und der zweiten gemessenen Isolationsspannung 118 bestimmt die Vorrichtung 100 eine zweite korrigierte Isolationsspannung 128.The device reads the first measured
Im ersten Diagramm ist ein Verlauf einer Batteriespannung 104 einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs während einer Folge von Beschleunigungsvorgängen des Fahrzeugs dargestellt. The first diagram shows a course of a
Auf einen ersten längeren Beschleunigungsvorgang folgen zwei kürzere Beschleunigungsvorgänge und dann erneut ein längerer Beschleunigungsvorgang. Die Traktionsbatterie weist in unbelastetem Zustand eine Batteriespannung von 400 Volt auf. Die Batteriespannung 104 sinkt aufgrund eines Innenwiderstands der Traktionsbatterie bei den Beschleunigungsvorgängen jeweils ab. Dabei wirkt zusätzlich ein elektrischer Einfluss der zwischen dem Hochvoltpotenzial und dem Niedervoltpotenzial angeordneten Kapazität und des Isolationswiderstands. Aufgrund der Kapazität sinkt die Batteriespannung 104 während eines Beschleunigungsvorgangs erst stark ab und nähert sich dann näherungsweise asymptotisch an einen Tiefstwert an. Der Tiefstwert kann dabei bis zu ca. 60 Volt unter einem Ausgangswert liegen. Nach dem Beschleunigungsvorgang steigt die Batteriespannung 104 dann wieder stark an und nähert sich näherungsweise asymptotisch an die 400 Volt an.A first longer acceleration process is followed by two shorter acceleration processes and then another longer acceleration process. When not under load, the traction battery has a battery voltage of 400 volts. The
Im zweiten Diagramm ist ein Verlauf einer gemessenen Isolationsspannung 118 während der Beschleunigungsvorgänge dargestellt. Die gemessene Isolationsspannung 118 entspricht theoretisch der halben Batteriespannung 104 im ersten Diagramm. Auch hier ist der Einfluss der Kapazität deutlich erkennbar. Die gemessene Isolationsspannung sinkt während der Beschleunigungsvorgänge ebenso ab. Im Gegensatz zur Batteriespannung 104 steigt die gemessene Isolationsspannung 118 nach den längeren Beschleunigungsvorgängen nur auf niedrigeren Wert als vor dem jeweiligen Beschleunigungsvorgang an. Nach den kürzeren Beschleunigungsvorgängen steigt die gemessene Isolationsspannung 118 jeweils auf einen höheren Wert als vor dem jeweiligen Beschleunigungsvorgang an. Dadurch erreicht die gemessene Isolationsspannung 118 nach dem zweiten kurzen Beschleunigungsvorgang einen höheren Wert als die halbe Batteriespannung 104.The course of a measured
Zusätzlich ist im zweiten Diagramm ein Verlauf einer gemäß dem hier vorgestellten Ansatz korrigierten Isolationsspannung 128 dargestellt. Die korrigierte Isolationsspannung 128 ist gegenüber der jeweils gemessenen Isolationsspannung 118 um einen momentanen Fehler 126 aufgrund des elektrischen Einflusses der Kapazität und des Isolationswiderstands korrigiert.In addition, the course of an
Die korrigierte Isolationsspannung 128 weist während der Beschleunigungsvorgänge keine Einbrüche auf und folgt lediglich einem Trend der gemessenen Isolationsspannung 118.The corrected
Mit anderen Worten wird eine optimierte Isolationsmessung durch Fehlerschätzung zur Korrektur von Spannungsschwankungen vorgestellt.In other words, an optimized insulation measurement through error estimation to correct for voltage fluctuations is presented.
Bei starken Beschleunigungs- und Rekuperationsvorgängen im Fahrzeug kann es zu Schwankungen der Hochvolt-Batteriespannung kommen. Diese Schwankungen wirken sich negativ auf die Isolationsmessung des internen Isolationswächters (sogenannter IsoWächter) aus. Dieser misst für eine Bestimmung der Isolationswiderstände im Fahrzeug die Isolationsspannungen zwischen Hochvoltplus und Masse sowie Hochvoltminus und Masse und geht von einer stabilen Spannung aus. Durch die Spannungsschwankungen kann es zu starken Messungenauigkeiten bis hin zum Messabbruch kommen. Bei einem passiven Isolationsmessverfahren werden bekannte Widerstände parallel zu den Isolationswiderständen geschalten und die Umladekurve der Isolationsspannungen bei dem Schaltvorgang analysiert.Strong acceleration and recuperation processes in the vehicle can cause fluctuations in the high-voltage battery voltage. These fluctuations have a negative effect on the insulation measurement of the internal insulation monitor (so-called IsoMonitor). To determine the insulation resistances in the vehicle, this measures the insulation voltages between high-voltage plus and ground as well as high-voltage minus and ground and assumes a stable voltage. The voltage fluctuations can lead to severe measurement inaccuracies and even to the measurement being aborted. With a passive isolation measurement method, known resistances are connected in parallel with the insulation resistances and the charge-reversal curve of the insulation voltages during the switching process is analyzed.
Herkömmlicherweise wird davon ausgegangen, dass sich ein Spannungseinbruch der Hochvolt-Batteriespannung symmetrisch auf die Isolationsspannungen auswirkt. Wenn beispielsweise die Hochvolt-Batteriespannung um 50 V einbricht, dann wird davon ausgegangen, dass jede Isolationsspannung um 25 V einbricht. Tatsächlich teilt sich der Spannungseinbruch im ersten Moment jedoch mit dem Verhältnis der Y-Kapazitäten und später mit dem Verhältnis der Isolationswiderstände auf. Dies wird bei dem hier vorgestellten Ansatz berücksichtigt, wodurch ein Spannungseinbruch sehr genau korrigiert werden kann.Conventionally, it is assumed that a voltage drop in the high-voltage battery voltage has a symmetrical effect on the insulation voltages. For example, if the high-voltage battery voltage drops by 50V, then each isolation voltage is assumed to drop by 25V. In fact, the voltage dip is initially divided with the ratio of the Y capacitances and later with the ratio of the insulation resistances. This is taken into account in the approach presented here, which means that a voltage drop can be corrected very precisely.
Bei dem hier vorgestellten Ansatz bestimmt ein Fehlerschätzer den aktuellen Fehler der Batteriespannung und berechnet anschließend mittels des zuvor bestimmten Fehlers, der Isolationsspannungen und der zuvor bestimmten Isolationswiderstände und Y-Kapazitäten, den aktuellen Fehler der Isolationsspannungen. Bei der erstmaligen Berechnung werden Annahmen für die Startwerte der Isolationswiderstände und der Y-Kapazitäten getroffen. Weiterhin wird berücksichtigt, dass sich der Fehler der Isolationsspannungen im ersten Moment mit dem Verhältnis der Y-Kapazitäten und erst später mit dem Verhältnis der Isolationswiderstände aufteilt.In the approach presented here, an error estimator determines the current error in the battery voltage and then uses the previously determined error, the insulation voltages and the previously determined insulation resistances and Y capacitances to calculate the current error in the insulation voltages. With the first calculation, assumptions are made for the starting values of the insulation resistance and the Y-capacitance. It is also taken into account that the error in the insulation voltages is initially distributed with the ratio of the Y capacitances and only later with the ratio of the insulation resistances.
Durch den hier vorgestellten Ansatz kann eine verbesserte Messgenauigkeit bei gleicher Messdauer und eine erhöhte Verfügbarkeit erreicht werden.With the approach presented here, improved measurement accuracy can be achieved with the same measurement duration and increased availability.
Die folgenden Diagramme in
Für den hier vorgestellten Korrekturansatz werden Differentialgleichungen des oben abgebildeten Hochvolt-Systems für die beiden Isolationsspannungen aufgestellt. Diese beschreiben das dynamische Verhalten der Isolationsspannungen in Abhängigkeit von den Systemparametern Isolationswiderstand (Riso), Messwiderstand (Rmeas), Kapazität Cy) und Innenwiderstand der Batterie (Rbat). Rp sowie Rn stellen hierbei den Widerstandswert der Parallelschaltung aus Messwiderstand und Isolationswiderstand (z.B. Rp = Risop || Rmeasp) dar, solange die Messschaltung mit dem Hochvolt-System verbunden ist. Andernfalls gilt Rp = Risop.
Das Differentialgleichungssystem bestehend aus den zuvor genannten Differentialgleichungen wird gelöst. Hierfür gibt es, ebenso wie bei der Bestimmung der Isolationswiderstände aus dem Spannungsverlauf verschiedene Ansätze. Beispielhaft wird hier das implizite Euler-Verfahren verwendet, welches ein numerisches Lösungsverfahren darstellt. Nach einigen Umformungen sowie der Annahme, dass der Batterieinnenwiderstand = 0 Ω beträgt, resultieren die Gleichungen.
Die beiden Gleichungen beschreiben nun das Verhalten der Isolationsspannungen in zeitdiskreter Form. Dabei ist Δt die Zeit zwischen zwei Auswertungen der Gleichungen (z.B. Abtastzeit der Spannung = 1 ms). xk ist der Wert der Variable „x“ zum Zeitpunkt „k“, also zum aktuellen Zeitpunkt. xk-1 ist der Wert der Variable „x“ zum Zeitpunkt „k-1“, also im vorangegangenen Auswerteschritt.The two equations now describe the behavior of the insulation voltages in discrete-time form. Δt is the time between two evaluations of the equations (eg sampling time of the voltage = 1 ms). x k is the value of the variable "x" at time "k", i.e. at the current time. x k-1 is the value of the variable "x" at the time "k-1", i.e. in the previous evaluation step.
Zur Korrektur der gemessenen Isolationsspannung werden die beiden Gleichungen mit der Spannungsänderung der gemessenen Batteriespannung beaufschlagt. Als Ergebnis der Auswertung der Gleichungen ergeben sich in jedem Auswerteschritt k die durch die schwankende Batteriespannung verursachten Fehler der Isolationsspannungen Uiso_err. Diese werden anschließend von den gemessenen Isolationsspannungen Uiso_meas subtrahiert wodurch sich als Ergebnis die korrigierten Isolationsspannungen Uiso_korr ergeben.
Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft gewählt.Since the devices and methods described in detail above are exemplary embodiments, they can be modified to a large extent in the usual way by a person skilled in the art without departing from the scope of the invention. In particular, the mechanical arrangements and the size ratios of the individual elements to one another are only chosen as examples.
Bezugszeichenlistereference list
- 100100
- Vorrichtungcontraption
- 102102
- Traktionsbatterietraction battery
- 104104
- Batteriespannungbattery voltage
- 106106
- Hochvoltpotenzialhigh-voltage potential
- 108108
- Niedervoltpotenziallow-voltage potential
- 110110
- MasseDimensions
- 112112
- Messwiderstandmeasuring resistor
- 114114
- SchalterSwitch
- 116116
- Messgerätgauge
- 118118
- gemessene Isolationsspannungmeasured insulation voltage
- 120120
- Kapazitätcapacity
- 122122
- Isolationswiderstandinsulation resistance
- 126126
- Fehlermistake
- 128128
- korrigierte Isolationsspannungcorrected insulation voltage
- 130130
- Pluspolpositive pole
- 132132
- Minuspolnegative pole
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102021110879.9A DE102021110879B3 (en) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | Method, device and computer program product for correcting a measured insulation voltage |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102021110879.9A DE102021110879B3 (en) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | Method, device and computer program product for correcting a measured insulation voltage |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE102021110879B3 true DE102021110879B3 (en) | 2022-10-27 |
Family
ID=83508097
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102021110879.9A Active DE102021110879B3 (en) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | Method, device and computer program product for correcting a measured insulation voltage |
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Citations (2)
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US20120221269A1 (en) | 2011-02-28 | 2012-08-30 | Kent David Wanner | Method and system for determining dc bus leakage |
DE102015101074A1 (en) | 2015-01-26 | 2016-07-28 | Lisa Dräxlmaier GmbH | Method and circuit for determining an insulation size |
-
2021
- 2021-04-28 DE DE102021110879.9A patent/DE102021110879B3/en active Active
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