WO2023031449A1 - Measuring and monitoring method for an insulation device, and a vehicle - Google Patents

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WO2023031449A1
WO2023031449A1 PCT/EP2022/074563 EP2022074563W WO2023031449A1 WO 2023031449 A1 WO2023031449 A1 WO 2023031449A1 EP 2022074563 W EP2022074563 W EP 2022074563W WO 2023031449 A1 WO2023031449 A1 WO 2023031449A1
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limit
battery
supply network
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PCT/EP2022/074563
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Julian NOWROTH
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    • G01R31/52Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Definitions

  • the present invention relates to a measuring and monitoring method according to the preamble of claim 1 and a battery system according to the preamble of claim 14.
  • the invention relates to a method for detecting an insulation fault in an electrical supply network, in particular a defect in the insulation of an unearthed power supply unit of a vehicle.
  • Insulation faults can be, for example, an excessive drop in resistance or an electrical short to a ground potential and/or ground potential.
  • an electrical supply network means in particular a circuit with at least one power source, such as an alternator or a battery in a car, and at least one electrical consumer as a current sink, the current sink also being another electrical load (capacitive, inductive and/or ohmic load).
  • the at least one current source and the at least one current sink are interconnected via at least one electrical line element, e.g. via at least one cable. If one of the line elements and/or a current sink is damaged mechanically or due to aging, this can lead to an insulation fault or defect.
  • the battery voltage, the H(+) and H(-) pole voltages against the main frame are measured during operation of a vehicle with a fixed cycle , according to the SAE J 1766 standards and, for example, in compliance with manufacturer specifications such as the LV123.
  • the voltage profile over time is measured using a measuring resistor until a stable voltage is reached, so that symmetrical and asymmetrical insulation faults can be measured in DC voltage IT systems.
  • This fundamentally very accurate and safe, passive insulation measurement is primarily designed to record and monitor the insulation resistance of a specific, known high-voltage system (HV system).
  • HV system high-voltage system
  • the basic parameters such as the capacity and the current flow are known with sufficient accuracy.
  • a disadvantage of the 3VM method when used for complex supply networks in operation is that the voltage measurement and the charging and discharging behavior of the capacitive network components until a fixed, saturated voltage due to competing, parallel processes requires a relatively long time, which can be, for example, 20 to 30 seconds.
  • the parasitic capacitances or mains leakage capacitances the saturated voltage must be measured over a time delay. In order to achieve maximum accuracy, this time delay should be chosen to be as large as possible, which is very disadvantageous.
  • environmental influences such as humidity, temperature and aging are also important parameters that affect the voltage measurement.
  • the object of the present invention is to provide an improved measuring and monitoring method and a battery system that enable reliable monitoring and recording of the insulation parameters, in particular the insulation resistance, even in complex supply networks and in the case of operating and environmental influences that change at short notice.
  • the object is achieved by a measuring and monitoring method according to the characterizing features of claim 1, and a battery system according to the characterizing features of claim 14. Exemplary embodiments are described in the associated dependent subclaims.
  • the measuring and monitoring method for testing an insulation resistance of an insulation device in an unearthed supply network that includes a battery, such as a high-voltage battery (HV battery), for example, provides that a measurement voltage is determined via at least one defined resistance for a measurement period in one of the following measurement branches will, namely between
  • the supply network has a reference voltage, the reference voltage representing the stable, drop-free voltage level for a given TARGET state of the supply network and/or being reached after a reference period and/or being defined as being reached.
  • the insulation resistance of the supply network is determined on the basis of a defined limit voltage gradient.
  • This limit voltage gradient is defined as the change in voltage per time or measurement step, with the limit voltage gradient being determined in the three measurement branches.
  • the insulation resistance is therefore derived from the three measured voltages and voltage curves. If necessary, the respective measurement voltages at the respective point in time when the limit voltage gradient is recognized as having been reached.
  • the insulation resistance is calculated directly from the three most recently tapped voltages, although a voltage measurement can also be provided immediately downstream in the three measuring branches, on the basis of which the insulation resistance is calculated.
  • the measurement duration can be selected dynamically and variably.
  • the time at which a measurement is complete or is defined as complete is the identification of a voltage saturation, i.e. the limiting voltage gradient, which is at DV less than or equal to 0.5V / 100ms or > V less than or equal to 0.2V / 100ms.
  • the limit voltage gradient is in the range from 0.1 V/100 ms to 0.05 V/100 ms.
  • the insulation resistance of the supply network is determined on the basis of a limit voltage determined by a limit voltage gradient.
  • the absolute limit voltage is measured or calculated when the limit voltage gradient is reached, because it can be advantageous in terms of the process if the approach to the limit voltage gradient is not iterative, step-by-step, but only or additionally an absolute measured voltage value and thus a limit voltage is determined.
  • the reference voltage is defined at the time of delivery of the supply network, i.e. under laboratory conditions, and/or the final voltage reached is determined after a reference period of more than 20 s, in particular after more than 30 s, with the reference period being a maximum of 60 s.
  • a limit measurement duration is determined when the limit voltage gradient is reached.
  • This limit measurement time is defined as the measurement time until the limit voltage gradient and/or the limit voltage is reached.
  • the insulation resistance can thus be determined for a specific number of measurement periods (measurements) and/or for a specific period of time for insulation measurement by a specified limit voltage and/or limit measurement period.
  • Insulation is to be qualified as faulty in particular if the limit voltage gradient or the limit voltage is reached in a measurement period that is shorter than the limit measurement period and/or the measured voltage value is absolutely below the limit voltage. Conversely, insulation can be classified as intact and error-free if the measurement time until the limit voltage and/or the limit voltage gradient is reached is less than or equal to the limit time. The measurement can thus be terminated at this earliest possible point in time without reaching the reference voltage or a voltage gradient of zero.
  • an insulation or an insulation resistance is defined as faulty if the measurement time until the limit voltage gradient and/or the limit voltage is reached falls short of a defined limit time.
  • the limit voltage is advantageously 80% to 98%, primarily 90% to 97% and ideally 93% to 96% of the reference voltage.
  • absolute values of the reference voltage and also ranges of the reference voltage are described as the difference between the output measured value or starting voltage and the lowest voltage level. Since these can be converted into one another or can be derived directly analogously, an absolute value also means the span or the delta in an analogous manner. This also applies in an analogous manner to the other values, such as the limiting voltage gradient or the limiting voltage or the measurement duration, unless expressly stated otherwise or an analog reading is absolutely impossible.
  • the reference duration is a maximum of 60s and a theoretical reference gradient would be a horizontal line, i.e. a stable voltage level over time.
  • the limit duration is defined from the reference voltage and limit voltage/limit voltage gradient, which describes the period of time until the limit voltage gradient or the limit voltage is reached.
  • the limit duration is also determined under the legal and/or standardized test conditions before or during the final inspection after or during the manufacturing process of the supply network and/or a vehicle with this supply network.
  • the voltage is determined periodically.
  • the measurement steps are in the range of 0.01s to 1s, primarily 0.01s to 0.05s.
  • a display unit that can be seen by a user of the supply network directed.
  • a display unit can be any conventional optical, sensory and/or acoustic device that is suitable for this purpose.
  • the supply network at an isolation device identified as faulty is at least partially switched off.
  • an immediate or staged switch-off process can also be initiated after the limit measurement duration has been reached or fallen below.
  • One embodiment consists in providing a qualitative and/or quantitative indication of the status of the isolation device of the supply network in the display unit periodically or based on an active request by the user to the supply network and/or a component thereof.
  • the measurement is carried out with a maximum current flow of 1 mA and/or a maximum Y capacitance of 2 pF.
  • the supply network according to the invention is advantageously provided in a vehicle, with the measuring and testing method being carried out periodically during operation of the vehicle. These total measurement periods up to the determination of the limit voltage are carried out in particular in total periods of less than 30 s, in particular less than 20 s. As a rule, the insulation measurements are carried out immediately, i.e. without a measurement break.
  • An improved embodiment of the method provides that at least one processor unit and at least one storage medium are provided, depending on the service life and/or operating states of the supply network or a vehicle
  • Measurement durations until reaching the limit voltage gradient and/or the limit voltages and/or their time profiles, such as measurement durations or measurement steps, are stored and evaluated by the at least one processor unit.
  • processor unit the storage media and the voltage network as well as their components are connected to one another in a necessary or known manner to conduct electricity and/or data, which is not explained in detail here.
  • the other measured values such as temperatures, humidity, vibration, etc., which are usually recorded in particular in the vehicle, are advantageously also taken into account and correlated.
  • insulation values, measurement durations or their chronological sequences which are dependent on the service life or the operating states are stored and evaluated by the processor unit. This makes it possible to make a prognosis or a probability for faults in the insulation unit that are to be expected in the future. This could for example Correlations with the engine temperature, outside temperature, humidity and/or vibration and/or their progressions, which can be evaluated together with the resistance values.
  • the method according to the invention is particularly suitable for detecting an insulation fault in a battery or a battery system of a vehicle, so that the invention also includes a battery for a vehicle with an electrical supply network.
  • This primarily means land-based vehicles, but the method according to the invention or the battery system also includes use in aircraft and/or water vehicles.
  • the battery system according to the invention can be used in particular for vehicles for transporting people and/or loads and includes a supply network or can be connected to it.
  • at least one processor unit is included or connected, such as an on-board computer and/or one or more microprocessors.
  • the control and system information can be routed from these to a display unit.
  • the associated battery is designed in particular as a high-voltage battery (HV battery).
  • HV battery high-voltage battery
  • the nominal voltage of the electrical supply network is in a range of over 60 V.
  • a measuring unit is provided for determining the measuring voltage, by means of which the measuring and monitoring method can be carried out according to one of the variants mentioned above.
  • the processor unit is connected in a data-conducting manner to at least one storage element, the storage medium being stored on the delivery side and/or during operation
  • Voltage values and/or measurement durations determined for the supply network are stored.
  • these are at least one reference voltage and/or one end voltage of the supply network and/or a maximum permissible limit or reference duration.
  • insulation values that depend on the service life and/or the operating states of the battery, the vehicle or the supply network, measurement times until the limit voltages are reached and/or their time profiles are stored in the storage medium and can therefore be evaluated by the processor unit.
  • a prognosis or a probability for a future scenario and an associated, expected error or failure of the insulation unit can be determined and displayed. This can for example, correlations with the engine or outside temperature, humidity, vibration and/or their progression, which can be evaluated together with the resistance values.
  • Fig. 1 shows a graphical progression of a voltage measurement for a branch up to
  • Fig. 2 shows a section of the graph of Figure 1 until reaching
  • Fig. 3 shows another voltage measurement for a faulty branch of a
  • Fig. 4 is a curve representation dV / dt of the voltage change until reaching the
  • FIG. 1 shows the graphical progression of a voltage measurement as a voltage (V, Y axis) over time (s, X axis) for a branch of the supply network until the reference voltage VR is reached.
  • the measurement voltage VM is 445V and falls to the reference voltage V of 355V up to the 66th second, i.e. within 21s, the reference duration D DR.
  • the voltage gradients Gvi to GVG that result per measurement step AtM of 2 ms are symbolized as gradient triangles above the voltage curve.
  • the battery system or the associated vehicle is not shown below.
  • the limit voltage gradient GVG is defined by a voltage change AV of 0.1 V per 100 ms, which in the present case is reached after the measurement period AT, which in the present case is identical to the limit measurement period ATG.
  • the limiting voltage gradient GG is determined by the manufacturer or by the user and can be adjusted over the period of use, for example of a vehicle.
  • a limit measurement period ATG can also be determined from the reference period ATR or can be derived from the limit voltage gradient GVG. Isolation is all the more valuable the greater the limit measurement duration ATG.
  • the point in time at second 66 would also be the end of the measurement, which could only then be evaluated by the processor.
  • the limit voltage gradient GVG is reached after a measurement duration AT of 17s, with the limit voltage VG of 359.5 V being 95% of the reference voltage VR of 355V.
  • FIG. 4 shows the step-by-step course of a voltage measurement period (measurement duration ⁇ T) as a course according to the previous illustrations.
  • Each measuring step AtM is 0.25s and the last four measuring steps i-iv until reaching the limit voltage gradient GVG approx. 0.15 V per 250 ms or the limit voltage VG of ⁇ 359V at ⁇ 53.2 seconds leads to the end of the measurement or the total period without the actual reference voltage V or the stable voltage level being reached. .

Abstract

A measuring and monitoring method for checking an insulation resistance of an insulation device in an unearthed supply network comprising a battery, wherein the battery is in particular a high-voltage battery (HV battery), by ascertaining a measurement voltage (VM) across at least one defined resistance for a measurement duration (ΔT) in one of the following measurement branches, specifically measuring it between - the H(+) pole of the battery and the main frame (chassis), - the H(-) pole of the battery and the main frame and/or - the two poles of the battery, and wherein the supply network has a reference voltage (VR), wherein the reference voltage (VR) - constitutes the stable, drop-free voltage level in a given target state of the supply network and/or - is reached and/or is defined as reached after a reference duration (⌕TR). The insulation resistance of the supply network is determined here on the basis of a defined limit voltage gradient (GVG), wherein the limit voltage gradient (GVG) is defined as the voltage change (ΔV) per measurement step (ΔtM), and wherein the limit voltage gradient (GVG) is ascertained in the three measurement branches. The invention furthermore comprises a battery system for a vehicle that comprises a measuring device by way of which the measuring and monitoring method is able to be performed.

Description

Mess- und Überwachungsverfahren für eine Isolationseinrichtung sowie ein Fahrzeug Measuring and monitoring method for an isolation device and a vehicle
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mess- und Überwachungsverfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Batteriesystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14. The present invention relates to a measuring and monitoring method according to the preamble of claim 1 and a battery system according to the preamble of claim 14.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines Isolationsfehlers in einem elektrischen Versorgungsnetzwerk, insbesondere eines Defekts in der Isolation einer ungeerdeten Stromversorgungseinheit eines Fahrzeuges. Isolationsfehler können beispielsweise ein übermäßiges Absinken des Widerstandes oder ein elektrischer Kurzschluss zu einem Erdungspotential und/oder Massepotential sein. The invention relates to a method for detecting an insulation fault in an electrical supply network, in particular a defect in the insulation of an unearthed power supply unit of a vehicle. Insulation faults can be, for example, an excessive drop in resistance or an electrical short to a ground potential and/or ground potential.
Vorliegend meint ein elektrisches Versorgungsnetzwerk insbesondere einen Schaltkreis mit zumindest einer Stromquelle, wie beispielsweise eine Lichtmaschine oder eine Batterie eines Pkw, und mindestens einem elektrischen Verbraucher als Stromsenke, wobei die Stromsenke auch eine sonstige elektrische Last (kapazitive, induktive und/ oder ohmsche Last) sein kann. Die zumindest eine Stromquelle und die zumindest eine Stromsenke sind hierbei über zumindest ein elektrisches Leitungselement verschaltet, also z.B. über zumindest ein Kabel. Wird eines der Leitungselemente und/oder eine Stromsenke mechanisch oder durch Alterung beschädigt, so kann dies zu einem Isolationsfehler oder -defekt führen. In the present case, an electrical supply network means in particular a circuit with at least one power source, such as an alternator or a battery in a car, and at least one electrical consumer as a current sink, the current sink also being another electrical load (capacitive, inductive and/or ohmic load). can. The at least one current source and the at least one current sink are interconnected via at least one electrical line element, e.g. via at least one cable. If one of the line elements and/or a current sink is damaged mechanically or due to aging, this can lead to an insulation fault or defect.
Bei einer bekannten passiven Isolationsmessung nach dem 3VM-Verfahren (Drei-Voltmeter- Methode/M ess verfahren) werden im Betreib eines Fahrzeuges mit einer festen Taktung die Batteriespannung, die H(+)- und H(-)-Polspannung gegen den Hauptrahmen gemessen, gemäß den Normen SAE J 1766 und beispielsweise unter Beachtung von Herstellervorgaben, wie der LV123. Hierbei wird im Wesentlichen über einen Messwiderstand der Spannungsverlauf über die Zeit bis zum Erreichen einer stabilen Spannung gemessen, so dass in Gleichspannungs-IT-Systemen hierdurch symmetrische und unsymmetrische Isolationsfehler gemessen werden können. In a known passive insulation measurement using the 3VM method (three voltmeter method/measuring method), the battery voltage, the H(+) and H(-) pole voltages against the main frame are measured during operation of a vehicle with a fixed cycle , according to the SAE J 1766 standards and, for example, in compliance with manufacturer specifications such as the LV123. Here, the voltage profile over time is measured using a measuring resistor until a stable voltage is reached, so that symmetrical and asymmetrical insulation faults can be measured in DC voltage IT systems.
Diese grundsätzlich sehr genaue und sichere, passive Isolationsmessung ist vorrangig ausgebildet, um den Isolationswiderstand eines spezifischen, bekannten Hochvolt-Systems (HV-System) zu erfassen und zu überwachen. In einem solchen Fall sind die grundlegenden Parameter, wie beispielsweise die Kapazität und der Stromfluss in hinreichender Genauigkeit bekannt. Nachteilig an dem 3VM-Verfahren bei der Anwendung für komplexe Versorgungsnetzwerke im Betrieb ist, dass die Spannungsmessung und das Lade- und Entladeverhalten der kapazitiven Netzwerkanteile bis zum Erreichen einer festen, gesättigten Spannung aufgrund von konkurrierenden, parallelen Prozessen eine relativ lange Zeit benötigt, die beispielsweise 20 bis 30 Sekunden betragen kann. Anders ausgedrückt, aufgrund der parasitären Kapazitäten bzw. Netzableitkapazitäten, muss die gesättigte Spannung über eine Zeitverzögerung gemessen werden. Um eine maximale Genauigkeit zu erzielen, ist diese Zeitverzögerung möglichst groß zu wählen, was sehr nachteilig ist. Weiterhin sind neben den Betriebszuständen auch Umwelteinflüsse, wie Luftfeuchte, Temperatur und Alterung wichtige Parameter, die die Spannungsmessung beeinflussen. This fundamentally very accurate and safe, passive insulation measurement is primarily designed to record and monitor the insulation resistance of a specific, known high-voltage system (HV system). In such a case, the basic parameters such as the capacity and the current flow are known with sufficient accuracy. A disadvantage of the 3VM method when used for complex supply networks in operation is that the voltage measurement and the charging and discharging behavior of the capacitive network components until a fixed, saturated voltage due to competing, parallel processes requires a relatively long time, which can be, for example, 20 to 30 seconds. In other words, due to the parasitic capacitances or mains leakage capacitances, the saturated voltage must be measured over a time delay. In order to achieve maximum accuracy, this time delay should be chosen to be as large as possible, which is very disadvantageous. In addition to the operating conditions, environmental influences such as humidity, temperature and aging are also important parameters that affect the voltage measurement.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Mess- und Überwachungsverfahren sowie ein Batteriesystem zur Verfügung zu stellen, die auch bei komplexen Versorgungsnetzwerken und bei kurzfristig veränderlichen Betriebs- und Umwelteinflüssen eine sichere Überwachung und Erfassung der Isolationskennwerte, insbesondere des Isolationswiderstandes ermöglichen. The object of the present invention is to provide an improved measuring and monitoring method and a battery system that enable reliable monitoring and recording of the insulation parameters, in particular the insulation resistance, even in complex supply networks and in the case of operating and environmental influences that change at short notice.
Danach wird die Aufgabe gelöst durch ein Mess- und Überwachungsverfahren nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 , sowie einem Batteriesystem nach den kennzeichnenden Merkmalen der Anspruches 14. In den zugehörigen abhängigen Unteransprüchen sind Ausführungsbeispiel beschrieben. According to this, the object is achieved by a measuring and monitoring method according to the characterizing features of claim 1, and a battery system according to the characterizing features of claim 14. Exemplary embodiments are described in the associated dependent subclaims.
Das Mess- und Überwachungsverfahren zum Prüfen eines Isolationswiderstandes einer Isolationseinrichtung bei einem eine Batterie umfassenden, ungeerdeten Versorgungsnetzwerk, wie beispielsweise eine Hochvoltbatterie (HV-Batterie) sieht vor, dass über mindestens einen definierten Widerstand eine Messspannung für eine die Messdauer in einem der folgenden Messzweige ermittelt wird, nämlich zwischen The measuring and monitoring method for testing an insulation resistance of an insulation device in an unearthed supply network that includes a battery, such as a high-voltage battery (HV battery), for example, provides that a measurement voltage is determined via at least one defined resistance for a measurement period in one of the following measurement branches will, namely between
- dem H(+)-Pol der Batterie und dem Hauptrahmen (Chassis), - the H(+) pole of the battery and the main frame (chassis),
- dem H(-)-Pol der Batterie und dem Hauptrahmen und/oder - the H(-) pole of the battery and the main frame and/or
- den beiden Polen der Batterie gemessen wird, und wobei das Versorgungsnetzwerk eine Referenzspannung aufweist, wobei die Referenzspannung das stabile, abfallfreie Spannungsniveau bei einem gegebenen SOLL-Zustand des Versorgungsnetzwerkes darstellt und/oder nach einer Referenzdauer erreicht ist und/oder als erreicht definiert wird. - is measured at the two poles of the battery, and the supply network has a reference voltage, the reference voltage representing the stable, drop-free voltage level for a given TARGET state of the supply network and/or being reached after a reference period and/or being defined as being reached.
Hierbei wird der Isolationswiderstand des Versorgungsnetzwerkes aufgrund eines definierten Grenzspannungsgradienten bestimmt. Dieser Grenzspannungsgradient ist definiert als Spannungsänderung pro Zeit oder Messschritt, wobei der Grenzspannungsgradient in den drei Messzweigen ermittelt wird. Es wird also aus den drei gemessenen Spannungen und Spannungsverläufen der Isolationswiderstand abgeleitet. Bedarfsweise erfolgt eine Speicherung der jeweiligen Messspannungen an dem jeweiligen Zeitpunkt, wenn der Grenzspannungsgradient als erreicht erkannt wird. Here, the insulation resistance of the supply network is determined on the basis of a defined limit voltage gradient. This limit voltage gradient is defined as the change in voltage per time or measurement step, with the limit voltage gradient being determined in the three measurement branches. The insulation resistance is therefore derived from the three measured voltages and voltage curves. If necessary, the respective measurement voltages at the respective point in time when the limit voltage gradient is recognized as having been reached.
Die Berechnung des Isolationswiderstandes erfolgt idealerweise unmittelbar aus den drei zuletzt abgegriffenen Spannungen, wobei zusätzlich auch eine unmittelbar nachgeschaltete Spannungsmessung in den drei Messzweigen vorgesehen werden kann, auf Basis derer die Berechnung des Isolationswiderstandes erfolgt. Ideally, the insulation resistance is calculated directly from the three most recently tapped voltages, although a voltage measurement can also be provided immediately downstream in the three measuring branches, on the basis of which the insulation resistance is calculated.
Der besondere Vorteil besteht darin, dass die maximale Genauigkeit überhaupt nicht erstrebt wird, sondern eine hinreichende Genauigkeit als ausschlaggebender Faktor gewählt wird. Hierdurch wird eine bedeutsame Zeitverkürzung pro MessungZ-dauer erreicht. The particular advantage is that maximum accuracy is not striven for at all, but sufficient accuracy is chosen as the decisive factor. This achieves a significant time reduction per measurement Z duration.
Durch dieses Verfahren kann die Messdauer dynamisch und variabel gewählt werden. Der Zeitpunkt, an dem eine Messung vollständig ist bzw. als vollständig definiert wird, ist die Identifikation einer Spannungssättigung, d.h. des Grenzspannungsgradienten, der bei DV kleiner oder gleich 0,5V / 100ms oder > V kleiner oder gleich 0,2V / 100ms liegt. Bei einer idealen Verfahrensvariante liegt der Grenzspannungsgradient im Bereich von 0,1 V/100ms bis 0,05V/100ms . With this method, the measurement duration can be selected dynamically and variably. The time at which a measurement is complete or is defined as complete is the identification of a voltage saturation, i.e. the limiting voltage gradient, which is at DV less than or equal to 0.5V / 100ms or > V less than or equal to 0.2V / 100ms. In an ideal variant of the method, the limit voltage gradient is in the range from 0.1 V/100 ms to 0.05 V/100 ms.
Bei einer Verfahrensvarianten wird der Isolationswiderstand des Versorgungsnetzwerkes aufgrund einer durch einen Grenzspannungsgradienten bestimmten Grenzspannung ermittelt wird. Hierbei wird die absolute Grenzspannung beim Erreichen des Grenzspannungsgradienten gemessen oder rechnerisch ermittelt, weil es verfahrenstechnisch vorteilhaft sein kann, wenn nicht iterativ, schrittweise die Annäherung an den Grenzspannungsgradienten, sondern nur oder zusätzlich ein absolute Spannungsmesswerte und damit eine Grenzspannung ermittelt wird. In a variant of the method, the insulation resistance of the supply network is determined on the basis of a limit voltage determined by a limit voltage gradient. In this case, the absolute limit voltage is measured or calculated when the limit voltage gradient is reached, because it can be advantageous in terms of the process if the approach to the limit voltage gradient is not iterative, step-by-step, but only or additionally an absolute measured voltage value and thus a limit voltage is determined.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Referenzspannung im Auslieferungszeitpunkt des Versorgungsnetzwerkes, also unter Laborbedingungen, definiert und/oder es wird die erreichte Endspannung nach einer Referenzdauer von mehr als 20s, insbesondere nach mehr als 30s bestimmt, wobei die Referenzdauer maximal 60s beträgt. In one embodiment of the method, the reference voltage is defined at the time of delivery of the supply network, i.e. under laboratory conditions, and/or the final voltage reached is determined after a reference period of more than 20 s, in particular after more than 30 s, with the reference period being a maximum of 60 s.
Bei einer weiter verbesserten Verfahrensvarianten wird durch das Erreichen des Grenzspannungsgradienten eine Grenzmessdauer bestimmt. Diese Grenzmessdauer wird definiert die Messdauer bis zum Erreichen des Grenzspannungsgradienten und/oder der Grenzspannung. Somit kann der Isolationswiderstand bei einer bestimmten Anzahl von Messdauern (Messungen) und/oder für einen bestimmten Zeitraum zur Isolationsmessung durch eine festgelegte Grenzspannung und/oder Grenzmessdauer bestimmt werden. In a further improved variant of the method, a limit measurement duration is determined when the limit voltage gradient is reached. This limit measurement time is defined as the measurement time until the limit voltage gradient and/or the limit voltage is reached. The insulation resistance can thus be determined for a specific number of measurement periods (measurements) and/or for a specific period of time for insulation measurement by a specified limit voltage and/or limit measurement period.
Eine Isolation ist insbesondere dann als fehlerhaft zu qualifizieren, wenn der Grenzspannungsgradient oder die Grenzspannung in einer Messdauer kleiner als die Grenzmessdauer erreicht wird und/oder der Spannungsmesswert absolut unterhalb der Grenzspannung liegt. Umgekehrt kann eine Isolation als intakt und fehlerfrei eingestuft werden, wenn die Messdauer bis zur Erreichung der Grenzspannung und/oder des Grenzspannungsgradienten kleiner oder gleich der Grenzdauer ist. Die Messung kann somit an diesem frühestmöglichen Zeitpunkt abgebrochen werden, ohne Erreichung der Referenzspannung oder eines Spannungsgradienten von null. Insulation is to be qualified as faulty in particular if the limit voltage gradient or the limit voltage is reached in a measurement period that is shorter than the limit measurement period and/or the measured voltage value is absolutely below the limit voltage. Conversely, insulation can be classified as intact and error-free if the measurement time until the limit voltage and/or the limit voltage gradient is reached is less than or equal to the limit time. The measurement can thus be terminated at this earliest possible point in time without reaching the reference voltage or a voltage gradient of zero.
Bei einer Verfahrensvarianten wird somit eine Isolation oder ein Isolationswiderstand als fehlerhaft definiert, wenn die Messdauer bis zum Erreichen des Grenzspannungsgradienten und/oder der Grenzspannung eine definierte Grenzdauer unterschreitet. In one variant of the method, an insulation or an insulation resistance is defined as faulty if the measurement time until the limit voltage gradient and/or the limit voltage is reached falls short of a defined limit time.
Vorteilhafterweise beträgt die Grenzspannung 80% bis 98%, vorrangig 90% bis 97% und idealerweise 93% bis 96% der Referenzspannung. The limit voltage is advantageously 80% to 98%, primarily 90% to 97% and ideally 93% to 96% of the reference voltage.
Vorliegend werden zur Beschreibung der Erfindung Absolutwerte der Referenzspannung und auch Bereiche der Referenzspannung als Differenz zwischen Ausgangsmesswert bzw. Startspannung und niedrigstem Spannungsniveau beschrieben. Da diese ineinander überführbar sind oder sich unmittelbar analog ableiten lassen, meint ein Absolutwert in analoger Weise auch die Spanne bzw. das Delta. Dieses gilt in analoger Weise auch für die sonstigen Werte, wie bspw. für den Grenzspannungsgradient oder die Grenzspannung oder die Messdauer, soweit nicht ausdrücklich etwas anderes bestimmt wird oder sich eine analoge Lesart zwingend ausschließt. In order to describe the invention, absolute values of the reference voltage and also ranges of the reference voltage are described as the difference between the output measured value or starting voltage and the lowest voltage level. Since these can be converted into one another or can be derived directly analogously, an absolute value also means the span or the delta in an analogous manner. This also applies in an analogous manner to the other values, such as the limiting voltage gradient or the limiting voltage or the measurement duration, unless expressly stated otherwise or an analog reading is absolutely impossible.
Insgesamt beträgt die Referenzdauer maximal 60s und eine theoretischer Referenzgradient wäre eine Horizontale, d.h. ein stabiles Spannungsniveau über die Zeit. In analoger Weise definiert sich aus der Referenzspannung und Grenzspannung/Grenzspannungsgradient die Grenzdauer, die den Zeitraum bis zum Erreichen des Grenzspannungsgradienten bzw. der Grenzspannung beschreibt. Idealerweise wird auch die Grenzdauer unter den gesetzlichen und/oder genormten Prüfbedingungen vor bzw. bei der Endkontrolle nach bzw. bei dem Herstellungsprozess des Versorgungsnetzwerkes und/oder eines Fahrzeugs mit diesem Versorgungsnetzwerk ermittelt. Overall, the reference duration is a maximum of 60s and a theoretical reference gradient would be a horizontal line, i.e. a stable voltage level over time. In an analogous manner, the limit duration is defined from the reference voltage and limit voltage/limit voltage gradient, which describes the period of time until the limit voltage gradient or the limit voltage is reached. Ideally, the limit duration is also determined under the legal and/or standardized test conditions before or during the final inspection after or during the manufacturing process of the supply network and/or a vehicle with this supply network.
Bei einer verbesserten Variante des Verfahrens wird die Spannung periodisch ermittelt. Die Messschritte sind dabei in den Bereichen von 0,01s bis 1s, vorrangig 0,01s bis 0,05s. In an improved variant of the method, the voltage is determined periodically. The measurement steps are in the range of 0.01s to 1s, primarily 0.01s to 0.05s.
Vorteilhafterweise wird mindestens beim Erreichen und/oder beim Unterschreiten der Grenzmessdauer bis zum Erreichen des Grenzspannungsgradienten und/oder der Grenzspannung eine Information als (Warn-) Hinweis über die Isolationseinrichtung als nicht funktionsfähig und/oder nicht sicher an eine von einem Benutzer des Versorgungsnetzwerkes wahrnehmbare Anzeigeeinheit geleitet. Eine derartige Anzeigeeinheit kann jede übliche optische, sensorische und/oder akustische Vorrichtung sein, die hierzu geeignet ist. Alternativ oder zusätzlich wird das Versorgungsnetzwerk bei einer als fehlerhaft erkannten Isolationseinrichtung mindestens teilweise abgeschaltet. Natürlich kann auch ein unmittelbarer oder gestufter Abschaltungsprozess eingeleitet werden, nach Erreichen oder Unterschreiten der Grenzmessdauer. Advantageously, at least when the limit measurement duration is reached and/or when the limit measurement duration is reached until the limit voltage gradient and/or the limit voltage is reached, information is sent as a (warning) notice about the isolation device being inoperative and/or not safe on a display unit that can be seen by a user of the supply network directed. Such a display unit can be any conventional optical, sensory and/or acoustic device that is suitable for this purpose. Alternatively or additionally, the supply network at an isolation device identified as faulty is at least partially switched off. Of course, an immediate or staged switch-off process can also be initiated after the limit measurement duration has been reached or fallen below.
Eine Ausführungsform besteht darin, in der Anzeigeeinheit periodisch oder aufgrund einer aktiven Anfrage des Benutzers an das Versorgungsnetzwerk und/oder einer Komponente hiervon, einen qualitativen und/oder quantitativen Hinweis zum Zustand der Isolationseinrichtung des Versorgungsnetzwerkes bereitzustellen. One embodiment consists in providing a qualitative and/or quantitative indication of the status of the isolation device of the supply network in the display unit periodically or based on an active request by the user to the supply network and/or a component thereof.
Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante wird die Messung bei einem maximalen Stromfluss von 1 mA und/oder einer maximalen Y-Kapazität von 2 pF durchgeführt. In a preferred variant of the method, the measurement is carried out with a maximum current flow of 1 mA and/or a maximum Y capacitance of 2 pF.
Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Versorgungsnetzwerk in einem Fahrzeug vorgesehen, wobei das Mess- und Prüfverfahren beim Betrieb des Fahrzeugs periodisch durchgeführt wird. Diese Gesamtmessperioden bis zur Ermittlung der Grenzspannung werden insbesondere in Gesamtperioden von weniger als 30s, insbesondere weniger als 20s durchgeführt. In der Regel werden die Isolationsmessungen unmittelbar, d.h. ohne Messpause durchgeführt. The supply network according to the invention is advantageously provided in a vehicle, with the measuring and testing method being carried out periodically during operation of the vehicle. These total measurement periods up to the determination of the limit voltage are carried out in particular in total periods of less than 30 s, in particular less than 20 s. As a rule, the insulation measurements are carried out immediately, i.e. without a measurement break.
Eine verbesserte Ausführung des Verfahrens sieht vor, dass mindestens eine Prozessoreinheit und mindestens ein Speichermedium vorgesehen sind, wobei von der Lebenszeit und/oder von Betriebszuständen des Versorgungsnetzwerkes oder eines Fahrzeuges abhängige An improved embodiment of the method provides that at least one processor unit and at least one storage medium are provided, depending on the service life and/or operating states of the supply network or a vehicle
- IsolationswerteZ-widerstände gespeichert werden und/oder - Insulation valuesZ-resistances are stored and/or
- Messdauern bis zum Erreichen des Grenzspannungsgradienten und/oder der Grenzspannungen und/oder deren zeitliche Verläufe, wie Messdauern bzw. Messschritte gespeichert und von der mindestens einen Prozessoreinheit ausgewertet werden. - Measurement durations until reaching the limit voltage gradient and/or the limit voltages and/or their time profiles, such as measurement durations or measurement steps, are stored and evaluated by the at least one processor unit.
Insgesamt gilt, dass die Prozessoreinheit, die Speichermedien und das Spannungsnetzwerk sowie deren Komponenten hierbei in nötiger beziehungsweise bekannter Art und Weise ström- und/oder datenleitend miteinander verbunden sind, was vorliegend nicht näher ausgeführt wird. All in all, the processor unit, the storage media and the voltage network as well as their components are connected to one another in a necessary or known manner to conduct electricity and/or data, which is not explained in detail here.
Hierzu werden vorteilhafterweise die sonstigen, insbesondere im Fahrzeug üblicherweise erfassten Messwerte, wie Temperaturen, Feuchte, Vibration etc. mit beachtet und in Korrelation gebracht. For this purpose, the other measured values, such as temperatures, humidity, vibration, etc., which are usually recorded in particular in the vehicle, are advantageously also taken into account and correlated.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn auf diese Weise von der Lebenszeit oder den Betriebszuständen abhängige Isolationswerte, Messdauern oder deren zeitlichen Verläufe gespeichert und von der Prozessoreinheit auswertet werden. Hierdurch ist eine Prognose oder eine Wahrscheinlichkeit für zukünftig, zu erwartende Fehler der Isolationseinheit möglich. Dies könnten beispielsweise Zusammenhänge mit der Motortemperatur, Außentemperatur, Feuchte und/oder Vibration und/oder deren Verläufe sein, die in der Zusammenschau mit den Widerstandswerten auswertbar sind. It is particularly advantageous if, in this way, insulation values, measurement durations or their chronological sequences which are dependent on the service life or the operating states are stored and evaluated by the processor unit. This makes it possible to make a prognosis or a probability for faults in the insulation unit that are to be expected in the future. This could for example Correlations with the engine temperature, outside temperature, humidity and/or vibration and/or their progressions, which can be evaluated together with the resistance values.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Detektieren eines Isolationsfehlers in einer Batterie oder einem Batteriesystem eines Fahrzeuges, so dass durch die Erfindung auch eine Batterie für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Versorgungsnetzwerk umfasst ist. Dabei sind vorrangig landgeführte Fahrzeuge gemeint, aber das erfindungsgemäße Verfahren oder das Batteriesystem umfassen auch den Einsatz bei Luft- und/oder Wasserfahrzeugen. The method according to the invention is particularly suitable for detecting an insulation fault in a battery or a battery system of a vehicle, so that the invention also includes a battery for a vehicle with an electrical supply network. This primarily means land-based vehicles, but the method according to the invention or the battery system also includes use in aircraft and/or water vehicles.
Das erfindungsgemäße Batteriesystem kann insbesondere für Fahrzeuge zur Personen- und/oder Lastenbeförderung genutzt werden und umfasst ein Versorgungsnetzwerk oder ist hiermit verbindbar. Zudem ist mindestens eine Prozessoreinheit umfasst oder verbunden, wie ein Bordcomputer und/oder ein oder mehrere Mikroprozessoren. Die Steuer- und Systeminformationen können von diesen an eine Anzeigeeinheit geleitet werden. Die zugehörige Batterie ist insbesondere als Hochvoltbatterie (HV- Batterie) ausgebildet. Die Nennspannung des elektrischen Versorgungsnetzwerks liegt im Falle einer HV-Batterie beispielsweise in einem Bereich von über 60 V. The battery system according to the invention can be used in particular for vehicles for transporting people and/or loads and includes a supply network or can be connected to it. In addition, at least one processor unit is included or connected, such as an on-board computer and/or one or more microprocessors. The control and system information can be routed from these to a display unit. The associated battery is designed in particular as a high-voltage battery (HV battery). In the case of an HV battery, for example, the nominal voltage of the electrical supply network is in a range of over 60 V.
Hierbei ist eine Messeinheit zur Ermittlung der Messspannung vorgesehen, mittels welcher das Mess- und Überwachungsverfahren nach einem der vorstehend genannten Varianten durchgeführt werden kann. In this case, a measuring unit is provided for determining the measuring voltage, by means of which the measuring and monitoring method can be carried out according to one of the variants mentioned above.
Bei einer verbesserten Ausführungsform ist die Prozessoreinheit mit mindestens einem Speicherelement datenleitend verbunden, wobei auf dem Speichermedium auslieferungsseitig und/oder im Betrieb In an improved embodiment, the processor unit is connected in a data-conducting manner to at least one storage element, the storage medium being stored on the delivery side and/or during operation
- des Fahrzeuges und/oder - of the vehicle and/or
- des Versorgungsnetzwerkes ermittelte Spannungswerte und/oder Messdauern hinterlegt sind. Dies sind insbesondere mindestens eine Referenzspannung und/oder eine Endspannung des Versorgungsnetzwerkes und/oder eine maximal zulässige Grenz- oder Referenzdauer. - Voltage values and/or measurement durations determined for the supply network are stored. In particular, these are at least one reference voltage and/or one end voltage of the supply network and/or a maximum permissible limit or reference duration.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn im Speichermedium von der Lebenszeit und/oder von Betriebszuständen der Batterie, des Fahrzeuges oder des Versorgungsnetzwerkes abhängige Isolationswerte, Messdauern bis zum Erreichen der Grenzspannungen und/oder deren zeitlichen Verläufe gespeichert und somit von der Prozessoreinheit auswertbar sind. So kann eine Prognose oder eine Wahrscheinlichkeit für ein zukünftiges Szenario und ein damit verbundener, zu erwartender Fehler oder Ausfall der Isolationseinheit ermittelt und zur Anzeige gebracht werden. Dies können beispielsweise Zusammenhänge mit der Motor- oder Außentemperatur, Feuchte, Vibration und/oder deren Verläufe sein, die in der Zusammenschau mit den Widerstandwerten auswertbar sind. It is particularly advantageous if insulation values that depend on the service life and/or the operating states of the battery, the vehicle or the supply network, measurement times until the limit voltages are reached and/or their time profiles are stored in the storage medium and can therefore be evaluated by the processor unit. In this way, a prognosis or a probability for a future scenario and an associated, expected error or failure of the insulation unit can be determined and displayed. This can for example, correlations with the engine or outside temperature, humidity, vibration and/or their progression, which can be evaluated together with the resistance values.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Further details and advantages of the invention will now be explained in more detail using an exemplary embodiment illustrated in the drawings.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 einen graphischen Verlauf einer Spannungsmessung für einen Zweig bis zumFig. 1 shows a graphical progression of a voltage measurement for a branch up to
Erreichen der Referenzspannung, reaching the reference voltage,
Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Graphen nach Figur 1 bis zum Erreichen derFig. 2 shows a section of the graph of Figure 1 until reaching
Grenzspannung (VG), limit voltage (VG),
Fig. 3 eine weitere Spannungsmessung für einen fehlerhaften Zweig einesFig. 3 shows another voltage measurement for a faulty branch of a
Versorgungsnetzwerkes und supply network and
Fig. 4 eine Verlaufsdarstellung dV/dt der Spannungsänderung bis zum Erreichen derFig. 4 is a curve representation dV / dt of the voltage change until reaching the
Grenzspannung. limit voltage.
In der Figur 1 ist der graphische Verlauf einer Spannungsmessung als Spannung (V, Y-Achse) über der zeit (s, X-Achse) für einen Zweig des Versorgungsnetzes bis zum Erreichen der Referenzspannung VR dargestellt. Zum Startzeitpunkt bei Sekunde 45 beträgt die Messspannung VM 445V und sinkt bis zur Sekunde 66, also innerhalb von 21s, der Referenzdauer D DR, auf die Referenzspannung V von 355V ab. Die Spannungsgradienten Gvi bis GVG die sich pro Messschritt AtM von 2 ms ergeben sind als Steigungsdreiecke oberhalb der Spannungskurve symbolisiert. Das Batteriesystem beziehungsweise das zugehörige Fahrzeug ist nachfolgend nicht dargestellt. FIG. 1 shows the graphical progression of a voltage measurement as a voltage (V, Y axis) over time (s, X axis) for a branch of the supply network until the reference voltage VR is reached. At the start time at 45 seconds, the measurement voltage VM is 445V and falls to the reference voltage V of 355V up to the 66th second, i.e. within 21s, the reference duration D DR. The voltage gradients Gvi to GVG that result per measurement step AtM of 2 ms are symbolized as gradient triangles above the voltage curve. The battery system or the associated vehicle is not shown below.
Nachfolgend erfolgt keine oder fast keine weitere Absenkung der Spannung über die Zeit. Diese theoretisch erreichbare Horizontale als finale/-s SpannungZ-sniveau definiert die Referenzspannung VR. Subsequently, there is no or almost no further reduction in the voltage over time. This theoretically achievable horizontal line as the final voltage level defines the reference voltage VR.
Der Grenzspannungsgradienten GVG wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel definiert durch eine Spannungsänderung AV von 0,1V pro 100ms, die vorliegend nach der Messdauer AT erreicht wird, die vorliegend identisch mit der Grenzmessdauer ATG ist. In the present exemplary embodiment, the limit voltage gradient GVG is defined by a voltage change AV of 0.1 V per 100 ms, which in the present case is reached after the measurement period AT, which in the present case is identical to the limit measurement period ATG.
Der Grenzspannungsgradienten G G wird hersteller- oder nutzerseitig bestimmt und kann über die Nutzungszeit beispielsweise eines Fahrzeuges angepasst werden. Analog kann auch eine Grenzmessdauer ATG aus der Referenzdauer ATR bestimmt werden oder aus dem Grenzspannungsgradienten GVG abgeleitet werden. Eine Isolation ist umso hochwertiger, je größer die Grenzmessdauer ATG ist. Im Stand der Technik wäre der Zeitpunkt bei Sekunde 66 auch das Ende der Messung, welche erst im Anschluss prozessorseitig ausgewertet werden könnte. The limiting voltage gradient GG is determined by the manufacturer or by the user and can be adjusted over the period of use, for example of a vehicle. Analogously, a limit measurement period ATG can also be determined from the reference period ATR or can be derived from the limit voltage gradient GVG. Isolation is all the more valuable the greater the limit measurement duration ATG. In the prior art, the point in time at second 66 would also be the end of the measurement, which could only then be evaluated by the processor.
Wie in der Ausschnittdarstellung der Figur 2 gezeigt, wird bereits nach einer Messdauer AT von 17s der dem Grenzspannungsgradienten GVG erreicht, wobei die Grenzspannung VG von 359,5 V 95% der Referenzspannung VR von 355V beträgt. As shown in the detail view of FIG. 2, the limit voltage gradient GVG is reached after a measurement duration AT of 17s, with the limit voltage VG of 359.5 V being 95% of the reference voltage VR of 355V.
Es kann also vorliegend bereits 4s (ÜTG-R = 4s) vor dem Erreichen des Grenzspannungsgradienten bzw. Referenzspannung V die Messung erfolgreich abgeschlossen werden, weil eine hinreichende Sicherheit ein nicht-schadhafter Zustand der Isolation ermittelt wurde. In the present case, the measurement can therefore already be successfully completed 4s (ÜTG-R=4s) before the limit voltage gradient or reference voltage V is reached, because a sufficient degree of certainty that the insulation state was not defective was determined.
In dem Verlauf der Spannung nach Figur 3 liegt eine defekte Isolation des Versorgungsnetzwerkes oder des gemessenen Abschnitts vor, so dass der Grenzspannungsgradienten GVG und damit die Grenzspannung VG bereits nach 53,5s erreicht wird, also in einer MesszeitspanneZ-dauer DTM kleiner als die Grenzdauer DTG, die als minimaler Wert im System hinterlegt wurde, wobei der Grenzspannungsgradienten G G auch direkt messbar ist. In the course of the voltage according to Figure 3, there is a defective insulation of the supply network or the measured section, so that the limit voltage gradient GVG and thus the limit voltage VG is already reached after 53.5 s, i.e. in a measurement time spanZ duration DTM less than the limit duration DTG , which was stored as the minimum value in the system, whereby the limit stress gradient G G can also be measured directly.
Hier ist der besondere Vorteil der Erfindung gut ersichtlich, nämlich dass trotz Anwendung dieser relativ einfach durchführbaren Mess- und Überwachungsmethode, eine fehlerhafte Isolation umso früher erkannt wird, je größer der Defekt und damit der Spannungsverlust bzw. die Fehlströme sind. In dem gezeigten Beispiel beträgt der Zeitvorteil DT M-G gegenüber dem vollständigen Durchlaufen der Grenzdauer DTG fast 8s und der Zeitvorteil ÜTG-R gegenüber der vollständigen Erreichung der Referenzspannung fast 13s. The particular advantage of the invention is clearly evident here, namely that despite the use of this relatively easy-to-implement measuring and monitoring method, faulty insulation is detected earlier the larger the defect and thus the loss of voltage or fault currents. In the example shown, the time advantage DT M-G compared to completely passing through the limit duration DTG is almost 8s and the time advantage ÜTG-R compared to completely reaching the reference voltage is almost 13s.
Schließlich zeigt die Figur 4 den schrittweisen Verlauf einer Spannungsmessungsperiode (Messdauer AT) als Verlauf gemäß den vorherigen Darstellungen. Ein jeder Messschritt AtM beträgt 0,25s und die letzten vier Messschritte i-iv bis zum Erreichen des Grenzspannungsgradienten GVG ca. 0,15 V pro 250 ms bzw. der Grenzspannung VG von ~359V bei Sekunde ~53,2 führt zum Ende der Messung bzw. der Gesamtperiode, ohne dass die eigentliche Referenzspannung V oder das stabile Spannungsniveau erreicht wurden. . Finally, FIG. 4 shows the step-by-step course of a voltage measurement period (measurement duration ΔT) as a course according to the previous illustrations. Each measuring step AtM is 0.25s and the last four measuring steps i-iv until reaching the limit voltage gradient GVG approx. 0.15 V per 250 ms or the limit voltage VG of ~359V at ~53.2 seconds leads to the end of the measurement or the total period without the actual reference voltage V or the stable voltage level being reached. .

Claims

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Patentansprüche Mess- und Überwachungsverfahren zum Prüfen eines Isolationswiderstandes einer Isolationseinrichtung bei einem eine Batterie umfassenden, ungeerdeten Versorgungsnetzwerk, wobei die Batterie insbesondere eine Hochvoltbatterie (HV-Batterie) ist, indem über mindestens einen definierten Widerstand eine Messspannung (VM) für eine die Messdauer (AT) in einem der folgenden Messzweige ermittelt wird, nämlich zwischen Measuring and monitoring method for testing an insulation resistance of an insulation device in an unearthed supply network comprising a battery, the battery being in particular a high-voltage battery (HV battery) in that a measurement voltage (VM) is applied across at least one defined resistance for a measurement period (AT ) is determined in one of the following measuring branches, namely between
- dem H(+)-Pol der Batterie und dem Hauptrahmen (Chassis), - the H(+) pole of the battery and the main frame (chassis),
- dem H(-)-Pol der Batterie und dem Hauptrahmen und/oder - the H(-) pole of the battery and the main frame and/or
- den beiden Polen der Batterie, und wobei das Versorgungsnetzwerk eine Referenzspannung (VR) aufweist, wobei die Referenzspannung (V ) - the two poles of the battery, and the supply network having a reference voltage (VR), the reference voltage (V )
- das stabile, abfallfreie Spannungsniveau bei einem gegebenen SOLL-Zustand des Versorgungsnetzwerkes darstellt und/oder - represents the stable, drop-free voltage level for a given TARGET state of the supply network and/or
- nach einer Referenzdauer (ÜTR) erreicht ist und/oder als erreicht definiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationswiderstand des Versorgungsnetzwerkes aufgrund mindestens eines definierten Grenzspannungsgradienten (GVG) bestimmt wird, wobei der Grenzspannungsgradient (GVG) definiert ist als Spannungsänderung (AV) pro Messschritt ( IM), und wobei der Grenzspannungsgradient (GVG) in den drei Messzweigen ermittelt wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzspannungsgradient (G G) kleiner als 0,5V/100ms, vorteilhafterweise kleiner als 0,3V/100ms und idealerweise im Bereich von 0,25V/100ms bis 0,05V/100ms liegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationswiderstand des Versorgungsnetzwerkes aufgrund einer durch einen Grenzspannungsgradienten (GVG) bestimmte Grenzspannung (VG) ermittelt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Referenzspannung (VR) im Auslieferungszeitpunkt des Versorgungsnetzwerkes definiert wird und/oder - is reached after a reference period (ÜTR) and/or is defined as being reached, characterized in that the insulation resistance of the supply network is determined on the basis of at least one defined limit voltage gradient (GVG), the limit voltage gradient (GVG) being defined as a voltage change (AV) per Measuring step ( IM), and where the limiting stress gradient (GVG) is determined in the three measuring branches. Method according to Claim 1, characterized in that the limiting voltage gradient (G G) is less than 0.5V/100ms, advantageously less than 0.3V/100ms and ideally in the range from 0.25V/100ms to 0.05V/100ms. Method according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the insulation resistance of the supply network is determined on the basis of a limit voltage (VG) determined by a limit voltage gradient (GVG). Method according to one of the preceding claims, characterized in that - the reference voltage (VR) is defined at the time of delivery of the supply network and/or
- die erreichte Endspannung nach einer Referenzdauer (□ DR) von mehr als 20s, insbesondere nach mehr als 30s, wobei die Referenzdauer (D DR) maximal 60s beträgt. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Grenzspannungsgradienten (GVG) eine Grenzmessdauer (□ DG) bestimmt wird, wobei die Grenzmessdauer (□ DG) definiert wird durch die Messdauer (AT), die bis zum Erreichen des Grenzspannungsgradienten (GVG) und/oder der Grenzspannung (VG) erforderlich ist. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationswiderstand bei einer bestimmten Anzahl von Messdauern (AT) und/oder für einem bestimmten Zeitraum zur Isolationsmessung durch mittels eines Grenzspannungsgradienten (GVG) bestimmten und festgelegten Grenzspannung (VG) und/oder Grenzmessdauer (D DG) bestimmt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messpannung (VM) periodisch gemessen wird, insbesondere in Messschritten ( IM) von 0,01s bis 1s, vorrangig 0,01s bis 0,05s. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Isolationswiderstand als fehlerhaft definiert wird, wenn die Messdauer (AT) bis zum Erreichen des Grenzspannungsgradienten (GVG) und/oder der Grenzspannung (VG) eine definierte Grenzdauer (ATG) unterschreitet. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens beim Erreichen und/oder beim Unterschreiten der Grenzmessdauer (D DG) bis zum Erreichen des Grenzspannungsgradienten (G G) und/oder der Grenzspannung (VG) eine Information über die Isolationseinrichtung als nicht funktionsfähig an eine von einem Benutzer des Versorgungsnetzwerkes wahrnehmbare Anzeigeeinheit geleitet wird und/oder das Versorgungsnetzwerk mindestens teilweise, insbesondere vollständig abgeschaltet wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anzeigeeinheit periodisch und/oder aufgrund einer Anfrage des Benutzers an das Versorgungsnetzwerk und/oder eine Komponente des Versorgungsnetzwerkes ein qualitativer und/oder quantitativer Hinweis zum Zustand der Isolationseinrichtung gegeben wird. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Stromfluss bei der Spannungsmessung 1 mA und/oder die maximale Y-Kapazität 2 pF beträgt. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Versorgungsnetzwerk in einem Fahrzeug vorgesehen ist und das Verfahren beim Betrieb des Fahrzeugs periodisch durchgeführt wird, insbesondere in einer Gesamtperiode von weniger als 30s, insbesondere weniger als 20s. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Prozessoreinheit und mindestens ein Speichermedium vorgesehen sind, wobei von der Lebenszeit und/oder von Betriebszuständen des abhängige 11 - the final voltage reached after a reference period (□ DR) of more than 20s, in particular after more than 30s, with the reference period (D DR) being a maximum of 60s. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a limit measurement time (□ DG) is determined by the limit voltage gradient (GVG), the limit measurement time (□ DG) being defined by the measurement time (AT) until the limit voltage gradient (GVG ) and/or the limit voltage (VG) is required. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the insulation resistance for a specific number of measurement periods (AT) and/or for a specific period of time for insulation measurement by means of a limit voltage gradient (GVG) determined and fixed limit voltage (VG) and/or limit measurement period ( D DG) is determined. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measuring voltage (VM) is measured periodically, in particular in measuring steps (IM) of 0.01s to 1s, primarily 0.01s to 0.05s. Method according to one of the preceding claims, characterized in that an insulation resistance is defined as faulty if the measurement duration (AT) falls below a defined limit duration (ATG) until the limit voltage gradient (GVG) and/or the limit voltage (VG) is reached. Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least when reaching and/or falling below the limit measurement duration (D DG) until the limit voltage gradient (GG) and/or the limit voltage (VG) is reached, information about the isolation device indicates that it is not functional a display unit that can be seen by a user of the supply network is managed and/or the supply network is switched off at least partially, in particular completely. Method according to one of the preceding claims, characterized in that a qualitative and/or quantitative indication of the state of the isolation device is given in the display unit periodically and/or based on a user request to the supply network and/or a component of the supply network. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the maximum current flow in the voltage measurement is 1 mA and/or the maximum Y capacitance is 2 pF. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the supply network is provided in a vehicle and the method is carried out periodically during operation of the vehicle, in particular in a total period of less than 30s, in particular less than 20s. Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one processor unit and at least one storage medium are provided, the lifetime and/or operating states being dependent 11
- Isolationswerte gespeichert werden und/oder - Insulation values are stored and/or
- Messdauer (ATM bis zum Erreichen des Grenzspannungsgradienten (GVG) und/oder der Grenzspannungen (VR) und/oder - Measurement duration (ATM until reaching the limiting voltage gradient (GVG) and/or the limiting voltages (VR) and/or
- die zeitlichen Verläufe der Messdauern (ATM) und/oder der Messschritte (AtM) bis zum Erreichen des Grenzspannungsgradienten (GVG) und/oder der Grenzspannungen (V ) gespeichert und von der mindestens einen Prozessoreinheit ausgewertet werden. Batteriesystem, umfassend insbesondere eine Hochvoltbatterie (HV-Batterie) für ein Fahrzeug, insbesondere ein Fahrzeug zur Personen- und/oder Lastenbeförderung, umfassend oder verbindbar mit mindestens eine Prozessoreinheit, und umfassend oder verbindbar mit mindestens einer Anzeigeeinheit, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Messeinheit zur Ermittlung der Messspannung nach einem Mess- und Überwachungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst ist. Batteriesystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessoreinheit mit mindestens einem Speicherelement datenleitend verbunden ist, wobei auf dem Speichermedium mindestens eine Referenzspannung (VR), eine Grenzdauer (Dtc) und/oder eine Endspannung (Vmin) des Versorgungsnetzwerkes gespeichert ist, insbesondere die Referenzspannung (VR), Grenzdauer (Dtc) und/oder Endspannung (Vmin) ermittelt bei einem gegebenen SOLL-Zustand. Batteriesystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Speichermedium von der Lebenszeit und/oder von Betriebszuständen des Fahrzeuges und/oder des Versorgungsnetzwerkes abhängige - The time curves of the measurement durations (ATM) and/or the measurement steps (AtM) until the limit voltage gradient (GVG) and/or the limit voltages (V) is reached are stored and evaluated by the at least one processor unit. Battery system, comprising in particular a high-voltage battery (HV battery) for a vehicle, in particular a vehicle for passenger and/or freight transport, comprising or connectable to at least one processor unit, and comprising or connectable to at least one display unit, characterized in that the one measuring unit for determining the measurement voltage according to a measurement and monitoring method according to one of claims 1 to 13. Battery system according to Claim 14, characterized in that the processor unit is connected in a data-conducting manner to at least one storage element, at least one reference voltage (VR), a limit duration (Dtc) and/or an end voltage (Vmin) of the supply network being stored on the storage medium, in particular the Reference voltage (VR), limit duration (Dtc) and/or final voltage (Vmin) determined at a given TARGET condition. Battery system according to Claim 15, characterized in that in the storage medium depend on the service life and/or on the operating states of the vehicle and/or the supply network
- Isolationswerte gespeichert werden und/oder - Insulation values are stored and/or
- Messdauer (AtM) bis zum Erreichen der Grenzspannungen (VG) und/oder - Measurement duration (AtM) until reaching the limit voltages (VG) and/or
- die zeitlichen Verläufe der Messdauer (AtM) bis zum Erreichen der Grenzspannungen (VG) speicherbar sind, und welche von der mindestens einen Prozessoreinheit auswertbar sind. - The time curves of the measurement duration (AtM) until the limit voltages (VG) are reached can be stored, and which can be evaluated by the at least one processor unit.
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