WO2023148147A1 - Erfassung von symmetrischen und asymmetrischen isolationsfehlern durch asymmetrisch schaltbare fehlerstromerfassung - Google Patents

Erfassung von symmetrischen und asymmetrischen isolationsfehlern durch asymmetrisch schaltbare fehlerstromerfassung Download PDF

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Sébastien DELEPOUVE
Philippe SERRECCHIA
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Definitions

  • connection to this accumulator is necessary in order to charge it, and on the other hand, there are connections between the vehicle electrical system, which contains the accumulator, and external components if these are to be supplied from the accumulator (or this store). It is therefore important to ensure that the connection to external components (i.e. to a load to be supplied or to a charging station) does not result in dangerous contact voltages on the vehicle.
  • the potentials of the vehicle electrical system are isolated from a chassis potential, while charging stations, for example, have a ground potential that is connected to the chassis potential or ground potential of the vehicle electrical system.
  • an insulation fault detection circuit as part of a vehicle-based power transmission circuit, which not only detects a one-sided fault of a high-voltage potential with respect to ground, but also reliably symmetrical insulation faults that can occur, for example, with a defective charging cable in which the insulation of both high-voltage potentials is faulty.
  • An insulation fault detection circuit which, for detecting a fault current, has a first and a second high-voltage connection and a ground potential connection which is connected to the high-voltage connections via a fault current measuring device. Since both connections are connected via a relevant measuring resistor, fault currents can be detected at both high-voltage potentials, with the measuring resistors serving to limit the current flowing in the measuring device.
  • the measuring resistors connect the respective high-voltage connections to a connection point, which is connected to the ground potential connection via a fault current measuring device. If there is a fault current at one of the two high-voltage connections, then this is routed through the relevant measuring resistor to the fault current measuring device and can be detected there.
  • the two fault currents that flow via the high-voltage connections compensate each other via the connection point, so that the subsequent fault current measuring device, which connects the connection point to the ground potential connection, cannot fully record any of the fault currents, and in particular if the both fault currents detected no current.
  • the fault current measuring device does not detect any current flowing through it, then either the insulation is free of defects or there is a symmetrical insulation defect between the high-voltage potentials and ground, in which the fault currents of the two high-voltage connections cancel each other out.
  • one of the two measuring resistors is connected to a measuring switch that is serial for this purpose.
  • One of the two measuring resistors is therefore connected via the measuring switch that is serial for this purpose (ie connected to one of the connections via this switch).
  • One of the measuring resistors can then be switched via the measuring switch Disconnect from the relevant high-voltage connection or from the connection point so that the residual current of the other high-voltage connection can be fully recorded by the residual current measuring device.
  • both high-voltage connections are connected to the fault current measuring device, so that a faulty simple (asymmetrical) insulation fault with respect to ground can be detected. Since the fault current measuring device is also set up to detect the current when the measuring switch is open, the compensation of the fault currents among one another via the connection point can be avoided in the event of a symmetrical fault, so that the symmetrical fault current can be detected.
  • the insulation fault detection circuit according to the invention or the higher-level vehicle energy transmission circuit can be provided inexpensively only by adding a switch in series to one of two measuring resistors, the fault current measuring device also being used for both potentials. It is therefore not necessary to provide a separate fault current measuring device for both measuring resistors or for both high-voltage connections.
  • a vehicle energy transmission circuit is therefore described which is designed in particular for high voltage (ie voltages greater than 60 V, in particular at least 200 V, 400 V or 800 V).
  • the transmission circuit is present in the vehicle and can be provided in particular between a traction battery and connections that are set up for connecting external components such as external consumers or an external charging station.
  • the transmission circuit includes the insulation fault detection circuit.
  • This detection circuit has a fault current measuring device, a first high-voltage connection, a second high-voltage connection and a ground potential connection. These connections are set up to connect the detection circuit to the transmission circuit and can be designed, for example, as signal connections or signal contacts.
  • the connections can be designed for low continuous currents, for example for continuous currents of less than 1 A.
  • the high-voltage connections are designed for high potentials, they are preferably equipped with appropriate insulation measures.
  • the insulation fault detection circuit also has a first and a second measuring resistor. Furthermore, the detection circuit has a measuring switch.
  • the resistors and switch are also designed for measurement purposes only and are not power devices.
  • the resistors and the switch can be designed for continuous currents of no more than 1 A, in particular since they only serve to detect but not to guide a power flow of the transmission circuit.
  • the resistors are preferably designed as high-voltage resistors.
  • One of the high-voltage connections of the detection circuit is connected in series to a connection point via one of the measuring resistors and via the measuring switch.
  • the measuring resistor can be connected to the high-voltage connection, with the measuring switch connecting the measuring resistor to the connection point.
  • the measuring switch can be connected to the high-voltage connection, with the measuring resistor connecting the measuring switch to the connection point.
  • connection point there is thus a series connection of one of the measurement resistors and the measurement switch, this series connection connecting the high-voltage connection to the connection point.
  • the other measuring resistor connects the other high-voltage connection to the connection point.
  • the first high-voltage connection can be connected in series to the connection point via the first measurement resistor and the measurement switch, while the second high-voltage connection is connected to the connection point via the measurement resistor.
  • the second high-voltage connection can also be connected in series to the connection point via the measuring resistor and the measuring switch, while the first high-voltage connection is connected directly to the connection point via the measuring resistor.
  • the connection point itself is connected to the ground potential connection via a fault current measuring device.
  • the fault current measuring device itself conductively connects the connection point to the ground potential connection.
  • the fault current measuring device can in particular have a shunt resistor (or a measuring resistor) in order to determine the fault current via a voltage drop across this resistor.
  • the fault current measuring device can also have a line that connects the connection point to the ground potential connection, with a magnetic sensor, in particular a Hall sensor, being provided in order to detect the magnetic field generated by the fault current (the magnetic field surrounding the conductor).
  • the line can also be magnetically coupled to a winding across which a voltage drops that is proportional to the first time derivative of the fault current.
  • the fault current can also be detected in this way.
  • the fault current measuring device is therefore equipped with a current sensor which connects the connection point to the ground potential connection (directly or indirectly, in particular via a measuring switch).
  • the fault current measuring device is set up to detect a current that flows between the connection point and the ground potential connection.
  • the residual current measuring device is thus set up to detect a current that flows through it.
  • the fault current measuring device can emit a signal which reflects the size of the current.
  • the residual current measuring device is set up to detect this current when the measuring switch is open (as a first value), and is also set up to detect this current when the measuring switch is closed (as a second value).
  • the residual current measuring device is thus set up to output a first value that reflects the current when the measuring switch is open, and to output a second value that reflects the current when the measuring switch is closed.
  • the fault current measuring device can be connected to the measuring switch in a driving manner in order to open or close it in a suitable manner.
  • a higher-level control device can also be provided, which is connected to the residual current measuring device and is controlled by the measuring switch. This control device can then open the measuring switch and coordinate or synchronize the measurement by the residual current measuring device.
  • the residual current measuring device can in particular have a data output via which signals can be output which reflect the current when the measuring switch is open and the current when the measuring switch is closed.
  • the error current measuring device can be set up to output a first error signal when the current is flowing when the measuring switch is open, and to output a second error signal when the current detected by the device is above the limit value when the current detected by this device is above a limit value , but is recorded with the measuring switch closed.
  • the former fault represents a symmetrical insulation fault and the latter fault represents an asymmetric insulation fault.
  • the potentials of both high-voltage connections are connected to the ground potential connection or the potential via an insulation resistance that is too low, and in the event of an asymmetric fault, only one potential of one of the two high-voltage connections is connected to the potential of the ground potential connection via an insulation resistance that is too low.
  • the limit value required for this can be a limit value which results from a standard or reflects a limit above which the possibility of damage to a person through whom a current of this size flows reflects.
  • the fault current measuring device is set up to output an asymmetrical insulation fault if the current is greater than a fault current limit when the measuring switch is closed, and is also set up to output a symmetrical fault if the current is larger than the fault current limit when the measuring switch is open.
  • Different fault current limits can also be provided for open and closed switches.
  • the residual current limit corresponds in particular to the previously mentioned limit value.
  • the fault current measuring device or the vehicle energy output circuit can have a signal output to which a signal is output which reflects the type of error.
  • a voltage monitoring circuit is preferably provided in addition to the residual current detection by means of the residual current measuring device and the associated measuring resistors or associated measuring switches (ie in addition to the residual current-based circuit). This can be viewed as another insulation fault detection circuit.
  • the voltage monitoring circuit and the fault current-based circuit described here which includes the fault current measuring device and the measuring resistors as well as the measuring switch, can be regarded as part of a common insulation fault detection circuit.
  • the voltage monitoring circuit also has a first and a second high-voltage connection and a ground potential connection. These can be provided separately from the relevant terminals of the residual current-based circuit, but are preferably provided together with them. This facilitates the connection of the voltage monitoring circuit and the residual current measuring device to the vehicle energy delivery circuit.
  • the voltage monitoring circuit has voltage balance detection.
  • the voltage monitoring circuit or the voltage symmetry detection is therefore set up to detect whether the potentials of the high-voltage connections are symmetrical with respect to the ground potential connection, or whether there is a deviation in symmetry.
  • the voltage symmetry detection is set up to determine a deviation in the symmetry of the potentials of the high-voltage connections compared to the ground potential connection.
  • the voltage symmetry detection is thus a circuit that is set up to detect the deviation of the voltage symmetry of the high-voltage connections compared to the ground potential connection.
  • the voltage symmetry detection can have its own resistors in order to detect the voltage present thereon, or it can be implemented using the measuring resistors of the residual current measuring device, which detect the voltages dropping there.
  • the circuit in question has, in particular, a voltage measuring device that is set up to detect the deviation in symmetry.
  • Voltage balance detection is preferred configured to open the sensing switch when the deviation is less than a predetermined voltage imbalance limit.
  • the voltage symmetry detection is connected to the measuring switch in a driving manner. Therefore, if the voltage symmetry detection detects a symmetry deviation that is smaller than the specified voltage asymmetry limit, there may be no insulation fault or there may be a symmetrical insulation fault, ie a two-sided insulation fault with respect to the ground potential.
  • the insulation fault detection circuit is preferably set up to open the measuring switch only if the deviation is less than the predetermined voltage asymmetry and if the current determined by the fault current measuring device is less than a fault current limit.
  • the voltage asymmetry limit can be presented as a proportional indication that reflects the voltage ratio between the first high-voltage connection and ground potential connection and the second high-voltage connection and ground potential connection (in particular as an amount).
  • the voltage asymmetry limit can also be represented as the (maximum) difference between the magnitudes of these voltages.
  • the voltage symmetry detection or the associated circuit can be implemented in part by means of the measuring resistors of the fault current measuring device.
  • the voltage symmetry detection includes a voltage measuring device that is connected to the measuring resistors and is set up to detect the voltage drop across the measuring resistors.
  • the voltage measuring device can be connected to both ends of the measuring resistors.
  • the connection between the voltage measuring device and the measuring resistors can have a voltage divider.
  • the voltage measuring device is set up to determine the deviation from symmetry as the difference between the magnitudes of these voltages.
  • the voltage measuring device can also be connected directly to the high-voltage connections and the ground potential connection, without additional resistors or without a direct connection to both ends of the measuring resistors (the fault-current-based circuit).
  • the voltage measuring device can have voltage dividers in order to adapt the measurement voltages to inputs of a voltage measurement unit (A/D converter).
  • the voltage symmetry detection or its circuit has its own voltage measurement resistors.
  • the voltage measuring resistors are connected between the ground potential connection on the one hand and the high-voltage connections on the other hand (directly or indirectly via resistors from the voltage divider).
  • the voltage symmetry detection has a voltage measuring device that is connected to the voltage measuring resistors (in particular directly or via voltage dividers). The voltage measuring device is set up to detect the voltages dropping across the voltage measuring resistors and is also set up to determine the deviation from symmetry as the difference between the magnitudes of these voltages.
  • the insulation fault detection circuit can be arranged to have this switch (“measuring switch of the voltage monitoring circuit") open when the voltage balance detection is inactive and closed when the voltage balance detection is active.
  • the voltage balance detector may be active repeatedly, and preferably periodically, and inactive between periods when it is active. Disconnecting the voltage sensing resistors from the ground potential terminal during inactive periods of voltage balance sensing (by means of the relevant sensing switch) avoids interference from an active insulation sensing device. This also applies to the residual current-based circuit whose measuring switch can be opened accordingly.
  • the energy delivery circuit is configured to activate an active isolation detection circuit when the said switch is open and to deactivate when said switch is closed.
  • the vehicle power transmission circuit preferably has two voltage rails with different potentials, to which the high-voltage connections (of the voltage symmetry detection and/or the residual current-based circuit or its resistances and measuring device) are connected directly or via serial resistances, fuses and/or switches.
  • the power transmission circuit is set up to transmit a current, which is used for power transmission, via the busbars.
  • the bus bars are electrically isolated from a ground potential, in particular via the ground potential connection.
  • the busbars can be AC busbars or DC busbars.
  • the energy transmission circuit can have two ends between which this energy can be transmitted, both ends each having a power connection. Between these ends
  • the busbars are provided for power connections, and the busbars can connect both ends directly to one another, or one or more power converters and/or converters can be provided, via which the busbars are connected to the respective ends of the energy transmission circuit.
  • the high-voltage connections of the insulation fault detection circuit are connected to the rails in order to be able to detect a current flowing through the fault current measuring device and, if necessary, also to make a deviation in the symmetry of the potentials of the high-voltage connections detectable by the voltage symmetry detection.
  • Two AC connections can be provided as power connections of the energy transmission circuit, with the busbars being provided as AC busbars.
  • the AC power rails are connected to the AC terminals.
  • the Energy transmission circuit have two DC connections, wherein the busbars are designed as DC busbars. These are connected to the DC connectors. Provision can furthermore be made for the vehicle power transmission circuit to have two AC connections as power connections and two DC busbars as busbars.
  • the DC busbars are connected to the DC connections via a rectifier device (or an inverter device).
  • the rectifier device can be designed to be unidirectional or bidirectional.
  • the rectifier device or inverter device can be in the form of a power factor correction filter or can include such a filter.
  • the rectifier device can be a controlled rectifier device or an uncontrolled rectifier device.
  • the rectifier device or inverter device can be galvanically isolating.
  • the insulation fault detection circuit (or the residual current-based circuit) is preferably set up to compare the detected current with a current limit. For this purpose, it can have a comparator or a device with the same function, for example implemented as a program section in a microprocessor.
  • the insulation fault detection circuit is set up to open a circuit breaker, activate a discharge circuit, deactivate or disconnect an external energy source and/or deactivate a rectifier device or inverter device or power converter device when the current exceeds the current limit.
  • the voltage symmetry detection can also be set up to open a circuit breaker, to activate a discharge circuit and/or to deactivate a rectifier device, power converter device or inverter device when detecting a deviating symmetry that is greater than a voltage asymmetry limit.
  • the voltage symmetry detection is set up to determine the difference between the amounts of the detected voltages and with a
  • the Voltage balance detection is also set up to output an error signal when the voltage asymmetry limit is exceeded.
  • the voltage measuring device can have a signal at which it emits a signal which emits a corresponding asymmetry error.
  • the voltage symmetry detection outputs different types of errors depending on the position of the measuring switch.
  • a circuit breaker is a switch that is provided between the ends of the energy transmission circuit (in particular directly downstream of an input of the transmission circuit) and interrupts the flow of current between the ends of the energy transmission circuit when open.
  • a circuit which is provided on an energy store such as an intermediate circuit capacitor and which is set up to discharge this in the active state is also referred to as a discharge circuit.
  • the energy transfer circuit is set up to deactivate a voltage converter when the current limit and/or the voltage asymmetry limit is exceeded.
  • the deactivation is only carried out if the current limit and/or the voltage imbalance limit is exceeded for a predetermined period of time. This is also known as debouncing.
  • the relevant limit is slightly exceeded by the deviation or by the detected (fault) current, only a first subgroup of these measures can be taken, while all measures or a second subgroup of these measures are carried out if the exceedance is greater than this, wherein the second subgroup includes the first subgroup in addition to at least one further measure.
  • the fault current measuring device can be connected to the ground potential connection via a grounding switch.
  • the voltage symmetry detection can also be connected to the grounding potential connection via a grounding switch. If the voltage symmetry detection includes the measuring resistors of the fault current detection circuit as voltage measuring resistors, then the Grounding switch of the fault current measuring device preferably the
  • the power transfer circuit may include a grounding switch driver drivingly connected to the grounding switch or switches (connected to the fault current detection circuit and/or the voltage detection circuit).
  • the grounding switch driver is configured to provide or open the grounding switch(es) in an open state when an insulation testing device of the vehicle power transmission circuit is active.
  • the insulation test device is an active insulation test device that injects or applies a measurement current or voltage to the system under test (ie, the power transmission circuit). In order to avoid that the insulation testing device detects, among other things, the closed earthing switch, this is then opened when the insulation testing device is active.
  • the grounding switch(es) are preferably open when the vehicle power transfer circuitry is not transferring power, that is, when there is substantially no current flowing through the bus bars. The earthing switch control is set up accordingly to control this.
  • the energy transmission circuit can be designed as a unidirectional or bidirectional charging circuit.
  • the energy transmission circuit can be designed for feedback.
  • the energy transmission circuit can be designed as a direct current or alternating current charging circuit, ie it can be designed for an external supply of direct current or alternating current.
  • the energy transmission circuit can be designed as a supply circuit for external consumers, which is preferably designed to generate AC voltage. In this case, for example, an external consumer such as a drill or a hair dryer can be connected to an energy source and are fed by it, which is connected to the energy transfer circuit.
  • FIGS. 1 through 4 show exemplary vehicle power transmission circuits in various application environments and serve to explain exemplary embodiments in more detail.
  • FIG. 1 shows a vehicle power transmission circuit A within a vehicle electrical system FB, which is connected to an external charging station.
  • the interface of the vehicle electrical system FB or the energy transmission circuit A to the external component (in FIG. 1: an external vehicle electrical system) is shown with a dashed line.
  • the vehicle energy transfer circuit A comprises two AC connections WLA, which are set up to be connected to an external component, in particular to a charging station.
  • the AC connections WLA are charging connections and are designed in particular according to a standard for conductive charging.
  • the AC connections WLA and DC connections GLA of FIGS. 1 to 4 are set up to be connected to external components.
  • a protective conductor PE is provided in the transmission circuit A both externally and internally.
  • the phase transmission circuit also includes a protective conductor connection PA, via which a protective conductor PE of the transmission circuit A is connected to an external protective conductor PE.
  • the AC connections WLA and the protective earth connection PA can be designed together, in particular in the form of a charging socket or generally in the form of a common plug-in connection module that can be contacted from the outside by plugging it in.
  • the charging station connected to the transmission circuit A is represented by a transformer T having two phase terminals (two outer phases) connected to the AC terminals WLA. It can be seen that between the two terminals of the transformer and the Protective conductor PE is not connected, i.e. there is no connection between a neutral conductor and a protective conductor PE. It is an IT system in which both phase connections of the transformer are separated from the protective conductor on the supply network side as well.
  • the vehicle transmission circuit there is a first and a second AC busbar L, L-, which connect the AC terminals WLA to battery terminals BA of the transmission circuit A, in particular via a rectifier circuit 10', whose AC side AC is connected to the two AC busbars L, L- of the transmission circuit A are connected.
  • the rectifier circuit 10' can have a preferably controlled (or also uncontrolled) rectifier.
  • the rectifier circuit 10′ preferably also includes a DC voltage converter in order to convert the DC voltage generated by the rectifier into another DC voltage in order to output the converted DC voltage to the battery terminal BA.
  • the two ends of the transmission circuit A are formed by the battery terminals BA on the one hand and the AC terminals WLA on the other.
  • the ends can still be assigned respective grounding connections.
  • the transmission circuit may include a ground bus bar (cf. potential GND) that preferably extends from one end to the other.
  • a battery B which is designed in particular as a high-voltage traction battery, is connected to the battery connections BA.
  • the rectifier circuit 10′ such as isolating switch fuses or the like (in particular also DC voltage converters)
  • the corresponding connection at the connections BA is shown in dashed lines.
  • An energy flow direction EF leads from the AC connections WLA to the battery connections BA and represents, for example, the transmission of charging energy from the charging station (to the left of the vehicle electrical system FB) to the battery B.
  • An insulation fault detection circuit FI1 and a voltage monitoring circuit FI2 are shown in the figures. Both are shown as separate circuits so as to reflect their separate function.
  • the insulation fault detection circuit FI1 is used to detect fault currents and the voltage monitoring circuit FI2 is used to monitor the symmetry of the potentials of the busbars L, L- with respect to the potential of the protective switch PE or the ground connections GND.
  • the circuits can be combined in terms of circuitry, with elements (in particular the resistors R+, R-) being used both by the voltage monitoring circuit FI2 and by the insulation fault detection circuit FI1.
  • a combined circuit can also be referred to as an insulation fault detection circuit, to which the two reference symbols FI1, FI2 are assigned.
  • the insulation fault detection circuit with the reference sign FI1 comprises in particular the fault current based circuit.
  • the insulation fault detection circuit with the reference FI2 corresponds in particular to the voltage monitoring circuit, which is equipped with a voltage symmetry detection V1, V2.
  • the reference symbols V1, V2 relate in particular to two voltage measuring devices for detecting the voltages between the terminals H1', H2' on the one hand and the terminal GND' on the other. Since the connections H1 ', H2' and GND' have the same potential as the connections H1 , H2 and GND, these can also be equated or be implemented by the same connections.
  • the insulation fault detection circuit FI1 includes a fault current measuring device M and a first measuring resistor R+ and a second measuring resistor R ⁇ .
  • the reference symbols designate the polarity, and when they are connected to AC busbars, the different reference symbols R+, R- only serve to distinguish between the resistors.
  • the insulation fault detection circuit FI1 has a first high-voltage connection H1 and a second high-voltage connection H2 as well as a measuring switch S.
  • the first high-voltage connection H1 is connected via the measuring switch S to the first measuring resistor R+, which leads to a connection point V.
  • the second high-voltage connection H2 is connected to the connection point V via the second measuring resistor R ⁇ .
  • the connection point V is also connected in the figures via a fault current measuring device M to a ground potential connection GND of the fault current measuring device, in particular via the (optional) switch X. If a current flow occurs due to an insulation fault RF, in particular a fault current, between the AC voltage potential L (or the busbar concerned) and the potential of the protective switch PE or the grounding potential connection GND, then a fault current Ig flows, which can be detected when the measuring switch S is closed.
  • the insulation fault detection circuit FI1 is connected both to the potential L and to the potential L- (or to the potentials DC+, DC-), so that fault currents can be detected that occur due to an insulation fault between the potential GND and one of the two busbars L, L- (or potentials DC+, DC-) can flow. (Since the busbars each carry a specific potential, the same reference numerals are used for the busbars as for the relevant potentials due to the unique assignment).
  • both busbars L, L- (or DC+, DC-) in the figures are not sufficiently insulated from the protective conductor potential GND of the protective conductor PE due to a double insulation fault, there are two theoretical fault resistances RF, which connect the potential of PE to both L as well as with L- (or DC+, DC-).
  • a fault current would then flow through both measuring resistors R+, R-, but due to the connection via the connection point V would be able to compensate for these fault currents.
  • the current I of the residual current measuring device M to be measured would therefore only be able to detect the sum of the two currents through R+ and R-, which cancel out or compensate for each other due to opposite signs.
  • the measuring switch S can be opened so that the compensation of the fault currents for the fault current measuring device is then suppressed and one of the two fault currents via H2, R and M can be recorded.
  • symmetrical insulation faults can be detected, and a distinction can be made in particular between a current I that is zero, since there are no insulation faults RF, or a current I that is zero or relatively small, since the fault currents to be detected flow through the connection point V lift.
  • a voltage monitoring circuit FI2 serves to detect the voltages between the protective switch PE or the ground potential connection GND- on the one hand and the potentials of the AC busbars L, L- on the other hand.
  • the voltage monitoring circuit has two high-voltage connections H1- and H2-, which are connected to the busbars L, L-.
  • a voltage symmetry detection V1, V2 includes two voltage measuring devices that can detect the voltage between H1 and GND or H2 and GND.
  • the voltage monitoring circuit FI2 is set up to compare the voltages detected in this way in order to be able to detect a deviation in the symmetry of the potentials of the high-voltage connections H1 -, H2-.
  • the voltage symmetry detection can be set up for this purpose, to compare the amounts of the voltages between H1 - or H2- on the one hand and GND- with one another and to detect an asymmetry if there is a deviation greater than a predetermined asymmetry limit. If such an asymmetry is detected, an error signal can be output.
  • the voltage monitoring circuit FI2 has an output which is connected in a driving manner to the measuring switch S of the insulation fault detection circuit FI1. If the voltage symmetry detection V1, V2 (or FI2) detects a deviation that is greater than a voltage asymmetry limit, then the switch S can remain closed.
  • the switch S can be opened so as to determine whether there is no insulation fault at all (M would then measure a fault current below a fault current limit) or whether a symmetrical insulation fault occurs (M would then detect a fault current I greater than a fault current limit).
  • the voltage monitoring circuit and the fault current-based insulation fault detection circuit are shown separately with the reference symbols FI1, FI2 in order to represent the different types of measurement symbolically.
  • the voltage symmetry detection has one or two measuring devices that can detect the voltage across the resistors R+, R-.
  • the high-voltage connections H1, H1 - can be provided as a common connection. This also applies to connection H2-.
  • the ground potential connections GND′ can also be combined to form one connection and can in particular be designed as a common connection together with the ground potential connection GND via which the insulation fault detection circuit FI1 is connected.
  • the switch X is used to prevent other insulation monitoring circuits from being adversely affected and is preferably open when the fault current measuring device or the insulation fault detection circuit FI1 is inactive.
  • the switch X which is also referred to as the grounding switch, can be open when the voltage monitoring circuit FI2 is active and carrying out a measurement process.
  • the grounding switch X is open when an insulation fault monitor (not shown) of the vehicle electrical system shown actively injects a measuring current for detecting the insulation resistance.
  • FIG. 2 and also the further FIGS. 3 and 4 have insulation fault detection circuits and a voltage monitoring circuit like FIG.
  • FIG. 2 shows a charging station in which, in addition to an outer phase, there is a neutral conductor N which is connected to the PE conductor of the supply system is.
  • a neutral conductor N which is connected to the PE conductor of the supply system is.
  • Such a connection between the neutral conductor N or a connection of the transformer and the protective conductor PE is used, for example, in public supply systems in Germany and can be referred to as a TN-CS system.
  • FIG. 2 as in FIG. 1, there is then a decoupling on the part of the vehicle electrical system BN from the connected charging station if a rectifier circuit, as shown in FIG. 2 with PFC, is present.
  • the rectifier circuit PFC shown can be in the form of a power factor correction filter and is connected to the AC connections WLA of the energy transmission circuit A on the AC side. On the DC voltage side, a first and a second direct current rail DC+, DC- are connected to the rectifier circuit PFC.
  • an optional DC voltage converter GW is shown, which connects the direct current rails DC+, DC- to the battery terminals BA.
  • the AC connections WLA are assigned to the energy transmission circuit A, with the high-voltage connections H1, H2 of the insulation fault detection circuit FI1 and the high-voltage connections H1 -, H2- of the voltage monitoring circuit FI2 not being connected to the AC connections WLA of the transmission circuit A, but to the direct current rails DC+ , DC-, which are connected to the AC terminals WLA via the rectifier circuit PFC.
  • the properties for detecting insulation faults result, as they were also shown in FIG.
  • the two circuits FI1, FI2 can be designed together for the most part, with the implementation of the voltage monitoring circuit FI2 requiring a measuring device that can detect the voltage between the high-voltage connections and the ground potential connection GND. If there is an insulation fault in the direct current rails DC+, DC- in relation to GND, as represented by the insulation fault RF, the fault current Ig can result, which can be detected as current I by the insulation fault detection circuit FI1.
  • the high-voltage connections H1, H2 or HT and H2' are at different potentials and thus assigned to different direct current rails DC+, DC-.
  • the rectifier circuit PFC can be galvanically connecting or galvanically isolating. As an alternative to FIG.
  • the circuits FI1, FI2 can also be provided on the AC side on the rectifier circuit PFC, in particular on the potentials of the AC terminals WLA.
  • the high-voltage connections of the circuits FI1, FI2 can be connected to AC rails which connect the connections WLA to the rectifier circuit PFC.
  • the rectifier circuit PFC can in particular be bidirectional, but is unidirectional in simple designs. When fed via the AC terminals WLA, there is an energy flow EF which points to the battery terminals BA of the transmission circuit A and which leads to the battery B of the vehicle electrical system FB shown.
  • FIG. 3 shows a case of energy transmission starting from the battery terminals BA or the battery B, in order to be able to deliver energy to load terminals LA of the energy transmission circuit.
  • An AC load WL for example a drill or the like, is externally connected to the vehicle electrical system FB of FIG. 3, which includes the load terminals LA.
  • the load terminals LA can be designed according to a standard for forming a socket, in particular according to a CEE standard (CEE 7/x), according to a NEMA standard that defines sockets, or according to another standard that defines the design of domestic sockets.
  • the load connection LA is designed according to a standard for representing two contact plugs, ie plugs without a ground connection.
  • the load connection LA is preferably formed together with a protective conductor connection PA and forms a common plug socket.
  • the connections LA and PA can thus be formed within a socket, which are formed in particular according to a standard for the formation of household sockets with a protective contact.
  • a Schuko socket can be provided which has the contacts LA and PA.
  • a socket can be designed for a Euro plug, with the socket comprising the contacts LA. It there is an energy flow EF′ from the battery connection BA to the charging connection LA. All that is shown is that the external AC load is only connected to the charging terminals LA.
  • an alternating current load WL can also be provided, which also has a protective conductor which is connected to the connection PA.
  • FIG. 4 relates to an application of the transmission circuit according to the invention for carrying out a charging operation. While Figs. 1 and 2 relate to an AC charging operation in which AC charging terminals are supplied with an AC current for charging, Fig. 4 relates to a charging operation in which DC charging terminals are provided and a DC voltage is applied to these terminals for charging. It should also be noted that FIG. 1 shows the use of the insulation fault detection circuit and the voltage monitoring circuit FI1, FI2 for monitoring AC busbars L, L', while FIG. 2 shows the monitoring of DC busbars DC+, DC- by means of the circuits FI1, FI2 mentioned.
  • Figure 3 also shows a use of the insulation fault detection circuit FI2, FI2 according to the invention for monitoring potentials of AC busbars, although the energy flow EF_ of Figure 3 flows towards the charging terminals, while in Figures 1, 2 and 4 it flows away from the charging terminals WLA, GLA towards the battery terminals BA.
  • FIG. 4 thus shows a DC voltage charging application in which the vehicle energy transmission circuit A has DC charging connections GLA, in particular a positive and a negative connection.
  • Two busbars DC+, DC- are connected to these connections.
  • the high-voltage connections of the insulation fault detection circuit FI1, FI2 are connected to these in order to detect a fault current and a voltage symmetry of the potentials of DC+, DC- on the one hand in relation to the potential of the protective conductor PE on the other hand (i.e. in relation to the ground potential connections GND, GND-).
  • a direct current charging station LST is connected to the energy transmission circuit A, that is to say at its direct current charging connections GLA connected.
  • FIG. 4 also shows a vehicle electrical system or vehicle electrical system section BN which is connected to the DC busbars DC+, DC- in order to be supplied by them.
  • an inverter for example a traction inverter, a low-voltage DCDC, an air conditioning compressor drive or the like can be provided in the vehicle electrical system section BN.
  • the insulation fault detection circuit FI1 which is aimed at detecting the fault current, and the voltage monitoring circuit FI2 are also shown separately in FIG. However, as in the previous figures, this only serves to show the various functions and to show that the voltage monitoring circuit FI2 is set up to control the measuring switch S according to the double arrow shown. This is carried out in particular when the current I detected by the fault current measuring device M is below a predetermined current limit, and it is therefore necessary to decide whether there is no insulation fault or whether there is a symmetrical insulation fault.
  • the voltage monitoring circuit FI2 only opens the switch S when it detects a deviation from a voltage symmetry that is smaller than an asymmetry limit. If this is the case, then this can be due to the fact that there is no error or that there is a symmetrical error.
  • the voltage monitoring circuit FI2 can be connected in a driving manner to the switch X, which switchably connects the fault current measuring device M to the ground potential connection GND.
  • the voltage monitoring circuit FI2 then controls the switch X in the closed state when a deviation from the voltage symmetry is less than a predetermined asymmetry limit value.
  • An active insulation fault detection device can be provided, which actively, ie by impressing a measuring current, detects the insulation with respect to the ground potential GND. This can be directly or indirectly connected to the switch X and then open it when the active Insulation fault detection device impresses the measuring current.
  • a higher-level control can also be provided, which then opens the switch X when it controls the insulation measuring device for impressing a measuring current.
  • the insulation fault detection circuit FI1 can also be referred to as a fault current detection unit, since it is set up in Figures 1 to 4 for this task.
  • the voltage monitoring circuit FI2 shown in FIGS. 1 to 4 is symbolically shown in FIGS. 1 to 4 separately from the device FI1.
  • the resistors R+, R- of the circuit FI1 can also be used to represent the functions of the voltage monitoring circuit FI2.
  • This also applies to the H1 ', H2' and GND' connections, which can be identical to the H1 , H2 and GND connections.
  • the combination of the circuits FI1, FI2 shown can therefore also be considered as an insulation fault detection circuit, the different reference symbols being different primarily to distinguish the function, but being designed as an at least partially common circuit.

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Abstract

Eine Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) ist mit einer Isolationsfehlererfassungsschaltung (FI1) ausgestattet, die eine Fehlerstrommeßeinrichtung (M), einen ersten Hochvoltanschluss (H1), einen zweiten Hochvoltanschluss (H2), einen Erdungspotentialanschluss (GND), einen ersten Meßwiderstand (R+), einen zweiten Meßwiderstand (R-) und einen Meßschalter (S) aufweist. Einer der Hochvoltanschlüsse (H1) ist seriell über einen der Meßwiderstände (R+) und den Meßschalter (S) mit einem Verbindungspunkt (V) verbunden. Der Meßwiderstand (R-) verbindet den anderen Hochvoltanschluss (H2) direkt mit dem Verbindungspunkt. Der Verbindungspunkt (V) ist über die Fehlerstrommeßeinrichtung (M) mit dem Erdungspotentialanschluss (GND) verbunden. Die Fehlerstrommeßeinrichtung (M) ist eingerichtet, einen Strom (I), der zwischen dem Verbindungspunkt (V) und dem Erdungspotentialanschluss (GND) fließt, zu erfassen. Die Fehlerstrommeßeinrichtung (M) ist eingerichtet, diesen Strom (I) bei offenem und bei geschlossenem Meßschalter (S) zu erfassen.

Description

Beschreibung
Erfassung von symmetrischen und asymmetrischen Isolationsfehlem durch asymmetrisch schaltbare Fehlerstromerfassung
Es ist bekannt, Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb auszustatten, der von einem Hochvoltakkumulator betrieben wird. Hierbei werden Spannungen von mehr als 60 V, insbesondere circa 400 oder 800 V verwendet, um den hohen Leistungsanforderungen Rechnung zu tragen.
Zum einen ist ein Anschluss an diesen Akkumulator notwendig, um ihn aufzuladen, und zum anderen ergeben sich Verbindungen zwischen dem Bordnetz, das den Akkumulator beinhaltet, und externen Komponenten, wenn diese ausgehend von dem Akkumulator zu versorgen sind (oder diesen Laden). Es ist daher darauf zu achten, dass durch den Anschluss an externen Komponenten (das heißt mit einer zu versorgenden Last oder mit einer Ladestation) keine gefährlichen Berührspannungen am Fahrzeug entstehen. Hierzu werden die Potentiale des Fahrzeugbordnetzes gegenüber einem Chassispotential isoliert, während beispielsweise Ladestationen ein Erdungspotential aufweisen, das mit dem Chassispotential bzw. Erdungspotential des Bordnetzes verbunden wird.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich Isolationsfehler erkennen lassen, um so gefährliche Berührspannungen zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1 . Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren.
Es wird vorgeschlagen, im Rahmen einer fahrzeugbasierten Energieübertragungsschaltung eine Isolationsfehlererfassungsschaltung vorzusehen, die nicht nur einen einseitigen Fehler eines Hochvoltpotential gegenüber Erde erfasst, sondern auch zuverlässig symmetrische Isolationsfehler erfassen kann, die etwa bei einem defekten Ladekabel auftreten können, bei dem die Isolation beider Hochvoltpotentiale fehlerhaft ist.
Es wird eine Isolationsfehlererfassungsschaltung vorgeschlagen, die zur Erfassung eines Fehlerstroms einen ersten und einen zweiten Hochvoltanschluss und einen Erdungspotentialanschluss aufweist, der über eine Fehlerstrommeßeinrichtung mit den Hochvoltanschlüssen verbunden ist. Da beide Anschlüsse über einen betreffenden Messwiderstand angebunden sind, können dadurch Fehlerströme an beiden Hochvoltpotentialen erfasst werden, wobei die Meßwiderstände zur Begrenzung des in der Meßeinrichtung fließenden Stroms dienen. Die Messwiderstände verbinden die jeweiligen Hochvoltanschlüsse mit einem Verbindungspunkt, der über eine Fehlerstrommesseinrichtung mit dem Erdungspotentialanschluss verbunden ist. Ergibt sich an einem der beiden Hochvoltanschlüsse somit ein Fehlerstrom, dann wird dieser durch den betreffenden Messwiderstand zu der Fehlerstrommesseinrichtung geleitet und ist dort erfassbar.
Tritt ein symmetrischer Isolationsfehler auf, so kompensieren sich die beiden Fehlerströme, die über die Hochvoltanschlüsse fließen, über den Verbindungspunkt, so dass die darauffolgende Fehlerstrommesseinrichtung, die den Verbindungspunkt mit dem Erdungspotentialanschluss verbindet, keinen der Fehlerströme voll erfassen kann und insbesondere bei einer vollständigen Kompensation der beiden Fehlerströme keinen Strom erfasst.
Erfasst somit die Fehlerstrommesseinrichtung keinen Strom, der durch diese fließt, dann ist entweder die Isolation fehlerfrei, oder es besteht ein symmetrischer Isolationsdefekt der Hochvoltpotentiale gegenüber Masse, bei dem sich die Fehlerströme der beiden Hochvoltanschlüsse gegenseitig aufheben. Um auch einen symmetrischen Isolationsfehler zu erkennen, wird daher erfindungsgemäß eine der beiden Messwiderstände verbunden mit einem hierzu seriellen Messschalter. Einer der beiden Messwiderstände ist daher über den hierzu seriellen Messschalter angebunden (d.h. über diesen Schalter mit einem der Anschlüsse verbunden). Über den Messschalter lässt sich dann einer der Messwiderstände vom betreffenden Hochvoltanschluss oder von dem Verbindungspunkt trennen, so dass der Fehlerstrom des anderen Hochvoltanschlusses vollständig von der Fehlerstrommesseinrichtung erfasst werden kann. Ist der Messschalter geschlossen, so sind beide Hochvoltanschlüsse mit der Fehlerstrommesseinrichtung verbunden, so dass ein fehlerhafter einfacher (asymmetrischer) Isolationsfehler gegenüber Masse erkannt werden kann. Da die Fehlerstrommesseinrichtung auch eingerichtet ist bei offenem Messschalter den Strom zu erfassen, kann dadurch bei einem symmetrischen Fehler die Kompensation der Fehlerströme untereinander über den Verbindungspunkt vermieden werden, so dass der symmetrische Fehlerstrom erfassbar ist.
Die erfindungsgemäße Isolationsfehlererfassungsschaltung bzw. die übergeordnete Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung kann kostengünstig nur durch Hinzufügen eines Schalters in Serie zu einem von zwei Messwiderständen vorgesehen werden, wobei ferner die Fehlerstrommesseinrichtung für beide Potentiale verwendet wird. Es ist somit nicht notwendig, für beide Messwiderstände bzw. für beide Hochvoltanschlüsse eine eigene Fehlerstrommesseinrichtung vorzusehen.
Es wird daher eine Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung beschrieben, die insbesondere für Hochvolt (d.h. Spannungen größer 60 V, insbesondere mindestens 200 V, 400 V oder 800 V) ausgelegt ist. Die Übertragungsschaltung liegt im Fahrzeug vor und kann insbesondere zwischen einem Traktionsakkumulator und Anschlüssen vorgesehen sein, die zum Anschluss von externen Komponenten wie externe Verbraucher oder eine externe Ladestation eingerichtet sind. Die Übertragungsschaltung umfasst die Isolationsfehlererfassungsschaltung. Diese Erfassungsschaltung weist eine Fehlerstrommesseinrichtung, einen ersten Hochvoltanschluss, einen zweiten Hochvoltanschluss und einen Erdungspotentialanschluss auf. Diese Anschlüsse sind zur Anbindung der Erfassungsschaltung in die Übertragungsschaltung eingerichtet und können beispielsweise als Signalverbindungen oder Signalkontakte ausgelegt sein. Da in der Isolationsfehlererfassungsschaltung selbst keine hohe Ströme auftreten, sondern nur Messungen und Erfassungen durchgeführt werden, können die Anschlüsse für geringe Dauerströme ausgelegt sein, beispielsweise für Dauerströme von weniger als 1 A. Da die Hochvoltanschlüsse jedoch für hohe Potentiale ausgelegt sind, sind diese vorzugsweise mit entsprechenden Isolationsmaßnahmen ausgestattet.
Die Isolationsfehlererfassungsschaltung weist ferner einen ersten und einen zweiten Messwiderstand auf. Ferner weist die Erfassungsschaltung einen Messschalter auf. Die Widerstände und der Schalter sind ebenso nur zu Messzwecken ausgestaltet und sind keine Leistungsbauelemente. Die Widerstände und der Schalter können für Dauerströme von nicht mehr als 1 A ausgelegt sein, insbesondere da sie nur zur Erfassung aber nicht zur Führung eines Leistungsflusses der Übertragungsschaltung dienen. Die Widerstände sind vorzugsweise als Hochvolt-Widerstände ausgelegt. Einer der Hochvoltanschlüsse der Erfassungsschaltung ist seriell über einen der Messwiderstände und über den Messschalter mit einem Verbindungspunkt verbunden. Hierbei kann sich an den Hochvoltanschluss der Messwiderstand anschließen, wobei der Messschalter den Messwiderstand mit dem Verbindungspunkt verbindet. Alternativ kann sich an den Hochvoltanschluss der Messschalter anschließen, wobei der Messwiderstand den Messschalter mit dem Verbindungspunkt verbindet.
Es besteht somit eine Serienschaltung aus einem der Messwiderstände und dem Messschalter, wobei diese Serienschaltung den Hochvoltanschluss mit dem Verbindungspunkt verbindet. Der andere Messwiderstand verbindet den anderen Hochvoltanschluss mit dem Verbindungspunkt. Es kann der erste Hochvoltanschluss seriell über den ersten Messwiderstand und den Messschalter mit dem Verbindungspunkt verbunden sein, während der zweite Hochvoltanschluss über den Messwiderstand mit dem Verbindungspunkt verbunden ist. Es kann jedoch auch der zweite Hochvoltanschluss seriell über den Messwiderstand und den Messschalter mit dem Verbindungspunkt verbunden sein, während der erste Hochvoltanschluss direkt über den Messwiderstand mit dem Verbindungspunkt verbunden ist. Der Verbindungspunkt selbst ist über eine Fehlerstrommesseinrichtung mit dem Erdungspotentialanschluss verbunden. Die Fehlerstrommesseinrichtung selbst verbindet leitend den Verbindungspunkt mit dem Erdungspotentialanschluss. Die Fehlerstrommesseinrichtung kann insbesondere einen Shunt-Widerstand (oder einen Messwiderstand) aufweisen, um über einen Spannungsabfall an diesem Widerstand den Fehlerstrom zu bestimmen. Alternativ kann die Fehlerstrommesseinrichtung auch eine Leitung aufweisen, die den Verbindungspunkt mit dem Erdungspotentialanschluss verbindet, wobei ein Magnetsensor, insbesondere ein Hall-Sensor, vorgesehen ist, um das vom Fehlerstrom erzeugte Magnetfeld (das den Leiter umgebende Magnetfeld) zu erfassen. Ferner kann die Leitung auch magnetisch gekoppelt sein an eine Wicklung, an der eine Spannung abfällt, die proportional ist zu der ersten zeitlichen Ableitung des Fehlerstroms. Auch dadurch lässt sich der Fehlerstrom erfassen. Die Fehlerstrommesseinrichtung ist daher mit einem Stromsensor ausgestattet, der den Verbindungspunkt mit der Erdungspotentialanschluss (direkt oder indirekt, insbesondere über einen Meßschalter) verbindet.
Die Fehlerstrommesseinrichtung ist eingerichtet, einen Strom, der zwischen dem Verbindungspunkt und dem Erdungspotentialanschluss fließt, zu erfassen. Die Fehlerstrommesseinrichtung ist somit eingerichtet, einen Strom zu erfassen, der durch sie hindurchfließt. Die Fehlerstrommesseinrichtung kann ein Signal abgeben, welches die Größe des Stroms wiedergibt. Die Fehlerstrommesseinrichtung ist eingerichtet, diesen Strom bei offenem Messschalter (als einen ersten Wert) zu erfassen, und ist zudem eingerichtet, diesen Strom bei geschlossenem Messschalter (als einen zweiten Wert) zu erfassen. Die Fehlerstrommesseinrichtung ist somit eingerichtet, einen ersten Wert auszugeben, der den Strom bei offenem Messschalter wiedergibt, und einen zweiten Wert auszugeben, der den Strom bei geschlossenem Messschalter wiedergibt. Hierbei kann die Fehlerstrommesseinrichtung ansteuernd mit dem Messschalter verbunden sein, um diesen geeignet zu öffnen oder zu schließen. Es kann jedoch auch eine übergeordnete Steuereinrichtung vorgesehen sein, die mit der Fehlerstrommesseinrichtung verbunden ist, sowie ansteuernd mit dem Messschalter. Diese Steuereinrichtung kann dann die Öffnung des Messschalters und die Messung durch die Fehlerstrommesseinrichtung koordinieren bzw. synchronisieren. Die Fehlerstrommesseinrichtung kann insbesondere einen Datenausgang aufweisen, über den Signale abgegeben werden können, die den Strom bei offenem Messschalter und den Strom bei geschlossenem Messschalter wiedergeben. Die Fehlerstrommesseinrichtung kann eingerichtet sein, bei einem durch diese Einrichtung erfassten Strom, der über einem Grenzwert liegt, ein erstes Fehlersignal auszugeben, wenn der Strom bei offenem Messschalter fließt, und ein zweites Fehlersignal auszugeben, wenn der von der Einrichtung erfasste Strom über dem Grenzwert liegt, jedoch bei geschlossenem Messschalter erfasst wird. Der erstgenannte Fehler gibt einen symmetrischen Isolationsfehler wieder, und der zweitgenannte Fehler gibt einen asymmetrischen Isolationsfehler wieder.
Bei einem symmetrischen Isolationsfehler sind die Potentiale beider Hochvoltanschlüsse über einen zu geringen Isolationswiderstand mit dem Erdungspotentialanschluss bzw. dem Potential verbunden, und bei einem asymmetrischen Fehler ist nur ein Potential eines der beiden Hochvoltanschlüsse über einen zu geringen Isolationswiderstand mit dem Potential des Erdungspotentialanschlusses verbunden. Der hierzu erforderliche Grenzwert kann ein Grenzwert sein, der sich aus einer Norm ergibt bzw. gibt eine Grenze wieder, ab der die Möglichkeit einer Schädigung einer Person wiedergibt, durch die ein Strom dieser Größe fließt.
Die Fehlerstrommesseinrichtung ist eingerichtet, einen asymmetrischen Isolationsfehler auszugeben, wenn der Strom bei geschlossenem Messschalter größer als eine Fehlerstromgrenze ist, und ist ferner eingerichtet, einen symmetrischen Fehler auszugeben, wenn der Strom bei offenem Messchalter größer als die Fehlerstromgrenze ist. Es können auch verschiedene Fehlerstromgrenzen für offene bzw. geschlossene Schalter vorgesehen sein. Die Fehlerstromgrenze entspricht insbesondere dem vorangehend genannten Grenzwert. Wie erwähnt kann die Fehlerstrommesseinrichtung bzw. die Fahrzeug-Energieabgabeschaltung einen Signalausgang aufweisen, an den ein Signal abgegeben wird, welches die Fehlerart wiedergibt. Vorzugsweise ist neben der Fehlerstromerfassung mittels der Fehlerstrommesseinrichtung und den zugehörigen Messwiderständen bzw. zugehörigen Messschalter (d.h. neben der fehlerstrom basierten Schaltung) eine Spannungsüberwachungsschaltung vorgesehen. Diese kann als weitere Isolationsfehlererfassungsschaltung betrachtet werden. Alternativ kann die Spannungsüberwachungsschaltung und hier beschriebene fehlerstrombasierte Schaltung, die die Fehlerstrommeßeinrichtung und die Meßwiderstände sowie den Meßschalter umfasst, als Teil einer gemeinsamen Isolationsfehlererfassungsschaltung betrachtet werden.
Auch die Spannungsüberwachungsschaltung weist einen ersten und einen zweiten Hochvoltanschluss auf, sowie einen Erdungspotentialanschluss. Diese können getrennt von den betreffenden Anschlüssen der fehlerstrom basierten Schaltung vorgesehen sein, sind jedoch vorzugsweise gemeinsam mit diesen vorgesehen. Dies erleichtert die Anbindung der Spannungsüberwachungsschaltung und der Fehlerstrommesseinrichtung an die Fahrzeug-Energieabgabeschaltung.
Die Spannungsüberwachungsschaltung verfügt über eine Spannungssymmetrieerfassung. Die Spannungsüberwachungsschaltung bzw. die Spannungssymmetrieerfassung ist daher eingerichtet, zu erfassen, ob die Potentiale der Hochvoltanschlüsse gegenüber dem Erdungspotentialanschluss symmetrisch sind, oder ob eine Abweichung der Symmetrie besteht. Die Spannungssymmetrieerfassung ist eingerichtet, eine Abweichung der Symmetrie der Potentiale der Hochvoltanschlüsse gegenüber dem Erdungspotentialanschluss zu ermitteln. Die Spannungssymmetrieerfassung ist somit eine Schaltung, die eingerichtet ist, die Abweichung der Spannungssymmetrie der Hochvoltanschlüsse gegenüber dem Erdungspotentialanschluss zu erfassen. Die Spannungssymmetrieerfassung kann über eigene Widerstände verfügen, um die daran anliegende Spannung zu erfassen, oder kann realisiert sein mittels der Messwiderstände der Fehlerstrommesseinrichtung, die die dort abfallenden Spannungen zu erfassen. Die betreffende Schaltung verfügt insbesondere über eine Spannungsmesseinrichtung, die eingerichtet ist, die Abweichung der Symmetrie zu erfassen. Die Spannungssymmetrieerfassung ist vorzugsweise eingerichtet, den Messschalter zu öffnen, wenn die Abweichung kleiner als eine vorbestimmte Spannungsasymmetriegrenze ist. In diesem Fall ist die Spannungssymmetrieerfassung ansteuernd mit dem Messschalter verbunden. Wenn daher die Spannungssymmetrieerfassung eine Abweichung der Symmetrie erfasst, die kleiner als die genannte Spannungsasymmetriegrenze ist, kann zum einen kein Isolationsfehler vorliegen, oder es kann ein symmetrischer Isolationsfehler vorliegen, das heißt ein zweiseitiger Isolationsfehler gegenüber dem Erdungspotential. Vorzugsweise ist die Isolationsfehlererfassungsschaltung eingerichtet, nur dann den Messschalter zu öffnen, wenn zum einen die Abweichung kleiner als die vorbestimmte Spannungsasymmetrie ist, und wenn zum anderen der Strom, der von der Fehlerstrommesseinrichtung ermittelt wird, kleiner als eine Fehlerstromgrenze ist. Es kann hierzu ein logisches UND-Glied vorliegen, die beide Bedingungen logisch verknüpft. Die Spannungsasymmetriegrenze kann als anteilige Angabe dargestellt sein, die das Spannungsverhältnis zwischen dem ersten Hochvoltanschluss und Erdungspotentialanschluss und dem zweiten Hochvoltanschluss und Erdungspotentialanschluss (insbesondere als Betrag) wiedergibt. Die Spannungsasymmetriegrenze kann auch als (maximale) Differenz zwischen den Beträgen dieser Spannungen dargestellt sein.
Die Spannungssymmetrieerfassung bzw. die zugehörige Schaltung kann zum Teil realisiert sein mittels der Messwiderstände der Fehlerstrommesseinrichtung. Die Spannungssymmetrieerfassung umfasst eine Spannungsmesseinrichtung, die mit den Messwiderständen verbunden ist und eingerichtet ist, die über den Messwiderständen abfallende Spannung zu erfassen. Hierbei kann die Spannungsmesseinrichtung mit jeweils beiden Enden der Messwiderstände verbunden sein. Die Verbindung zwischen der Spannungsmesseinrichtung und den Messwiderständen kann einen Spannungsteiler aufweisen. Die Spannungsmesseinrichtung ist eingerichtet, die Abweichung der Symmetrie als Differenz der Beträge dieser Spannungen zu ermitteln. Die Spannungsmesseinrichtung kann auch direkt mit den Hochvoltanschlüssen und dem Erdungspotentialanschluss verbunden sein, ohne zusätzliche Widerstände oder ohne direkte Verbindung mit jeweils beiden Enden der Meßwiderstände (der fehlerstrombasierten Schaltung) verbunden sein. Die Spannungsmesseinrichtung kann Spannungsteiler aufweisen, um die Meßspannungen an Eingänge einer Spannungsmeßeinheit (A/D-Wandler) anzupassen.
Alternativ weist die Spannungssymmetrieerfassung bzw. deren Schaltung eigene Spannungsmesswiderstände auf. Die Spannungsmesswiderstände sind zwischen dem Erdungspotentialanschluss einerseits und den Hochvoltanschlüssen andererseits angeschlossen (direkt oder indirekt über Widerstände von Spannungsteiler). Die Spannungssymmetrieerfassung weist eine Spannungsmesseinrichtung auf, die mit den Spannungsmesswiderständen verbunden ist (insbesondere direkt oder über Spannungsteiler). Die Spannungsmesseinrichtung ist eingerichtet, die über den Spannungsmesswiderständen abfallende Spannungen zu erfassen, und ist ferner eingerichtet, die Abweichung der Symmetrie als Differenz der Beträge dieser Spannungen zu ermitteln. Bei der Verwendung von zwei dezidierten Spannungsmesswiderständen zur Darstellung der Spannungssymmetrieerfassung können diese zum einen mit den Hochvoltanschlüssen und zum anderen auf der gegenüberliegenden Seite mit einem Spannungserfassungs-Verbindungspunkt verbunden sein, der wiederum direkt oder über einen Schalter mit dem Erdungspotentialanschluss verbunden ist. Die Isolationsfehlererfassungsschaltung kann vorgesehen sein, diesen Schalter („Meßschalter der Spannungsüberwachungsschaltung“) offen vorzusehen, wenn die Spannungssymmetrieerfassung inaktiv ist, und kann geschlossen sein, wenn die Spannungssymmetrieerfassung aktiv ist.
Die Spannungssymmetrieerfassung kann wiederholt und vorzugsweise periodisch aktiv sein und zwischen den Zeitabschnitten, in denen diese aktiv ist, inaktiv sein. Durch das Abtrennen der Spannungsmesswiderstände vom Erdungspotentialanschluss während inaktiver Perioden der Spannungssymmetrieerfassung (mittels des betreffenden Meßschalters) werden Beeinträchtigungen von einer aktiven Isolationserfassungsvomchtung vermieden. Dies gilt auch für die fehlerstrombasierten Schaltung, deren Meßschalter entsprechend geöffnet werden kann. Vorzugsweise ist die Energieabgabeschaltung eingerichtet, eine aktive Isolationserfassungsschaltung zu aktivieren, wenn der genannte Schalter offen ist, und zu deaktivieren, wenn der genannte Schalter geschlossen ist.
Die Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung hat vorzugsweise zwei Spannungsschienen mit unterschiedlichen Potentialen, an denen die Hochvoltanschlüsse (der Spannungssymmetrieerfassung und/oder der fehlerstrombasierten Schaltung bzw. deren Widerstände und Meßeinrichtung) direkt oder über Seriellwiderstände, Sicherungen und/oder Schalter angeschlossen sind. Die Energieübertragungsschaltung ist eingerichtet, einen Strom, der zur Energieübertragung dient, über die Stromschienen zu übertragen. Die Stromschienen sind gegenüber einem Erdungspotential, insbesondere über den Erdungspotentialanschluss, der elektrisch isoliert. Die Stromschienen können Wechselstromschienen sein oder Gleichstromschienen.
Die Energieübertragungsschaltung kann zwei Enden aufweisen, zwischen denen diese Energie übertragen kann, wobei beide Enden jeweils einen Leistungsanschluss aufweisen. Zwischen diesen Enden bzw.
Leistungsanschlüssen sind die Stromschienen vorgesehen, wobei die Stromschienen beide Enden miteinander direkt verbinden können, oder wobei ein oder mehrere Stromrichter und/oder Wandler vorgesehen sein können, über die die Stromschienen mit den jeweiligen Enden der Energieübertragungsschaltung verbunden sind.
Die Hochvoltanschlüsse der Isolationsfehlererfassungsschaltung sind mit den Schienen verbunden, um so einen durch die Fehlerstrommesseinrichtung fließenden Strom erfassen zu können und gegebenenfalls auch um eine Abweichung der Symmetrie der Potentiale der Hochvoltanschlüsse durch die Spannungssymmetrieerfassung erfassbar zu machen.
Als Leistungsanschlüsse der Energieübertragungsschaltung können zwei Wechselstromanschlüsse vorgesehen sein, wobei die Stromschienen als Wechselstromschienen vorgesehen sind. Die Wechselstromschienen sind mit den Wechselstromanschlüssen verbunden. Ferner kann die Energieübertragungsschaltung zwei Gleichstromanschlüsse aufweisen, wobei die Stromschienen als Gleichstromschienen ausgebildet sind. Diese sind mit den Gleichstromanschlüssen verbunden. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung zwei Wechselstromanschlüsse als Leistungsanschlüsse aufweist, sowie zwei Gleichstromschienen als Stromschienen. Die Gleichstromschienen sind in diesem Fall über eine Gleichrichtereinrichtung (oder eine Wechselrichtereinrichtung) mit den Gleichstromanschlüssen verbunden. Die Gleichrichtereinrichtung kann unidirektional oder bidirektional ausgestaltet sein. Die Gleichrichtereinrichtung bzw. Wechselrichtereinrichtung kann als Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgebildet sein, oder einen derartigen Filter umfassen. Die Gleichrichtereinrichtung kann eine gesteuerte Gleichrichtereinrichtung oder eine ungesteuerte Gleichrichtereinrichtung sein. Die Gleichrichtereinrichtung bzw. Wechselrichtereinrichtung kann galvanisch trennend sein.
Die Isolationsfehlererfassungsschaltung (bzw. die fehlerstrom basierte Schaltung) ist vorzugsweise eingerichtet, den erfassten Strom mit einer Stromgrenze zu vergleichen. Hierzu kann dieser einen Komparator oder eine funktionsgleiche Einrichtung aufweisen, etwa realisiert als Programmabschnitt in einem Mikroprozessor. Die Isolationsfehlererfassungsschaltung ist eingerichtet, einen Trennschalter zu öffnen, eine Entladeschaltung zu aktivieren, eine externe Energiequelle zu deaktivieren bzw. abzutrennen und/oder eine Gleichrichtereinrichtung oder Wechselrichtereinrichtung oder Stromrichtereinrichtung zu deaktivieren, wenn der Strom die Stromgrenze überschreitet. Auch die Spannungssymmetrieerfassung kann eingerichtet sein, bei Erfassung einer abweichenden Symmetrie, die größer als eine Spannungsasymmetriegrenze ist, einen Trennschalter zu öffnen, eine Entladeschaltung zu aktivieren und/oder eine Gleichrichtereinrichtung, Stromrichtereinrichtung oder Wechselrichtereinrichtung zu deaktivieren.
Insbesondere ist die Spannungssymmetrieerfassung eingerichtet, die Differenz der Beträge der erfassten Spannungen zu ermitteln und mit einer
Spannungsasymmetriegrenze zu vergleichen, wobei die Spannungssymmetrieerfassung ferner eingerichtet ist, ein Fehlersignal auszugeben, wenn die Spannungsasymmetriegrenze überschritten wird. Hierzu kann die Spannungsmesseinrichtung ein Signal aufweisen, an dem diese ein Signal abgibt, welches einen entsprechenden Asymmetriefehler abgibt. Insbesondere gibt die Spannungssymmetrieerfassung abhängig von der Stellung des Messschalters unterschiedliche Fehlerarten aus.
Als Trennschalter wird hierbei ein Schalter bezeichnet, der zwischen den Enden der Energieübertragungsschaltung (insbesondere direkt einem Eingang der Übertragungsschaltung nachgeschaltet) vorgesehen ist und in offenem Zustand den Stromfluss zwischen den Enden der Energieübertragungsschaltung unterbricht. Als Entladeschaltung wird ferner eine Schaltung bezeichnet, die an einem Energiespeicher wie einem Zwischenkreiskondensator vorgesehen ist, und die eingerichtet ist, in aktivem Zustand diesen zu entladen. Insbesondere ist die Energieübertragungsschaltung eingerichtet, einen Spannungswandler zu deaktivieren, wenn die Stromgrenze und/oder die Spannungsasymmetriegrenze überschritten wird. Ein Aspekt ist es, dass das Deaktivieren nur dann ausgeführt wird, wenn das Überschreiten der Stromgrenze und/oder der Spannungsasymmetriegrenze über eine vorgegebene Zeitdauer hinweg überschritten wird. Dies wird auch als Entprellen bezeichnet. Zudem kann bei einer geringen Überschreitung der betreffenden Grenze durch die Abweichung bzw. durch den erfassten (Fehler-)Strom nur eine erste Untergruppe dieser Maßnahmen getroffen werden, während bei einer im Vergleich hierzu stärkeren Überschreitung alle Maßnahmen oder eine zweite Untergruppe dieser Maßnahmen ausgeführt wird, wobei die zweite Untergruppe neben mindestens einer weiteren Maßnahme die erste Untergruppe umfasst.
Die Fehlerstrommesseinrichtung kann über einen Erdungsschalter mit dem Erdungspotentialanschluss verbunden sein. In gleicher weise kann auch die Spannungssymmetrieerfassung über einen Erdungsschalter mit dem Erdungspotentialanschluss verbunden sein. Umfasst die Spannungssymmetrieerfassung als Spannungsmesswiderstände die Messwiderstände der Fehlerstromerfassungsschaltung, dann entspricht der Erdungsschalter der Fehlerstrommesseinrichtung vorzugsweise dem
Erdungsschalter, über den die Spannungssymmetrieerfassung mit dem Erdungspotentialanschluss verbunden ist.
Die Energieübertragungsschaltung kann eine Erdungsschalteransteuerung aufweisen, die ansteuernd mit dem Erdungsschalter oder den Erdungsschaltern (verbunden mit der Fehlerstromerfassungsschaltung und/oder der Spannungserfassungsschaltung) ansteuernd verbunden ist. Die Erdungsschalteransteuerung ist eingerichtet, den bzw. die Erdungsschalter in offenem Zustand vorzusehen bzw. zu öffnen, wenn eine Isolationsprüfungsvorrichtung der Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung aktiv ist. Die Isolationsprüfungsvorrichtung ist insbesondere eine aktive Isolationsprüfungsvorrichtung, die einen Messstrom oder eine Messspannung in das zu prüfende System (das heißt in die Energieübertragungsschaltung) injiziert oder an diese anlegt. Um zu vermeiden, dass die Isolationsprüfungsvorrichtung unter anderem den geschlossenen Erdungsschalter erfasst, wird dieser dann geöffnet, wenn die Isolationsprüfungsvorrichtung aktiv ist. Zudem ist der bzw. sind die Erdungsschalter vorzugsweise geöffnet, wenn die Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung keine Leistung überträgt, das heißt, wenn über die Stromschienen im Wesentlichen kein Strom fließt. Die Erdungsschalteransteuerung ist entsprechend eingerichtet, diese anzusteuern.
Die Energieübertragungsschaltung kann als unidirektionale oder bidirektionale Ladeschaltung ausgebildet sein. Insbesondere kann die Energieübertragungsschaltung zur Rückspeisung ausgebildet sein. Die Energieübertragungsschaltung kann als Gleichstrom- oder Wechselstrom ladeschaltung ausgebildet sein, das heißt für eine externe Speisung von Gleichstrom oder für Wechselstrom ausgebildet sein. Insbesondere kann die Energieübertragungsschaltung als Versorgungsschaltung für externe Verbraucher ausgebildet sein, die vorzugsweise zur Erzeugung von Wechselspannung ausgebildet ist. In diesem Fall kann beispielsweise ein externer Verbraucher wie eine Bohrmaschine oder ein Haartrockner an eine Energiequelle angeschlossen werden und von dieser gespeist werden, die an die Energieübertragungsschaltung angeschlossen ist.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen beispielhafte Fahrzeug-Energieübertragungsschaltungen in verschiedenen Anwendungsumgebungen und dienen der näheren Erläuterung von beispielhaften Ausführungsformen.
Die Figur 1 zeigt eine Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung A innerhalb eines Fahrzeugbordnetzes FB, die an eine externe Ladestation angeschlossen ist. Die Schnittstelle des Fahrzeugbordnetzes FB bzw. der Energieübertragungsschaltung A zur externen Komponente (in Figur 1 : ein externes Bordnetz) ist mit einer gestrichelten Linie dargestellt. Die Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung A umfasst zwei Wechselstromanschlüsse WLA, die eingerichtet sind, mit einer externen Komponente, insbesondere mit einer Ladestation, verbunden zu werden. Die Wechselstromanschlüsse WLA sind Ladeanschlüsse und insbesondere gemäß einem Standard für konduktives Laden ausgebildet. Die Wechselstromanschlüsse WLA bzw. Gleichstromanschlüsse GLA der Figuren 1 bis 4 sind eingerichtet, mit externen Komponenten verbunden zu werden.
Ein Schutzleiter PE ist sowohl extern als auch intern in der Übertragungsschaltung A vorgesehen. Die Phasenübertragungsschaltung umfasst auch einen Schutzleiteranschluss PA, über den ein Schutzleiter PE der Übertragungsschaltung A mit einem externen Schutzleiter PE verbunden ist. Die Wechselstromanschlüsse WLA und der Schutzleiteranschluss PA (der Figs. 1 - 4) können gemeinsam ausgebildet sein, insbesondere in Form einer Ladebuchse bzw. allgemein in Form eines gemeinsamen Steckverbindungsmoduls, das von außen durch Einstecken kontaktierbar ist.
Die an die Übertragungsschaltung A angeschlossene Ladestation ist dargestellt durch einen Transformator T, der zwei Phasenanschlüsse (zweier äußerer Phasen) aufweist, die an die Wechselstromanschlüsse WLA angeschlossen sind. Es ist zu erkennen, dass zwischen den beiden Anschlüssen des Transformators und dem Schutzleiter PE keine Verbindung besteht, das heißt keine Verbindung zwischen einem Neutralleiter und einem Schutzleiter PE. Es handelt sich um ein IT-System, bei dem beide Phasenanschlüsse des Transformators gegenüber dem Schutzleiter auch auf der Versorgungsnetzseite getrennt sind.
Innerhalb der Fahrzeug-Übertragungsschaltung ergibt sich eine erste und eine zweite Wechselstromschiene L, L-, die die Wechselstromanschlüsse WLA mit Batterieanschlüssen BA der Übertragungsschaltung A verbinden, insbesondere über eine Gleichrichterschaltung 10‘, deren Wechselstromseite AC an die beiden Wechselstromschienen L, L- der Übertragungsschaltung A angeschlossen sind. Die Gleichrichterschaltung 10' kann einen vorzugsweise gesteuerten (oder auch ungesteuerten) Gleichrichter aufweisen. Vorzugsweise umfasst die Gleichrichterschaltung 10' neben dem Gleichrichter auch einen Gleichspannungswandler, um die Gleichspannung, die von dem Gleichrichter erzeugt wird, in eine andere Gleichspannung zu wandeln, um die gewandelte Gleichspannung an den Batterieanschluss BA abzugeben.
Die beiden Enden der Übertragungsschaltung A werden gebildet von den Batterieanschlüssen BA einerseits und den Wechselstromanschlüsse WLA andererseits. Den Enden können noch jeweilige Erdungsanschlüsse zugeordnet werden. Die Übertragungsschaltung kann eine Erdungsstromschiene (vgl. Potential GND) aufweisen, die sich vorzugsweise von einem Ende zu anderen erstreckt.
An den Batterieanschlüssen BA ist eine Batterie B angeschlossen, die insbesondere als Hochvolt-Traktionsakkumulator ausgebildet ist. Um darzustellen, dass auch weitere Komponenten zwischen der Batterie und der Gleichrichterschaltung 10' vorgesehen sein können, etwa Trennschaltersicherungen oder ähnliches (insbesondere auch Gleichspannungswandler), ist die entsprechende Verbindung bei den Anschlüssen BA gestrichelt dargestellt. Eine Energieflussrichtung EF führt von den Wechselstromanschlüssen WLA zu den Batterieanschlüssen BA und stellt beispielsweise die Übertragung von Ladeenergie von der Ladestation (links des Bordnetzes FB) an die Batterie B dar. In den Figuren sind eine Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 und eine Spannungsüberwachungsschaltung FI2 dargestellt. Beide sind als getrennte Schaltungen wiedergegeben, um so deren getrennte Funktion wiederzugeben. Hierbei dient die Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 zur Fehlerstromerfassung und die Spannungsüberwachungsschaltung FI2 zur Überwachung der Symmetrie der Potentiale der Stromschienen L, L- gegenüber dem Potential des Schutzschalters PE bzw. der Erdungsanschlüsse GND. Dies dient lediglich der schematischen Klarstellung, dass es sich um verschiedene Funktionen handelt. Wie bereits erwähnt, können jedoch die Schaltungen schaltungstechnisch vereint sein, wobei Elemente (insbesondere die Widerstände R+, R-) sowohl von der Spannungsüberwachungsschaltung FI2 als auch von der Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 verwendet werden. Aus diesem Grund kann eine vereinte Schaltung auch als Isolationsfehlererfassungsschaltung bezeichnet werden, der die beiden Bezugszeichen FI1 , FI2 zugeordnet sind. Die Isolationsfehlererfassungsschaltung mit dem Bezugszeichen FI1 umfasst insbesondere die fehlerstrombasierte Schaltung. Die Isolationsfehlererfassungsschaltung mit dem Bezugszeichen FI2 entspricht insbesondere der Spannungsüberwachungsschaltung, die mit einer Spannungssymmetrieerfassung V1 , V2 ausgestattet ist. Die Bezugszeichen V1 , V2 betreffen insbesondere zwei Spannungsmeßeinrichtungen zur Erfassung der Spannungen zwischen den Anschlüssen H1 ‘, H2‘ einerseits und dem Anschluss GND' andererseits. Da die Anschlüsse H1 ‘, H2‘ und GND' dasselbe Potential haben wie die Anschlüsse H1 , H2 und GND, können diese auch gleichgesetzt werden bzw. von denselben Anschlüssen realisiert werden.
In den Figuren umfasst die Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 eine Fehlerstrommesseinrichtung M sowie einen ersten Messwiderstand R+ und einen zweiten Messwiderstand R-. Bei Anbindung dieser Meßwiderstände an Gleichstromschienen bezeichnen die Bezugszeichen die Polarität und bei Anbindung an Wechselstromschienen dienen die unterschiedlichen Bezugszeichen R+, R- lediglich der Unterscheidung der Widerstände. In den Figuren verfügt die Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 über einen ersten Hochvoltanschluss H1 und einen zweiten Hochvoltanschluss H2 sowie über einen Messschalter S. Der erste Hochvoltanschluss H1 ist über den Messschalter S mit dem ersten Messwiderstand R+ verbunden, der zu einem Verbindungspunkt V führt. Der zweite Hochvoltanschluss H2 ist über den zweiten Messwiderstand R- mit dem Verbindungspunkt V verbunden. Bei der Anbindung der Hochvoltanschlüsse H1 , H2 an Gleichstromschienen geben die Bezugszeichen der Messwiderstände die Polarität wieder. Bei einer Verwendung, wie in Figur 1 dargestellt, mit Wechselstromschienen geben die Bezugszeichen der Messwiderstände lediglich wieder, dass es sich um verschiedene Potentiale handelt, nämlich um die Potentiale L, L-. Der Verbindungspunkt V ist ferner in den Figuren über eine Fehlerstrommesseinrichtung M mit einem Erdungspotentialanschluss GND der Fehlerstrommesseinrichtung verbunden, insbesondere über den (optionalen) Schalter X. Fließt daher auf Grund eines Isolationsfehlers RF ein Stromfluss, insbesondere ein Fehlerstrom zwischen dem Wechselspannungspotential L (bzw. der betreffenden Stromschiene) und dem Potential des Schutzschalters PE bzw. des Erdungspotentialanschlusses GND, dann fließt ein Fehlerstrom Ig, der bei geschlossenem Messschalter S erfasst werden kann. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 sowohl mit dem Potential L als auch mit dem Potential L- (bzw. mit den Potentialen DC+, DC-) verbunden ist, und so Fehlerströme erfasst werden können, die auf Grund eines Isolationsfehlers zwischen dem Potential GND und einen der beiden Stromschienen L, L- (bzw. Potentialen DC+, DC-) fließen können. (Da die Stromschienen jeweils ein bestimmtes Potential tragen wird aufgrund der Eindeutigen Zuordnung dasselbe Bezugszeichen für die Stromschienen wie für die betreffenden Potentiale verwendet).
Sind in den Figuren beide Stromschienen L, L- (bzw. DC+, DC-) auf Grund eines doppelten Isolationsfehlers gegenüber dem Schutzleiterpotential GND des Schutzleiters PE nicht ausreichend isoliert, so ergeben sich gedanklich zwei Fehlerwiderstände RF, die das Potential von PE sowohl mit L als auch mit L- (bzw. DC+, DC-) verbinden. Durch beide Messwiderstände R+, R- würde dann ein Fehlerstrom fließen, jedoch auf Grund der Verbindung über dem Verbindungspunkt V würden sich diese Fehlerströme kompensieren können. Der zu messende Strom I der Fehlerstrommesseinrichtung M würde daher nur die Summe der beiden Ströme durch R+ und R- erfassen können, die sich auf Grund umgekehrter Vorzeichen aufheben oder kompensieren. Aus diesem Grund kann der Messschalter S geöffnet werden, so dass dann die Kompensation der Fehlerströme für die Fehlerstrommesseinrichtung unterbunden wird, und einer der beiden Fehlerströme über H2, R- und M erfasst werden kann. Dadurch können symmetrische Isolationsfehler erfasst werden, und es kann insbesondere unterschieden werden zwischen einem Strom I, der Null ist, da keine Isolationsfehler RF bestehen, oder einem Strom I, der Null oder relativ klein ist, da sich über den Verbindungspunkt V die zu erfassenden Fehlerströme aufheben.
In den Figuren dient eine Spannungsüberwachungsschaltung FI2 zur Erfassung der Spannungen zwischen dem Schutzschalter PE bzw. dem Erdungspotentialanschluss GND- einerseits und den Potentialen der Wechselstromschienen L, L- andererseits. Hierzu weist die Spannungsüberwachungsschaltung zwei Hochvoltanschlüsse H1 - und H2- auf, die mit den Stromschienen L, L- verbunden sind. Eine Spannungssymmetrieerfassung V1 , V2 umfasst zwei Spannungsmesseinrichtungen, die die Spannung zwischen H1 - und GND- bzw. H2- und GND- erfassen können. Darüber hinaus ist die Spannungsüberwachungsschaltung FI2 eingerichtet, die so erfassten Spannungen zu vergleichen, um so eine Abweichung der Symmetrie der Potentiale der Hochvoltanschlüsse H1 -, H2- erfassen zu können. Insbesondere kann hierzu die Spannungssymmetrieerfassung eingerichtet sein, die Beträge der Spannungen zwischen H1 - bzw. H2- einerseits und GND- miteinander zu vergleichen und bei einer Abweichung größer einer vorgegebenen Asymmetriegrenze eine Asymmetrie zu erkennen. Wird eine derartige Asymmetrie erkannt, kann ein Fehlersignal ausgegeben werden. Insbesondere weist die Spannungsüberwachungsschaltung FI2 einen Ausgang auf, der ansteuernd mit dem Messschalter S der Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 verbunden ist. Erfasst die Spannungssymmetrieerfassung V1 , V2 (bzw. FI2) eine Abweichung, die größer als eine Spannungsasymmetriegrenze ist, dann kann der Schalter S geschlossen bleiben. Ist die Abweichung von der Symmetrie kleiner als die genannte Grenze, dann kann der Schalter S geöffnet werden, um so zu ermitteln, ob keinerlei Isolationsfehler vorliegt (M würde dann einen Fehlerstrom unter einer Fehlerstromgrenze messen), oder ob ein symmetrischer Isolationsfehler auftritt (M würde dann einen Fehlerstrom I größer als eine Fehlerstromgrenze erfassen).
Wie erwähnt sind die Spannungsüberwachungsschaltung und die fehlerstrombasierte Isolationsfehlererfassungsschaltung mit den Bezugszeichen FI1 , FI2 getrennt dargestellt, um die verschiedenen Messarten symbolhaft darzustellen. Bevorzugte Ausführungsformen sehen vor, dass die Spannungssymmetrieerfassung eine oder zwei Messeinrichtungen aufweist, die die Spannung über den Widerständen R+, R- erfassen können. Insbesondere können die Hochvoltanschlüsse H1 , H1 - als gemeinsamer Anschluss vorgesehen sein. Dies gilt auch für den Anschluss H2-. Insbesondere können auch die Erdungspotentialanschlüsse GND' zusammengelegt werden zu einem Anschluss und können insbesondere gemeinsam mit dem Erdungspotentialanschluss GND, über die die Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 angebunden ist, als gemeinsamer Anschluss ausgebildet sein.
Der Schalter X dient zur Vermeidung von Beeinträchtigungen von weiteren Isolationsüberwachungsschaltungen und ist vorzugsweise geöffnet, wenn die Fehlerstrommesseinrichtung bzw. die Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 inaktiv ist. Insbesondere kann der Schalter X, der auch als Erdungsschalter bezeichnet wird, geöffnet sein, wenn die Spannungsüberwachungsschaltung FI2 aktiv ist und einen Messvorgang durchführt. Insbesondere ist der Erdungsschalter X geöffnet, wenn eine nicht dargestellte Isolationsfehlerüberwachung des dargestellten Bordnetzes aktiv einen Messstrom zur Isolationswiderstandserfassung injiziert.
Die Figur 2 und auch die weiteren Figuren 3 und 4 weisen Isolationsfehlererfassungsschaltungen und eine Spannungsüberwachungsschaltung wie die Figur 1 auf. Die Figur 2 stellt im Gegensatz zur Figur 1 eine Ladestation dar, bei der neben einer äußeren Phase ein Neutralleiter N besteht, der mit dem PE-Leiter des Versorgungssystems verbunden ist. Eine derartige Verbindung zwischen dem Neutralleiter N bzw. einem Anschluss des Transformators und dem Schutzleiter PE wird beispielsweise in öffentlichen Versorgungssystemen in Deutschland verwendet und können als TN-C-S-System bezeichnet werden. Es ergibt sich dann in der Figur 2, wie auch in der Figur 1 , eine Endkopplung seitens des Bordnetzes BN von der angeschlossenen Ladestation, wenn eine Gleichrichterschaltung, wie in Figur 2 mit PFC dargestellt, vorhanden ist. Die dargestellte Gleichrichterschaltung PFC kann als Leistungsfaktorkorrekturfilter ausgebildet sein und ist wechselstromseitig mit den Wechselstromanschlüssen WLA der Energieübertragungsschaltung A verbunden. Gleichspannungsseitig sind an die Gleichrichterschaltung PFC eine erste und eine zweite Gleichstromschiene DC+, DC- angeschlossen.
Ferner ist ein optionaler Gleichspannungswandler GW dargestellt, der die Gleichstromschienen DC+, DC- mit den Batterieanschlüssen BA verbindet. Auch in der Figur 2 sind die Wechselstromanschlüsse WLA der Energieübertragungsschaltung A zuzuordnen, wobei die Hochvoltanschlüsse H1 , H2 der Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 und die Hochvoltanschlüsse H1 -, H2- der Spannungsüberwachungsschaltung FI2 nicht an die Wechselstromanschlüsse WLA der Übertragungsschaltung A angeschlossen sind, sondern an die Gleichstromschienen DC+, DC-, die über die Gleichrichterschaltung PFC mit den Wechselstromanschlüssen WLA verbunden sind. Es ergeben sich die Eigenschaften zur Isolationsfehlererkennung, wie sie auch in Figur 1 dargestellt wurden.
Auch in der Figur 2 können die beiden Schaltungen FI1 , FI2 größtenteils gemeinsam ausgebildet sein, wobei zur Realisierung der Spannungsüberwachungsschaltung FI2 eine Messeinrichtung erforderlich ist, die die Spannung zwischen den Hochvoltanschlüssen und dem Erdungspotentialanschluss GND erfassen kann. Ergibt sich ein Isolationsfehler der Gleichstromschienen DC+, DC- gegenüber GND, wie durch den Isolationsfehler RF dargestellt, kann sich der Fehlerstrom Ig ergeben, der als Strom I von der Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 erfasst werden kann. Die Hochvoltanschlüsse H1 , H2 bzw. HT und H2‘ sind unterschiedlichen Potentialen und somit unterschiedlichen Gleichstromschienen DC+, DC- zugeordnet. Die Gleichrichterschaltung PFC kann galvanisch verbindend oder galvanisch trennend ausgebildet sein. Alternativ zur Figur 1 können die Schaltungen FI1 , FI2 auch wechselstromseitig an der Gleichrichterschaltung PFC vorgesehen sein, insbesondere an den Potentialen der Wechselstromanschlüsse WLA. Die Hochvoltanschlüsse der Schaltungen FI1 , FI2 können hierbei an Wechselstromschienen angeschlossen sein, die die Anschlüsse WLA mit der Gleichrichterschaltung PFC verbindet. Die Gleichrichterschaltung PFC kann insbesondere bidirektional sein, ist jedoch bei einfachen Ausführungen unidirektional ausgebildet. Es ergibt sich bei einer Speisung über die Wechselstromanschlüsse WLA ein Energiefluss EF, der zu den Batterieanschlüssen BA der Übertragungsschaltung A hinweist und der zur Batterie B des dargestellten Fahrzeugbordnetzes FB führt.
Während die Figuren 1 und 2 im Hinblick auf die Energieübertragungsrichtungen einen Ladefall darstellen, zeigt die Figur 3 einen Fall der Energieübertragung ausgehend von den Batterieanschlüssen BA bzw. der Batterie B, um Energie an Lastanschlüssen LA der Energieübertragungsschaltung abgeben zu können. An das Fahrzeugbordnetz FB der Figur 3, dass die Lastanschlüsse LA umfasst, ist extern eine Wechselstrom last WL angeschlossen, etwa eine Bohrmaschine oder ähnliches. Die Lastanschlüsse LA können gemäß einer Norm zur Ausbildung einer Steckdose ausgebildet sein, insbesondere gemäß einer CEE-Norm (CEE 7/x), gemäß einer NEMA-Norm, die Steckdosen definiert, oder gemäß einer anderen Norm, die die Ausbildung von Haushaltssteckdosen definiert. Insbesondere ist der Lastanschluss LA ausgebildet, gemäß einer Norm zur Darstellung von zwei Kontaktsteckern, das heißt Steckern ohne Erdungsanschluss. Vorzugsweise ist der Lastanschluss LA jedoch gemeinsam mit einem Schutzleiteranschluss PA ausgebildet und bildet eine gemeinsame Steckerbuchse. Die Anschlüsse LA sowie PA können somit innerhalb einer Steckdose ausgebildet sein, die insbesondere gemäß einem Standard zur Ausbildung von Haushaltsteckdosen mit Schutzkontakt ausgebildet sind. Beispielsweise kann eine Schukosteckdose vorgesehen sein, die die Kontakte LA und PA aufweist. Alternativ kann eine Steckdose für einen Eurostecker ausgebildet sein, wobei die Steckdose die Kontakte LA umfasst. Es ergibt sich ein Energiefluss EF‘ von dem Batterieanschluss BA zu dem Ladeanschluss LA hin. Dargestellt ist lediglich, dass die externe Wechselstrom last nur an die Ladeanschlüsse LA angeschlossen ist. Es kann jedoch auch eine Wechselstrom last WL vorgesehen sein, die auch einen Schutzleiter aufweist, der an dem Anschluss PA angeschlossen ist.
Die Figur 4 betrifft, wie die Figuren 1 und 2, eine Anwendung der erfindungsgemäßen Übertragungsschaltung zur Realisierung eines Ladevorgangs. Während die Figuren 1 und 2 einen Wechselstrom ladevorgang betreffen, bei dem an die Wechselstrom ladeanschlüsse ein Wechselstrom zum Laden angelegt wird, betrifft die Figur 4 einen Ladevorgang, bei dem Gleichspannungsladeanschlüsse vorgesehen sind, und eine Gleichspannung zum Laden an diese Anschlüsse angelegt wird. Zudem sei bemerkt, dass die Figur 1 eine Verwendung der Isolationsfehlererfassungsschaltung und der Spannungsüberwachungsschaltung FI1 , FI2 zur Überwachung von Wechselstromschienen L, L‘ darstellt, während die Figur 2 die Überwachung von Gleichstromschienen DC+, DC- mittels der genannten Schaltungen FI1 , FI2 darstellt. Auch die Figur 3 zeigt eine Verwendung der erfindungsgemäßen Isolationsfehlererfassungsschaltung FI2, FI2 zur Überwachung von Potentialen von Wechselstromschienen, wobei jedoch der Energiefluss EF_ der Figur 3 zu den Ladeanschlüssen hinfließt, während er in den Figuren 1 , 2 und 4 von den Ladeanschlüssen WLA, GLA wegfließt zu den Batterieanschlüssen BA hin.
Die Figur 4 zeigt somit eine Gleichsspannungsladeanwendung, bei der die Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung A Gleichstrom ladeanschlüsse GLA aufweist, insbesondere einen positiven und einen negativen Anschluss. Es schließen sich an diese Anschlüsse zwei Stromschienen DC+, DC- an. An diese sind die Hochvoltanschlüsse der Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 , FI2 angeschlossen, um einen Fehlerstrom sowie eine Spannungssymmetrie der Potentiale von DC+, DC- einerseits gegenüber dem Potential des Schutzleiters PE andererseits (das heißt gegenüber den Erdpotentialanschlüssen GND, GND-) zu erfassen. In der Figur 4 ist an die Energieübertragungsschaltung A, das heißt an deren Gleichstromladeanschlüsse GLA eine Gleichstrom ladestation LST angeschlossen. Auch ein Schutzleiter PE führt zu der Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung A hin, ohne jedoch mit den Potentialen der Gleichspannungsladestation bzw. mit deren Hochvoltpotentialen verbunden zu sein. In der Figur 4 ist ferner ein Bordnetz bzw. ein Bordnetzabschnitt BN dargestellt, der an die Gleichstromschienen DC+, DC- angeschlossen ist, um von diesen versorgt zu werden. In den Bordnetzabschnitt BN können insbesondere ein Inverter, beispielsweise ein Traktionsinverter, ein Niederspannungs-DCDC, ein Klimakompressorantrieb oder ähnliches vorgesehen sein.
Auch in der Figur 4 sind die Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 , die sich auf die Fehlerstromerfassung richtet, und die Spannungsüberwachungsschaltung FI2 getrennt dargestellt. Dies dient aber wie auch in den vorangehenden Figuren nur zur Darstellung der verschiedenen Funktionen sowie zur Darstellung, dass die Spannungsüberwachungsschaltung FI2 gemäß dem dargestellten Doppelpfeil eingerichtet ist, den Messschalter S anzusteuern. Dies wird insbesondere dann durchgeführt, wenn der von der Fehlerstrommesseinrichtung M erfasste Strom I unter einer vorgegebenen Stromgrenze ist, und so zu entscheiden bleibt, ob kein Isolationsfehler vorliegt, oder ob ein symmetrischer Isolationsfehler vorliegt. Insbesondere öffnet die Spannungsüberwachungsschaltung FI2 nur dann den Schalter S, wenn diese eine Abweichung von einer Spannungssymmetrie erfasst, die kleiner als eine Asymmetriegrenze ist. Ist dies der Fall, dann kann dies daran liegen, dass kein Fehler vorliegt, oder dass ein symmetrischer Fehler vorliegt.
Ferner kann in den dargestellten Ausführungsformen die Spannungsüberwachungsschaltung FI2 mit dem Schalter X ansteuernd verbunden sein, der die Fehlerstrommesseinrichtung M mit dem Erdungspotentialanschluss GND schaltbar verbindet. Die Spannungsüberwachungsschaltung FI2 steuert dann den Schalter X in geschlossenem Zustand an, wenn eine Abweichung von der Spannungssymmetrie kleiner als ein vorgegebener Asymmetriegrenzwert ist. Es kann eine aktive Isolationsfehlererfassungseinrichtung vorgesehen sein, die aktiv, das heißt durch Einprägen eines Messstroms, die Isolation gegenüber dem Massepotential GND erfasst. Diese kann direkt oder indirekt ansteuernd mit dem Schalter X verbunden sein und diesen dann öffnen, wenn die aktive Isolationsfehlererfassungseinrichtung den Messstrom einprägt. Es kann auch eine übergeordnete Steuerung vorgesehen sein, die dann den Schalter X öffnet, wenn sie die Isolationsmesseinrichtung zum Einprägen eines Messstroms ansteuert.
Die Isolationsfehlererfassungsschaltung FI1 , wie in den Figuren 1 bis 4 dargestellt, kann auch als Fehlerstromerfassungseinheit bezeichnet werden, da diese in den Figuren 1 bis 4 für diese Aufgabe eingerichtet ist. Die in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Spannungsüberwachungsschaltung FI2 ist in den Figuren 1 bis 4 symbolhaft getrennt von der Vorrichtung FI1 dargestellt. Jedoch können wie erwähnt die Widerstände R+, R- der Schaltung FI1 auch für die Darstellung der Funktionen der Spannungsüberwachungsschaltung FI2 verwendet werden. Dies gilt auch für die Anschlüsse H1 ', H2‘ und GND‘, die identisch mit den Anschlüssen H1 , H2 und GND sein können. Daher kann als Isolationsfehlererfassungsschaltung auch die Kombination der dargestellten Schaltungen FI1 , FI2 betrachtet werden, wobei die unterschiedlichen Bezugszeichen vornehmlich zur Unterscheidung der Funktion unterschiedlich sind, jedoch als zumindest teilweise gemeinsame Schaltung ausgeführt sein kann.

Claims

Patentansprüche
1 . Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) mit einer Isolationsfehlererfassungsschaltung (FI1 ), die eine Fehlerstrommeßeinrichtung (M), einen ersten Hochvoltanschluss (H1 ), einen zweiten Hochvoltanschluss (H2), einen Erdungspotentialanschluss (GND), einen ersten Meßwiderstand (R+), einen zweiten Meßwiderstand (R-) und einen Meßschalter (S) aufweist, wobei einer der Hochvoltanschlüsse (H1 ) seriell über einen der Meßwiderstände (R+) und den Meßschalter (S) mit einem Verbindungspunkt (V) verbunden ist und der andere der Meßwiderstände (R-) den anderen der Hochvoltanschlüsse (H2) direkt mit dem Verbindungspunkt verbindet, wobei der Verbindungspunkt (V) über die Fehlerstrommeßeinrichtung (M) mit dem Erdungspotentialanschluss (GND) verbunden ist und die Fehlerstrommeßeinrichtung (M) eingerichtet ist, einen Strom (I), der zwischen dem Verbindungspunkt (V) und dem Erdungspotentialanschluss (GND) fließt, zu erfassen, wobei die Fehlerstrommeßeinrichtung (M) eingerichtet ist, diesen Strom (I) bei offenem Meßschalter (S) und bei geschlossenem Meßschalter (S) zu erfassen.
2. Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) nach Anspruch 1 , wobei die Fehlerstrommeßeinrichtung (M) eingerichtet ist, einen asymmetrischen Isolationsfehler auszugeben, wenn der Strom (I) bei geschlossenem Meßschalter (S) größer als eine Fehlerstromgrenze ist, und ferner eingerichtet ist, einen symmetrischen Fehler auszugeben, wenn der Strom (I) bei offenem Meßschalter (S) größer als die Fehlerstromgrenze ist.
3. Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Isolationsfehlererfassungsschaltung (FI1 , 2) ferner eine Spannungsüberwachungsschaltung (FI2) aufweist, die über einen ersten Hochvoltanschluss (H1 '), einen zweiten Hochvoltanschluss (H1 '), einen Erdungspotentialanschluss (GND‘) und eine Spannungssymmetrieerfassung (V1 , V2) verfügt, die eingerichtet ist, eine Abweichung der Symmetrie der Potentiale der Hochvoltanschlüsse (H1 ‘, H-‘) gegenüber dem Erdungspotentialanschluss (GND‘) zu ermitteln und den Meßschalter (S) zu öffnen, wenn die Abweichung kleiner als eine vorbestimmte Spannungsasymmetriegrenze ist.
4. Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) nach Anspruch 3, wobei die Spannungssymmetrieerfassung (V1 , V2) Spannungsmeßwiderstände aufweist, die durch die Meßwiderstände (R+, R-) der Fehlerstrommeßeinrichtung (M) realisiert sind und die Spannungssymmetrieerfassung (V1 , V2) ferner eine Spannungsmeßeinrichtung aufweist, die mit den Meßwiderständen (R+, R-) verbunden ist und eingerichtet ist, die über den Meßwiderständen (R+, R-) abfallenden Spannungen zu erfassen und die Abweichung der Symmetrie als Differenz der Beträge dieser Spannungen zu ermitteln, oder wobei die Spannungssymmetrieerfassung (V1 , V2) zwei dezidierte Spannungsmeßwiderstände aufweist, die einerseits mit den Hochvoltanschlüssen (H1 ‘, H2‘) der Spannungsüberwachungsschaltung (FI2) und andererseits mit dem Erdungspotentialanschluss (GND‘) der Spannungsüberwachungsschaltung (FI2) verbunden sind und die Spannungssymmetrieerfassung (V1 , V2) eine Spannungsmeßeinrichtung aufweist, die mit den Spannungsmeßwiderständen (V1 , V2) verbunden ist und eingerichtet ist, die über den Spannungsmeßwiderständen (V1 , V2) abfallenden Spannungen zu erfassen und die Abweichung der Symmetrie als Differenz der Beträge dieser Spannungen zu ermitteln.
5. Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die zwei Wechselstromschienen (L, L‘) oder zwei Gleichstromschienen (DC+, DC-) mit zwei unterschiedlichen Potentialen aufweist, wobei die Schienen gegenüber einem Erdungspotential (GND) galvanisch isoliert sind, und wobei der ersten und der zweite Hochvoltanschluss (H1 , H2) der Isolationsfehlererfassungsschaltung (FI1 ) mit den Schienen verbunden sind. Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) nach Anspruch 5, die zwei Wechselstromanschlüsse (WLA) sowie die zwei Wechselstromschienen (L, L‘) aufweist, welche mit den Wechselstromanschlüssen (WLA) verbunden sind, die Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) zwei Gleichstromanschlüsse (GLA) sowie die zwei Gleichstromschienen (DC+, DC-) aufweist, welche mit den Gleichstromanschlüssen (GLA) verbunden sind, oder die Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) zwei Wechselstromanschlüsse (WLA) sowie die zwei Gleichstromschienen (DC+, DC-) aufweist, welche über eine Gleichrichtereinrichtung (PFC) mit den Gleichstromanschlüssen (GLA) verbunden sind. Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Isolationsfehlererfassungsschaltung (FI1 ) eingerichtet ist, den erfassten Strom (I) mit einer Stromgrenze zu vergleichen und eingerichtet ist, einen Trennschalter zu öffnen, eine Entladeschaltung zu aktivieren und/oder eine Gleichrichtereinrichtung (PFC) oder eine Stromrichtereinrichtung (10, 10‘) zu deaktivieren, wenn der Strom die Stromgrenze überschreitet, insbesondere über eine vorgegebene Zeitdauer hinweg. Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die einen Erdungsschalter (X) aufweist, wobei der Verbindungspunkt (V) über die Fehlerstrommeßeinrichtung (M) und über diesen Erdungsschalter (X) mit dem Erdungspotentialanschluss (GND) verbunden ist. Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die ferner eine Erdungsschalteransteuerung aufweist, die ansteuernd mit dem Erdungsschalter (X) verbunden ist und eingerichtet ist, den Erdungsschalter (X) in offenem Zustand vorzusehen, wenn eine Isolationsprüfungsvorrichtung der Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung aktiv ist und/oder wenn die Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) keine Leistung überträgt. Fahrzeug-Energieübertragungsschaltung (A) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die als unidirektionale oder bidirektionale Ladeschaltung ausgebildet ist, die als Gleichstrom- oder Wechselstrom-Ladeschaltung ausgebildet ist, oder die als Versorgungsschaltung für externe Verbraucher (WL) ausgebildet ist.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024110118A1 (de) 2024-04-11 2025-10-16 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochvoltsystem für ein Kraftfahrzeug mit passiven, abtrennbaren Entladeschaltungen für Y-Kapazitäten
DE102024207168A1 (de) * 2024-07-30 2026-02-05 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Bidirektionale Ladevorrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, Ladesystem und Verfahren zum Betreiben einer solchen Ladevorrichtung

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140084935A1 (en) * 2011-06-01 2014-03-27 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Device for detecting a defect in insulation
DE102015116106A1 (de) * 2014-10-02 2016-04-07 Ford Global Technologies, Llc Sammelschienenisolationswiderstandsschätzung für elektrische isolationsprüfung und -diagnostik
EP3489698A1 (de) * 2016-07-20 2019-05-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Erdschlusserkennungsvorrichtung und erdschlusserkennungsverfahren

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3037406B1 (fr) * 2015-06-15 2017-06-02 Renault Sas Systeme electrique comportant un circuit de detection d’un defaut d’isolement electrique
DE102019207920B4 (de) 2019-05-29 2026-04-23 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Fahrzeugbordnetz mit einem Isolationsmonitor und Gleichspannungsladestation mit einem ladestationsseitigem Isolationsmonitor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140084935A1 (en) * 2011-06-01 2014-03-27 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Device for detecting a defect in insulation
DE102015116106A1 (de) * 2014-10-02 2016-04-07 Ford Global Technologies, Llc Sammelschienenisolationswiderstandsschätzung für elektrische isolationsprüfung und -diagnostik
EP3489698A1 (de) * 2016-07-20 2019-05-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Erdschlusserkennungsvorrichtung und erdschlusserkennungsverfahren

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