EP3894874A1 - Schaltungsanordnung zur fehlererkennung in einem ungeerdeten hochvoltsystem - Google Patents

Schaltungsanordnung zur fehlererkennung in einem ungeerdeten hochvoltsystem

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EP3894874A1
EP3894874A1 EP19817258.7A EP19817258A EP3894874A1 EP 3894874 A1 EP3894874 A1 EP 3894874A1 EP 19817258 A EP19817258 A EP 19817258A EP 3894874 A1 EP3894874 A1 EP 3894874A1
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EP
European Patent Office
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voltage
output
inverter
circuit
resistor
Prior art date
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Pending
Application number
EP19817258.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Trunk
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/16—Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line
    • G01R27/18—Measuring resistance to earth, i.e. line to ground
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
    • G01R31/007—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks using microprocessors or computers
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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/025—Measuring very high resistances, e.g. isolation resistances, i.e. megohm-meters
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
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    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/22—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
    • H03K5/24—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude

Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for fault detection in an unearthed high-voltage system with an inverter, the one or
  • phase cable can control multi-phase consumers via a phase cable.
  • Such high-voltage systems are constructed as IT (Isole Terre) systems, in which all active parts are either isolated from the HV basic potential GND or connected to the HV basic potential GND via sufficiently high impedances.
  • inverters - often also referred to as inverters - and from an electric battery, a fuel cell or a
  • Insulation faults can cause additional voltages and currents
  • Circuit parts occur that are not designed for this and cannot withstand the associated load in the long run.
  • the Y capacitors which are connected according to the E MV requirements (electromagnetic compatibility) between the high-voltage potentials and a reference potential such as the vehicle ground.
  • An insulation fault can be high
  • So-called insulation monitors can be used for the detection of insulation faults, which change the small voltages between a high-voltage potential and a reference potential
  • a switching signal of the superimposed on the high-voltage potential makes it difficult to check the insulation of a phase cable that connects an inverter to a consumer
  • DE 10 2010 030 079 A1 discloses a method and a device for monitoring the insulation resistance in an unearthed electrical network with a DC voltage intermediate circuit and at least one inverter connected thereto, for controlling an n-phase electrical consumer in an n-phase network.
  • a voltage to be monitored is determined during the operation of the consumer, which voltage represents a voltage fluctuation of supply voltage potentials of the direct voltage intermediate circuit against a reference potential.
  • a variable characterizing an electrical frequency of the electrical consumer in particular an electrical angular velocity of the electrical consumer, is determined.
  • a first spectral amplitude of the voltage to be monitored at the n-fold electrical frequency of the electrical consumer is compared with a first reference value and a symmetrical insulation fault in the DC voltage intermediate circuit or the n-phase network is detected if the comparison shows a deviation of the first spectral amplitude from the results in the first reference value.
  • the invention is based on the knowledge that an insulation fault, e.g. B. on a phase cable, causes a voltage drop across balancing resistors, which can characterize the load on Y capacitors due to recharging currents.
  • Reference potential can e.g. B. are formed by a housing contact, the housing enclosing parts of the high-voltage system, for example. Such a measure can, for example, by integrating a time
  • the circuit arrangement has an evaluation device which is connected to an output of the detection circuit.
  • High-voltage potential as an electrical potential of the high-voltage system, which results from the electrical contact with the positive high-voltage connection HV + or a negative high-voltage connection HV- of the high-voltage system and accordingly defines a positive or negative high-voltage potential.
  • the clocking of the inverter which alternately connects the positive high-voltage potential and the negative high-voltage potential to the consumer for each phase of the consumer, causes a high charge-reversal current in the EMC-Y capacitors, which is between a high-voltage potential and a reference potential, such as of the
  • the Y capacitors which are usually not designed for this type of fault, can be thermally overloaded as a function of the high-voltage recharging voltage at the Y capacitors and the pulse width modulation frequency.
  • Such an insulation fault is accompanied by a corresponding change in voltage with respect to the level and / or the time profile at the balancing resistors, since the balancing resistors are parallel to the
  • the balancing resistors are composed of a multiplicity of individual resistors, so that when the voltage is tapped off a single one of these multiplicity of balancing resistors, a reduction in the voltage which is favorable for the detection circuit can result. From this voltage, the detection circuit generates a first measurement, which is then in the evaluation device with a first limit value, which in the
  • Evaluation device is stored, is compared.
  • This first limit value can thus be adapted to different operating scenarios by replacing the stored value.
  • a resistance between a high-voltage potential of the high-voltage system and a reference potential can also be arranged in addition to balancing resistors or alternatively to balancing resistors.
  • This voltage across the resistor varies in time with the inverter phases and can, due to a fault in the insulation, e.g. B. a phase of the phase cable, both increase in height, and have a different time profile. In both cases, the first measure gives the
  • Detection circuit has a higher value and the comparison with a first limit value results in an exceeding if the first limit value is selected in accordance with the scenarios to be tested. If the first limit value is exceeded, the evaluation device outputs a first signal.
  • Evaluation device is set up to output the first signal as a trigger signal for the control device of the inverter.
  • the inverter can be configured so that when it receives the
  • Trigger signal from the evaluation device for a predefined time interval switches to a special mode.
  • a special mode Depending on the machine type and safety concept, an activation mode, a lower short circuit, an upper short circuit of the inverter or another special operation can be provided as such a special operation.
  • a reduction in the load on the peripheral components or units can be achieved.
  • the duration of the special operation can also be adapted to the scenarios to be detected and the sensitivity of the evaluation device. According to a measure improving the invention, it is proposed that the evaluation device be set up following the output of the
  • Trigger signal for the control device to compare a second measure, which is generated by the detection circuit after tapping a further voltage, with a second limit value and to output a second signal when the value falls below the second limit value.
  • Evaluation device a second signal.
  • the first limit value can be chosen to be the same size as the second limit value.
  • Detection circuit is set up to generate the first and second measurement variable as a characterizing variable for a component load. That means that the first measure in such a way from the
  • the circuit arrangement can interact with the correspondingly configured control device of the inverter in such a way that the operation of the inverter is interrupted permanently when the second signal is received.
  • the evaluation device can have a digital signal processing unit.
  • the Evaluation device can have, for example, a microprocessor. This also allows other complex evaluation methods that result from the
  • the first or second measurement which can indicate the degree of load on the Y capacitor, can be read in via an AD converter channel and corresponding software functions can be made available as a value.
  • Control between the evaluation device and the control device such as the control of the evaluation device itself from a separate z.
  • High-voltage potential the high-voltage system being connected to an inverter.
  • the system has at least one series connection of
  • Resistances between one of the high-voltage potentials of the high-voltage system and a reference potential and at least one capacitance is arranged between one of the high-voltage potentials of the high-voltage system and the reference potential.
  • the system also includes a circuit arrangement with a
  • Resistance can be between one of the two high-voltage potentials
  • Output of the detection circuit is connected.
  • This evaluation device is set up both to compare the first measurement variable with a first limit value and to output a first signal when the first measurement variable exceeds the first limit value.
  • the high-voltage potential defines itself as an electrical potential of the high-voltage system, which results from the electrical contact with the positive high-voltage connection HV + or a negative one
  • Inverter and the evaluation device of the circuit arrangement is set up to output trigger signals for the control device.
  • an upper short circuit of the inverter or another special operation of the inverter can be provided.
  • a reduction in the load on the peripheral components or units can be achieved.
  • the duration of the special operation can also be the scenarios to be detected and the sensitivity of the
  • the system have at least one capacitance which is connected in parallel with the balancing resistor.
  • Such Y capacities are regularly installed on the basis of EMC regulations and can be used when using them
  • the discharge resistor discharges the charging capacitor when the voltage across the balancing resistor decreases again.
  • the limiting resistor serves to limit the charging current of the charging capacitor and can be omitted if necessary.
  • Balanced resistor chain divided voltage of the Y capacitor led to a peak value rectifier with low pass behavior.
  • Such a detection circuit thus generates a measure at its output that the load z. B. characterized and a Y capacitor
  • the invention also specifies a method for fault detection in an unearthed high-voltage system with a connected inverter, the high-voltage system having at least one resistance between one
  • a voltage is tapped from the resistor by means of a detection circuit and a first measurement is generated, and an evaluation device is used to compare whether the first measurement exceeds a first limit.
  • Control device based on the receipt of the first signal
  • Detection circuit a further voltage is tapped at the resistor, a second quantity is generated, and the evaluation circuit is used to compare whether the second quantity is less than a second limit value, and a second signal is output when the second quantity falls below the second limit value.
  • the invention also provides a computer program product that includes instructions that, when a computer executes the program, cause the computer to perform the method described above.
  • the invention also provides a computer readable storage medium that includes instructions that, when a computer executes the program, cause the computer to perform the method described above.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a circuit arrangement for fault detection, inserted into an unearthed high-voltage system with a connected inverter;
  • Figure 2 is a flowchart of a method for fault detection in an ungrounded high-voltage system with a connected inverter.
  • FIG. 1 shows an exemplary block diagram of a circuit arrangement 10 for fault detection in an unearthed high-voltage system 20 with an integrated inverter 4, the actual energy source 11 of the high-voltage system 20 in this exemplary embodiment as a rechargeable battery, for. B. an electric vehicle.
  • a fuel cell can be coupled to the rechargeable DC voltage source via a DC / DC converter, or a fuel cell can be provided instead of the HV battery.
  • the high-voltage system 20 has a positive high-voltage potential 7a and a negative high-voltage potential 7b and is designed as an IT system, so that the active elements are connected to the ground potential isolated from the ground potential GND. These high-voltage potentials are electrically conductive with a positive one
  • At least one inverter 4 is connected in parallel to these high-voltage potentials 7a, 7b of the high-voltage system 20, which is represented in FIG. 1 only as a single-phase inverter 4, but by
  • Reproduction can also be designed as a multi-pole inverter system.
  • a consumer can be coupled to the inverter 4 via the connection 12, which is connected between the switching elements 9a and 9b of the inverter 4 connected in series between the high-voltage potentials.
  • At least one Y capacitor 6a and 6b and at least one balancing resistor 5 each connect a high-voltage potential 7a or 7b to a reference potential 8, such as. B. a housing mass.
  • the symmetry resistors 5 outlined as a series connection of resistors, which are connected in series between the Both high-voltage potentials 7a or 7b are connected, effect an symmetry of the potentials against the basic potential by an electrical connection of their node to the basic potential.
  • Typical values for the balancing resistors 5 are in the range from 0.5 MOhm to 5 MOhm.
  • a control device 3 of the inverter 4 controls the switching elements 9a and 9b of the inverter 4 in accordance with the operating conditions of a consumer which is connected to the inverter 4 via the connection 12
  • a jagged arrow between the phase connection 12 and the reference potential 8, indicates between which parts of a high-voltage system, for example
  • a detection circuit 1 taps a voltage from at least one of the resistors 5, the balancing resistors 5 connected in series, via its input connections 1 a and 1 b, and uses this to generate a first measure, which the detection circuit 1 provides at its output connections 1 c and 1 d.
  • the evaluation device 2 is connected with its input contacts 2a and 2b to the output connections 1c and 1d of the detection circuit.
  • the evaluation device 2 takes over the first measurement variable provided by the detection unit 1 and compares it with a stored first one
  • Evaluation device 2 outputs a first signal at its output 2c.
  • the evaluation device 2 can output a trigger signal to the control device 3 of the inverter 4 via the connection 2d, provided that the comparison of the first measurement variable of the detection circuit with the stored first limit value 2e results in the first measurement value 2e being exceeded by the first measurement variable.
  • the control device 3 of the inverter 4 can be configured, based on the first signal from the evaluation device 2, for a predefined one
  • the special operation means that the switching elements 9a and 9b, or at multi-phase operation also switch the other switching elements of the other phases to an open switching position.
  • the inverter can also be switched to a lower or upper short circuit or another special operation in special operation.
  • This opening of the switching elements 9a and 9b z. B. in special operation prevents the contact caused by an insulation fault from the output of the inverter with the reference potential, whereupon the
  • Detection circuit 1 measures a smaller voltage at the balancing resistor 5 and accordingly provides a smaller second dimension at the outputs lc and ld. This second measurement is then compared by the evaluation device 2 with the second limit value and determined to be below the second limit value, provided that the insulation fault was caused by the inverter 4 itself, a connecting line to the consumer or by the consumer.
  • the evaluation device 2 is set up in such a way that in this case it can output a second signal in order either to report a corresponding identifying error or the control device 3 of the inverter 4 can be configured such that the inverter 4 is permanently enabled by means of this second signal. to achieve safe operation of the high-voltage system 20.
  • the second signal can also be one
  • Operating state of the overall system such as B. a vehicle in which the high-voltage system is integrated decides whether the inverter should be released due to the identified error. If necessary, a warning can also be given first and then the entire system can be shut down "softly", ie without any damaging effects on the battery or fuel cell.
  • the detection circuit 1 is designed as a series circuit comprising a first input connection 1 a, a coupling capacitor 13, a diode 14, a limiting resistor 15, a charging capacitor 16 and a second input connection 1 b.
  • Output connections 1c of the detection device 2 are electrically connected in parallel with the charging capacitor 16, to which a discharge resistor 18 is connected electrically in parallel.
  • the symmetry resistor chain 5 divided voltage of the Y capacitor 6a, 6b to one
  • Peak value rectifier with low pass behavior is then provided at the charging capacitor 16.
  • FIG. 2 serves to explain the method for fault detection in an unearthed high-voltage system 20 with connected inverter 4, the high-voltage system 20 having at least one balancing resistor 5 between a high-voltage potential 7a, 7b and a reference potential 8.
  • a voltage is tapped from the symmetry resistor 5 S2 and first by means of a detection circuit 1
  • An evaluation device 2 is then used to compare S4 whether the first measurement quantity exceeds a first limit value 2e, and a first signal is output S5 when the first limit value 2e is exceeded. If the first limit is not exceeded, there is another
  • the signal therefore only represents a warning or an alarm signal.
  • the control device 3 switches the inverter 4 into a special mode for a predefined time interval.
  • S9 generates the size.
  • S10 is compared to determine whether the second measurement variable is smaller than the second limit value. If the second dimension is smaller than the second limit value, it follows that there is an insulation fault in the supply branch of the consumer, which is connected to the inverter 4 via the connection 12 and a cable, or in the inverter 4 itself.

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Abstract

Schaltungsanordnung (10) zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem (20) mit verbundenem Wechselrichter (4) und mit zumindest einem Widerstand (5) zwischen einem Hochvoltpotential (7a, 7b) des Hochvoltsystems (20) und einem Bezugspotential (8), wobei die Schaltungsanordnung (10) eine Erfassungsschaltung (1) aufweist, die eingerichtet ist, eine Spannung von dem Widerstand (5) abzugreifen, daraus eine erste Maßgröße zu generieren und die erste Maßgröße an einem Ausgang (1c, 1d) bereitzustellen, und eine Auswerteeinrichtung (2) aufweist, die mit dem Ausgang (1c, 1d) der Erfassungsschaltung (1) verbunden ist, wobei die Auswerteeinrichtung (2) eingerichtet ist die erste Maßgröße mit einem ersten Grenzwert zu vergleichen und ein erstes Signal auszugeben, wenn die erste Maßgröße den ersten Grenzwert überschreitet.

Description

Beschreibung
Titel:
Schaltungsanordnung zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten
Hochvoltsystem
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem mit Wechselrichter, der einen ein- oder
mehrphasigen Verbraucher über ein Phasenkabel ansteuern kann.
Auf dem technischen Gebiet der elektrischen Hochvoltsysteme muss die
Betriebssicherheit zu jeder Zeit zuverlässig gewährleistet werden. Dazu werden solche Hochvoltsysteme als IT ( Isole Terre)- Systeme aufgebaut, bei denen alle aktiven Teile entweder gegen das HV-Grundpotential GND isoliert oder über ausreichend hohe Impedanzen mit dem HV-Grundpotential GND verbunden sind.
Für den Antrieb in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen werden in der Regel elektrische Maschinen in Form von Drehfeldmaschinen eingesetzt, welche in Verbindung mit Wechselrichtern - häufig auch als Inverter bezeichnet - betrieben werden und aus einer elektrische Batterie, eine Brennstoffzelle oder eine
Kombination daraus gespeist werden.
Da in einem solchen IT-System ein erster Isolationsfehler gegebenenfalls toleriert werden kann, weil beim ersten Isolationsfehler kein geschlossener Stromkreis aufgebaut wird, ist mit so einem System eine größere Ausfallsicherung verbunden. Es muss aber sichergestellt werden, dass ein solcher Isolationsfehler identifiziert und gemeldet wird. Dazu muss das gesamte elektrische Netz auch während des Betriebs des Fahrzeuges, zumindest periodisch, überwacht werden.
Durch Isolationsfehler können zusätzliche Spannungen und Ströme an
Schaltungsteilen auftreten, die dafür nicht ausgelegt sind und einer damit verbundenen Belastung auf Dauer nicht standhalten können. Ein Beispiel sind die Y- Kondensatoren, die gemäß den E MV- Anforderungen (Elektromagnetische Verträglichkeit) zwischen den Hochvolt-potentialen und einem Bezugspotential wie der Fahrzeugmasse geschaltet sind. Ein Isolationsfehler kann hohe
Umladeströme hervorrufen, die das Bauteil zerstören.
Stand der Technik
Für die Detektion von Isolationsfehlern können sogenannte Isolationswächter eingesetzt werden, die durch kleine überlagerte Spannungen zwischen einem Hochvoltpotential und einem Bezugspotential Veränderungen des
Isolationswiderstandes verfolgen. Für die Fehlerüberprüfung der Isolation eines Phasenkabels, das einen Wechselrichter mit einem Verbraucher verbindet, erschwert ein dem Hochvoltpotential überlagertes Schaltsignal des
Wechselrichters diese Fehlerdetektion.
Aus der DE 10 2010 030 079 Al ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Isolationswiderstandes in einem ungeerdeten elektrischen Netz mit einem Gleichspannungszwischenkreis und mindestens einem daran angeschlossenen Wechselrichter, zur Steuerung eines n-phasigen elektrischen Verbrauchers in einem n-Phasen-Netz bekannt. Dabei wird während des Betriebs des Verbrauchers eine zu überwachende Spannung bestimmt, welche eine Spannungsschwankung von Versorgungsspannungspotentialen des Gleichspannungszwischenkreises gegen ein Bezugspotenzial repräsentiert. Außerdem wird eine, eine elektrische Frequenz des elektrischen Verbrauchers charakterisierende Größe, insbesondere eine elektrische Winkelgeschwindigkeit des elektrischen Verbrauchers, bestimmt. Eine erste Spektralamplitude der zu überwachenden Spannung bei der n-fachen elektrischen Frequenz des elektrischen Verbrauchers wird mit einem ersten Referenzwert verglichen und ein symmetrischer Isolationsfehler in dem Gleichspannungszwischenkreis oder dem n-Phasen-Netz wird detektiert, wenn der Vergleich eine Abweichung der ersten Spektralamplitude von dem ersten Referenzwert ergibt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine einfache
Schaltungsanordnung anzugeben, die das Hochvoltsystem mit angeschlossenem Wechselrichter im Betrieb auf Fehler, insbesondere Isolationsfehler des
Wechselrichters, des Phasenkabels und damit verbundener Aggregate, belastungsspezifisch prüft und gegebenenfalls signalisiert, dass ein Fehler vorliegt, auch um Überlastungen und damit verbundene Folgefehler z. B. an Y- Kondensatoren zu vermeiden.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Schaltungsanordnung zur Fehlererkennung, ein System zur Fehlererkennung , ein Verfahren zur Fehlererkennung sowie ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Speichermedium gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche angegeben, die zumindest zum Teil die genannten Wirkungen aufweisen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Isolationsfehler, z. B. an einem Phasenkabel, einen Spannungsabfall an Symmetrier-Widerständen hervorruft, der die Belastung von Y- Kondensatoren durch Umladeströme charakterisieren kann.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem mit angeschlossenem Wechselrichter vorgesehen, wobei das Hochvoltsystem zumindest einen Widerstand zwischen einem
Hochvoltpotential des Hochvoltsystems und einem Bezugspotential aufweist.
Eine Erfassungsschaltung der Schaltungsanordnung greift eine Spannung von dem Widerstand ab und generiert daraus eine erste Maßgröße. Diese Maßgröße wird am Ausgang der Erfassungsschaltung bereitgestellt. Eine solche Maßgröße leitet sich von der abgegriffenen Spannung ab, um einen Vergleich in einer Auswerteeinrichtung vorzubereiten. Der Widerstand kann zwischen einem der zwei Hochvoltpotentiale zur Symmetrierung der Hochvoltpotentiale angeordnet sein, und ein sogenannter Symmetrier-Widerstand einer Reihe von mehreren Symmetrier-Widerständen zur Spannungssymmetrierung zwischen jeweils einem der Hochvoltpotentiale und einem Bezugspotential sein. Ein solches
Bezugspotential kann z. B. durch einen Gehäusekontakt gebildet werden, wobei das Gehäuse zum Beispiel Teile des Hochvoltsystems umschließt. Eine solche Maßgröße kann zum Beispiel durch eine zeitliche Integration einer
gleichgerichteten Spannung, die am Widerstand abfällt, gebildet werden.
Außerdem weist die Schaltungsanordnung eine Auswerteeinrichtung auf, die mit einem Ausgang der Erfassungsschaltung verbunden ist. Diese
Auswerteeinrichtung ist eingerichtet sowohl die erste Maßgröße mit einem ersten Grenzwert zu vergleichen als auch ein erstes Signal auszugeben, wenn die erste Maßgröße den ersten Grenzwert überschreitet. Dabei definiert sich das
Hochvoltpotential als ein elektrisches Potential des Hochvoltsystems, das aus dem elektrischen Kontakt mit dem positiven Hochvoltanschluss HV+ oder einem negativen Hochvoltanschluss HV- des Hochvoltsystems resultiert und entsprechend ein positives oder negatives Hochvoltpotential definiert.
Im Falle eines Isolationsfehlers z. B. am Phasenkabel, bewirkt die Taktung des Wechselrichters, der für jede Phase des Verbrauchers abwechselnd das positive Hochvoltpotential und das negativen Hochvoltpotential mit dem Verbraucher verbindet, einen hohen Umladestrom in den EMV-Y-Kondensatoren, die zwischen einem Hochvoltpotential und einem Bezugspotential, wie der
Gehäusemasse geschaltet sind.
Bei einem solchen Fehler können die Y- Kondensatoren, die für diese Art von Fehler üblicherweise nicht ausgelegt sind, abhängig von der Hochvolt- Umladespannung an den Y- Kondensatoren und der Pulsweitenmodulations- Frequenz, thermisch überlastet werden.
Mit einem solchen Isolationsfehler geht eine entsprechende Spannungsänderung in Bezug auf die Höhe und/oder den zeitlichen Verlauf an den Symmetrier- Widerständen einher, da die Symmetrier-Widerstände parallel zu den
Y- Kondensatoren geschaltet sind.
Typischerweise setzen sich die Symmetrier-Widerstände aus einer Vielzahl von Einzelwiderständen zusammen, so dass sich beim Abgriff der Spannung an einem einzelnen dieser Vielzahl von Symmetrier-Widerständen eine für die Erfassungsschaltung günstige Reduzierung der Spannung ergeben kann. Aus dieser Spannung generiert die Erfassungsschaltung eine erste Maßgröße, die dann in der Auswerteeinrichtung mit einem ersten Grenzwert, der in der
Auswerteeinrichtung gespeichert ist, verglichen wird. Dieser erste Grenzwert kann somit, durch Ersetzen des gespeicherten Wertes, unterschiedlichen Betriebsszenarien angepasst werden. Erfindungsgemäß kann ein solcher Widerstand zwischen einem Hochvoltpotential des Hochvoltsystems und einem Bezugspotential auch zusätzlich zu Symmetrier-Widerständen oder alternativ zu Symmetrier-Widerständen angeordnet sein. Diese Spannung an dem Widerstand variiert im Takt der Wechselrichterphasen und kann auf Grund eines Fehlers der Isolation, an z. B. einer Phase des Phasenkabels, sowohl in der Höhe ansteigen, als auch einen anderen zeitlichen Verlauf aufweisen. In beiden Fällen ergibt die erste Maßgröße der
Erfassungsschaltung einen höheren Wert und der Vergleich mit einem ersten Grenzwert ergibt ein Überschreiten, wenn der erste Grenzwert entsprechend der zu prüfenden Szenarien ausgesucht wird. Auf Grund der Überschreitung des ersten Grenzwertes gibt die Auswerteeinrichtung ein erstes Signal aus.
Mit dieser Schaltungsanordnung wird also erreicht, dass eine sichere und einfache Detektion eines ansonsten schwierig im laufenden Betrieb zu detektierenden Isolationsfehlers gewährleistet ist. Außerdem erfolgt mit der Schaltungsanordnung eine frühe Identifizierung von möglichen
Überlastzuständen von peripheren Bauteilen oder Aggregaten.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die
Schaltungsanordnung für ein Hochvoltsystem einzusetzen, bei dem der verbundene Wechselrichter durch eine Steuereinrichtung gesteuert wird. Die Auswerteeinheit ist in dieser Ausgestaltung eingerichtet, ein Triggersignal für die Steuereinrichtung (3) auszugeben.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die
Auswerteeinrichtung eingerichtet ist, das erste Signal als Triggersignal für die Steuereinrichtung des Wechselrichters auszugeben.
Der Wechselrichter kann so konfiguriert sein, dass er bei Empfang des
Triggersignals von der Auswerteeinrichtung für ein vordefiniertes Zeit-Intervall in einen Sonder-Betrieb schaltet. Als ein solcher Sonder-Betrieb kann wahlweise, je nach Maschinentyp und Sicherheitskonzept, ein Freischalt- Betrieb, ein unteren Kurzschluss, ein oberen Kurzschluss des Wechselrichters oder ein anderer Sonderbetriebe vorgesehen sein. Je nach Dauer des Sonder- Betriebs kann damit schon eine Reduzierung der Belastung der peripheren Bauteile oder Aggregate erreicht werden. Die Dauer des Sonderbetriebs kann aber auch den zu detektierenden Szenarien und der Empfindlichkeit der Auswerteeinrichtung angepasst werden. Gemäß einer die Erfindung verbessernden Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Auswerteeinrichtung eingerichtet ist nachfolgend der Ausgabe des
Triggersignals für die Steuereinrichtung eine zweite Maßgröße, die von der Erfassungsschaltung, nach Abgreifen einer weiteren Spannung, generiert wird, mit einem zweiten Grenzwert zu vergleichen, und bei Unterschreiten des zweiten Grenzwertes ein zweites Signal auszugeben.
Damit kann erreicht werden, dass während des Sonder- Betriebes des
Wechselrichters eine, von der Erfassungseinrichtung generierte, zweite
Maßgröße mit dem zweiten Grenzwert zu vergleichen. Sofern die zweite
Maßgröße jetzt den zweiten Grenzwert unterschreitet, gibt die
Auswerteeinrichtung ein zweites Signal aus.
Der erste Grenzwert kann gleich groß dem zweiten Grenzwert gewählt werden.
Sofern ein solches zweites Signal von der Auswerteeinrichtung ausgegeben wird, wenn sie auf Grund der Überschreitung des ersten Grenzwertes vorher den Wechselrichter getriggert hat in den Sonder-Betrieb zu schalten, bedeutet es, dass der Isolationsfehler in der Einheit von Wechselrichter, Phasenkabel zum Aggregat oder im Aggregat selber vorliegt, denn er tritt ja nur bei laufendem Betrieb des Wechselrichters auf. Damit ist also ein Fehler in der Isolation auf einfache Weise nachgewiesen und die Ursache zumindest auf einen Teilbereich des Hochvoltsystems zurückgeführt worden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die
Erfassungsschaltung eingerichtet ist, die erste und zweite Maßgröße als eine charakterisierende Größe für eine Bauteilebelastung zu generieren. Das heißt, dass die erste Maßgröße auf eine solche Weise aus dem
Spannungssignalverlauf generiert wird, dass die Höhe der Maßgröße
charakteristisch für die Belastung eines Bauteils des Hochvoltsystems ist. Ein solches Bauteil kann z. B. ein Y- Kondensator sein.
Die Schaltungsanordnung kann mit der entsprechend eingerichteten Steuer einrichtung des Wechselrichters so Zusammenwirken, dass beim Empfang des zweiten Signals der Betrieb des Wechselrichters dauerhaft unterbrochen wird.
Die Auswerteeinrichtung kann entsprechend eines Ausführungsbeispiels der Erfindung eine digitale Signalverarbeitungseinheit aufweisen. Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise einen Mikroprozessor aufweisen. Damit lassen sich auch andere komplexe Auswerteverfahren, die sich aus dem
Grundgedanken und der Lehre dieser Erfindung nahegelegt werden, leicht implementieren. Über einen AD-Wandlerkanal kann die erste oder zweite Maßgröße, welche den Grad der Belastung des Y- Kondensators anzeigen kann, eingelesen und entsprechenden Softwarefunktionen als Wert zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die
Steuerung zwischen der Auswerteeinrichtung und der Steuereinrichtung, so wie die Steuerung der Auswerteeinrichtung selbst von einer separaten z. B. zentralen Steuereinrichtung durchgeführt werden.
Die Erfindung umfasst außerdem ein System zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem mit einem positiven und einem negativen
Hochvoltpotential, wobei das Hochvoltsystem mit einem Wechselrichter verbunden ist. Das System weist zumindest eine Reihenschaltung von
Widerständen zwischen einem der Hochvoltpotentiale des Hochvoltsystems und einem Bezugspotential auf und zumindest eine Kapazität ist zwischen einem der Hochvoltpotentiale des Hochvoltsystems und dem Bezugspotential angeordnet.
Außerdem umfasst das System eine Schaltungsanordnung mit einer
Erfassungsschaltung und einer Auswerteeinrichtung. Die Erfassungsschaltung greift eine Spannung von dem Widerstand ab und generiert daraus eine erste Maßgröße. Diese Maßgröße wird am Ausgang der Erfassungsschaltung bereitgestellt. Eine solche Maßgröße leitet sich von der abgegriffenen Spannung ab, um einen Vergleich in einer Auswerteeinrichtung vorzubereiten. Der
Widerstand kann zwischen einem der zwei Hochvoltpotentiale zur
Symmetrierung der Hochvoltpotentiale angeordnet sein, und ein sogenannter Symmetrier-Widerstand einer Reihe von mehreren Widerständen zur
Spannungssymmetrierung zwischen jeweils einem der Hochvoltpotentiale und einem Bezugspotential sein.
Ein solches Bezugspotential kann durch einen Gehäusekontakt gebildet werden, wobei das Gehäuse zum Beispiel Teile des Hochvoltsystems umschließt. Eine solche Maßgröße kann zum Beispiel durch eine zeitliche Integration der
Spannung an dem Widerstand gebildet werden. Außerdem weist das System eine Auswerteeinrichtung auf, die mit einem
Ausgang der Erfassungsschaltung verbunden ist. Diese Auswerteeinrichtung ist eingerichtet sowohl die erste Maßgröße mit einem ersten Grenzwert zu vergleichen als auch ein erstes Signal auszugeben, wenn die erste Maßgröße den ersten Grenzwert überschreitet. Dabei definiert sich das Hochvoltpotential als ein elektrisches Potential des Hochvoltsystems, das aus dem elektrischen Kontakt mit dem positiven Hochvoltanschluss HV+ oder einem negativen
Hochvoltanschluss HV- des Hochvoltsystems resultiert und entsprechend ein positives oder negatives Hochvoltpotential definiert.
Weiterhin weist das System eine Steuereinrichtung zur Steuerung des
Wechselrichters auf, und die Auswerteeinrichtung der Schaltungsanordnung ist eingerichtet, Triggersignale für die Steuereinrichtung auszugeben.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die
Steuereinrichtung des Systems eingerichtet ist, aufgrund eines Triggersignals von der Auswerteeinrichtung, den dem mit der Steuereinrichtung verbundenen Wechselrichter ein Ansteuersignal zu liefern, um den Wechselrichter in einem Sonderbetrieb zu betreiben.
Als ein solcher Sonder-Betrieb kann wahlweise, je nach Maschinentyp und Sicherheitskonzept, ein Freischalt- Betrieb, ein unteren Kurzschluss des
Wechselrichters, ein oberen Kurzschluss des Wechselrichters oder ein anderer Sonderbetrieb des Wechselrichters vorgesehen sein. Je nach Dauer des Sonder- Betriebs kann damit schon eine Reduzierung der Belastung der peripheren Bauteile oder Aggregate erreicht werden. Die Dauer des Sonderbetriebs kann aber auch den zu detektierenden Szenarien und der Empfindlichkeit der
Auswerteeinrichtung angepasst werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das System zumindest eine Kapazität aufweist, die parallel zu dem Symmetrier- Widerstand geschaltet ist. Solche Y- Kapazitäten werden regelmäßig auf Grund der EMV-Vorschriften verbaut und können bei Anwendung dieser
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kostengünstiger ausgelegt werden, da eine Überlastung dieser Kapazitäten schnell detektiert wird. Das System kann entsprechend anderer Ausgestaltungen der Erfindung auch weitere Merkmale der oben beschriebenen Schaltungsanordnung einzeln oder gemeinsam aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Erfassungsschaltung der Schaltungsanordnung oder des Systems eine
Reihenschaltung aus Koppelkondensator, Diode, Begrenzungswiderstand und Ladekondensator aufweist, und diese Reihenschaltung elektrisch mit dem ersten und zweiten Kontakt des Widerstandes verbunden ist. Zusätzlich ist ein
Entladewiderstand parallel zur Ladekapazität geschaltet, wobei die beiden Anschlüsse des Entladewiderstandes den Ausgang der Erfassungsschaltung bilden. Eine solche Erfassungsschaltung, die nur aus wenigen Bauteilen zusammengesetzt ist, ist wirtschaftlich besonders günstig und einfach zu implementieren.
Durch den Koppelkondensator wird in der Erfassungsschaltung ein Hochpass gebildet, so dass höhere Frequenzen einen höheren Ladestrom bewirken. Über die Spitzenwertgleichrichtung durch die Diode wird die maximale
Spannungsänderung im Ladekondensator gespeichert. Der Entladewiderstand entlädt den Ladekondensator, wenn die Spannung am Symmetrier-Widerstand wieder abnimmt. Der Begrenzungswiderstand dient der Ladestrombegrenzung des Ladekondensators und kann ggf. entfallen. Somit wird die über die
Symmetrier- Widerstandskette herunter geteilte Spannung des Y- Kondensators an einen Spitzenwertgleichrichter mit Tiefpassverhalten geführt. Eine solche Erfassungsschaltung generiert somit an ihrem Ausgang eine Maßgröße, die die Belastung z. B. eines Y- Kondensators charakterisiert und kann
schaltungstechnisch mit einer Vielzahl von Schaltungsvarianten realisiert werden.
Die Erfindung gibt außerdem ein Verfahren zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem mit angeschlossenem Wechselrichter an, wobei das Hochvoltsystem zumindest einen Widerstand zwischen einem
Hochvoltpotential und einem Bezugspotential aufweist. Dabei wird mittels einer Erfassungsschaltung eine Spannung von dem Widerstand abgegriffen und daraus eine erste Maßgröße generiert, und mittels einer Auswerteeinrichtung wird verglichen, ob die erste Maßgröße einen ersten Grenzwert überschreitet.
Bei Überschreiten des ersten Grenzwertes durch die erste Maßgröße wird ein erstes Signal von der Auswerteeinheit ausgegeben. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das erste Signal von der Auswerteeinrichtung an eine Steuereinrichtung ausgegeben wird mit der der Wechselrichter verbunden ist, und die
Steuereinrichtung auf Grund des Empfangs des ersten Signales den
Wechselrichter in einen Sonder-Betrieb schaltet.
Dieser Sonderbetreib kann zumindest für ein vorher definiertes Zeitintervall aufrecht erhalten werden. Je nach Anwendung des Verfahrens und
Betriebszustand des Gesamtsystems kann dieses Zeitintervall auch, z. B. durch die Auswerteeinheit, verlängert werden, um eine sichere Detektion von
Isolationsfehlern zu gewährleisten. Denn ein besonders kurzes Zeitintervall kann ggf. nicht ausreichen eine zweite Maßgröße, die den geänderten Zustand charakterisiert, sicher zu detektieren.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, dass nachfolgend dem Ausgeben des ersten Signales, mittels der
Erfassungsschaltung eine weitere Spannung am Widerstand abgegriffen wird, eine zweite Maßgröße generiert wird, und mittels der Auswerteschaltung verglichen wird, ob die zweite Maßgröße kleiner als ein zweiter Grenzwert ist, und ein zweites Signal ausgegeben wird, wenn die zweite Maßgröße den zweiten Grenzwert unterschreitet .
Das bedeutet dann, das die Ursache für ein erhöhtes Spannungsintegral am Widerstand auf einen Isolationsfehler am Wechselrichter, dem mit diesem verbundenen Phasenkabel oder dem Aggregat zurückgeführt werden kann.
Die Erfindung gibt außerdem ein Computerprogrammprodukt an, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
Die Erfindung gibt außerdem ein Computerlesbares Speichermedium an, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen.
Ausführungsbeispiel
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Fehlererkennung, eingefügt in ein ungeerdetes Hochvoltsystem mit angeschlossenem Wechselrichter;
Figur 2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem mit angeschlossenem Wechselrichter.
Die Figur 1 zeigt ein exemplarisches Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung 10 zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem 20 mit integriertem Wechselrichter 4, wobei die eigentliche Energiequelle 11 des Hochvoltsystems 20 in diesem Ausführungsbeispiel als wiederaufladbare Batterie z. B. eines Elektrofahrzeugs ausgeführt ist. Alternativ kann eine Brennstoffzelle via DC/DC Wandler an die wiederaufladbare Gleichspannungsquelle gekoppelt sein oder es kann eine Brennstoffzelle an Stelle der HV-Batterie vorgesehen werden.
Das Hochvoltsystem 20 weist ein positives Hochvoltpotential 7a und einen negatives Hochvoltpotential 7b auf und ist als IT-System ausgeführt, so dass die aktiven Elemente isoliert von dem Grundpotential GND der Erde verbunden sind. Diese Hochvoltpotentiale sind elektrisch leitend mit einem positiven
Hochvoltanschluß HV+ bzw. einem negativen Hochvoltanschluß HV- des Hochvoltsystems verbunden. Parallel zu diesen Hochvoltpotentialen 7a, 7b des Hochvoltsystems 20 ist mindestens ein Wechselrichter 4 geschaltet, der in der Figur 1 nur als einphasiger Wechselrichter 4 repräsentiert ist, aber durch
Vervielfältigung auch als ein mehrpoliges Wechselrichtersystem ausgestaltet sein kann.
Ein Verbraucher kann mit dem Wechselrichter 4 über den Anschluss 12 gekoppelt werden, der zwischen die in Reihe zwischen die Hochvoltpotentiale geschalteten Schaltelementen 9a und 9b des Wechselrichters 4 angeschlossen ist.
Mindestens ein Y- Kondensator 6a und 6b und mindestens ein Symmetrier- Widerstand 5 verbinden jeweils ein Hochvoltpotential 7a oder 7b mit einem Bezugspotential 8, wie z. B. einer Gehäusemasse. Die als Reihenschaltung von Widerständen skizzierten Symmetrier-Widerstände 5, die in Serie zwischen die beiden Hochvoltpotentiale 7a oder 7b geschaltet sind, bewirken durch eine elektrische Verbindung ihres Knotenpunktes mit dem Grundpotential eine Symmetrierung der Potentiale gegen das Grundpotential. Typische Werte für die Symmetrier-Widerstände 5 sind im Bereich von 0,5 MOhm bis 5 MOhm.
Eine Steuereinrichtung 3 des Wechselrichters 4 steuert die Schaltelemente 9a und 9b des Wechselrichters 4 entsprechend den Betriebsbedingungen eines Verbrauchers, der über den Anschluss 12 an den Wechselrichter 4
angeschlossen werden kann. In der Figur 1 ist mit einem gezackten Pfeil, zwischen dem Phasenanschluss 12 und dem Bezugspotential 8, angedeutet, zwischen welchen Teilen eines Hochvoltsystems beispielsweise ein
Isolationsfehler vorliegen könnte.
Eine Erfassungsschaltung 1 greift über seine Eingangsanschlüsse la und lb eine Spannung von mindestens einem der Widerstände 5, der in Reihe geschalteten Symmetrier-Widerständen 5, ab und generiert daraus eine erste Maßgröße, die die Erfassungsschaltung 1 an ihren Ausgangsanschlüssen lc und ld bereitstellt.
Die Auswerteeinrichtung 2 ist mit ihren Eingangskontakten 2a und 2b mit den Ausgangsanschlüssen lc und ld der Erfassungsschaltung verbunden. Die Auswerteeinrichtung 2 übernimmt die von der Erfassungseinheit 1 bereitgestellte erste Maßgröße und vergleicht diesen mit einem gespeicherten ersten
Grenzwert 2e. Sofern aus diesem Vergleich eine Überschreitung des ersten Grenzwertes 2e durch die erste Maßgröße resultiert, gibt die
Auswerteeinrichtung 2 an ihrem Ausgang 2c ein erstes Signal aus.
Über den Anschluss 2d kann die Auswerteeinrichtung 2 ein Triggersignal an die Steuereinrichtung 3 des Wechselrichters 4 ausgeben, sofern aus dem Vergleich von erster Maßgröße der Erfassungsschaltung mit dem gespeicherten ersten Grenzwert 2e eine Überschreitung des ersten Grenzwertes 2e durch die erste Maßgröße resultiert.
Die Steuereinrichtung 3 des Wechselrichters 4 kann konfiguriert sein, aufgrund des ersten Signals von der Auswerteeinrichtung 2, für ein vordefiniertes
Zeitintervall die Steuerungseinheit 4 in einen Sonder-Betrieb zu schalten. Dabei bedeutet der Sonder-Betrieb, dass die Schaltelemente 9a und 9b, bzw. bei mehrphasigem Betrieb auch die weiteren Schaltelemente der anderen Phasen, in eine offene Schaltstellung schalten. Wahlweise kann im Sonder-Betrieb der Wechselrichter auch, je nach Maschinentyp und Sicherheitskonzept, in einen unteren oder oberen Kurzschluss oder einen anderen Sonderbetrieb geschaltet werden.
Dieses Offenschalten der Schaltelemente 9a und 9b z. B. im Sonder-Betrieb unterbindet den durch einen Isolationsfehler hervorgerufenen Kontakt vom Ausgang des Wechselrichters mit dem Bezugspotential, woraufhin die
Erfassungsschaltung 1 eine kleinere Spannung am Symmetrier-Widerstand 5 misst und dementsprechend eine kleinere zweite Maßgröße am Ausgang lc und ld bereitstellt. Diese zweite Maßgröße wird dann von der Auswerteeinrichtung 2 mit dem zweiten Grenzwert verglichen und als unter dem zweiten Grenzwert liegend bestimmt, sofern der Isolationsfehler vom Wechselrichter 4 selbst, einer Verbindungsleitung zum Verbraucher oder vom Verbraucher verursacht wurde.
Die Auswerteeinrichtung 2 ist so eingerichtet, dass sie in diesem Fall ein zweites Signal ausgeben kann, um entweder einen entsprechenden identifizierenden Fehler zu melden oder die Steuereinrichtung 3 des Wechselrichters 4 kann so konfiguriert sein, dass mittels diesem zweiten Signal der Wechselrichter 4 permanent freigeschaltet wird, um einen sicheren Betreib des Hochvoltsystems 20 zu erreichen. Das zweite Signal kann alternativ aber auch einer
übergeordneten Steuereinheit zugeleitet werden, die abhängig vom
Betriebszustand des Gesamtsystems, wie z. B. eines Fahrzeuges, in das das Hochvoltsystem integriert ist, entscheidet, ob der Wechselrichter aufgrund des identifizierten Fehlers freigeschaltet werden soll. Gegebenenfalls kann auch erst eine Warnung erfolgen und anschließend das Gesamtsystem„weich“, also ohne ggf. schädigende Wirkung auf Batterie oder Brennstoffzelle, heruntergefahren werden.
Als ein Ausführungsbeispiel ist in der Figur 1 die Erfassungsschaltung 1 als eine Reihenschaltung aus erstem Eingangsanschluss la, einem Koppelkondensator 13, einer Diode 14, einem Begrenzungswiderstand 15, einem Ladekondensator 16 und einem zweiten Eingangsanschluss lb ausgebildet. Die
Ausgangsanschlüsse lc der Erfassungseinrichtung 2 sind elektrisch parallel mit dem Ladekondensator 16 verschaltet, dem ein Entladewiderstand 18 elektrisch parallel geschaltet ist. Somit wird die über die Symmetrier-Widerstandskette 5 herunter geteilte Spannung des Y- Kondensators 6a, 6b an einen
Spitzenwertgleichrichter mit Tiefpassverhalten geführt. Am Ladekondensator 16 wird dann die Maßgröße der Erfassungsschaltung 1 bereitgestellt.
Die Figur 2 dient der Erläuterung des Verfahrens zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem 20 mit angeschlossenem Wechselrichter 4, wobei das Hochvoltsystem 20 zumindest einen Symmetrier-Widerstand 5 zwischen einem Hochvoltpotential 7a, 7b und einem Bezugspotential 8 aufweist. Nach dem Start S1 des Verfahrens wird mittels einer Erfassungsschaltung 1 eine Spannung von dem Symmetrie- Widerstand 5 abgegriffen S2 und erste
Maßgröße generiert S3. Mittels einer Auswerteeinrichtung 2 wird dann verglichen S4, ob die erste Maßgröße einen ersten Grenzwert 2e überschreitet, und bei Überschreiten des ersten Grenzwertes 2e wird ein erstes Signal ausgegeben S5. Sofern der erste Grenzwert nicht überschritten wird, erfolgt ein weiteres
Abgreifen einer Spannung S2. Das Signal stellt somit nur eine Warnung bzw. ein Alarmsignal dar.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel kann von einer
übergeordneten Steuerschaltung oder bei Betriebsbegin eingestellt werden, ob ein weiterer Teil des Verfahrens durchlaufen werden soll S6. Wenn der weitere Teil des Verfahrens nach der Ausgabe eines ersten Signals S5 nicht durchlaufen werden soll, erfolgt wieder ein neues Abgreifen einer Spannung S2. Wenn der weitere Teil des Verfahrens durchlaufen werden soll, erfolgt eine Ausgabe des ersten Signals S7 an die Steuereinrichtung 3 durch die Auswerteeinheit 2, woraufhin die Steuereinrichtung 3 den Wechselrichter 4 für ein vordefiniertes Zeitintervall in einen Sonder-Betrieb schaltet.
Während des Sonder- Betriebes des Wechselrichters 4 wird eine weitere
Spannung am Symmetrier-Widerstand 5 abgegriffen S8 und eine zweite
Maßgröße generiert S9. Im nächsten Schritt wird verglichen S10, ob die zweite Maßgröße kleiner als der zweite Grenzwert ist. Sofern die zweite Maßgröße kleiner als der zweite Grenzwert ist, folgt daraus, dass ein Isolationsfehler in dem Versorgungszweig des Verbrauchers, der mit dem Wechselrichter 4 über den Anschluss 12 und ein Kabel verbunden ist, oder im Wechselrichter 4 selbst vorliegt.

Claims

Ansprüche
1. Schaltungsanordnung (10) zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem (20) mit verbundenem Wechselrichter (4) und mit zumindest einem Widerstand (5) zwischen einem Hochvoltpotential (7a, 7b) des
Hochvoltsystems (20) und einem Bezugspotential (8), wobei die
Schaltungsanordnung (10) dadurch gekennzeichnet ist, dass sie
eine Erfassungsschaltung (1) aufweist, die eingerichtet ist, eine Spannung von dem Widerstand (5) abzugreifen, daraus eine erste Maßgröße zu generieren und
die erste Maßgröße an einem Ausgang (lc, ld) bereitzustellen, und
eine Auswerteeinrichtung (2) aufweist, die mit dem Ausgang (lc, ld) der Erfassungsschaltung (1) verbunden ist, wobei die Auswerteeinrichtung (2) eingerichtet ist:
- die erste Maßgröße mit einem ersten Grenzwert zu vergleichen und
- ein erstes Signal auszugeben, wenn die erste Maßgröße den ersten Grenzwert überschreitet.
2. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1, wobei der mit dem
Hochvoltsystem verbundene Wechselrichter (4) durch eine Steuereinrichtung (3) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (2) eingerichtet ist, ein Triggersignal für die Steuereinrichtung (3) auszugeben.
3. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (2) eingerichtet ist, das erste Signal als
Triggersignal für die Steuereinrichtung (3) des Wechselrichters (4) auszugeben.
4. Schaltungsanordnung (10) nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (2) eingerichtet ist, nachfolgend der Ausgabe des Triggersignals für die Steuereinrichtung (3) eine zweite
Maßgröße, die von der Erfassungsschaltung, nach Abgreifen einer weiteren Spannung, generiert wird, mit einem zweiten Grenzwert zu vergleichen, und bei Unterschreiten des zweiten Grenzwertes ein zweites Signal auszugeben.
5. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsschaltung (1) eingerichtet ist, die erste oder zweite Maßgröße als eine charakterisierende Größe für eine
Bauteilebelastung zu generieren.
6. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsschaltung (1) eine
Reihenschaltung aus Koppelkondensator (13), Diode (14),
Begrenzungswiderstand (15) und Ladekondensator (16) aufweist, wobei die Reihenschaltung elektrisch mit einem ersten und zweiten Kontakt des
Widerstandes (5) verbunden ist, und ein Entladewiderstand (17) elektrisch parallel zur Ladekapazität (16) geschaltet ist, wobei die beiden Anschlüsse des Entladewiderstandes (17) den Ausgang (lc, ld) der Erfassungsschaltung (1) bilden.
7. System zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem (20) mit verbundenem Wechselrichter (4) und positiven und negativen
Hochvoltpotential (7a, 7b), dadurch gekennzeichnet, dass das System
zumindest eine Reihenschaltung von Widerständen (5) zwischen einem der Hochvoltpotentiale (7a, 7b) des Hochvoltsystems (20) und einem
Bezugspotential (8) aufweist,
zumindest eine Kapazität (6a, 6b) zwischen einem der
Hochvoltpotentiale (7a, 7b) des Hochvoltsystems (20) und dem Bezugspotential (8) aufweist,
eine Schaltungsanordnung (10) gemäß Anspruch 1 aufweist, die eingerichtet ist, eine Spannung von zumindest einem der Widerstände (5) der Reihenschaltung von Widerständen (5) abzugreifen,
eine Steuereinrichtung (3) aufweist, die den Wechselrichter (4) steuert, und die Auswerteeinrichtung (2) der Schaltungsanordnung (10) eingerichtet ist, ein Triggersignal für die Steuereinrichtung (3) auszugeben.
8. Verfahren zur Fehlererkennung in einem ungeerdeten Hochvoltsystem (20) mit angeschlossenem Wechselrichter (4) und mit zumindest einem
Widerstand (5) zwischen einem Hochvoltpotential (7a, 7b) des Hochvoltsystems (20) und einem Bezugspotential (8), dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Erfassungsschaltung (1) eine Spannung von dem Widerstand (5) abgegriffen (S2) und eine erste Maßgröße generiert (S3) wird, und mittels einer Auswerteeinrichtung (2) verglichen wird (S4), ob die erste Maßgröße einen ersten Grenzwert überschreitet, und die Auswerteschaltung (2) bei Überschreiten des ersten Grenzwertes ein erstes Signal ausgibt (S5).
9. Verfahren zur Fehlererkennung gemäß Anspruch 8, wobei der
Wechselrichter (4) mit einer Steuereinrichtung (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal von der Auswerteeinrichtung (2) für die Steuereinrichtung (3) ausgegeben wird S7, und die Steuereinrichtung (3) auf Grund des Empfangs des ersten Signales den Wechselrichter (4) in einen Sonder- Betrieb schaltet.
10. Verfahren zur Fehlererkennung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
dass nachfolgend dem Ausgeben des ersten Signales mittels der
Erfassungsschaltung (1), eine weitere Spannung am Widerstand (5) abgegriffen wird S8, eine zweite Maßgröße generiert wird S9, und mittels der
Auswerteschaltung (2) verglichen wird, ob die zweite Maßgröße kleiner als ein zweiter Grenzwert ist, und ein zweites Signal ausgegeben wird, wenn die zweite Maßgröße den zweiten Grenzwert unterschreitet .
11. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10 auszuführen.
12. Computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10 auszuführen.
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