DE102021201838A1

DE102021201838A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Isolationswiderstandsmessung in einem IT-Netz

Info

Publication number: DE102021201838A1
Application number: DE102021201838.6A
Authority: DE
Inventors: Jochen Juhl; Sebastian ZIEGLER; Oliver Kopf; Kay-Michael Günther
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Isolationswiderstandsmessung in einem IT-Netz (100), wobei die Vorrichtung (1) Schaltelemente (S1, S2) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, die Vorrichtung (1) für einen Messzyklus mit einer positiven Hochvoltleitung (102) des IT-Netzes (100) oder einer negativen Hochvoltleitung (103) des IT-Netzes (100) zu verbinden, wobei die Vorrichtung (1) weiter derart ausgebildet ist, während eines Messzyklus mindestens drei Messwerte (U1-U3) über einem Messwiderstand (R2, R4) aufzunehmen, wobei die drei Messwerte (U1-U3) einen äquidistanten Zeitabstand (Δt) aufweisen und ein Messwert-Tripel bilden, wobei aus den mindestens drei Messwerten (U1-U3) ein Spannungswert (Ue) für den eingeschwungenen Zustand je Messzyklus berechnet wird, wobei aus den beiden Spannungswerten (Ue) für den eingeschwungenen Zustand der Isolationswiderstand (Riso+_Hvl) zwischen positiver Hochvoltleitung (102) und einer Masse und der Isolationswiderstand (Riso-_Hvl) zwischen negativer Hochvoltleitung (103) und der Masse berechnet wird, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass während eines Messzyklus n Messwert-Tripel aufgenommen werden, wobei die berechneten n Spannungswerte (Ue) für den eingeschwungenen Zustand gemittelt werden und der gemittelte Spannungswert zur Berechnung der Isolationswiderstände (Riso+_Hvl, Riso-_Hvl) verwendet wird, wobei n ≥ 2 ist, sowie ein zugehöriges Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Isolationswiderstandsmessung in einem IT-Netz.
IT-Netze (Isole Terre) sind ungeerdete Spannungsnetze. Beispielsweise sind Traktionsnetze in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug typischerweise als IT-Netze ausgebildet. Dabei ist es notwendig, den Isolationswiderstand der jeweiligen Spannungsleitung gegen Masse (z.B. Fahrzeugkarosserie) oder ein bekanntes Bezugspotential zu messen.
Eine derartige Vorrichtung ist z.B. aus der DE 10 2017 214 408 A1 bekannt. Ein Problem bei den bekannten Vorrichtungen ist die notwendige lange Messzeit eines Messzyklus aufgrund der vorhandenen Kapazitäten, die teilweise gewollt und teilweise parasitär sind, damit die Messwerte weitgehend den eingeschwungenen Zustand messen.
Aus der EP 3 130 932 B1 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung bekannt. Dabei werden drei Messwerte in einem äquidistanten Zeitabstand aufgenommen und daraus die Spannung im eingeschwungenen Zustand berechnet. Dadurch kann der notwendige Messzyklus verkürzt werden.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Isolationswiderstandsmessung hinsichtlich der Genauigkeit zu verbessern und ein entsprechendes Verfahren zur Verfügung zu stellen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu weist die Vorrichtung zur Isolationswiderstandsmessung in einem IT-Netz Schaltelemente auf, wobei die Vorrichtung derart ausgebildet ist, die Vorrichtung für einen Messzyklus mit einer positiven Hochvoltleitung des IT-Netzes oder einer negativen Hochvoltleitung des IT-Netzes zu verbinden. Weiter ist die Vorrichtung derart ausgebildet, während eines Messzyklus mindestens drei Spannungsmesswerte U1-U3 über einem Messwiderstand aufzunehmen, wobei die drei Messwerte einen äquidistanten Zeitabstand aufweisen und ein Messwert-Tripel bilden. Aus den mindestens drei Messwerten wird ein Spannungswert für den eingeschwungenen Zustand berechnet. Anschließend wird der Messzyklus für die andere Hochvoltleitung wiederholt. Nachdem die beiden Spannungswerte für den eingeschwungenen Zustand bestimmt wurden, können die beiden Isolationswiderstände bestimmt werden. Für die Messungen kann dabei auch ein einziger Messwiderstand verwendet werden (siehe z.B. die DE 10 2017 214 408 A1 ). Es sind aber auch Ausführungen möglich, wo verschiedene Messwiderstände verwendet werden. Die Vorrichtung ist weiter derart ausgebildet, dass während eines Messzyklus n Messwert-Tripel aufgenommen werden, wobei die berechneten n Spannungswerte für den eingeschwungenen Zustand gemittelt werden und der gemittelte Spannungswert zur Berechnung der Isolationswiderstände verwendet wird, wobei n ≥ 2 ist. Dadurch wird die Genauigkeit der Berechnung erhöht. Die Mittelung ist vorzugsweise eine arithmetische Mittelung. Andere Mittelungen sind jedoch ebenfalls möglich. Vorzugsweise überschneiden sich die Messwert-Tripel.
Vorzugsweise liegt n zwischen 50 und 150, was einen guten Kompromiss zwischen Erhöhung der Messgenauigkeit und Messaufwand bzw. Rechenaufwand darstellt. Ist der Messzyklus beispielsweise 3 s lang, kann beispielsweise alle 10 ms ein Spannungsmesswert aufgenommen werden, um so 100 Messwert-Tripel zu erhalten.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass mindestens eine Randbedingung für die Messwert-Tripel abgeprüft wird, wobei die Messwert-Tripel nur zur Bestimmung des Spannungswertes herangezogen werden, wenn die Randbedingung erfüllt ist. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Isolationswiderstandsmessung, was nachfolgend noch näher erläutert wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass nur die Messwert-Tripel nicht berücksichtigt werden, die die Randbedingung nicht erfüllen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass, wenn auch nur ein oder mehrere Messwert-Tripel die Randbedingung nicht erfüllen, der Spannungswert für den eingeschwungenen Zustand mittels einer anderen Vorschrift berechnet wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Randbedingung, dass der Betrag der Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Messwert des Messwert-Tripels größer ist als der Betrag der Differenz zwischen dem dritten und zweiten Messwert des Messwert-Tripels bzw. |U₂-U₁| > |U₃-U₂|. Bei den Einschwingvorgängen handelt es sich um e-Funktionen mit negativen Koeffizienten, sodass die Änderungen zu Beginn größer sind als zum Ende, unabhängig davon, ob es sich um Auflade- oder Entladevorgänge eines Kondensators handelt. Ist daher die Randbedingung nicht erfüllt, so spricht dies für Messfehler, die insbesondere auftreten können, wenn die Messspannung sich stark dem Spannungswert für den eingeschwungenen Zustand nähert. Zusätzlich kann daher auch noch gefordert werden, dass der Betrag der Differenz zwischen drittem und zweiten Messwert des Messwert-Tripels größer Null ist, also $| U_{2} - U_{1} | > | U_{3} - U_{2} | < 0.$
In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Randbedingung, dass das Vorzeichen der Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Messwert des Messwert-Tripels gleich dem Vorzeichen der Differenz zwischen dem dritten und dem zweiten Messwert des Messwert-Tripels ist. Hierdurch wird überprüft, ob das Kriterium erfüllt ist, dass die Funktion streng monoton fallend oder streng monoton steigend ist, was bei Auf- oder Entladevorgängen der Fall sein muss. Wenn i das jeweilige Tripel kennzeichnet, dann kann diese Randbedingung sign(U_(i,2)-U_(i,1) )=sign(U_(i,3)-U_(i,2)) nicht nur je Tripel i, sondern übergreifend auf alle Tripel einer Spanungsmessung angewandt werden, da sie sich alle auf dieselbe Einschwingkurve beziehen.
D.h. wenn z.B. das Delta U_(1,2)-U_(1,1) zwischen zweiter zu erster Spannung des ersten Tripels negativ ist, dann müssen alle Deltas aller Tripel negativ sein.
Vorzugsweise müssen beide Randbedingungen erfüllt sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Vorrichtung derart ausgebildet, dass bei einer Verletzung der mindestens einen Randbedingung der Spannungswert für den eingeschwungenen Zustand aus dem letzten dritten Messwert des letzten Messwert-Tripels oder einer Mittelung von dritten Messwerten der Messwert-Tripel bestimmt wird. Die Ausführungsform mit der Mittelung kommt insbesondere bevorzugt zur Anwendung, wenn sich die verschiedenen Messwert-Tripel überschneiden. Wie bereits ausgeführt wurde, nimmt die Wahrscheinlichkeit von Messfehlern beispielsweise aufgrund von Rauschen zu, je näher die Spannung am Spannungswert für den eingeschwungenen Zustand liegt. In diesem Fall sind dann aber auch die dritten Messwerte sehr dicht am Spannungswert für den eingeschwungenen Zustand. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Mitteilung über alle dritten Messwerte erfolgt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass nur über ausgewählte dritte Messwerte gemittelt wird, beispielsweise über die letzten 10 oder aber nur über die dritten Messwerte, die nach Verletzung der Randbedingung erfasst wurden. Alternativ kann auch über alle ersten, zweiten und dritten Messwerte gemittelt werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Referenzspannungsquelle mit einem Spannungsteiler auf, wobei der Mittelabgriff das Bezugspotential für die Messwerte ist. Durch die Anhebung des Bezugspotentials können auch negative Messwerte für die resultierende Spannung der positiven Hochvoltleitung über dem Messwiderstand gemessen werden, sodass die Genauigkeit der Isolationswiderstandsmessung erhöht werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform sind zwei Spannungsteiler vorgesehen, wobei der eine Spannungsteiler über ein Schaltelement mit der positiven Hochvoltleitung und der andere Spannungsteiler über ein Schaltelement mit der negativen Hochvoltleitung verbunden ist, wobei der untere Widerstand den Messwiderstand für den jeweiligen Isolationswiderstand bildet.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist der Einsatz in einem Traktionsnetz eines Kraftfahrzeugs.
Hinsichtlich der verfahrensmäßigen Ausbildung der Erfindung wird vollinhaltlich auf die vorangegangenen Ausführungen Bezug genommen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Isolationswiderstandsmessung in einem IT-Netz,
2 eine schematische Darstellung der Aufnahme von Messwerten und
3 ein Flussdiagramm des Verfahrens.

Bevor die Vorrichtung näher erläutert wird, soll zunächst kurz die Herleitung der Formel zur Berechnung des Spannungswertes für den eingeschwungenen Zustand mittels dieser Messwerte hergeleitet werden.
Als physikalisches Modell dient die ideale Einschwingkurve $U (t) = (U_{0} - U_{e}) e^{- t / τ} + U_{e}$
mit der Gleichgewichtsspannung U₀ vor dem Umladevorgang und der neuen und gesuchten Gleichgewichtsspannung U_e bei abgeschlossenem Umladevorgang.
Mathematisch können die unbekannten Parameter U_e, U₀ sowie τ aus drei Wertepaaren $(t_{1}, U (t_{1})), (t_{2}, U (t_{2})), (t_{3}, U (t_{3}))$
bestimmt werden. Dies führt jedoch i.A. zu Gleichungen, deren Lösungen nur mit komplexen numerischen Methoden angenähert werden können. Mit folgender Festlegung der Messzeitpunkte lässt sich jedoch eine einfache geschlossene Formel für U_e bestimmen. $t_{2} - t_{1} = t_{3} - t_{2} = Δ t,$
d.h. die Messzeitpunkte haben einen äquidistanten zeitlichen Abstand. $U_{1} \equiv U (t_{1}) = \underset{(U_{1} - U_{e}) = A}{\underset{︸}{(U_{0} - U_{e}) e^{- \frac{t_{1}}{τ}}}} + U_{e}$
$U_{2} \equiv U (t_{2}) = (U_{0} - U_{e}) e^{- \frac{t_{2}}{τ}} + U_{e} = \underset{(U_{1} - U_{e}) = A}{\underset{︸}{(U_{0} - U_{e}) e^{- \frac{t_{1}}{τ}}}} + U_{e}$
$U_{3} \equiv U (t_{3}) = (U_{0} - U_{e}) e^{- \frac{t_{3}}{τ}} + U_{e} = \underset{(U_{1} - U_{e}) = A}{\underset{︸}{(U_{0} - U_{e}) e^{- \frac{t_{1}}{τ}}}} e^{\frac{2 Δ t}{τ}} + U_{e}$
Mit der Definition der Konstante A und der Festlegung $a : = e^{- \frac{Δ t}{t}}$
folgt die kompaktere Form $U_{1} = A + U_{e}$
$U_{2} = A a + U_{e}$
$U_{3} = A a^{2} + U_{e}$
Aus (6) ergibt sich $A = U_{1} - U_{e}$
Weiterhin folgt aus (6), (7), (8): $\frac{U_{3} - U_{2}}{U_{2} - U_{1}} = \frac{A a^{2} - A a}{A a - A} = a \frac{A a - A}{A a - A} = A$
(9) und (10) eingesetzt in (7) führt zu: $U_{2} = (U_{1} - U_{e}) \frac{U_{3} - U_{2}}{U_{2} - U_{1}} + U_{e}$
und schließlich zur eingeschwungenen Spannung: $U_{e} = \frac{U_{2}^{2} - U_{1} U_{3}}{2 U_{2} - U_{1} - U_{3}}$
Randbedingungen:
Durch (5) und (10) ergibt sich: $a = e^{- \frac{Δ t}{τ}} = \frac{U_{3} - U_{2}}{U_{2} - U_{1}}$
Da Δt,τ > 0, ist außerdem der Exponent der Exponentialfunktion negativ, daher $0 < e^{- \frac{Δ t}{τ}} < 1$
(13) und (14) führen zu folgenden Randbedingungen für (12): $| U_{2} - U_{1} | > | U_{3} - U_{2} | > 0$
$s i g n (U_{2} - U_{1}) = s i g n (U_{3} - U_{2})$
Der Fall |U₃-U₂| = 0 kann wahlweise zugelassen werden. Dies entspräche dem Fall τ = 0 und liefert das stabile Ergebnis U₂ = U₃.
|U₂-U₁| = |U₃-U₂| jedoch wäre kritisch. Es entspräche dem Fall τ → ∞ und liefert ebenso U_e → ∞.
Das Vorzeichen aus (16) kann zudem als konstant für alle möglichen Realisierungen von U₁, U₂, U₃ bezogen auf eine Einschwingkurve gefordert werden. Entweder ist die Kurve streng monoton steigend oder fallend.
In der 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Isolationswiderstandsmessung in einem IT-Netz 100 dargestellt. Das IT-Netz 100 weist eine Hochvoltbatterie 101 mit einer positiven Hochvoltleitung 102 und einer negativen Hochvoltleitung 103 auf. Weiter weist das IT-Netz 100 zwei Schaltelemente 104, 105 auf, mittels derer die Hochvoltbatterie 101 von den Hochvoltleitungen 102, 103 getrennt werden kann. Die Schaltelemente 104, 105 können dabei als galvanisch trennende Schütze ausgebildet sein oder aber als Leistungstransistoren ausgebildet sein. Auch sind Kombinationen möglich, wo ein Schaltelement 104, 105 als Schütz und das andere als Transistor ausgebildet ist. Die Hochvoltleitungen 102, 103 und die Hochvoltbatterie 101 sind nicht mit Erde verbunden. Die Isolierung kann als virtueller Isolationswiderstand R_iso ⁺_Bat und Ri.^--Bat für die Hochvoltbatterie 101 und R_iso ⁺_Hvl und R_iso ^-_Hvl für die positive und negative Hochvoltleitung 102, 103 ausgedrückt werden. Weiter sind parallel zu den Isolationswiderständen R_iso ⁺_Hvl und R_iso ^-_Hvl Kondensatoren C_Y+ und C_Y- dargestellt. Bei diesen kann es sich um reale Bauteile handeln, die beispielsweise zu Entstörungszwecken verwendet werden. Zusätzlich steckt in diesen auch die parasitäre Kapazität zwischen Hochvoltleitung 102, 103 und Masse.
Die Vorrichtung 1 weist nun zwei Spannungsteiler auf, die jeweils einen Vorwiderstand R1, R3 und einen Messwiderstand R2, R4 aufweisen, wobei die Spannungsteiler über Schaltelemente S1, S2 mit dem positiven bzw. negativen Anschluss der Hochvoltbatterie 101 verbunden bzw. getrennt werden können. Die Vorwiderstände R1, R3 sind im Vergleich zu den Messwiderständen R2, R4 derart dimensioniert, dass diese die Hochvoltspannung derart herunterteilen, dass die abfallende Spannung an den Messwiderständen R2, R4 auf ein Spannungsniveau von wenigen Volt heruntergeteilt wird. Weiter weist die Vorrichtung 1 eine Spannungsmesseinrichtung 2 auf, die die Spannung der Hochvoltbatterie 101 misst. Weiter weist die Vorrichtung 1 eine Referenzspannungsquelle Vref mit einem weiteren Spannungsteiler mit den Widerständen R5, R6 auf, wobei der Mittelabgriff des Spannungsteilers ein Bezugspotential isoM bildet, gegen das die Spannungen über den Messwiderständen R2, R4 gemessen werden. Schließlich weist die Vorrichtung 1 noch einen Analog-Digital-Wandler 3 sowie einen Mikroprozessor 4 auf, der die eigentlichen Berechnungen durchführt. Dabei kann der Analog-Digital-Wandler 3 derart ausgebildet sein, dass dieser mit beiden Messabgriffen isoN und isoP gleichzeitig verbunden ist oder dass dieser wechselseitig entweder mit isoN oder isoP verbunden ist. Sind die Schaltelemente 104, 105 offen, können die Isolationswiderstände R_iso-_Bat, R_iso ⁺_Bat einfach über die Messwiderstände R2, R4 bestimmt werden.
Zur Bestimmung der Isolationswiderstände R_iso ⁺_Hvl und R_iso ^-_Hvl bei geschlossenen Schaltelementen 104, 105 kommt hingegen die Messmethode mit dem Messwert-Tripel zur Anwendung, wobei mittels der Formel (12) der Spannungswert U_e für den eingeschwungenen Zustand jeweils bestimmt wird. Mittels dieser ermittelten Spannungen und dem Spannungswert der Hochvoltbatterie 101 können dann die Isolationswiderstände R_iso ^-_Hvl und R_iso ⁺_Hvl bestimmt werden.
Zur Verbesserung der Genauigkeit wird nicht nur ein Messwert-Tripel gemessen, sondern es werden n Messwert-Tripel bestimmt, wobei in 2 dies beispielhaft mit n=7 dargestellt ist. Dabei ist den Messwerten jeweils eine Zahl zugeordnet, wobei die drei Messwerte mit der gleichen Zahl einen Messwert-Tripel bilden, wobei der zeitliche Abstand zwischen Messungen eines Messwert-Tripels konstant Δt ist. Der Messzyklus ist dabei 3 · Δt lang und weist drei Messintervalle I - III auf. Gegenüber einer Messung mit nur einem Messwert-Tripel verlängert sich zwar der Messzyklus um ca. Δt, dafür wird die Genauigkeit der Messung erheblich verbessert. Dabei entsprechen die Messwerte im ersten Messintervall I den Spannungswerten U₁, die Messwerte im zweiten Messintervall II den Spannungswerten U₂ und die Messwerte im dritten Messintervall III den Spannungswerten U₃.
Wird nun wenigstens eine Randbedingung aus (15) oder (16) verletzt, so wird auf ein alternatives Verfahren zur Bestimmung von U_e zurückgegriffen. Hierzu wird der Spannungswert U_e für den eingeschwungenen Zustand nur aus Messwerten im letzten Messintervall III des Messzyklus berechnet. Dabei können alle oder nur einzelne Messwerte verwendet werden, wobei die verwendeten Messwerte gemittelt werden. Es kann aber auch nur ein dritter Messwert verwendet werden.
Dabei wird davon ausgegangen, dass die Spannungswerte U₃ bereits dicht an der Spannung U_e des eingeschwungenen Zustands sind, da dann aufgrund von Rauschen die Wahrscheinlichkeit zunimmt, dass eine der Randbedingungen in (15) und (16) verletzt wird.
In der 3 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens dargestellt, wobei in Schritt S100 ein Spannungswert der Hochvoltbatterie 101 und ein Messwert einer Spannung über einem Messwiderstand R2 oder R4 aufgenommen wird. In einem Schritt S101 werden die Spannungswerte für die Hochvoltbatterie 101 summiert und die Messwerte abgespeichert. In einem Schritt S102 wird überprüft, ob bereits eine Randbedingung verletzt wurde. Ist dies nicht der Fall, so wird im Schritt S103 abgefragt, ob der Messwert aus dem dritten Messintervall III stammt. Ist dies nicht der Fall, wird der Task in Schritt S104 beendet und mit einem neuen Schritt S100 fortgefahren. Befindet man sich hingegen im dritten Messintervall III, so wird in Schritt S105 überprüft, ob die aktuelle Messung von U₃ eine Randbedingung aus (15) und (16) verletzt wird. Ist dies der Fall, wird in Schritt S106 ein Flag gesetzt, der in Schritt S102 abgefragt wird. In Schritt S107 wird dann abgefragt, ob dies die letzte Messung ist und falls nicht der Task in 104 beendet und mit Schritt S100 fortgesetzt.
Ist es hingegen die letzte Messung gewesen, so wird im Schritt S108 eine Mittelwertbildung über die Messwerte im dritten Messintervall III und eine Mittelwertbildung über alle Spannungswerte der Hochvoltbatterie durchgeführt und die so ermittelten beiden Mittelwerte im Schritt S109 abgespeichert, sodass diese für die Bestimmung der Isolationswiderstände R_iso ⁺_Hvl und R_iso_Hvl zur Verfügung stehen. Im Schritt S110 wird dann der Messzyklus beendet.
Wird hingegen in Schritt S105 festgestellt, dass alle Randbedingungen aus (15) und (16) eingehalten sind, so wird in Schritt S111 U_e gemäß (12) berechnet und in Schritt S112 aufsummiert. In Schritt S113 wird abgefragt, ob es sich um die letzte Messung handelt. Wenn dies verneint wird, wird der Task beendet (S104) und mit Schritt S100 fortgefahren. Wird in Schritt S113 hingegen festgestellt, dass es sich um die letzte Messung handelt, so werden im Schritt S114 alle berechneten U_e-Werte und alle Spannungswerte der Hochvoltbatterie gemittelt und die beiden Mittelwerte im Schritt S109 abgespeichert, wo diese dann zur Berechnung der Isolationswiderstände R_iso ⁺_Hvl bzw. R_iso ^-_Hvl zur Verfügung stehen.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Spannungsmesseinrichtung
3: Analog-Digital-Wandler
4: Mikroprozessor
100: IT-Netz
101: Hochvoltbatterie
102: positive Hochvoltleitung
103: negative Hochvoltleitung
104, 105: Schaltelemente
R1, R3: Vorwiderstand
R2, R4: Messwiderstand
R5, R6: Widerstand
S1, S2: Schaltelemente
Vref: Referenzquelle
S100-S114: Schritte
I - III: Messintervalle
Riso+_Bat, Riso-_Bat: Isolationswiderstände der Hochvoltbatterie
Riso+_Hvl, Riso-_Hvl: Isolationswiderstände des IT-Netzes
Cy+, Cy-,: Kapazitäten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017214408 A1 [0003, 0007]
EP 3130932 B1 [0004]

Claims

Vorrichtung (1) zur Isolationswiderstandsmessung in einem IT-Netz (100), wobei die Vorrichtung (1) Schaltelemente (S1, S2) aufweist, wobei die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, die Vorrichtung (1) für einen Messzyklus mit einer positiven Hochvoltleitung (102) des IT-Netzes (100) oder einer negativen Hochvoltleitung (103) des IT-Netzes (100) zu verbinden, wobei die Vorrichtung (1) weiter derart ausgebildet ist, während eines Messzyklus mindestens drei Messwerte (U₁-U₃) über einem Messwiderstand (R2, R4) aufzunehmen, wobei die drei Messwerte (U₁-U₃) einen äquidistanten Zeitabstand (Δt) aufweisen und ein Messwert-Tripel bilden, wobei aus den mindestens drei Messwerten (U₁-U₃) ein Spannungswert (U_e) für den eingeschwungenen Zustand je Messzyklus berechnet wird, wobei aus den beiden Spannungswerten (U_e) für den eingeschwungenen Zustand der Isolationswiderstand (R_iso ⁺_Hvl) zwischen positiver Hochvoltleitung (102) und einer Masse und der Isolationswiderstand (R_iso ^--Hvl) zwischen negativer Hochvoltleitung (103) und der Masse berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass während eines Messzyklus n Messwert-Tripel aufgenommen werden, wobei die berechneten n Spannungswerte (U_e) für den eingeschwungenen Zustand gemittelt werden und der gemittelte Spannungswert zur Berechnung der Isolationswiderstände (R_iso ⁺_Hvl, R_iso-_Hvl) verwendet wird, wobei n ≥ 2 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass n ≥ 50 und ≤ 150 ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass mindestens eine Randbedingung für die Messwert-Tripel abgeprüft wird, wobei die Messwert-Tripel nur zur Bestimmung des Spannungswertes (U_e) herangezogen werden, wenn die Randbedingung erfüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass der Spannungswert (U_e) nur aus den Messwert-Tripeln berechnet wird, wenn für alle Messwert-Tripel die mindestens eine Randbedingung erfüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Randbedingung ist, dass der Betrag der Differenz zwischen dem zweiten Messwert (U₂) und dem ersten Messwert (U₁) des Messwert-Tripels größer ist als der Betrag der Differenz zwischen dem dritten Messwert (U₃) und zweiten Messwert (U₂) des Messwert-Tripels.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Randbedingung ist, dass das Vorzeichen der Differenz zwischen dem zweiten Messwert (U₂) und dem ersten Messwert (U₁) gleich dem Vorzeichen der Differenz zwischen dem dritten Messwert (U₃) und dem zweiten Messwert (U₂) des Messwert-Tripels ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass bei einer Verletzung der mindestens einen Randbedingung der Spannungswert (U_e) für den eingeschwungenen Zustand aus einem dritten Messwert (U₃) bestimmt wird oder aus einer Mittelung von dritten Messwerten (U₃) der Messwert-Tripel erfolgt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine Referenzspannungsquelle (U_ref) mit einem Spannungsteiler aufweist, wobei der Mittelabgriff das Bezugszeichen (isoM) für die Messwerte ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Spannungsteiler vorgesehen sind, wobei der eine Spannungsteiler über ein Schaltelement (S1) mit der positiven Hochvoltleitung (102) und der andere Spannungsteiler über ein Schaltelement (S2) mit der negativen Hochvoltleitung (103) verbunden ist, wobei der untere Widerstand (R2, R4) den Messwiderstand für den jeweiligen Isolationswiderstand (R_iso ⁺_Hvl, R_iso ^-_Hvl) bildet.
Verfahren zur Isolationswiderstandsmessung in einem IT-Netz (100), wobei mittels Schaltelemente (S1, S2) ein Messwiderstand (R2, R4) gegen eine positive Hochvoltleitung (102) oder eine negative Hochvoltleitung (103 für einen Messzyklus geschaltet wird, wobei während eines Messzyklus mindestens drei Messwerte (U₁-U₃) über dem Messwiderstand (R2, R3) aufgenommen werden, wobei die drei Messwerte (U₁-U₃) einen äquidistanten Zeitabstand (Δt) aufweisen und ein Messwert-Tripel bilden, wobei aus den mindestens drei Messwerten (U₁-U₃) ein Spannungswert (U_e) für den eingeschwungenen Zustand je Messzyklus berechnet wird, wobei aus den beiden Spannungswerten (U_e) für den eingeschwungenen Zustand der Isolationswiderstand (R_iso ⁺_Hvl) zwischen positiver Hochvoltleitung (102) und einer Masse und der Isolationswiderstand (R_iso ^-_Hvl) zwischen negativer Hochvoltleitung (103) und der Masse berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Messzyklus n Messwert-Tripel aufgenommen werden, wobei die berechneten n Spannungswerte (U_e) für den eingeschwungenen Zustand gemittelt werden und der gemittelte Spannungswert zur Berechnung der Isolationswiderstände (R_iso ⁺_Hvl, R_iso-_Hvl) verwendet wird, wobei n ≥ 2 ist.