WO2021156282A1 - Verfahren zur überwachung von y-kapazitäten - Google Patents

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WO2021156282A1
WO2021156282A1 PCT/EP2021/052498 EP2021052498W WO2021156282A1 WO 2021156282 A1 WO2021156282 A1 WO 2021156282A1 EP 2021052498 W EP2021052498 W EP 2021052498W WO 2021156282 A1 WO2021156282 A1 WO 2021156282A1
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switch
voltage
capacitance
electrical system
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PCT/EP2021/052498
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Marcus Lehnhardt
Kay-Michael Günther
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • Y02T90/12—Electric charging stations

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring y capacities in a motor vehicle.
  • y capacitances e.g. radio interference suppression capacitors in the power electronics of a motor vehicle
  • norms e.g. SAE J1772-2014, ISO 6469-3, GB / T 18483-3, IEC 60479-1 / 2
  • the total energy content of all y-capacitors is limited so that there is no danger to life and limb, e.g. B. to a maximum of 0.2 joules or other values.
  • parasitic components e.g. B. in the HV battery
  • y capacitors in a charging infrastructure for DC charging z. B. in off-vehicle charging stations.
  • the currently effective y-capacity depends, for example, on environmental influences, an operating state (in particular due to the influence of a charging infrastructure) and aging. This means that safety reserves must be kept for the design of the capacitors for radio interference suppression in the motor vehicle and the influence of parasitic effects must be taken into account, so that under no circumstances can energies be emitted from y-capacitors in the first case of a fault that endangers people.
  • a circuit arrangement and a method for charging a battery arrangement are known from DE 10 2018 008 603 A1.
  • a method and a device for determining an insulation resistance are known from DE 10 2014 207 478 A1.
  • a circuit arrangement and a method for operating a circuit arrangement are known from DE 10 2015 016 000 A1.
  • a measuring device for determining the insulation resistance is described. The aim is to enable the y capacities to be discharged as quickly as possible.
  • a method for monitoring y-capacities in a motor vehicle has at least one battery and a traction drive that can be driven by electrical energy stored in the battery, as well as at least one electrical system for operating at least the battery and the traction drive.
  • the electrical system has a first high-voltage potential, a second high-voltage potential and a vehicle ground.
  • the electrical system has a first y-capacitance and a first insulation resistor and a first switch between the first high-voltage potential and the vehicle ground and a first switch between the second high-voltage potential and the vehicle ground second y-capacitance and a second insulation resistance and a second switch.
  • the method comprises at least the following steps: a) successive operation of the electrical system in
  • steps a) to d) are carried out in the order listed.
  • the method is carried out at least partially or entirely continuously or periodically, that is to say at specific time intervals.
  • the y capacitances mentioned here denote, in particular, the total y capacities in this part of the electrical system, that is to say in each case all y capacitances that are present or effective between the respective high-voltage potential and the vehicle ground.
  • the first high-voltage potential is in particular a positive pole, e.g. B. electrically conductively connected to an anode of the battery. In particular, the vehicle mass is neutral.
  • the second high-voltage potential is in particular a negative pole, e.g. B. electrically conductively connected to a cathode of the battery. It was previously only known to monitor the insulation resistance of an electrical system. A monitoring of a y-capacitance or the y-capacitance currently present in the electrical system was not previously known.
  • the current y-capacitance of an electrical system can change during operation of a motor vehicle due to environmental influences, aging or as a function of an operating state.
  • Such an operating state is z. B. before when the motor vehicle or the battery is to be charged by a charging station external to the vehicle.
  • the y-capacitance can increase suddenly. This is then made up of the y-capacitance of the electrical system of the motor vehicle and the electrical system of the charging station.
  • the present method is intended to recognize such states, that is to say when a limit value for the total y capacitance is exceeded by a currently present y capacitance, in particular as quickly as possible. This is intended to minimize or exclude any risk to people.
  • the protective measure comprises an interruption of a charging process at a charging station external to the vehicle or a shutdown of the electrical system.
  • the protective measure alternatively or additionally comprises the transmission of information to a user of the motor vehicle and / or to a fault memory which can optionally be read out by a diagnostic device or the content of which can be transmitted to a diagnostic device.
  • the protective measure alternatively or additionally comprises an electrical discharge of at least part of the y-capacitances, so that the limit value is undershot as quickly as possible.
  • a defined resistor is arranged between the high-voltage potentials and the vehicle ground.
  • a voltage is present in the electrical system across the y capacitances, the level of which results from the system voltage and the ratio of the insulation resistances of the high-voltage potentials.
  • the insulation resistance in motor vehicles is often monitored by arranging a defined resistor, i.e. a resistor with a known resistance value, between the high-voltage potentials and the vehicle ground, e.g. B. according to ECE R-100. This causes a potential shift, from which can be used to calculate the insulation resistance of the respective high-voltage potential.
  • the defined resistor is switched on, the y capacitances in the electrical system are recharged.
  • the defined resistance is arranged between the battery and a contactor separating the battery from the electrical system, the method being carried out with the contactor open or closed.
  • the battery-internal y-capacity can be determined when the contactor is open, while when the contactor is closed, the, in particular, significantly larger y-capacity of the entire electrical system is measured.
  • This information can e.g. B. can be used as part of a contactor diagnosis.
  • the total y capacitance is determined continuously.
  • Continuous means in particular that the method when the electrical system is put into operation, that is to say z. B. at the start of the motor vehicle, started and carried out permanently.
  • at least one step of the method is carried out at each point in time.
  • a profile of a voltage between at least one high-voltage potential and the vehicle ground is measured during step a), the insulation resistances and thus the y capacitances being determined from the profile of the voltages.
  • only the voltage profile between the one high-voltage potential and the vehicle ground is measured for each state.
  • the course of the first voltage is determined in particular in the first state of the electrical system.
  • the course of the second voltage is determined in particular in the second state of the electrical system.
  • the determination of the total y capacity between the initiation of step a) to step b) is less than 30 seconds, preferably less than 5 seconds, particularly preferably less than 2 seconds or even less than one second.
  • This is made possible in particular by the computational determination of the relevant parameters. So it is not waited for a steady state of the capacitors, but rather the relevant parameters are calculated from the course of the voltages during the reloading of the y capacitances, e.g. B. via approximation methods. The steady state is usually only reached after more than 30 seconds. This allows for a long period of time however no effective protection of persons in the first case of failure.
  • the method proposed here enables, in particular, a very short-term determination of the total y capacitance and thus enables protective measures to be initiated quickly, in particular for people.
  • a curve fitting method is used to determine parameters from the profile of the voltages, which parameters are used to determine the insulation resistances and thus to determine the y capacitances.
  • other computational methods can also be used. A quick and precise determination of the relevant parameters is possible by adapting the curve.
  • the parameters include at least
  • a first initial voltage Uo + which is present between the first high-voltage potential and the vehicle ground in the first state before the first switch is closed
  • step b) The determination of the y capacitances according to step b) is based in particular on the following equations:
  • auxiliary quantities in particular are determined as parameters for the electrical system:
  • Ußatt UHV + + UHV-;
  • U + UHV + - UGND;
  • U- UGND -
  • the insulation resistances in the electrical system are calculated in particular: in the first state: first switch closed; ti ⁇ t ⁇ t2
  • Riso- R * Ußatt * (- u ⁇ ) according to UN ECE R-100 e + U 0 + and in the second state: second switch closed; t * ⁇ t ⁇ ts
  • R iso + R * Ußatt * (- - according to UN ECE R-100
  • the curve fitting method is based on the following equations and functions for the first state and the second state.
  • a motor vehicle at least comprising a battery and a traction drive that can be driven by electrical energy stored in the battery, as well as at least one electrical system for operating at least the battery and the traction drive and a control unit equipped to carry out the described method, configured or is programmed.
  • the method can also be carried out by a computer or with a processor of a control unit.
  • a system for data processing which comprises a processor which is adapted / configured in such a way that it carries out the method or part of the steps of the proposed method.
  • a computer-readable storage medium can be provided which comprises instructions which, when executed by a computer / processor, cause the latter to execute the method or at least some of the steps of the proposed method.
  • the statements relating to the method can in particular be transferred to the motor vehicle and / or the computer-implemented method (that is to say the computer or the processor, the data processing system, the computer-readable storage medium) and vice versa.
  • indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), especially in the patent claims and the description reproducing them, is to be understood as such and not as a numerical word.
  • the terms or components introduced in this way are therefore to be understood in such a way that they are present at least once and, in particular, can also be present several times.
  • first”, “second”, ...) primarily (only) serve to differentiate between several similar objects, sizes or processes, so in particular no dependency and / or sequence of these objects, sizes or prescribe processes to each other. Should a dependency and / or sequence be required, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment. If a component can occur several times (“at least one”), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
  • FIG. 2 shows a second diagram with a voltage profile in an electrical system operated in the first state
  • 3 a motor vehicle with an electrical system in the first state
  • 4 a first diagram with a voltage profile in an electrical system operated in the second state
  • FIG. 5 shows a second diagram with a voltage profile in an electrical system operated in the second state
  • FIGS. 1 to 3 are described together below.
  • a difference between the voltage at the first high-voltage potential UHV + 27 and the voltage at vehicle ground UGND 29 is plotted on the vertical axis of the first diagram.
  • a difference between the voltage at vehicle ground UGND 29 and the voltage at the second high-voltage potential UHV-28 is plotted on the vertical axis of the second diagram.
  • FIGS. 4 to 6 are described below together with FIGS. 1 to 3.
  • a difference between the voltage at the first high-voltage potential UHV + 27 and the voltage at vehicle ground UGND29 is plotted on the vertical axis of the first diagram in FIG. 4.
  • a difference between the voltage at vehicle ground UGND 29 and the voltage at the second high-voltage potential UHV-28 is plotted on the vertical axis of the second diagram in FIG. 5.
  • the time is plotted on the horizontal axis of all diagrams.
  • the motor vehicle 3 has a battery 4 and a traction drive 5 that can be driven by electrical energy stored in the battery 4, as well as at least one electrical system 6 for operating at least the battery 4 and the traction drive 5.
  • the electrical system 6 has a first high-voltage potential 7, a second high-voltage potential 8 and a vehicle ground 9 (ground potential).
  • the electrical system 6 has a first y-capacitance 1 and a first insulation resistor 10 as well as a first switch 11 between the first high-voltage potential 7 and the vehicle ground 9 and a second y-capacitance between the second high-voltage potential 8 and the vehicle ground 9.
  • step a) of the method the electrical system 6 is operated successively in a first state 14 with an open second switch 13, the first switch 11 being actuated (see FIG. 3, and in a second state 15 with an open first switch 11, with the second switch 13 being actuated (see FIG. 6) and thereby alternating recharging of the first y-capacitance 1 and the second y-capacitance 2.
  • step b) the first y-capacitance 1 and the second y are determined -Capacitance 2 from the reloading of the y capacities 1, 2 and a determination of a y total capacity 16.
  • step c) the y total capacity 16 is compared with a limit value for the y total capacity 16 and, if the y total capacity 16 exceeds the limit value, according to step d) initiating a protective measure 17 for the motor vehicle 3.
  • the y capacitances 1, 2 mentioned here denote, in particular, the total y capacitances in this part of the electrical system 6, i.e. all y capacitances 1 that are present or effective between the respective high-voltage potential 7, 8 and the vehicle ground 9, 2.
  • the first high-voltage potential 7 is connected in an electrically conductive manner to an anode of the battery 4.
  • the vehicle mass 9 is neutral.
  • the second high-voltage potential 8 is connected in an electrically conductive manner to a cathode of the battery 4.
  • the current y-capacitance of an electrical system can change during operation of a motor vehicle due to environmental influences, aging or as a function of an operating state.
  • Such an operating state is z. B. before when the motor vehicle 3 or the battery 4 is to be charged by a charging station external to the vehicle.
  • the y-capacitance 1, 2, 16 increase by leaps and bounds. This is then composed of the y-capacitance 1, 2 of the electrical system 6 of the motor vehicle 3 and the electrical system 6 of the charging station.
  • a defined resistor 18 is arranged between the high-voltage potentials 7, 8 and the vehicle ground 9.
  • the defined resistor 18 can be arranged between the battery 4 and a contactor 19 separating the battery 4 from the electrical system 6, the method being able to be carried out with the contactor 19 open or closed. If the defined resistor 18 and the switches 11, 13 are arranged in the battery 4, the y-capacity 1, 2, 16 inside the battery can be determined when the contactor 19 is open, while when the contactor 19 is closed the usually much larger y-capacity 1, 2, 16 of the entire electrical system 6 is measured. This information can e.g. B. can be used as part of a contactor diagnosis. Here, however, the contactor 19 is arranged between the battery 4 and the defined resistor 18.
  • the electrical system 6 there is a voltage across the y capacitances 1, 2, the level of which is derived from the system voltage, that is to say z. B. the battery voltage Ußatt, and the ratio of the insulation resistances 10, 12 of the high-voltage potentials 7, 8 results.
  • Monitoring of the insulation resistance 7, 8 in motor vehicles 3 is often implemented via the arrangement of the defined resistor 18, that is to say a resistor with a known resistance value, between the high-voltage potentials 7, 8 and the vehicle ground 9, e.g. B. according to ECE R-100). This causes a potential shift from which the insulation resistance 10, 12 of the respective high-voltage potential 7, 8 can be calculated.
  • the defined resistor 18 is switched on, the y capacitances 1, 2 in the electrical system 6 are reversed.
  • the total y capacitance 16 can be determined continuously. Continuous here means that the method when the electrical system 6 is started up, that is to say z. B. at the start of the motor vehicle 3, started and carried out permanently. In particular, at least one step of the method is carried out at each point in time.
  • step a) z. B. a course of a first voltage 20 between the first high-voltage potential 7 and the vehicle ground 9 is measured, the insulation resistances 10, 12 and thus the y-capacitances 1, 2 being determined from the course of the first voltage 20.
  • the course of the first voltage 20 is determined in the first state 14 of the electrical system 6.
  • the total y capacity 16 is determined between the initiation of step a) to step b) in less than two seconds, preferably less than one second. This is made possible by the computational determination of the relevant parameters.
  • a steady state of the capacitors 1, 2 (here beyond the time t3 33) is not waited for, but rather from the course of the first voltage 20 and the second voltage 21 (see FIGS. 4 to 6) during the charge reversal of the y capacitances 1, 2 calculates the relevant parameters, e.g. B. via approximation methods.
  • a curve fitting method is used to determine parameters that are used to determine the insulation resistances 10, 12 and thus to determine the y-capacitances 1, 2.
  • auxiliary variables are determined as parameters for the electrical system 6:
  • the insulation resistances 10, 12 in the electrical system are calculated: in the first state 14: first switch 11 closed; ti ⁇ t ⁇ t2 t-t ⁇
  • U- (t) (Uo- - U e ) * e cy * RT + U e- ; where Uo- and U e- are determined from the curve fitting procedure in accordance with UN ECE R-100 in which
  • the curve fitting method is based on the following equations and functions for the first state 14 and the second state 15.
  • the measured curves of the voltages 20, 21 are approximated by these equations and functions, the determined parameters of the approximation being used for the further calculation according to step b):
  • the y capacitances 1, 2, 16 are determined according to the following equations:
  • the y capacitances 1, 2, 16 and the insulation resistances 10, 12, 37 are determined in the battery 4.
  • the y-capacity 16 internal to the battery can be determined, while when the contactor 19 is closed, the particularly much larger y-capacity 16 of the entire electrical system 6 of the motor vehicle 3 is measured, possibly together with a charging station external to the motor vehicle.
  • the contactor 19 is opened or closed.
  • the determined, currently present y-capacitances 1, 2, 16 and insulation resistances 10, 12, 37 are transmitted to a control unit 26.
  • the control unit 26 according to step c)
  • the total y capacitance 16 is compared with a limit value and according to step d) 39, if necessary, the decision to initiate a protective measure 17 is made.
  • the protective measure 17 can be connected to a high-voltage component 41 of the electrical system 6 and / or to the battery 4.
  • the protective measure 17 can include an interruption of a charging process at a charging station external to the motor vehicle (high-voltage component 41) or a shutdown of the electrical system 6 or the battery 4.
  • the protective measure 17 also includes the transmission of information, e.g. B. a warning message 42 to a user of the motor vehicle 3 and / or an error message 43 to a fault memory, e.g. B. to a display 40.
  • the protective measure 17 can alternatively or additionally include an electrical discharge of at least part of the y-capacitances 1, 2, 16, so that the limit value is undershot as quickly as possible.
  • switch 1 closes, switch 2 open
  • Switch 1 opens, switch 2 open 33 t Time before the second state, switch 1 open, switch 2 open
  • Switch 2 opens, switch 1 open

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Abstract

Verfahren zur Überwachung von y-Kapazitäten (1, 2) in einem Kraftfahrzeug (3), wobei das Kraftfahrzeug (3) zumindest eine Batterie (4) und einen, durch in der Batterie (4) gespeicherte elektrische Energie antreibbaren, Traktionsantrieb (5) sowie zumindest ein elektrisches System (6) zum Betrieb zumindest der Batterie (4) und des Traktionsantriebs (5) aufweist; wobei das elektrische System (6) ein erstes Hochvoltpotential (7), ein zweites Hochvoltpotential (8) und eine Fahrzeug-Masse (9) aufweist; wobei das elektrische System (6) zwischen dem ersten Hochvoltpotential (7) und der Fahrzeug-Masse (9) eine erste y-Kapazität (1) und einen ersten Isolationswiderstand (10) sowie einen ersten Schalter (11) und zwischen dem zweiten Hochvolt- Potential (8) und der Fahrzeug-Masse (9) eine zweite y-Kapazität (2) und einen zweiten Isolationswiderstand (12) sowie einen zweiten Schalter (13) aufweist.

Description

Verfahren zur Überwachung von y-Kapazitäten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von y-Kapazitäten in einem Kraftfahrzeug.
In Elektrofahrzeugen (xEV), also Kraftfahrzeugen, die zumindest eine Batterie und einen Traktionsantrieb, ggf. auch weitere Antriebe, aufweisen, sind die Hochvoltsysteme als IT-Netz ausgeführt, damit im ersten Fehlerfall (ein Hochvoltpotential ist für eine Person zugänglich) keine Gefährdung entsteht. Sogenannte y-Kapazitäten (z. B. Funkentstörkondensatoren in einer Leistungselektronik eines Kraftfahrzeugs) befinden sich zwischen einem Hochvoltpotential und einer Fahrzeug-Masse. Ihre Größe ist normativ begrenzt (z. B. SAE J1772-2014, ISO 6469-3, GB/T 18483-3, IEC 60479-1/2), damit ihre gespeicherte elektrische Energie im ersten Fehlerfall keine Gefahr darstellt.
Der Summenenergiegehalt aller y-Kondensatoren ist auf begrenzt, so dass keine Gefahr für Leib und Leben besteht, z. B. auf höchstens 0,2 Joule oder anderen Werte.
Gerade bei modernen Fahrzeugen mit leistungsstarken elektrischen Systemen bzw. Hochvoltsystemen kann dieser Summenenergiegehalt nun annährend erreicht werden.
Zu den wirksamen y-Kapazitäten tragen neben den dafür im Kraftfahrzeug vorgesehenen Kondensatoren mit definierter Kapazität auch parasitäre Anteile, z. B. in der HV-Batterie, und y- Kondensatoren in einer Lade Infrastruktur für das DC-Laden, z. B. in kraftfahrzeugexternen Ladestationen, bei. Die jeweils aktuell wirksame y-Kapazität ist zum Beispiel von Umwelteinflüssen, einem Betriebszustand (insbesondere durch Einfluss einer Ladeinfrastruktur) und Alterung abhängig. Damit müssen für die Auslegung der Kondensatoren für die Funkentstörung im Kraftfahrzeug Sicherheitsreserven vorgehalten und der Einfluss parasitärer Effekte berücksichtigt werden, so dass unter keinen Umständen personengefährdende Energien aus y-Kapazitäten im ersten Fehlerfall abgegeben werden können.
Es ist bisher lediglich bekannt, die einzelnen elektrischen Bauteile eines elektrischen Systems unter gegenseitiger Berücksichtigung so auszulegen, dass eine y-Gesamtkapazität einen vorgeschriebenen Grenzwert nicht überschreitet, dass also ein Summenenergiegehalt von z. B. 0,2 Joule nicht erreicht wird. Aus der DE 102011 116 968 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Kühlmittelleckverlustes in der Batterie eines Fahrzeugantriebs bekannt.
Aus der DE 10 2018 008 603 A1 sind eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Laden einer Batterieanordnung bekannt.
Aus der DE 10 2014 207 478 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Isolationswiderstandes bekannt.
Aus der DE 10 2015 016 000 A1 sind eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung bekannt. Dabei wird eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Isolationswiderstände beschrieben. Es soll eine möglichst schnelle Entladung der y- Kapazitäten ermöglicht werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll auch im Betrieb eines Kraftfahrzeuges und möglichst über Laufzeit sichergestellt werden, dass eine y-Gesamtkapazität einen vorgeschriebenen Grenzwert zu keinem Zeitpunkt überschreitet. Weiter soll sichergestellt werden, dass im Betrieb eines Kraftfahrzeuges eine Überschreitung eines Grenzwerts möglichst schnell erkannt wird.
Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Es wird ein Verfahren zur Überwachung von y-Kapazitäten in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das Kraftfahrzeug weist zumindest eine Batterie und einen, durch in der Batterie gespeicherte elektrische Energie antreibbaren, Traktionsantrieb sowie zumindest ein elektrisches System zum Betrieb zumindest der Batterie und des Traktionsantriebs auf. Das elektrische System weist ein erstes Hochvoltpotential, ein zweites Hochvoltpotential und eine Fahrzeug-Masse auf. Das elektrische System weist zwischen dem ersten Hochvoltpotential und der Fahrzeug-Masse eine erste y-Kapazität und einen ersten Isolationswiderstand sowie einen ersten Schalter und zwischen dem zweiten Hochvolt-Potential und der Fahrzeug-Masse eine zweite y-Kapazität und einen zweiten Isolationswiderstand sowie einen zweiten Schalter auf.
Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: a) aufeinanderfolgendes Betreiben des elektrischen Systems in
• einem ersten Zustand mit einem geöffneten zweiten Schalter, wobei der erste Schalter betätigt wird, und
• in einem zweiten Zustand mit einem geöffneten ersten Schalter, wobei der zweite Schalter betätigt wird, und dadurch wechselweises Umladen der ersten y-Kapazität und der zweiten y-Kapazität; b) Bestimmen der y-Gesamtkapazität, umfassend die erste y-Kapazität und die zweite y- Kapazität, aus dem Umladen der y-Kapazitäten; c) Vergleich der y-Gesamtkapazität mit einem Grenzwert für die y-Gesamtkapazität und, wenn die y-Gesamtkapazität den Grenzwert übersteigt, d) Einleiten einer Schutzmaßnahme für das Kraftfahrzeug.
Die obige (nicht abschließende) Einteilung der Verfahrensschritte in a) bis d) soll vorrangig nur zur Unterscheidung dienen und keine Reihenfolge und/oder Abhängigkeit erzwingen. Auch die Häufigkeit der Verfahrensschritte z. B. während der Einrichtung und/oder des Betriebes des elektrischen Systems kann variieren. Ebenso ist möglich, dass Verfahrensschritte einander zumindest teilweise zeitlich überlagern. Ganz besonders bevorzugt finden die Verfahrensschritte b) und c) während Schritt a) statt. Schritt d) kann bedingt sein und ggf. nur dann ausgeführt werden, wenn Schritt c) ein nicht erwartetes oder nicht tolerierbares Ergebnis liefert, also z. B. das Überschreiten des Grenzwertes. Insbesondere werden die Schritte a) bis d) in der angeführten Reihenfolge durchgeführt. Insbesondere wird das Verfahren zumindest teilweise oder insgesamt kontinuierlich oder periodisch, also in bestimmten Zeitabständen durchgeführt.
Die hier genannten y-Kapazitäten bezeichnen insbesondere jeweils die gesamten y-Kapazitäten in diesem Teil des elektrischen Systems, also jeweils alle zwischen dem jeweiligen Hochvoltpotential und der Fahrzeug-Masse vorliegenden bzw. wirksamen y-Kapazitäten.
Das erste Hochvoltpotential ist insbesondere ein positiver Pol, z. B. mit einer Anode der Batterie elektrisch leitend verbunden. Die Fahrzeug-Masse ist insbesondere neutral. Das zweite Hochvoltpotential ist insbesondere ein negativer Pol, z. B. mit einer Kathode der Batterie elektrisch leitend verbunden. Es war bisher nur bekannt, die Isolationswiderstände eines elektrischen Systems zu überwachen. Eine Überwachung einer y-Kapazität bzw. der im elektrischen System aktuell vorliegenden y-Kapazität war bisher nicht bekannt.
Die jeweils aktuell vorliegende y-Kapazität eines elektrischen Systems kann sich im Betrieb eines Kraftfahrzeuges aufgrund von Umwelteinflüssen, Alterung oder in Abhängigkeit von einem Betriebszustand ändern. Ein solcher Betriebszustand liegt z. B. dann vor, wenn das Kraftfahrzeug bzw. die Batterie durch eine kraftfahrzeugexterne Ladestation aufgeladen werden soll. Infolge der elektrischen Verbindung der Ladestation mit dem elektrischen System des Kraftfahrzeuges kann sich die y-Kapazität sprunghaft erhöhen. Diese setzt sich dann zusammen aus der y-Kapazität des elektrischen System des Kraftfahrzeuges und des elektrischen Systems der Ladestation.
Mit dem vorliegenden Verfahren sollen derartige Zustände, also das Überschreiten eines Grenzwertes für die y-Gesamtkapazität durch eine aktuell vorliegende y-Kapazität erkannt werden, insbesondere möglichst schnell. Damit soll eine Gefährdung von Personen minimiert oder ausgeschlossen werden.
Insbesondere umfasst die Schutzmaßnahme einen Abbruch eines Ladevorgangs an einer kraftfahrzeugexternen Ladestation oder eine Abschaltung des elektrischen Systems. Insbesondere umfasst die Schutzmaßnahme alternativ oder zusätzlich eine Übermittlung einer Information an einen Nutzer des Kraftfahrzeuges und/oder an einen Fehlerspeicher, der ggf. durch ein Diagnosegerät auslesbar ist oder dessen Inhalt an ein Diagnosegerät übermittelbar ist. Insbesondere umfasst die Schutzmaßnahme alternativ oder zusätzlich eine elektrische Entladung zumindest eines Teils der y-Kapazitäten, so dass der Grenzwert möglichst schnell unterschritten wird.
Insbesondere ist zwischen den Hochvoltpotentialen und der Fahrzeug-Masse ein definierter Widerstand angeordnet.
Insbesondere liegt in dem elektrischen System über den y-Kapazitäten eine Spannung an, deren Höhe sich aus der Systemspannung und dem Verhältnis der Isolationswiderstände der Hochvoltpotentiale ergibt. Eine Überwachung des Isolationswiderstandes in Kraftfahrzeugen wird häufig über die Anordnung eines definierten Widerstandes, also eines Widerstandes mit bekanntem Widerstandswert, zwischen den Hochvoltpotentialen und der Fahrzeug-Masse realisiert, z. B. gemäß ECE R-100. Dadurch wird eine Potentialverschiebung hervorgerufen, aus der sich der Isolationswiderstand des jeweiligen Hochvoltpotentials berechnen lässt. Bei Aufschaltung des definierten Widerstandes kommt es zu einer Umladung der y-Kapazitäten in dem elektrischen System.
Insbesondere ist der definierte Widerstand zwischen der Batterie und einem die Batterie von dem elektrischen System trennenden Schütz angeordnet, wobei das Verfahren bei offenem oder geschlossenem Schütz durchgeführt wird.
Insbesondere kann, wenn der Widerstand und die Schalter in der Batterie angeordnet sind, bei geöffnetem Schütz die batterieinterne y-Kapazität bestimmt werden, während bei geschlossenem Schütz die insbesondere deutlich größere y-Kapazität des gesamten elektrischen Systems gemessen wird. Diese Information kann z. B. im Rahmen einer Schützdiagnose verwendet werden.
Insbesondere wird die y-Gesamtkapazität kontinuierlich bestimmt. Kontinuierlich heißt insbesondere, dass das Verfahren bei Inbetriebnahme des elektrischen Systems, also z. B. bei Start des Kraftfahrzeuges, begonnen und dauerhaft durchgeführt wird. Insbesondere wird zu jedem Zeitpunkt mindestens ein Schritt des Verfahrens ausgeführt.
Insbesondere wird während Schritt a) ein Verlauf jeweils einer Spannung zwischen zumindest einem Hochvoltpotential und der Fahrzeug-Masse gemessen, wobei aus dem Verlauf der Spannungen die Isolationswiderstände und damit die y-Kapazitäten bestimmt werden. Insbesondere wird für jeden Zustand nur der Spannungsverlauf zwischen dem einen Hochvoltpotential und der Fahrzeug-Masse gemessen. Der Verlauf der ersten Spannung wird insbesondere in dem ersten Zustand des elektrischen Systems ermittelt. Der Verlauf der zweiten Spannung wird insbesondere in dem zweiten Zustand des elektrischen Systems ermittelt.
Insbesondere beträgt die Bestimmung der y-Gesamtkapazität zwischen der Einleitung von Schritt a) bis Schritt b) weniger als 30 Sekunden, bevorzugt weniger als 5 Sekunden, besonders bevorzugt weniger als 2 Sekunden oder sogar weniger als eine Sekunde. Dies wird insbesondere durch die rechnerische Bestimmung der relevanten Parameter ermöglicht. Es wird also nicht ein eingeschwungener Zustand der Kondensatoren abgewartet, sondern aus dem Verlauf der Spannungen während der Umladung der y-Kapazitäten die relevanten Paramater errechnet, z. B. über Näherungsverfahren. Der eingeschwungene Zustand wird üblicherweise erst nach mehr als 30 Sekunden erreicht. Diese lange Zeitdauer ermöglicht jedoch keinen effektiven Schutz von Personen im ersten Fehlerfall. Das hier vorgeschlagene Verfahren ermöglicht insbesondere eine sehr kurzfristige Bestimmung der y-Gesamtkapazität und ermöglicht damit die schnelle Einleitung von Schutzmaßnahmen, insbesondere für Personen.
Insbesondere werden aus dem Verlauf der Spannungen mit einem Verfahren Kurvenanpassung Parameter ermittelt, die zur Bestimmung der Isolationswiderstände und damit zur Bestimmung der y-Kapazitäten verwendet werden. Insbesondere sind auch andere rechnerische Methoden einsetzbar. Über die Kurvenanpassung ist eine schnelle und genaue Ermittlung der relevanten Parameter möglich.
Insbesondere umfassen die Parameter zumindest
• eine erste Anfangsspannung Uo+, die in dem ersten Zustand vor dem Schließen des ersten Schalters zwischen dem ersten Hochvoltpotential und der Fahrzeug-Masse vorliegt, und
• eine erste Endspannung Ue+, die sich in dem ersten Zustand nach dem Öffnen des ersten Schalters und nach vollständiger Umladung, also bei t = unendlich, einstellt, oder
• eine zweite Anfangsspannung Uo-, die in dem zweiten Zustand vor dem Schließen des zweiten Schalters zwischen dem ersten Hochvoltpotential und der Fahrzeug-Masse vorliegt, und
• eine zweite Endspannung Ue-, die sich in dem zweiten Zustand nach dem Öffnen des zweiten Schalters und nach vollständiger Umladung, also bei t = unendlich, einstellt.
Der Bestimmung der y-Kapazitäten gemäß Schritt b) liegen insbesondere folgenden Gleichungen zugrunde:
Zunächst werden insbesondere Hilfsgrößen als Parameter für das elektrische System bestimmt:
Ußatt = UHV+ + UHV-; U+ = UHV+ - UGND; U- = UGND — UHV- Mittelwert von Uo+ zwischen to und ti
Figure imgf000008_0001
Mittelwert von Uo- zwischen t3 und U
Cy = Cy+ + Cy- wobei
Ußatt Spannung der Batterie
UHV+ Spannung am ersten Hochvoltpotential UHV- Spannung am zweiten Hochvoltpotential
UGND Spannung an Fahrzeug-Masse
Cy y-Gesamtkapazität
Cy+ erste y-Kapazität
Cy- zweite y-Kapazität to Zeitpunkt vor erstem Zustand, erster Schalter offen, zweiter Schalter offen ti Zeitpunkt während des ersten Zustands, erster Schalter schließt, zweiter Schalter offen t3 Zeitpunkt nach erstem Zustand bzw. vor zweitem Zustand, erster Schalter offen, zweiter Schalter offen t4 Zeitpunkt während des zweiten Zustands, zweiter Schalter schließt, erster Schalter offen
In einem nächsten Schritt erfolgt insbesondere die Berechnung der Isolationswiderstände im elektrischen System: im ersten Zustand: erster Schalter geschlossen; ti < t < t2
U+(t) = (Uo+ - Ue+) * ecy*RT + Ue+ ; wobei Uo+ und Ue+ aus dem Verfahren Kurvenanpassung ermittelt werden
Riso- = R * Ußatt * (— u ~) gemäß UN ECE R-100 e+ U0+ und im zweiten Zustand: zweiter Schalter geschlossen; t* < t < ts
U-(t) = (Uo- - Ue ) * e CV*RT + Ue- ; wobei Uo- und Ue- aus dem Verfahren Kurvenanpassung ermittelt werden
Riso+ = R * Ußatt * (— - gemäß UN ECE R-100
Ue- Uo- wobei
U+(t) Funktion zur Beschreibung des Verlaufs der ersten Spannung
U-(t) Funktion zur Beschreibung des Verlaufs der zweiten Spannung
R definierter Widerstand
Riso+ erster Isolationswiderstand
Riso- zweiter Isolationswiderstand
RT Gesamtisolationswiderstand t2 Zeitpunkt während des ersten Zustands nach ti ; erster Schalter öffnet, zweiter
Schalter offen t5 Zeitpunkt während des zweiten Zustands nach U ; zweiter Schalter öffnet, erster
Schalter offen
Für das Verfahren Kurvenanpassung werden die folgenden Gleichungen und Funktionen für den ersten Zustand und den zweiten Zustand zugrunde gelegt. Die gemessenen Verläufe der Spannungen werden durch diese Gleichungen und Funktionen angenähert, wobei die ermittelten Parameter der Näherung für die weitere Berechnung gemäß Schritt b) verwendet werden:
Figure imgf000010_0001
a = (Uo - Ue) ß = Ue
Abschließend erfolgt die Bestimmung der y-Kapazitäten gemäß der folgenden Gleichungen:
Figure imgf000010_0002
Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend eine Batterie und einen, durch in der Batterie gespeicherte elektrische Energie antreibbaren, Traktionsantrieb sowie zumindest ein elektrisches System zum Betrieb zumindest der Batterie und des Traktionsantriebs sowie ein Steuergerät, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgestattet, konfiguriert oder programmiert ist.
Weiter kann das Verfahren auch von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinheit ausgeführt werden.
Es wird demnach auch ein System zur Datenverarbeitung vorgeschlagen, das einen Prozessor umfasst, der so angepasst/konfiguriert ist, dass er das Verfahren bzw. einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens durchführt.
Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer/Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren bzw. mindestens einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen. Die Ausführungen zu dem Verfahren sind insbesondere auf das Kraftfahrzeug und/oder das computerimplementierte Verfahren (also den Computer bzw. den Prozessor, das System zur Datenverarbeitung, das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.
Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach Vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
Fig. 1 : ein erstes Diagramm mit einem Spannungsverlauf in einem im ersten Zustand betriebenen elektrischen System;
Fig. 2: ein zweites Diagramm mit einem Spannungsverlauf in einem im ersten Zustand betriebenen elektrischen System;
Fig. 3: ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen System im ersten Zustand; Fig. 4: ein erstes Diagramm mit einem Spannungsverlauf in einem im zweiten Zustand betriebenen elektrischen System;
Fig. 5: ein zweites Diagramm mit einem Spannungsverlauf in einem im zweiten Zustand betriebenen elektrischen System;
Fig. 6: eine elektrische Schaltung des elektrischen Systems im zweiten Zustand; und
Fig. 7: ein Ablauf des Verfahrens.
Die Fig. 1 zeigt ein erstes Diagramm mit einem Spannungsverlauf in einem im ersten Zustand 14 betriebenen elektrischen System 6. Fig. 2 zeigt ein zweites Diagramm mit einem Spannungsverlauf in einem im ersten Zustand 14 betriebenen elektrischen System 6. Fig. 3 zeigt ein Kraftfahrzeug 3 mit einem elektrischen System 6 im ersten Zustand 14. Die Fig. 1 bis 3 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
An der vertikalen Achse des ersten Diagramms ist eine Differenz zwischen der Spannung am ersten Hochvoltpotential UHV+ 27 und der Spannung an Fahrzeug-Masse UGND 29 aufgetragen.
An der vertikalen Achse des zweiten Diagramms ist eine Differenz zwischen der Spannung an Fahrzeug-Masse UGND 29 und der Spannung am zweiten Hochvoltpotential UHV- 28 aufgetragen.
Die Fig. 4 zeigt ein erstes Diagramm mit einem Spannungsverlauf in einem im zweiten Zustand 15 betriebenen elektrischen System 6. Fig. 5 zeigt ein zweites Diagramm mit einem Spannungsverlauf in einem im zweiten Zustand 15 betriebenen elektrischen System 6. Fig. 6 zeigt eine elektrische Schaltung des elektrischen Systems 6 im zweiten Zustand 15. Die Fig. 4 bis 6 werden im Folgenden gemeinsam mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben.
An der vertikalen Achse des ersten Diagramms in Fig. 4 ist eine Differenz zwischen der Spannung am ersten Hochvoltpotential UHV+ 27 und der Spannung an Fahrzeug-Masse UGND29 aufgetragen.
An der vertikalen Achse des zweiten Diagramms in Fig. 5 ist eine Differenz zwischen der Spannung an Fahrzeug-Masse UGND 29 und der Spannung am zweiten Hochvoltpotential UHV- 28 aufgetragen.
An der horizontalen Achse aller Diagramme ist die Zeit aufgetragen. Das Kraftfahrzeug 3 weist eine Batterie 4 und einen, durch in der Batterie 4 gespeicherte elektrische Energie antreibbaren, Traktionsantrieb 5 sowie zumindest ein elektrisches System 6 zum Betrieb zumindest der Batterie 4 und des Traktionsantriebs 5 auf. Das elektrische System 6 weist ein erstes Hochvoltpotential 7, ein zweites Hochvoltpotential 8 und eine Fahrzeug- Masse 9 (Massepotential) auf. Das elektrische System 6 weist zwischen dem ersten Hochvoltpotential 7 und der Fahrzeug-Masse 9 eine erste y-Kapazität 1 und einen ersten Isolationswiderstand 10 sowie einen ersten Schalter 11 und zwischen dem zweiten Hochvolt- Potential 8 und der Fahrzeug-Masse 9 eine zweite y-Kapazität 2 und einen zweiten Isolationswiderstand 12 sowie einen zweiten Schalter 13 auf. Gemäß Schritt a) des Verfahrens erfolgt ein aufeinanderfolgendes Betreiben des elektrischen Systems 6 in einem ersten Zustand 14 mit einem geöffneten zweiten Schalter 13, wobei der erste Schalter 11 betätigt wird (siehe Fig. 3, und in einem zweiten Zustand 15 mit einem geöffneten ersten Schalter 11, wobei der zweite Schalter 13 betätigt wird (siehe Fig. 6) und dadurch wechselweises Umladen der ersten y-Kapazität 1 und der zweiten y-Kapazität 2. Gemäß Schritt b) erfolgt ein Bestimmen der ersten y-Kapazität 1 und der zweiten y-Kapazität 2 aus dem Umladen der y-Kapazitäten 1 , 2 und ein Bestimmen einer y-Gesamtkapazität 16. Gemäß Schritt c) erfolgt ein Vergleich der y- Gesamtkapazität 16 mit einem Grenzwert für die y-Gesamtkapazität 16 und, wenn die y- Gesamtkapazität 16 den Grenzwert übersteigt, gemäß Schritt d) ein Einleiten einer Schutzmaßnahme 17 für das Kraftfahrzeug 3.
Die hier genannten y-Kapazitäten 1, 2 bezeichnen insbesondere jeweils die gesamten y- Kapazitäten in diesem Teil des elektrischen Systems 6, also jeweils alle zwischen dem jeweiligen Hochvoltpotential 7, 8 und der Fahrzeug-Masse 9 vorliegenden bzw. wirksamen y- Kapazitäten 1, 2.
Das erste Hochvoltpotential 7 ist mit einer Anode der Batterie 4 elektrisch leitend verbunden.
Die Fahrzeug-Masse 9 ist neutral. Das zweite Hochvoltpotential 8 ist mit einer Kathode der Batterie 4 elektrisch leitend verbunden.
Die jeweils aktuell vorliegende y-Kapazität eines elektrischen Systems kann sich im Betrieb eines Kraftfahrzeuges aufgrund von Umwelteinflüssen, Alterung oder in Abhängigkeit von einem Betriebszustand ändern. Ein solcher Betriebszustand liegt z. B. dann vor, wenn das Kraftfahrzeug 3 bzw. die Batterie 4 durch eine kraftfahrzeugexterne Ladestation aufgeladen werden soll. Infolge der elektrischen Verbindung der Ladestation mit dem elektrischen System 6 des Kraftfahrzeuges 3, z. B. an den Hochvoltpotentialen 7, 8, kann sich die y-Kapazität 1, 2, 16 sprunghaft erhöhen. Diese setzt sich dann zusammen aus der y-Kapazität 1, 2 des elektrischen System 6 des Kraftfahrzeuges 3 und des elektrischen Systems 6 der Ladestation.
Zwischen den Hochvoltpotentialen 7, 8 und der Fahrzeug-Masse 9 ist ein definierter Widerstand 18 angeordnet. Der definierte Widerstand 18 kann zwischen der Batterie 4 und einem die Batterie 4 von dem elektrischen System 6 trennenden Schütz 19 angeordnet, wobei das Verfahren bei offenem oder geschlossenem Schütz 19 durchgeführt werden kann. Wenn der definierte Widerstand 18 und die Schalter 11, 13 in der Batterie 4 angeordnet sind, kann bei geöffnetem Schütz 19 die batterieinterne y-Kapazität 1, 2, 16 bestimmt werden, während bei geschlossenem Schütz 19 die meist deutlich größere y-Kapazität 1, 2, 16 des gesamten elektrischen Systems 6 gemessen wird. Diese Information kann z. B. im Rahmen einer Schützdiagnose verwendet werden. Hier ist das Schütz 19 allerdings zwischen der Batterie 4 und dem definierten Widerstand 18 angeordnet.
In dem elektrischen System 6 liegt über den y-Kapazitäten 1, 2 eine Spannung an, deren Höhe sich aus der Systemspannung, also z. B. der Batteriespannung Ußatt, und dem Verhältnis der Isolationswiderstände 10, 12 der Hochvoltpotentiale 7, 8 ergibt. Eine Überwachung des Isolationswiderstandes 7, 8 in Kraftfahrzeugen 3 wird häufig über die Anordnung des definierten Widerstandes 18, also eines Widerstandes mit bekanntem Widerstandswert, zwischen den Hochvoltpotentialen 7, 8 und der Fahrzeug-Masse 9 realisiert, z. B. gemäß ECE R-100). Dadurch wird eine Potentialverschiebung hervorgerufen, aus der sich der Isolationswiderstand 10, 12 des jeweiligen Hochvoltpotentials 7, 8 berechnen lässt. Bei Aufschaltung des definierten Widerstandes 18 kommt es zu einer Umladung der y-Kapazitäten 1, 2 in dem elektrischen System 6.
Die y-Gesamtkapazität 16 kann kontinuierlich bestimmt werden. Kontinuierlich heißt dabei, dass das Verfahren bei Inbetriebnahme des elektrischen Systems 6, also z. B. bei Start des Kraftfahrzeuges 3, begonnen und dauerhaft durchgeführt wird. Insbesondere wird zu jedem Zeitpunkt mindestens ein Schritt des Verfahrens ausgeführt.
Während Schritt a) wird z. B. ein Verlauf einer ersten Spannung 20 zwischen dem ersten Hochvoltpotential 7 und der Fahrzeug-Masse 9 gemessen, wobei aus dem Verlauf der ersten Spannung 20 die Isolationswiderstände 10, 12 und damit die y-Kapazitäten 1, 2 bestimmt werden. Der Verlauf der ersten Spannung 20 wird in dem ersten Zustand 14 des elektrischen Systems 6 ermittelt. Die Bestimmung der y-Gesamtkapazität 16 erfolgt zwischen der Einleitung von Schritt a) bis Schritt b) in weniger als zwei Sekunden, bevorzugt weniger als eine Sekunde. Dies wird durch die rechnerische Bestimmung der relevanten Parameter ermöglicht. Es wird also nicht ein eingeschwungener Zustand der Kondensatoren 1, 2 (hier jenseits der Zeit t3 33) abgewartet, sondern aus dem Verlauf der ersten Spannung 20 und der zweiten Spannung 21 (siehe Fig. 4 bis 6) während der Umladung der y-Kapazitäten 1, 2 die relevanten Paramater errechnet, z. B. über Näherungsverfahren.
Aus dem Verlauf der Spannungen 20, 21 werden mit einem Verfahren Kurvenanpassung Parameter ermittelt, die zur Bestimmung der Isolationswiderstände 10, 12 und damit zur Bestimmung der y-Kapazitäten 1, 2 verwendet werden.
Die Parameter umfassen zumindest eine erste Anfangsspannung Uo+22, die in dem ersten Zustand 14 vor dem Schließen des ersten Schalters 11 zwischen dem ersten Hochvoltpotential 7 und der Fahrzeug-Masse 9 vorliegt, und eine erste Endspannung Ue+ 23, die sich in dem ersten Zustand 14 nach dem Öffnen des ersten Schalters 11 und nach vollständiger Umladung, also bei t = unendlich (siehe gestrichelter Verlauf der ersten Spannung 20 in Fig. 1 ), einstellt.
Weiter umfassen die Parameter eine zweite Anfangsspannung Uo-24, die in dem zweiten Zustand 15 (siehe Fig. 4 bis 6) vor dem Schließen des zweiten Schalters 13 zwischen dem ersten Hochvoltpotential 7 und der Fahrzeug-Masse 9 vorliegt, und eine zweite Endspannung Ue- 25 die sich in dem zweiten Zustand 15 nach dem Öffnen des zweiten Schalters 13 und nach vollständiger Umladung, also bei t = unendlich (siehe gestrichelter Verlauf der zweiten Spannung 21 in Fig. 5), einstellt.
Der Bestimmung der y-Kapazitäten 1, 2, 16 gemäß Schritt b) liegen folgenden Gleichungen zugrunde:
Zunächst werden Hilfsgrößen als Parameter für das elektrische System 6 bestimmt:
Ußatt = UHv+ 27 + UHV- 28; U+ = UHv+ 27 - UGND 29; U. = UGND 29 - UHV- 28 Mittelwert von Uo+ 27 zwischen to 30 und ti 31 ) Mittelwert von Uo-28 zwischen t333 und t* 34
Figure imgf000015_0001
2 wobei to30: Zeitpunkt vor erstem Zustand 14, erster Schalter 11 offen, zweiter Schalter 13 offen; ti 31 : Zeitpunkt während des ersten Zustands 14, erster Schalter 11 schließt, zweiter Schalter 13 offen; t333: Zeitpunkt nach erstem Zustand 14 bzw. vor zweitem Zustand 15, erster Schalter 11 offen, zweiter Schalter 13 offen; t434: Zeitpunkt während des zweiten Zustands 15, zweiter Schalter 13 schließt, erster Schalter 11 offen.
In einem nächsten Schritt erfolgt die Berechnung der Isolationswiderstände 10, 12 im elektrischen System: im ersten Zustand 14: erster Schalter 11 geschlossen; ti < t < t2 t—t·^
U+(t) = (Uo+ - Ue+) * ecy*RT + Ue+ ; wobei Uo+ und Ue+ aus dem Verfahren Kurvenanpassung ermittelt werden
Riso- 12 = R 18 * Usatt * (— u - -) gemäß UN ECE R-100 e+ U0+ und im zweiten Zustand 15: zweiter Schalter 13 geschlossen; t4< t < ts
U-(t) = (Uo- - Ue ) * e cy*RT + Ue- ; wobei Uo- und Ue- aus dem Verfahren Kurvenanpassung ermittelt werden gemäß UN ECE R-100
Figure imgf000016_0001
wobei
U+(t): Funktion zur Beschreibung des Verlaufs der ersten Spannung 20 U-(t): Funktion zur Beschreibung des Verlaufs der zweiten Spannung 21 RT: Gesamtisolationswiderstand 37 t232: Zeitpunkt während des ersten Zustands 14 nach ti 31 ; erster Schalter 11 öffnet, zweiter Schalter 13 offen; ts35: Zeitpunkt während des zweiten Zustands 15 nach t434; zweiter Schalter 13 öffnet, erster Schalter 11 offen.
Für das Verfahren Kurvenanpassung werden die folgenden Gleichungen und Funktionen für den ersten Zustand 14 und den zweiten Zustand 15 zugrunde gelegt. Die gemessenen Verläufe der Spannungen 20, 21 werden durch diese Gleichungen und Funktionen angenähert, wobei die ermittelten Parameter der Näherung für die weitere Berechnung gemäß Schritt b) verwendet werden:
Figure imgf000016_0002
Abschließend erfolgt die Bestimmung der y-Kapazitäten 1, 2, 16 gemäß der folgenden Gleichungen:
Figure imgf000017_0001
Fig. 7 zeigt einen Ablauf des Verfahrens. Zunächst erfolgt in der Batterie 4 die Bestimmung der y-Kapazitäten 1, 2, 16 und der Isolationswiderstände 10, 12, 37. Insbesondere kann, wenn der definierte Widerstand 18 und die Schalter 11, 13 in der Batterie 4 angeordnet sind, bei geöffnetem Schütz 19 die batterieinterne y-Kapazität 16 bestimmt werden, während bei geschlossenem Schütz 19 die insbesondere deutlich größere y-Kapazität 16 des gesamten elektrischen Systems 6 des Kraftfahrzeuges 3, ggf. zusammen mit einer kraftfahrzeugsexternen Ladestation gemessen wird.
Zur Bestimmung der y-Kapazitäten 1, 2, 16 und der Isolationswiderstände 10, 12, 37 wird also das Schütz 19 geöffnet oder geschlossen. Die ermittelten, aktuell vorliegenden y-Kapazitäten 1, 2, 16 und Isolationswiderstände 10, 12, 37 werden an ein Steuergerät 26 übermittelt. In dem Steuergerät 26 erfolgt gemäß Schritt c) ein Vergleich der y-Gesamtkapazität 16 mit einem Grenzwert und gemäß Schritt d) 39, falls erforderlich, die Entscheidung zur Einleitung einer Schutzmaßnahme 17. Die Schutzmaßnahme 17 kann an eine Hochspannungs-Komponente 41 des elektrischen Systems 6 und/oder an die Batterie 4 übermittelt werden. Die Schutzmaßnahme 17 kann einen Abbruch eines Ladevorgangs an einer kraftfahrzeugexternen Ladestation oder (Hochspannungs-Komponente 41) oder eine Abschaltung des elektrischen Systems 6 bzw. der Batterie 4 umfassen. Weiter umfasst die Schutzmaßnahme 17 zusätzlich eine Übermittlung einer Information, z. B. eine Warnmeldung 42 an einen Nutzer des Kraftfahrzeuges 3 und/oder eine Fehlermeldung 43 an einen Fehlerspeicher, z. B. an eine Anzeige 40. Die Schutzmaßnahme 17 kann alternativ oder zusätzlich eine elektrische Entladung zumindest eines Teils der y-Kapazitäten 1, 2, 16 umfassen, so dass der Grenzwert möglichst schnell unterschritten wird. Bezugszeichenliste
1 Cy+ erste y-Kapazität
2 Cy- zweite y-Kapazität
3 Kraftfahrzeug
4 Batterie
5 Traktionsantrieb
6 System
7 erstes Hochvoltpotential
8 zweites Hochvoltpotential
9 Fahrzeug-Masse
10 Riso+ erster Isolationswiderstand
11 erster Schalter
12 Riso- zweiter Isolationswiderstand
13 zweiter Schalter
14 erster Zustand
15 zweiter Zustand
16 Cy y-Gesamtkapazität
17 Schutzmaßnahme
18 R definierter Widerstand
19 Schütz
20 erste Spannung (U+(t))
21 zweite Spannung (U-(t))
22 Uo+ erste Anfangsspannung
23 Ue+ erste Endspannung
24 Uo- zweite Anfangsspannung
25 Ue- zweite Endspannung
26 Steuergerät
27 UHV+ Spannung am ersten Hochvoltpotential
28 UHV- Spannung am zweiten Hochvoltpotential
29 UGND Spannung an Fahrzeug-Masse
30 to Zeitpunkt vor erstem Zustand, Schalter 1 offen, Schalter 2 offen
31 ti Zeitpunkt während des ersten Zustands, Schalter 1 schließt, Schalter 2 offen
32 t2 Zeitpunkt während des ersten Zustands nach ti ; Schalter 1 öffnet, Schalter 2 offen 33 t Zeitpunkt vor zweitem Zustand, Schalter 1 offen, Schalter 2 offen
34 t Zeitpunkt während des zweiten Zustands, Schalter 2 schließt, Schalter 1 offen
35 t Zeitpunkt während des zweiten Zustands nach U ; Schalter 2 öffnet, Schalter 1 offen
36 t6 Zeitpunkt während des zweiten Zustands nach ts ; Schalter 2 offen, Schalter 1 offen
37 RT Gesamtisolationswiderstand
38 Randbedingungen
39 Schritt d)
40 Anzeige
41 Komponente
42 Warnmeldung
43 Fehlermeldung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überwachung von y-Kapazitäten (1 , 2) in einem Kraftfahrzeug (3), wobei das Kraftfahrzeug (3) zumindest eine Batterie (4) und einen, durch in der Batterie (4) gespeicherte elektrische Energie antreibbaren, Traktionsantrieb (5) sowie zumindest ein elektrisches System (6) zum Betrieb zumindest der Batterie (4) und des Traktionsantriebs (5) aufweist; wobei das elektrische System (6) ein erstes Hochvoltpotential (7), ein zweites Hochvoltpotential (8) und eine Fahrzeug-Masse (9) aufweist; wobei das elektrische System (6) zwischen dem ersten Hochvoltpotential (7) und der Fahrzeug- Masse (9) eine erste y-Kapazität (1) und einen ersten Isolationswiderstand (10) sowie einen ersten Schalter (11) und zwischen dem zweiten Hochvolt-Potential (8) und der Fahrzeug-Masse (9) eine zweite y-Kapazität (2) und einen zweiten Isolationswiderstand (12) sowie einen zweiten Schalter (13) aufweist; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst: a) aufeinanderfolgendes Betreiben des elektrischen Systems (6) in einem ersten Zustand (14) mit einem geöffneten zweiten Schalter (13), wobei der erste Schalter (11) betätigt wird, und in einem zweiten Zustand (15) mit einem geöffneten ersten Schalter (11), wobei der zweite Schalter (13) betätigt wird, und dadurch wechselweises Umladen der ersten y-Kapazität (1) und der zweiten y-Kapazität (2); b) Bestimmen einer y-Gesamtkapazität (16), umfassend die erste y-Kapazität (1) und die zweite y-Kapazität (2), aus dem Umladen der y-Kapazitäten (1, 2) ; c) Vergleich der y-Gesamtkapazität (16) mit einem Grenzwert für die y- Gesamtkapazität (16) und, wenn die y-Gesamtkapazität (16) den Grenzwert übersteigt, d) Einleiten einer Schutzmaßnahme (17) für das Kraftfahrzeug (3).
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei die Schutzmaßnahme (17) einen Abbruch eines Ladevorgangs an einer kraftfahrzeugexternen Ladestation oder eine Abschaltung des elektrischen Systems (6) umfasst.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zwischen den Hochvoltpotentialen (7, 8) und der Fahrzeug-Masse (9) ein definierter Widerstand (18) angeordnet ist.
4. Verfahren nach Patentanspruch 3, wobei der definierte Widerstand (18) zwischen der Batterie (4) und einem die Batterie (4) von dem elektrischen System (6) trennenden Schütz (19) angeordnet ist, wobei das Verfahren bei offenem oder geschlossenem Schütz (19) durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die y- Gesamtkapazität (16) kontinuierlich bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei während Schritt a) ein Verlauf jeweils einer Spannung (20, 21) zwischen zumindest einem Hochvoltpotential (7, 8) und der Fahrzeug-Masse (9) gemessen wird, wobei aus dem Verlauf der Spannungen (20, 21) die Isolationswiderstände (10, 12) und damit die y-Kapazitäten (1, 2, 16) bestimmt werden.
7. Verfahren nach Patentanspruch 5, wobei die Bestimmung der y-Gesamtkapazität (16) zwischen der Einleitung von Schritt a) bis Schritt b) weniger als 30 Sekunden beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche 5 und 6, wobei aus dem Verlauf der Spannungen (20, 21) mit einem Verfahren Kurvenanpassung Parameter ermittelt werden, die zur Bestimmung der Isolationswiderstände (10, 12) und damit zur Bestimmung der y-Kapazitäten (1, 2, 16) verwendet werden.
9. Verfahren nach Patentanspruch 7, wobei die Parameter zumindest
• eine erste Anfangsspannung (22), die in dem ersten Zustand (14) vor dem Schließen des ersten Schalters (11) zwischen dem ersten Hochvoltpotential (7) und der Fahrzeug-Masse (9) vorliegt, und
• eine erste Endspannung (23), die sich in dem ersten Zustand (14) nach dem Öffnen des ersten Schalters (11) einstellt, oder
• eine zweite Anfangsspannung (24), die in dem zweiten Zustand (15) vor dem Schließen des zweiten Schalters (13) zwischen dem ersten Hochvoltpotential (8) und der Fahrzeug-Masse (9) vorliegt, und
• eine zweite Endspannung (25), die sich in dem zweiten Zustand (15) nach dem Öffnen des zweiten Schalters (13) einstellt, umfassen.
10. Kraftfahrzeug (3), zumindest umfassend eine Batterie (4) und einen, durch in der Batterie (4) gespeicherte elektrische Energie antreibbaren, Traktionsantrieb (5) sowie zumindest ein elektrisches System (6) zum Betrieb zumindest der Batterie (4) und des Traktionsantriebs (5) sowie ein Steuergerät (26), das zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Patentansprüche konfiguriert ist.
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