WO2015032546A1 - Multifunktionale überwachung für elektrische systeme - Google Patents

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WO2015032546A1
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voltage
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voltmeter
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control unit
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PCT/EP2014/065860
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Simon Abraham
Friedrich Ramme
Frank NGUYEN-LUONG
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Continental Automotive Gmbh
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    • Y10S903/904—Component specially adapted for hev

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of monitoring and controlling electrical systems, in particular electrical systems in a motor vehicle with electric or hybrid drive.
  • hybrid or electric vehicle refers to vehicles that are wholly or partly powered by electrical energy.
  • the energy usually comes from an energy storage system, its electrical connection to others
  • Power circuits must either be permanently disconnected or can be switched dynamically.
  • Such vehicles require a number of monitoring and control functions to monitor safety-related parameters and to control the system accordingly.
  • the effectiveness of the electrical isolation of all permanently or transiently connected to the energy storage system power circuits with respect to the electrical system ⁇ voltage level must be monitored over a sufficiently large resistance from a certain voltage ⁇ range for security reasons.
  • the present invention has for its object to provide an improved and easy monitoring of the electrical system of a fully or partially electrically powered motor vehicle.
  • the device described comprises: (a) a first alternating voltage source for providing an alternating ⁇ voltage between a first terminal and a reference terminal, (b) a second alternating voltage source for providing ⁇ provide an alternating voltage between a second terminal and the reference terminal, ( c) a first clamping ⁇ voltmeter for detecting a first voltage between the first terminal and the reference terminal, (d) a second voltmeter for detecting a second voltage between the second terminal and the reference terminal, and (e) a control unit adapted for controlling the first AC voltage source and the second AC voltage source and for obtaining the first voltage from the first voltage meter and the second voltage from the second voltmeter, wherein the control unit is further configured for (i) determining a first insulation resistance for a An assembly connected to the first port and / or a second isolation resistor for a second assembly connected to the second port relative to an electrical potential connected to the reference port.
  • the device described is based on the recognition that the three functions for detecting insulation resistance, precharge and switching state by a single device with a central control unit and two inde ⁇ pending records may be performed by each of an alternating voltage source and a voltmeter.
  • the device described allows efficient and inexpensive monitoring of several parameters in the electrical system of a motor vehicle with electric or hybrid drive, in particular without the use of individual dedicated monitoring ⁇ devices for each monitoring function.
  • AC power source refers to a generator for generating an AC voltage with predetermined values related. Amplitude, frequency and phase. Describe in this document the "first connection”"secondterminal” and “reference terminal” in particular individual electrical contact points or connection point in a circuit.
  • voltage means a device for detecting an electrical voltage, in particular a DC electrical voltage and / or an AC electrical voltage, between two contact points.
  • controller refers in particular provide ⁇ a central unit with a processor, memory and interface.
  • insulation resistance in particular ⁇ sondere the ohmic resistance component between a contact-point of an assembly and a reference potential.
  • a precharge kapaziti ⁇ ven Load means in particular the ratio between a aktuel ⁇ len voltage of the load and the voltage having the capacitive load in the fully charged state.
  • switching state refers in particular to the state of a switch, that is, whether the switch provides a connection or no connection between two contact points.
  • the control unit may be implemented as a stand-alone unit or as part of another unit.
  • the control unit is particularly adapted to drive the first and second alternating voltage source such that provide these jewei ⁇ celled alternating voltages.
  • the control unit may transmit individual values for amplitude, frequency and phase to each AC voltage source.
  • the control unit is further configured to obtain measured voltages from the first and second voltmeter.
  • the voltage measurements may be output as digital signals or as analog signals from the voltmeters. In the latter case, the control unit may convert the received signals into digital signals.
  • the control unit Based on the received signals from the voltmeters, the control unit can generate a respective DC voltage component and / or a respective DC voltage component. Determine and store ligen AC voltage component of the first and second voltage.
  • the control unit is further configured to perform three monitoring functions.
  • the first of these monitoring functions is to determine an insulation resistance for a first and / or second assembly connected to the first terminal.
  • Studentswachungsfunkti ⁇ on is determining a precharge state for a Kapaziti ⁇ ve load that is connected to the first terminal is pre-loaded by a connected to the second power supply connection.
  • the third monitoring function is a determination of the switching states for one or more
  • Switch disposed between two assemblies to selectively connect and disconnect them, wherein one of the assemblies is connected to the first connection and the other assembly is connected to the second connection.
  • the described device allows a monitoring of insulation resistance and switching states for various modules as well as the precharge of a capacitive load in a motor vehicle with electric or hybrid drive.
  • the control ⁇ unit is further configured to determine the first isolati ⁇ onswiderstands based on the first of theistsmes- ser first detected voltage and / or for determining the second insulation resistance based on the second voltage determined by the second voltmeter.
  • the control unit is further configured to determine the
  • the precharging of the capacitive load is usually done by turning on a resistor between the power supply and the load to limit the precharge current.
  • the difference between the detected second voltage and the determined first voltage thus depends on the voltage across this resistor and thus allows in a simple manner, a calculation ⁇ voltage of the precharge.
  • the control unit is further configured to output a control signal to a precharge switch if the difference between the second voltage determined by the second voltmeter and the first voltage determined by the first voltmeter reaches a precharge threshold.
  • the Vorladeschwellenwert can in particular a Vorladezu ⁇ stand of about 85% to 95%, in particular 90% correspond.
  • the controller issues a control signal to the precharge switch to, for example, bypass a precharge resistor and couple the load directly to the power supply.
  • the described device can thus help in a simple manner when switching on the load that this for is switched on, that is, when the pre-charging of the load has been performed.
  • control unit is further configured to determine the
  • Switching states by driving the first and second AC power source, so that the AC voltage provided by the first alternating clamping ⁇ voltage source is inverted to that provided by the second voltage source AC voltage, and comparing the difference between the determined by the second voltmeter second voltage and of the first voltmeter detected first voltage with a switching state threshold.
  • the first and second AC power source so that the AC voltage provided by the first alternating clamping ⁇ voltage source is inverted to that provided by the second voltage source AC voltage
  • the switching state of the observed switch can then be determined from the difference between the second voltage and the first voltage by comparing it with the switching state threshold. According to a further exemplary embodiment of the invention, the switching state of the switch is determined to be connected when the difference between the second voltage determined by the second voltmeter and the first voltage determined by the first voltmeter is less than
  • the Switch is determined to be not connected, when the Diffe ⁇ rence between the determined by the second voltmeter second voltage and the determined voltage from the first diameter is greater than the first voltage threshold switching state.
  • the fact is used that the difference between the voltages is small when the switch is in the connected state, that is, when connecting the two assemblies, since in this case the first AC source is in fact the second AC source directly connected.
  • the difference between the voltage is large (equal to twice the amplitude of the two josge- presented AC voltages) as in when the switch is in the not-connected state, i.e. when it does not connect the two compo ⁇ pen to each other, this Case the first AC voltage source and the second AC voltage source can not influence each other.
  • the same principle can be further used to determine a switching state for another switch that can connect the two assemblies but is not directly attached between the first terminal and the second terminal. This is done by evaluating a
  • the device further comprises a third AC voltage source for providing an AC voltage between a third Terminal and the reference terminal and a third clamping ⁇ voltmeter for detecting a third voltage between the first terminal and the reference terminal, wherein the control unit is further adapted to control the third alternating voltage source, and for obtaining the third voltage from the third voltage meter.
  • the described device can be expanded according to the invention by adding further pairs of AC sources and voltage meters, which in the same way as the previously described first, second and third alternating voltage source and ers ⁇ th, second and third voltmeter with the Control unit connected and controlled by this.
  • the Control unit connected and controlled by this.
  • Described motor vehicle with electric or hybrid drive by means of a device having a first Desiditionsquel ⁇ le, a second alternating voltage source, a first clamping ⁇ voltmeter, a second voltmeter, a first terminal, a second terminal, a reference terminal and a control unit.
  • the described method comprises: (a) controlling, by the control unit, the first AC voltage source to provide an AC voltage between the first terminal and the reference terminal, (b) controlling, by the control unit, the second AC voltage source, an AC voltage between the first AC source second terminal and the reference terminal, (c) detecting a first voltage between the first terminal and the reference terminal, (d) detecting a second voltage between the second terminal and the reference terminal, and (e) based on the detected first voltage and / or the detected second voltage: (i) Teln a first insulation resistance for a first Bau ⁇ group, which is connected to the first terminal, and / or a second insulation resistance for a second Baugrup ⁇ PE, which is connected to the second terminal, relative to a connected to the reference terminal electrical
  • connection is connected and the other of the two modules is connected to the second terminal.
  • the described method is fundamentally based on the same finding that was explained above in connection with the first aspect, namely that the three functions for determining insulation resistance, pre-charging state and
  • Switching state can be performed by operating a single device with a central control unit and two independent sets of one AC voltage source and a voltage ⁇ meter.
  • a motor control ⁇ tion for a motor vehicle with electric or hybrid drive for using a method according to the second aspect and / or one of the above embodiments will be described.
  • This engine control allows easy and central monitoring of the electrical system of the motor vehicle.
  • a computer program which, when used by a processor is executed, is adapted to perform the method according to the second aspect and / or one of the above embodiments.
  • Program element a computer program product and / or a computer-readable medium containing instructions for controlling a computer system to coordi ⁇ kidney in order to achieve the operation of a system and a method suitably interfaced with the inventive method effects.
  • the computer program may be implemented as a computer-readable instruction code in any suitable programming language such as JAVA, C ++, etc.
  • the computer program can be stored on a computer-readable storage medium (CD-ROM, DVD, Blu-ray Disc, removable drive, volatile or non-volatile memory, built-in memory / processor, etc.).
  • the instruction code may program a computer or other programmable device such as, in particular, an engine control unit of a motor vehicle to perform the desired functions.
  • the computer program may be provided in a network, such as the Internet, from where it may be downloaded by a user as needed.
  • the invention can be implemented both by means of a computer program, i. software, as well as by means of one or more special electrical circuits, i. in hardware or in any hybrid form, i. using software components and hardware components.
  • FIG. 1 shows an overview diagram of an electrical system
  • FIG. 2 shows a block diagram of an inventive device
  • the electrical system 100 includes a load 105 and an electrical power supply 110.
  • the load 105 includes an electric machine for driving a motor vehicle and is highly capacitive.
  • the capacity of the load is shown schematically as CL and typically has a value around 1000 yF.
  • the electrical power supply 110 includes an energy ⁇ memory in the form of a high voltage battery 112, switches Kl and K3 for connecting and disconnecting the connection between the high voltage battery 112 and load 105, a pre-charge resistance Rv and a switch K2 for switching on and off of the pre-charging resistor Rv.
  • the high voltage battery 112 provides a voltage of about 360V when fully charged.
  • the electrical power supply 110 also has connections 114 and 115 for the load 105 and connections 116 and 117 for the high-voltage battery 112.
  • the line 120 shows a portion of the system 100 that is relevant to isolate ⁇ tion resistance monitoring relative to other electrical systems in a vehicle, such as a vehicle electrical system.
  • Line 121 shows a portion of the system 100 that is relevant to precharge state monitoring and control.
  • line 122 shows a portion of the system 100 that is relevant to a switch state monitor.
  • FIG. 2 shows a block diagram of an inventive device
  • the apparatus 230 which may be used, for example, to monitor and control the electrical system 100 shown in FIG.
  • the apparatus 230 comprises a first alternating voltage source ⁇ 232a, a first voltmeter 234a and a first terminal 236a, which together with a
  • Reference terminal 237 form a first measurement channel.
  • the apparatus 230 further includes a second AC ⁇ source 232b, a second strain gauge 234b and a second terminal 236b, which form together with the setting reference circuit 237 a second measurement channel.
  • the device 230 further comprises a control unit 238 which is connected to the AC voltage sources 232a and 232b and the voltage meters 234a and 234b.
  • the controller includes processor, memory, and interfaces and is configured to control the AC power sources 232a and 232b and obtain measured voltage values from the Tension knives 234a and 234b.
  • the control unit controls the first AC voltage source 232a such that it provides an AC voltage with a predetermined amplitude, frequency and phase between the first terminal 236a and the reference terminal 237.
  • the control unit controls in ⁇
  • the second changeable tensioning ⁇ voltage source 232b in such a way that this provides an AC voltage having a predetermined amplitude, frequency and phase between the second port 236b and the reference terminal 237 readiness.
  • the first voltmeter 234a measures the electrical voltage (DC voltage component and AC voltage component) between the first terminal 236a and the reference terminal 237 and transmits them to the control unit.
  • the second voltage ⁇ knife 234b measures the electric voltage (DC component and AC component ⁇ ) between the second
  • Terminal 236b and the reference terminal 237 and transmits them to the control unit.
  • the AC power sources 232a and 232b and the voltage ⁇ knife 234a and 234b all have defined impedances relative to ground plane of the device 230.
  • the device 230 may, for example, in connection with the shown in Figure 1 system 100 for detecting insulation resistance, a precharge of Load 105, CL and switching states for the switches Kl, K2 and K3 are used.
  • an insulation resistance for the system 100 relative to the vehicle electrical system can be determined in a motor vehicle ⁇ as follows.
  • the port 236a is connected to a port in the system 100, for example the
  • Terminal 115 is connected and the reference terminal 237 is connected to a terminal in the electrical system (for example, ground).
  • the control unit 238 controls the alternating voltage Source 232a, so that it provides an alternating voltage with an amplitude of 120 Vss and a frequency of 0.3 Hz between the terminal 236a and the reference terminal 237th
  • the voltmeter 234a detects the AC voltage drop between the terminal 236a and the reference terminal 237 and transmits it to the control unit 238.
  • the control unit 238 then calculates the corresponding insulation resistance.
  • a similar measurement can be conducted under Ver 236b ⁇ application of the AC voltage source 232b, 234b of the voltmeter and of the terminal.
  • the device 230 may be used as follows to monitor and control a precharge operation for the load CL (in FIG. 1).
  • the first terminal 236a is connected to the terminal 115, the second terminal 236b to the terminal 117 and the
  • the voltage across the pre-charge resistance Rv can be continuously determined by the voltmeters 234a and 234b and transmitted to the control unit 238.
  • the precharge process is initiated by closing the two switches K1 and K2 with switch K3 open. Based on the obtained voltage values, the control unit can now track the precharge state and then close the switch K3 when, for example, a precharge state of 90% is reached.
  • the pre-charge resistance Rv is bypassed and the switch K2 can be disconnected or opened again so that no limitation of the load provided current occurs more.
  • the device 230 can also be used to determine a
  • Switching state for one or more of the switches Kl, K2 and K3 are used in Figure 1.
  • the first terminal 236a is connected to the terminal 117 and the second terminal 236b is connected to the terminal 115.
  • the control unit 238 controls the first AC voltage source 232a so that it has an AC voltage with an amplitude of 120 Vss and a frequency of 10 Hz between the terminal 236a and the reference port 237.
  • the control ⁇ unit 238 simultaneously controls the second AC ⁇ source 232b, so that it provides an inverted alternating clamping ⁇ voltage between the terminal 236b and the reference terminal 237, that is, a in comparison with the Wech ⁇ selschreib between the terminal 236a and the Referenzan - conclusion 237 offset by 180 ° AC voltage.
  • the control unit receives the respective voltages (alternating voltage components and) detected by the voltage meters 234a and 234b
  • the DC components and first calculates the difference between the obtained AC voltage components, that is, the difference between the respective positive and negative peak values of the voltages obtained. If this difference is greater than a predetermined threshold, then the switches K1, K2 and K3 are open. In a typical implementation, the predetermined threshold is about 5V. If the difference is equal to or lower than the predetermined threshold, then one of the switches K1, K2 and K3 is closed, that is, the terminals 117 and 115 are connected directly (K2 or K3 is closed) or indirectly (K1 is closed). In the latter case, the difference between the DC voltage components, that is to say the respective mean values of the voltages obtained, is calculated next and compared with a further threshold value.
  • the further threshold is equal to the above-mentioned predetermined threshold, that is about 5V. If the absolute value of the difference between the DC voltage components is greater than the further threshold, then the switch K1 is closed, that is, the terminals 117 and 115 are indirectly connected. If the absolute value of the Diffe ⁇ rence between the DC voltage components lower than the further threshold value, then at least one of the switches K2 and K3 is closed, that is, the terminals 117 and 115 are directly connected.
  • Kl is closed, (ii) K2 or K3 is closed or (iii) Kl, K2 and K3 are open. If it is detected that K2 or K3 is closed (ii), it can be determined by additional measurements whether the switch K1 is closed or open. This can be done by comparing the source and drain high voltage voltages, that is, by comparing the voltages at terminals 116 and 114. If these two voltages are equal, then switch K1 is also closed. If the voltages are different then the switch K1 is open.
  • Measures for handling dangerous situations as a result of a reduced insulation resistance or a Fehlstel ⁇ ment or defect of a switch can be used, for example by issuing a warning signal, switching off a supply voltage or the like.
  • Each measuring channel can also be adjusted and operated individually in accordance with the impedance conditions.
  • Insulation resistance measurement and switching state determination can be performed simultaneously. This allows a faster determination of the condition of the HV system.
  • the switching state determination can be performed in pairs between all channels.
  • the device described comprises first and a second AC voltage source for an AC voltage between a first and second terminal on the one hand and a reference terminal on the other.
  • a first and a second voltmeter detect a first and second voltage between the first and second terminal on the one hand and the reference terminal on the other.
  • a control unit controls the AC voltage sources, the voltages obtained from the respective voltmeters and determines a first and / or second insulation resistance for a first and / or second assembly which is verbun with the respective connection ⁇ . This insulation resistance is relative to a potential connected to the reference terminal.
  • a precharge state of a capacitive load connected to the first terminal is determined which is precharged by a voltage supply connected to the second terminal.
  • the switching state for at least one switch arranged between two modules is determined.
  • the modules are connected to the first and second connection. Reference sign list

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Abstract

Die beschriebene Vorrichtung umfasst erste und eine zweiten Wechselspannungsquelle für eine Wechselspannung zwischen einem ersten bzw. zweiten Anschluss einerseits und einem Referenzanschluss andererseits. Ein erster und ein zweiter Spannungsmesser erfassen eine erste bzw. zweite Spannung zwischen dem ersten bzw. zweiten Anschluss einerseits und dem Referenzanschluss andererseits. Eine Steuereinheit steuert die Wechselspannungsquellen, erhält die Spannungen von den betreffenden Spannungsmessern und ermittelt einen ersten und/oder zweiten Isolationswiderstand für eine erste und/oder zweite Baugruppe, die mit dem betreffenden Anschluss verbunden ist. Dieser Isolationswiderstand ist relativ zu einem mit dem Referenzanschluss verbundenen Potential. Ein Vorladezustand einer mit dem ersten Anschluss verbundenen kapazitiven Last wird ermittelt, die von einer mit dem zweiten Anschluss verbundenen Spannungsversorgung vorgeladen wird. Der Schaltzustand für mindestens einen, zwischen zwei Baugruppen angeordneten Schalter wird ermittelt. Die Baugruppen sind mit dem ersten bzw. zweiten Anschluss verbunden. Es werden ferner ein Verfahren, eine Motorsteuerung und ein Computerprogramm beschrieben.

Description

Beschreibung
Multifunktionale Überwachung für elektrische Systeme
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des Überwachens und Steuerns von elektrischen Systemen, insbesondere von elektrischen Systemen in einem Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb.
Als Hybrid- bzw. Elektrofahrzeug bezeichnet man Fahrzeuge, die ganz oder teilweise durch elektrische Energie angetrieben werden. Die Energie stammt in der Regel aus einem Energie- speichersystem, dessen elektrische Verbindung zu anderen
Leistungskreisen entweder permanent getrennt sein muss oder dynamisch geschaltet werden kann.
Solche Fahrzeuge fordern eine Reihe von Überwachungs- und Steuerfunktionen, um Sicherheitsrelevante Parameter zu überwachen und das System entsprechend anzusteuern.
Zum Beispiel muss die Wirksamkeit der elektrischen Trennung aller mit dem Energiespeichersystems permanent oder transient verbundenen Leistungskreise gegenüber der Bordnetzspannungs¬ ebene (Ladeelektronik, Leistungselektronik, etc.) über einen hinreichend großen Widerstand ab einem bestimmten Spannungs¬ bereich aus Sicherheitsgründen überwacht werden.
DE 102 12 493 AI, DE 102 05 381 AI und DE 10 2006 050 529 beschreiben bekannte Systeme zur Isolationsüberwachung.
Des Weiteren können aus Fehlstellungen an den Schaltern, welche die Verbindung zu den Leistungskreisen herstellen bzw. unterbrechen, unerwartet gefährliche Spannungen entstehen. Folglich sollen solche Fehlstellungen möglichst schnell erkannt werden. Da es sich bei dem zu verbindenden Leistungskreis (Elektromo¬ tor) um eine hohe kapazitive Last handelt, ist ein Vorlade- prozess häufig vorgesehen, der einen verschleißarmen Schaltvorgang ermöglicht. Hierfür wird die Lastseite kurzzeitig über einen Vorwiderstand an die Quelle geschaltet. Bedingt durch das knappe Zeitfenster ist eine pegelabhängige Schal¬ tersteuerung erforderlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte und einfache Überwachung von dem elektrischen System eines ganz oder teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhän- gigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben .
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Überwachen und Steuern elektrischer Systeme in einem
Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung weist folgendes auf: (a) eine erste Wechselspannungsquelle zum Bereitstellen einer Wechsel¬ spannung zwischen einem ersten Anschluss und einem Referenz- anschluss, (b) eine zweite Wechselspannungsquelle zum Bereit¬ stellen einer Wechselspannung zwischen einem zweiten Anschluss und dem Referenzanschluss , (c) einen ersten Span¬ nungsmesser zum Erfassen einer ersten Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem Referenzanschluss , (d) einen zweiten Spannungsmesser zum Erfassen einer zweiten Spannung zwischen dem zweiten Anschluss und dem Referenzanschluss und (e) eine Steuereinheit, die eingerichtet ist zum Steuern der ersten Wechselspannungsquelle und der zweiten Wechselspannungsquelle und zum Erhalten der ersten Spannung von dem ersten Span- nungsmesser und der zweiten Spannung von dem zweiten Spannungsmesser, wobei die Steuereinheit ferner eingerichtet ist zum (i) Ermitteln eines ersten Isolationswiderstands für eine Baugruppe, die mit dem ersten Anschluss verbunden ist, und/oder eines zweiten Isolationswiderstands für eine zweite Baugruppe, die mit dem zweiten Anschluss verbunden ist, relativ zu einem mit dem Referenzanschluss verbundenen elekt- rischen Potential, (ii) Ermitteln eines Vorladezustands einer mit dem ersten Anschluss verbundenen kapazitiven Last, die von einer mit dem zweiten Anschluss verbundenen Spannungsversorgung vorgeladen wird, und (iii) Ermitteln eines Schaltzu¬ stands für einen oder mehreren zwischen zwei Baugruppen angeordneten Schalter, wobei eine der zwei Baugruppen mit dem ersten Anschluss verbunden ist und die andere der zwei Bau¬ gruppen mit dem zweiten Anschluss verbunden ist.
Der beschriebenen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die drei Funktionen zum Ermitteln von Isolationswiderstand, Vorladezustand und Schaltzustand durch eine einzige Vorrichtung mit einer zentralen Steuereinheit und zwei unab¬ hängigen Sätzen von jeweils einer Wechselspannungsquelle und einem Spannungsmesser durchgeführt werden können. Somit ermöglicht die beschriebene Vorrichtung eine effiziente und preiswerte Überwachung mehrerer Parameter in dem elektrischen System eines Kraftfahrzeugs mit Elektro- oder Hybridantrieb, insbesondere ohne Einsatz einzelner dezidierter Überwachungs¬ einrichtungen für jede Überwachungsfunktion.
In diesem Dokument bezeichnet „Wechselspannungsquelle" insbe¬ sondere einen Generator zum Erzeugen einer Wechselspannung mit vorgegebenen Werten bzgl. Amplitude, Frequenz und Phase. In diesem Dokument bezeichnen „erster Anschluss" „zweiter Anschluss" und „Referenzanschluss" insbesondere einzelne elektrische Kontaktpunkte oder Anschlussstellen in einem Schaltkreis . In diesem Dokument bezeichnet „Spannungsmesser" eine Vorrichtung zum Erfassen einer elektrischen Spannung, insbesondere einer elektrischen Gleichspannung und/oder einer elektrischen Wechselspannung, zwischen zwei Kontaktpunkte.
In diesem Dokument bezeichnet „Steuereinheit" insbesondere eine zentrale Einheit mit Prozessor, Speicher und Schnitt¬ stellen .
In diesem Dokument bezeichnet „Isolationswiderstand" insbe¬ sondere den ohmschen Widerstandsanteil zwischen einem Kon- taktpunkt einer Baugruppe und einem Referenzpotential.
In diesem Dokument bezeichnet „Vorladezustand einer kapaziti¬ ven Last" insbesondere das Verhältnis zwischen einer aktuel¬ len Spannung der Last und der Spannung, die die kapazitive Last im vollgeladenen Zustand aufweist.
In diesem Dokument bezeichnet „Schaltzustand" insbesondere den Zustand eines Schalters, das heißt ob der Schalter eine Verbindung oder keine Verbindung zwischen zwei Kontaktpunkte bereitstellt.
Die Steuereinheit mag eine selbständige Einheit oder als Teil einer anderen Einheit implementiert sein. Die Steuereinheit ist insbesondere dazu eingerichtet, die erste und zweite Wechselspannungsquelle derart anzusteuern, dass diese jewei¬ lige Wechselspannungen bereitstellen. Die Steuereinheit mag insbesondere jeder Wechselspannungsquelle einzelne Werte für Amplitude, Frequenz und Phase übermitteln. Die Steuereinheit ist ferner dazu eingerichtet, gemessene Spannungen von dem ersten und zweiten Spannungsmesser zu erhalten. Die Spannungsmessungen mögen als digitale Signale oder als analoge Signale von den Spannungsmessern ausgegeben werden. Im letzteren Falle, mag die Steuereinheit die erhaltenen Signale in digitale Signale umwandeln. Basierend auf den erhaltenen Signalen von den Spannungsmessern kann die Steuereinheit einen jeweiligen Gleichspannungsanteil und/oder einen jewei- ligen Wechselspannungsanteil der ersten und zweiten Spannung ermitteln und abspeichern.
Die Steuereinheit ist ferner eingerichtet zum Durchführen von drei Überwachungsfunktionen. Die erste dieser Überwachungsfunktionen ist ein Ermitteln eines Isolationswiderstands für eine erste und/oder zweite Baugruppe, die mit dem ersten Anschluss verbunden ist/sind. Als Referenz für die Isolati¬ onswiderstandsmessung wird das elektrische Potential des Referenzanschlusses verwendet. Die zweite Überwachungsfunkti¬ on ist ein Ermitteln eines Vorladezustands für eine Kapaziti¬ ve Last, die mit dem ersten Anschluss verbunden ist von einer mit dem zweiten Anschluss verbundenen Spannungsversorgung vorgeladen wird. Endlich ist die dritte Überwachungsfunktion ein Ermitteln der Schaltzustände für einen oder mehrere
Schalter, der oder die zwischen zwei Baugruppen angeordnet ist oder sind, um diese wahlweise mit einander zu verbinden und voneinander zu trennen, wobei eine der Baugruppen mit dem ersten Anschluss verbunden ist und die andere Baugruppe mit dem zweiten Anschluss verbunden ist.
Es sollte beachtet werden, dass vor dem Durchführen einer der drei Überwachungsfunktionen die relevante Baugruppe oder Baugruppen bzw. kapazitive Last und Spannungsversorgung mit dem ersten und zweiten Anschluss verbunden werden müssen.
Dies kann zum Beispiel mittels elektronischer Schalter erfolgen .
Zusammenfassend ermöglicht die beschriebene Vorrichtung eine Überwachung von Isolationswiderstand und Schaltzuständen für verschiedene Baugruppen sowie von dem Vorladezustand einer kapazitiven Last in einem Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb . Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuer¬ einheit ferner eingerichtet zum Ermitteln des ersten Isolati¬ onswiderstands basierend auf der von dem ersten Spannungsmes- ser ermittelten ersten Spannung und/oder zum Ermitteln des zweiten Isolationswiderstands basierend auf der von dem zweiten Spannungsmesser ermittelten zweiten Spannung. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinheit ferner eingerichtet zum Ermitteln des
Vorladezustands basierend auf einer Differenz zwischen der von dem zweiten Spannungsmesser ermittelten zweiten Spannung und der von dem ersten Spannungsmesser ermittelten ersten Spannung.
Das Vorladen der kapazitiven Last erfolgt üblicherweise durch Einschalten eines Widerstands zwischen Spannungsversorgung und Last, um den Vorladestrom zu begrenzen. Die Differenz zwischen der ermittelten zweiten Spannung und der ermittelten ersten Spannung hängt folglich von der Spannung über diesen Wiederstand und erlaubt somit in einfacher Weise eine Berech¬ nung des Vorladezustands. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinheit ferner eingerichtet zum Ausgeben eines Steuersignals an einen Vorladeschalter, wenn die Differenz zwischen der von dem zweiten Spannungsmesser ermittelten zweiten Spannung und der von dem ersten Spannungsmesser ermittelten ersten Spannung einen Vorladeschwellenwert erreicht .
Der Vorladeschwellenwert kann insbesondere eine Vorladezu¬ stand von etwa 85% bis 95%, insbesondere 90% entsprechen. Wenn der gewünschte Vorladezustand erreicht ist, gibt die Steuereinrichtung ein Steuersignal an den Vorladeschalter aus, um beispielsweise einen Vorladewiderstand zu überbrücken und die Last direkt an die Spannungsversorgung zu koppeln. Die beschriebene Vorrichtung kann damit in einfacher Weise beim Einschalten der Last dazu beitragen, dass diese zum richtigen Zeitpunkt eingeschaltet wird, das heißt, wenn das Vorladen der Last durchgeführt worden ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinheit ferner eingerichtet zum Ermitteln der
Schaltzustände durch Ansteuern der ersten und zweiten Wechselspannungsquelle, so dass die von der ersten Wechselspan¬ nungsquelle bereitgestellten Wechselspannung invertiert zu der von der zweiten Spannungsquelle bereitgestellten Wechsel- Spannung ist, und Vergleichen der Differenz zwischen der von dem zweiten Spannungsmesser ermittelten zweiten Spannung und der von dem ersten Spannungsmesser ermittelten ersten Spannung mit einem Schaltzustandsschwellenwert . In diesem Ausführungsbeispiel werden die erste und zweite
Wechselspannungsquelle von der Steuereinheit so angesteuert, dass sie Wechselspannungen mit gleicher Amplitude und Fre¬ quenz aber mit einer Phasendifferenz von 180° bereitstellen. Der Schaltzustand des beobachteten Schalters kann dann anhand der Differenz zwischen der zweiten Spannung und der ersten Spannung durch Vergleichen mit dem Schaltzustandsschwellenwert ermittelt werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Schaltzustand des Schalters als verbunden ermittelt, wenn die Differenz zwischen der von dem zweiten Spannungsmesser ermittelten zweiten Spannung und der von dem ersten Spannungsmesser ermittelten ersten Spannung kleiner als der
Schaltzustandsschwellenwert ist, und der Schaltzustand des
Schalters wird als nicht verbunden ermittelt, wenn die Diffe¬ renz zwischen der von dem zweiten Spannungsmesser ermittelten zweiten Spannung und der von dem ersten Spannungsmesser ermittelten ersten Spannung größer als der Schaltzustands- Schwellenwert ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Tatsache verwendet, dass die Differenz zwischen der Spannungen gering ist, wenn der Schalter in dem verbundenen Zustand ist, das heißt wenn er die zwei Baugruppen miteinander verbindet, da in diesem Falle die erste Wechselspannungsquelle in der Tat mit der zweiten Wechselspannungsquelle direkt verbunden ist.
Auf der anderen Seite ist die Differenz zwischen der Spannung groß (gleich der zweifachen Amplitude der beiden bereitge- stellten Wechselspannungen) , wenn der Schalter in dem nicht verbundenen Zustand ist, das heißt wenn er die zwei Baugrup¬ pen nicht miteinander verbindet, da in diesem Falle die erste Wechselspannungsquelle und die zweite Wechselspannungsquelle einander nicht beeinflussen können.
Somit kann durch Vergleichen der Differenz zwischen der jeweiligen Wechselspannungsanteile der ersten Spannung und der zweiten Spannung in einfacher Weise festgelegt werden, ob ein Schalter, der sich zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss befindet, eingeschaltet oder ausgeschaltet ist .
Das gleiche Prinzip kann des Weiteren verwendet werden zum Ermitteln eines Schaltzustands für einen weiteren Schalter, der die zwei Baugruppen verbinden kann aber nicht direkt zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss angebracht ist. Dies erfolgt dann durch Auswerten einer
Differenz zwischen den jeweiligen Gleichspannungsanteilen der ersten und zweiten Spannung. Wenn diese Differenz gering (kleiner als ein weiterer Schwellenwert) ist, dann verbindet der weitere Schalter die zwei Baugruppen, und wenn die Diffe¬ renz groß (größer als der weitere Schwellenwert) ist, dann verbindet der weitere Schalter die zwei Baugruppen nicht. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung ferner eine dritte Wechselspannungsquelle zum Bereitstellen einer Wechselspannung zwischen einem dritten Anschluss und dem Referenzanschluss und einen dritten Span¬ nungsmesser zum Erfassen einer dritten Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem Referenzanschluss auf, wobei die Steuereinheit ferner eingerichtet ist zum Steuern der dritten Wechselspannungsquelle und zum Erhalten der dritten Spannung von dem dritten Spannungsmesser.
Es wird darauf hingewiesen, dass die beschriebene Vorrichtung durch Hinzufügen von weiteren Paaren von Wechselspannungs- quellen und Spannungsmessern erfindungsgemäß erweitert werden kann, die in gleicher Weise wie die bisher beschriebenen ersten, zweiten und dritten Wechselspannungsquelle und ers¬ ten, zweiten und dritten Spannungsmesser mit der Steuereinheit verbunden und von dieser gesteuert werden. Somit können beliebig viele Messkanäle bereitgestellt werden, die paarwei¬ se zum Ermitteln von Schalterzuständen verwendet werden können .
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Überwachen und Steuern elektrischer Systeme in einem
Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb mittels einer Vorrichtung beschrieben, die eine erste Wechselspannungsquel¬ le, eine zweite Wechselspannungsquelle, einen ersten Span¬ nungsmesser, einen zweiten Spannungsmesser, einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss, einen Referenzanschluss und eine Steuereinheit aufweist. Das beschriebenen Verfahren weist folgende auf: (a) Steuern, mittels der Steuereinheit, der ersten Wechselspannungsquelle, um eine Wechselspannung zwischen dem ersten Anschluss und dem Referenzanschluss bereitzustellen, (b) Steuern, mittels der Steuereinheit, der zweiten Wechselspannungsquelle, um eine Wechselspannung zwischen dem zweiten Anschluss und dem Referenzanschluss bereitzustellen, (c) Erfassen einer ersten Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem Referenzanschluss , (d) Erfassen einer zweiten Spannung zwischen dem zweiten Anschluss und dem Referenzanschluss , und (e) basierend auf der erfassten ersten Spannung und/oder der erfassten zweiten Spannung: (i) Ermit- teln eines ersten Isolationswiderstands für eine erste Bau¬ gruppe, die mit dem ersten Anschluss verbunden ist, und/oder eines zweiten Isolationswiderstands für eine zweite Baugrup¬ pe, die mit dem zweiten Anschluss verbunden ist, relativ zu einem mit dem Referenzanschluss verbundenen elektrischen
Potential, (ii) Ermitteln eines Vorladezustands einer mit dem ersten Anschluss verbundenen kapazitiven Last, die von einer mit dem zweiten Anschluss verbundenen Spannungsversorgung vorgeladen wird, und (iii) Ermitteln der Schaltzustände für einen oder mehrere zwischen zwei Baugruppen angeordneten Schalter, wobei eine der zwei Baugruppen mit dem ersten
Anschluss verbunden ist und die andere der zwei Baugruppen mit dem zweiten Anschluss verbunden ist. Dem beschriebenen Verfahren liegt grundsätzlich die gleiche Erkenntnis zugrunde, die oben in Verbindung mit dem ersten Aspekt erläutert wurde, nämlich dass die drei Funktionen zum Ermitteln von Isolationswiderstand, Vorladezustand und
Schaltzustand durch Betreiben einer einzigen Vorrichtung mit einer zentralen Steuereinheit und zwei unabhängigen Sätzen von jeweils einer Wechselspannungsquelle und einem Spannungs¬ messer durchgeführt werden können.
Die in Verbindung mit den obigen Ausführungsformen beschrie- benen Details können auch mit dem Verfahren implementiert werden .
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteu¬ erung für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb zum Verwenden eines Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben.
Diese Motorsteuerung ermöglicht eine einfache und zentrale Überwachung von dem elektrischen System des Kraftfahrzeugs.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm beschrieben, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele durchzuführen .
Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen
Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines
Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordi¬ nieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.
Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-Rom, DVD, Blu- ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann.
Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfin- dung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsfor- men der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausfüh- rungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkma- len, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 1 zeigt ein Übersichtsdiagramm eines elektrischen
Systems in einem Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridan¬ trieb, das erfindungsgemäß überwacht und gesteuert werden kann .
Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zum Überwachen und Steuern des in Figur 1 gezeigten elektrischen Systems.
Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebe¬ nen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.
Figur 1 zeigt ein schematisches Übersichtsdiagramm eines elektrischen Systems 100 in einem Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb, das erfindungsgemäß überwacht und gesteu¬ ert werden kann. Das elektrische System 100 weist eine Last 105 und eine elektrische Energieversorgung 110 auf.
Die Last 105 enthält eine elektrische Maschine zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs und ist hoch kapazitiv. Die Kapazität der Last ist schematisch als CL dargestellt und hat typisch einen Wert um 1000 yF. Die elektrische Energieversorgung 110 enthält einen Energie¬ speicher in Form einer Hochspannungsbatterie 112, Schalter Kl und K3 zum Verbinden und Trennen der Verbindung zwischen Hochspannungsbatterie 112 und Last 105, einen Vorladewider- stand Rv und einen Schalter K2 zum Ein- und Ausschalten des Vorladewiderstands Rv. Die Hochspannungsbatterie 112 stellt in voll aufgeladenem Zustand zum Beispiel eine Spannung von etwa 360V bereit. Die elektrische Energieversorgung 110 weist ferner Anschlüsse 114 und 115 für die Last 105 und Anschlüsse 116 und 117 für die Hochspannungsbatterie 112 auf. Die Linie 120 zeigt einen Bereich des Systems 100, der für eine Isola¬ tionswiderstandsüberwachung relativ zu anderen elektrischen Systemen in einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem Bordnetz, relevant ist. Die Linie 121 zeigt einen Bereich des Systems 100, der für eine Vorladezustandsüberwachung und -Steuerung relevant ist. Endlich zeigt die Linie 122 einen Bereich des Systems 100, der für eine Schaltzustandsüberwachung relevant ist . Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 230, die zum Beispiel zum Überwachen und Steuern des in Figur 1 gezeigten elektrischen Systems 100 verwendet werden kann. Die Vorrichtung 230 weist eine erste Wechsel¬ spannungsquelle 232a, einen ersten Spannungsmesser 234a und einen ersten Anschluss 236a auf, die zusammen mit einem
Referenzanschluss 237 einen ersten Messkanal bilden. Die Vorrichtung 230 weist ferner eine zweite Wechselspannungs¬ quelle 232b, einen zweiten Spannungsmesser 234b und einen zweiten Anschluss 236b auf, die zusammen mit dem Referenzan- schluss 237 einen zweiten Messkanal bilden.
Die Vorrichtung 230 weist ferner eine Steuereinheit 238 auf, die mit den Wechselspannungsquellen 232a und 232b sowie den Spannungsmessern 234a und 234b verbunden ist. Die Steuerein- heit enthält Prozessor, Speicher und Schnittstellen und ist eingerichtet zum Steuern der Wechselspannungsquellen 232a und 232b und zum Erhalten gemessener Spannungswerte von den Spannungsmessern 234a und 234b. Mit anderen Worten steuert die Steuereinheit die erste Wechselspannungsquelle 232a derart an, dass diese eine Wechselspannung mit vorgegebener Amplitude, Frequenz und Phase zwischen dem ersten Anschluss 236a und dem Referenzanschluss 237 bereitstellt. Die Steuer¬ einheit steuert in gleicher Weise die zweite Wechselspan¬ nungsquelle 232b derart an, dass diese eine Wechselspannung mit vorgegebener Amplitude, Frequenz und Phase zwischen dem zweiten Anschluss 236b und dem Referenzanschluss 237 bereit- stellt.
Der erste Spannungsmesser 234a misst die elektrische Spannung (Gleichspannungsanteil und Wechselspannungsanteil) zwischen dem ersten Anschluss 236a und dem Referenzanschluss 237 und übermittelt diese an die Steuereinheit. Der zweite Spannungs¬ messer 234b misst die elektrische Spannung (Gleichspannungs¬ anteil und Wechselspannungsanteil) zwischen dem zweiten
Anschluss 236b und dem Referenzanschluss 237 und übermittelt diese an die Steuereinheit.
Die Wechselspannungsquellen 232a und 232b und die Spannungs¬ messer 234a und 234b haben alle definierte Impedanzen gegenüber der Masseebene der Vorrichtung 230. Im Betrieb kann die Vorrichtung 230 zum Beispiel in Verbindung mit dem in Figur 1 gezeigten System 100 zum Ermitteln von Isolationswiderständen, einem Vorladezustand der Last 105, CL und Schaltzuständen für die Schalter Kl, K2 und K3 verwendet werden.
Genauer gesagt kann ein Isolationswiderstand für das System 100 relativ zu dem Bordnetz (nicht gezeigt) in einem Kraft¬ fahrzeug wie folgt ermittelt werden. Der Anschluss 236a wird mit einem Anschluss in dem System 100, zum Beispiel dem
Anschluss 115 verbunden und der Referenzanschluss 237 wird mit einem Anschluss in dem Bordnetz (zum Beispiel Masse) verbunden. Die Steuereinheit 238 steuert die Wechselspan- nungsquelle 232a an, so dass diese eine Wechselspannung mit einer Amplitude von 120 Vss und einer Frequenz von 0,3 Hz zwischen dem Anschluss 236a und dem Referenzanschluss 237 bereitstellt. Der Spannungsmesser 234a erfasst den Wechsels- pannungsabfall zwischen dem Anschluss 236a und dem Referenz- anschluss 237 und übermittelt diesen an die Steuereinheit 238. Die Steuereinheit 238 berechnet dann den entsprechenden Isolationswiderstand. Eine ähnliche Messung kann unter Ver¬ wendung der Wechselspannungsquelle 232b, des Spannungsmessers 234b und des Anschlusses 236b durchgeführt werden.
Die Vorrichtung 230 kann wie folgt verwendet werden, um einen Vorladevorgang für den Last CL (in Figur 1) zu überwachen und steuern. Der erste Anschluss 236a wird mit dem Anschluss 115, der zweite Anschluss 236b mit dem Anschluss 117 und der
Referenzanschluss 237 mit Masse (Fahrzeugsmasse bzw. GND) verbunden. Damit kann die Spannung über den Vorladewiderstand Rv laufend durch die Spannungsmesser 234a und 234b ermittelt werden und an die Steuereinheit 238 übermittelt werden. Der Vorladevorgang wird durch Schließen der zwei Schalter Kl und K2 bei offenem Schalter K3 eingeleitet. Basierend auf den erhaltenen Spannungswerten kann die Steuereinheit nun den Vorladezustand verfolgen und den Schalter K3 dann schließen, wenn zum Beispiel einen Vorladezustand von 90% erreicht wird. Damit wird der Vorladewiderstand Rv umgangen und der Schalter K2 kann wieder getrennt bzw. geöffnet werden, so dass keine Begrenzung des der Last zur Verfügung gestellten Stroms mehr erfolgt . Endlich kann die Vorrichtung 230 auch zum Ermitteln eines
Schaltzustands für einen oder mehrere der Schalter Kl, K2 und K3 in Figur 1 verwendet werden. Zu diesem Zweck wird der erste Anschluss 236a mit dem Anschluss 117 und der zweite Anschluss 236b mit dem Anschluss 115 verbunden. Die Steuer- einheit 238 steuert die erste Wechselspannungsquelle 232a an, so dass diese eine Wechselspannung mit einer Amplitude von 120 Vss und einer Frequenz von 10 Hz zwischen dem Anschluss 236a und dem Referenzanschluss 237 bereitstellt. Die Steuer¬ einheit 238 steuert gleichzeitig die zweite Wechselspannungs¬ quelle 232b an, so dass diese eine invertierte Wechselspan¬ nung zwischen dem Anschluss 236b und dem Referenzanschluss 237 bereitstellt, das heißt eine in Vergleich mit der Wech¬ selspannung zwischen dem Anschluss 236a und dem Referenzan- schluss 237 um 180° versetzte Wechselspannung. Die Steuereinheit erhält die jeweils von den Spannungsmessern 234a und 234b erfassten Spannungen (Wechselspannungsanteile und
Gleichspannungsanteile) und berechnet zuerst die Differenz zwischen den erhaltenen Wechselspannungsanteilen, das heißt die Differenz des jeweils positiven und negativen Spitzenwertes der erhaltenen Spannungen. Wenn diese Differenz größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, dann sind die Schal- ter Kl, K2 und K3 offen. In einer typischen Ausführung ist der vorgegebene Schwellenwert etwa 5V. Wenn die Differenz gleich Null oder niedriger als der vorgegebene Schwellenwert ist, dann ist einer der Schalter Kl, K2 und K3 geschlossen, das heißt die Anschlüsse 117 und 115 sind direkt (K2 oder K3 ist geschlossen) oder indirekt (Kl ist geschlossen) verbunden. Im letzteren Falle wird als Nächstes die Differenz zwischen den Gleichspannungsanteilen, das heißt den jeweiligen Mittelwerten der erhaltenen Spannungen, berechnet und mit einem weiteren Schwellenwert verglichen. In einer typischen Ausführung ist der weitere Schwellenwert gleich dem oben erwähnten vorgegebenen Schwellenwert, das heißt etwa 5V. Wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Gleichspannungsanteilen größer als der weitere Schwellenwert ist, dann ist der Schalter Kl geschlossen, das heißt, die Anschlüsse 117 und 115 sind indirekt verbunden. Ist der Absolutwert der Diffe¬ renz zwischen den Gleichspannungsanteilen kleiner als der weitere Schwellenwert, dann ist zumindest einer der Schalter K2 und K3 geschlossen, das heißt, die Anschlüsse 117 und 115 sind direkt verbunden.
Mit der oben beschriebenen Konfiguration können die folgenden einzelnen Fälle detektiert werden: (i) Kl ist geschlossen, (ii) K2 oder K3 ist geschlossen oder (iii) Kl, K2 und K3 sind offen. Wenn es detektiert wird, dass K2 oder K3 geschlossen ist (ii) , kann es durch zusätzliche Messungen festgestellt werden, ob der Schalter Kl geschlossen oder offen ist. Dies kann durch Vergleichen der Hochvolt-Spannungen von Quelle und Senke erfolgen, das heißt, durch Vergleichen der Spannungen bei den Anschlüssen 116 und 114. Sind diese beiden Spannungen gleich, dann ist auch der Schalter Kl geschlossen. Sind die Spannungen unterschiedlich, dann ist der Schalter Kl offen.
Falls die Vorladezustandsüberwachung und -Steuerung nur in Verbindung mit Einschalten der Last 105, CL verwendet wird, kann die Überwachung von Isolationswiderstand und Schalterzu¬ stände mit Vorteil zyklisch erfolgen, so dass sofortige
Maßnahmen zur Handhabung gefährlicher Situationen als Folge eines reduzierten Isolationswiderstands oder einer Fehlstel¬ lung oder Defekt eines Schalters eingesetzt werden können, zum Beispiel durch Ausgabe eines Warnsignals, Abschalten einer Versorgungsspannung oder ähnliches.
Zusammenfassend kann durch Verwendung der Vorrichtung 230 in einem Fahrzeug mit Hybrid- oder Elektroantrieb eine Reihe von Vorteilen erreicht werden, wie zum Beispiel:
(1) Unabhängige Erfassung der Isolationsverhältnisse mehrerer elektrischer Schaltkreise gegenüber dem Referenzpotenzial
(üblicherweise Fahrzeugsmasse) .
(2) Ermöglichung der gleichzeitigen Detektion der Schalterzustände (eine zusätzliche Schaltung für diese Erfassungsfunk¬ tion entfällt) .
(3) Integration der Steuerung der Vorladefunktion (eine zusätzliche Schaltung für diese Funktion entfällt) .
(4) Erweiterter Selbsttestumfang aufgrund erhöhter Flexibilität durch unabhängige Messkanäle. Auch kann jeder Messkanal individuell und den Impedanzverhältnissen entsprechend, im Timing eingestellt und betrieben werden.
(5) Bei über Lebensdauer abnehmender Isolation des HV Kreises kann ein Kanal abgeschaltet und vom HV-Kreis abgetrennt werden, wodurch sich die resultierende Gesamtisolation verbessert. Die verbesserte Isolation erlaubt einen länger anhaltenden Fahrbetrieb.
(6) Vermeidung von zusätzlicher Hardware zur Detektion der Schützzustände.
(7) Isolationswiderstandsmessung und Schaltzustandsbestimmung können gleichzeitig durchgeführt werden. Dadurch ist eine schnellere Zustandsbestimmung des HV Systems möglich.
(8) Die Anzahl der implementierbaren Kanäle ist
prinzipbedingt nicht begrenzt.
(9) Die Schaltzustandsbestimmung kann zwischen allen Kanälen paarweise durchgeführt werden.
Ferner sei im Folgenden die hier beschriebene Vorrichtung zur besseren Übersicht kurz zusammengefasst .
Die beschriebene Vorrichtung umfasst erste und eine zweiten Wechselspannungsquelle für eine Wechselspannung zwischen einem ersten bzw. zweiten Anschluss einerseits und einem Referenzanschluss andererseits. Ein erster und ein zweiter Spannungsmesser erfassen eine erste bzw. zweite Spannung zwischen dem ersten bzw. zweiten Anschluss einerseits und dem Referenzanschluss andererseits. Eine Steuereinheit steuert die Wechselspannungsquellen, erhält die Spannungen von den betreffenden Spannungsmessern und ermittelt einen ersten und/oder zweiten Isolationswiderstand für eine erste und/oder zweite Baugruppe, die mit dem betreffenden Anschluss verbun¬ den ist. Dieser Isolationswiderstand ist relativ zu einem mit dem Referenzanschluss verbundenen Potential. Ein Vorladezu- stand einer mit dem ersten Anschluss verbundenen kapazitiven Last wird ermittelt, die von einer mit dem zweiten Anschluss verbundenen Spannungsversorgung vorgeladen wird. Der Schaltzustand für mindestens einen, zwischen zwei Baugruppen angeordneten Schalter wird ermittelt. Die Baugruppen sind mit dem ersten bzw. zweiten Anschluss verbunden. Bezugs zeichenliste
100 Elektrisches System
105 Last
110 Elektrische Energieversorgung
112 Hochspannungsbatterie
114 Anschluss
115 Anschluss
116 Anschluss
117 Anschluss
120 Linie
121 Linie
122 Linie
Kl Schalter
K2 Schalter
K3 Schalter
Rv Vorladewiderstand
CL Kapazität
230 Vorrichtung
232a Wechselspannungsquelle
232b Wechselspannungsquelle
234a Spannungsmesser
234b Spannungsmesser
236a Anschluss
236b Anschluss
237 Referenzanschluss
238 Steuereinheit

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Überwachen und Steuern elektrischer Systeme in einem Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridan- trieb, die Vorrichtung aufweisend
eine erste Wechselspannungsquelle zum Bereitstellen ei¬ ner Wechselspannung zwischen einem ersten Anschluss und einem Referenzanschluss ,
eine zweite Wechselspannungsquelle zum Bereitstellen einer Wechselspannung zwischen einem zweiten Anschluss und dem Referenzanschluss ,
einen ersten Spannungsmesser zum Erfassen einer ersten Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem Referenzan- schluss ,
einen zweiten Spannungsmesser zum Erfassen einer zweiten Spannung zwischen dem zweiten Anschluss und dem Referenz- anschluss und
eine Steuereinheit, die eingerichtet ist zum Steuern der ersten Wechselspannungsquelle und der zweiten Wechsels- pannungsquelle und zum Erhalten der ersten Spannung von dem ersten Spannungsmesser und der zweiten Spannung von dem zweiten Spannungsmesser, wobei die Steuereinheit ferner eingerichtet ist zum
(i) Ermitteln eines ersten Isolationswiderstands für eine erste Baugruppe, die mit dem ersten Anschluss verbunden ist, und/oder eines zweiten Isolationswiderstands für eine zweite Baugruppe, die mit dem zweiten Anschluss verbunden ist, relativ zu einem mit dem Referenzanschluss verbundenen elektrischen Potential,
(ü) Ermitteln eines Vorladezustands einer mit dem ers¬ ten Anschluss verbundenen kapazitiven Last, die von einer mit dem zweiten Anschluss verbundenen Spannungsversorgung vorgeladen wird, und
(iii) Ermitteln der Schaltzustände für einen oder meh- rere zwischen zwei Baugruppen angeordneten Schalter, wobei eine der zwei Baugruppen mit dem ersten Anschluss verbunden ist und die andere der zwei Baugruppen mit dem zweiten An- schluss verbunden ist.
2. Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit ferner eingerichtet ist zum Ermitteln des ersten Isolationswiderstands basierend auf der von dem ersten Spannungsmesser ermittelten ersten Spannung und/oder zum Ermitteln des zweiten Isolationswiderstands basierend auf der von dem zweiten Spannungsmesser ermittelten zweiten Spannung.
3. Vorrichtung gemäß einem dem vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit ferner eingerichtet ist zum Ermitteln des Vorladezustands basierend auf einer Differenz zwischen der von dem zweiten Spannungsmesser ermittelten zweiten
Spannung und der von dem ersten Spannungsmesser ermittelten ersten Spannung.
4. Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuereinheit ferner eingerichtet ist zum Ausgeben eines Steuersignals an einen Vorladeschalter, wenn die Differenz zwischen der von dem zweiten Spannungsmesser ermittelten zweiten Spannung und der von dem ersten Spannungsmesser ermittelten ersten Spannung einen Vorladeschwellenwert erreicht .
5. Vorrichtung gemäß einem dem vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit ferner eingerichtet ist zum Ermitteln der Schaltzustände durch Ansteuern der ersten und zweiten Wechselspannungsquelle, so dass die von der ersten Wechsels- pannungsquelle bereitgestellten Wechselspannung invertiert zu der von der zweiten Spannungsquelle bereitgestellten Wechselspannung ist, und Vergleichen der Differenz zwischen der von dem zweiten Spannungsmesser ermittelten zweiten Spannung und der von dem ersten Spannungsmesser ermittelten ersten Span- nung mit einem Schaltzustandsschwellenwert .
6. Vorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schaltzustand des Schalters als verbunden ermittelt wird, wenn die Differenz zwischen der von dem zweiten Spannungsmesser ermittelten zweiten Spannung und der von dem ersten
Spannungsmesser ermittelten ersten Spannung kleiner als der Schaltzustandsschwellenwert ist, und wobei der Schaltzustand des Schalters als nicht verbunden ermittelt wird, wenn die Differenz zwischen der von dem zweiten Spannungsmesser ermittelten zweiten Spannung und der von dem ersten Spannungsmes- ser ermittelten ersten Spannung größer als der Schaltzu- standsschwellenwert ist.
7. Vorrichtung gemäß einem dem vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend
eine dritte Wechselspannungsquelle zum Bereitstellen einer Wechselspannung zwischen einem dritten Anschluss und dem Referenzanschluss , und
einen dritten Spannungsmesser zum Erfassen einer dritten Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem Referenz- anschluss,
wobei die Steuereinheit ferner eingerichtet ist zum Steuern der dritten Wechselspannungsquelle und zum Erhalten der dritten Spannung von dem dritten Spannungsmesser.
8. Verfahren zum Überwachen und Steuern elektrischer Systeme in einem Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb mittels einer Vorrichtung, die eine erste Wechselspannungs¬ quelle, eine zweite Wechselspannungsquelle, einen ersten Spannungsmesser, einen zweiten Spannungsmesser, einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss, einen Referenzanschluss und eine Steuereinheit aufweist, das Verfahren aufweisend
Steuern, mittels der Steuereinheit, der ersten Wechselspannungsquelle, um eine Wechselspannung zwischen dem ersten Anschluss und dem Referenzanschluss bereitzustellen, Steuern, mittels der Steuereinheit, der zweiten Wechselspannungsquelle, um eine Wechselspannung zwischen dem zweiten Anschluss und dem Referenzanschluss bereitzustellen, Erfassen einer ersten Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem Referenzanschluss ,
Erfassen einer zweiten Spannung zwischen dem zweiten Anschluss und dem Referenzanschluss , und
basierend auf der erfassten ersten Spannung und/oder der erfassten zweiten Spannung:
(i) Ermitteln eines ersten Isolationswiderstands für eine erste Baugruppe, die mit dem ersten Anschluss verbunden ist, und/oder eines zweiten Isolationswiderstands für eine zweite Baugruppe, die mit dem zweiten Anschluss verbunden ist, relativ zu einem mit dem Referenzanschluss verbundenen elektrischen Potential,
(ii) Ermitteln eines Vorladezustands einer mit dem ers¬ ten Anschluss verbundenen kapazitiven Last, die von einer mit dem zweiten Anschluss verbundenen Spannungsversorgung vorgeladen wird, und
(iii) Ermitteln der Schaltzustände für einen oder mehrere zwischen zwei Baugruppen angeordneten Schalter, wobei eine der zwei Baugruppen mit dem ersten Anschluss verbunden ist und die andere der zwei Baugruppen mit dem zweiten Anschluss verbunden ist.
9. Motorsteuerung für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder Hybridantrieb, zum Verwenden eines Verfahrens gemäß dem vorhergehenden Anspruch.
10. Computerprogramm, welches, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, eingerichtet ist, das Verfahren gemäß An¬ spruch 8 durchzuführen.
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