CN117715782A - 绝缘监测器及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于机动车高压车载电网(2)的绝缘监测器(1),其中,车载电网(2)包括HV电池(3)并与车辆地(PA)电气隔离,其中,在正电位(H+)与车辆地(PA)之间以及在负电位(H‑)与车辆地(PA)之间分别设有Y电容(CY_P,CY_N),其中,绝缘监测器(1)具有电流源(4)或电压源,其中,绝缘监测器(1)还包括用于测量至少其中一个所述电位(H+,H‑)的电压表(5),其中,绝缘监测器(1)配置用于在由电压表(5)测量的电位(H+)高于预定上限值时借助电流源(4)加载负电流(I),并且用于在由电压表(5)测量的电位(H+)低于预定下限值时借助电流源(4)加载正电流(I),正电流被限制到在绝缘故障情况下的最大允许接触电流,并依据由电压表(5)测量的电压和依据所馈入的再充电电流(I)推断出绝缘电阻(Riso_P,Riso_N)的大小。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于机动车高压车载电网的绝缘监测器和一种根据权利要求5的前序部分的用于这种绝缘监测器的运行方法。
背景技术
DE 10 2019 202 892 A1公开一种用于机动车的车载电网装置,其中,车载电网装置具有高压蓄电器,用于提供第一高压电位和不同于第一高压电位的第二高压电位,从而在第一和第二高压电位之间能够拾取总电压。此外,车载电网装置具有在第一高压电位与预定的电气接地之间的第一绝缘电阻以及在第二高压电位与预定电气接地之间的第二绝缘电阻以及设计用于监测第一和第二绝缘电阻的绝缘监测装置。具有电驱动***的车辆的HV(高压)车载电网一般至少由具有电池接触器的HV电池和HV耗电装置如脉冲逆变器组成。一般,高压车载电网作为IT(即:隔离接地,法语为Isole Terre)***来实现且因此完全与车辆地电气隔离。但电缆、HV耗电装置、电池等中的寄生电阻造成在正或负高压电位与车辆地之间的高阻抗连接,即,所谓的绝缘电阻或上述相应的第一和第二绝缘电阻。只要该电阻是高欧姆值的、即为兆欧级,就没有危险。出于安全考虑,借助也称为绝缘监测器的绝缘监测装置来持续监测绝缘电阻。如果低于规定的阈值,则生成警告并且视工作状态的不同而通过电池接触器将高压车载电网与电池断开并产生更安全的状态。除了绝缘电阻外,在每个HV车载电网中还存在电容,尤其是所谓的对地电容,其位于HV接线端与车辆地之间。它们因例如由电缆屏蔽引起的寄生效应而出现且甚至被有意加入以改善EMC(电磁兼容)特性。按照公式E=1/2C U2,在所述电容C的电容器中在加载电压U的情况下存储电能E。如果随后人同时触摸高压触点和车辆地,则所述电容器经由人体放电或再充电,并且原则上、即当电流过高时可能导致危险。为了保持低的潜在危险,故按照不同的标准在电容器中存在用于最大允许存储电能、或更确切地说是有效电能的极限值。这直接造成最大允许总电容的依据HV总电压的限制。另外,出于安全考虑必须假定最糟糕情况,并且其出发点是当HV极对地测量电压近似等于总HV电压时存在的最大非对称HV车载电网。它尤其可能因污垢电阻或漏电流而在使用寿命期间出现。由于上述对最大允许总电容的限制,故在非对称车载电网情况下、即当在正高压电位与接地之间的电压以及在负高压电位与接地之间的电压不同时不存在潜在危险。除了最大允许总电容受限的缺点外,在此情况下、即在非对称车载电网情况下还可能出现的是,在将车辆例如通过DC充电接口连接至充电桩时,充电桩和车辆的对地正压电位或负压电位是不同的。这可能在接通充电桩时导致不希望的且不确定的补偿过程,其在最糟糕情况下可能妨碍充电。
发明内容
本发明的任务是提供一种改善的用于机动车高压车载电网的绝缘监测器和一种改善的用于这种绝缘监测器的运行方法。
根据本发明,该任务通过一种根据权利要求1的用于机动车高压车载电网的绝缘监测器和一种根据权利要求5的用于运行用于机动车高压车载电网的绝缘监测器的方法来完成。
本发明的有利设计是从属权利要求的主题。
根据本发明,提出一种用于机动车高压车载电网的绝缘监测器,其中,车载电网包括HV电池并且与车辆地电气隔离,其中,在HV电池的正电位与车辆地之间以及在HV电池的负电位与车辆地之间因为寄生效应而分别存在绝缘电阻,其中,在正电位与车辆地之间以及在负电位与车辆地之间分别设有Y电容,其中,该绝缘监测器具有用于Y电容再充电的电流源或电压源,其中,电流源接设在车辆地与其中一个所述电位之间,其中,绝缘监测器还包括用于测量至少其中一个所述电位的电压表。
根据本发明,该电流源或电压源还配置用于平衡所述电位,其中,该绝缘监测器配置成在电压表所测电位高于预定上限值时借助电流源加载负电流,并在电压表所测电位低于预定下限值时借助电流源加载正电流,该电流被限制到在绝缘故障情况下的最大允许接触电流,并且依据电压表所测电压且依据所馈入的再充电电流推断出绝缘电阻大小。
在使用本发明的绝缘监测器的情况下,HV电位分布与对称的HV电位分布之差很小。故存储在Y电容中的电能含量/电荷总是很接近可达到的最小值。由此可以在HV***内允许较大的Y电容,但仍满足关于存储电能/电荷的法定要求。故可以实现在HV部件中的更有利/更好的EMC滤波。
附图说明
以下将结合图来详细解释本发明,其中:
图1示出用于机动车车载电网的绝缘监测器的示意图,
图2示出用于表明继电器输出、由电流源加载的电流和电位的随时间变化的示意性曲线图。
具体实施方式
彼此对应的零部件在所有图中带有相同的附图标记。
图1示出尤其用于机动车、最好是具有电驱动***的机动车的车载电网2的绝缘监测器1的示意图。
车载电网2例如是HV(高压)车载电网且一般包括至少一个HV电池3以及在此未被示出的HV耗电装置。在图中还示出HV电池3的内电阻Ri_batt。一般,车载电网2与车辆地PA电气隔离。在正电位H+与车辆地PA之间以及在负电位H-与车辆地PA之间由于寄生效应而分别存在绝缘电阻Riso_P、Riso_N。出于安全考虑,设有绝缘监测器1,其监测绝缘电阻Riso_P、Riso_N。此外,在正电位H+与车辆地PA之间以及在负电位H-与车辆地PA之间分别设有Y电容CY_P、CY_N。在图中虽然未明确示出属于CY_P、CY_N的线路电阻,但它们不可避免地出现在真实电路中,就像HV电池3的内电阻Ri_batt也不是故意单独加入的。
高压电池3可以具有例如800伏额定电压。
绝缘监测器1包括电流源4、例如是电气隔离的电流源,用于给所述Y电容CY_P、CY_N再充电和使所述电位H+和H-对称。电流源4为此接设在车辆地PA与电位之一H+或H-(在当前情况下是电位H+)之间。绝缘监测器1还包括用于测量其中一个电位H+或H-(在此是电位H+)的电压表5。此外,绝缘监测器1包括控制装置,其依据由电压表5测量的电位H+的值来控制或调整待由电流源4加载的再充电电流I。该控制装置在图中通过继电器6、一个加法环节7、两个乘法环节8、9以及三个常量值10、11、12代表,但也可以通过任何其它合适方式形成。绝缘监测器1或其控制装置被配置成:在由电压表5测量的电位H+高于例如为440V的值时由电流源4加载例如为-40μA的电流I,而在由电压表5测量的电位H+低于例如为360V的值时由电流源4加载例如为+40μA的电流I。如此配置绝缘监测器1,即,它能加载不超过最大电流强度的电流I,最大电流强度尤其最多能达到+/-10mA范围。但在例外情况下该绝缘监测器1的配置也能加载还更高的电流强度。
图2示出用于说明随时间t而变化的继电器6的输出A、由电流源4加载的电流I、被测电位H+和电位H-的示意性曲线图。
在为了确定HV电位分布而借助电压表5测量电压以便启动车载电网2之后,通过用电流源4加载电流I而首先建立电位H+、H-的关于车辆地PA的对称分布。确定由电流源4施加的恒定电流I(此时保持对称电位分布),以用于后续计算绝缘电阻Riso_P、Riso_N。基于电位H+、H-的对称分布,通过从电流源4馈入另一累加电流I而以关于对称分布的更小的正值和/或负值对电位H+、H-进行更小的再充电。由电流源4施加的电流I在此被限制到在绝缘故障情况下的最大允许接触电流。依据在正电位H+和车辆地PA之间或在负电位H-与车辆地PA之间的被测电压并且依据所馈入的再充电电流I,可以推断出绝缘值、即绝缘电阻Riso_P、Riso_N的大小。在此,电位分布以关于对称电位分布的规定电压偏移来变化。故绝缘监测器被配置成以关于对称分布的规定电压偏移来改变电位(H+,H-)分布,其中,该电压偏移例如可以是两位数的高电压,尤其最高能达到+/-50V范围。但在例外情况下绝缘监测器1的配置也可以加载还更高的电压偏移。
在一个替代实施方式中,绝缘监测器1可以具有电压源(如电气隔离电压源)来代替电流源4并且通过加载电压来确定绝缘电阻Riso_P、Riso_N的大小。
图2针对以下情况示出模拟结果,即,绝缘电阻Riso_P为30兆欧并且绝缘电阻Riso_N为10兆欧。从电位H+、H-的极其非对称分布(即,Y电容CY_P、CY_N中的高电能含量)开始,绝缘监测器1主动形成电位H+、H-对称分布。可以看到,比之用于减小负电位H-的正电流I,为了减小正电位H+而需要的负电流I持续达更长的时间,这由非对称电阻分布引起。但绝缘监测器1还是可以依据所确定的参数如再充电时间和电位H+、H-的分布来确定绝缘电阻Riso_P、Riso_N的值。它现在具备关于再充电电流I的不同占空比的信息来代替非对称稳态的信息。
附图标记列表
1 绝缘监测器
2 车载电网,HV车载电网
3 HV电池
4 电流源
5 电压表
6 继电器
7 加法环节
8,9 乘法环节
10,11,12常量值
CY_P,CY_N Y电容
H+,H- 电位
I 电流,再充电电流
A 输出
PA 车辆地
Ri_batt 内电阻
Riso_P,Riso_N 绝缘电阻
t 时间
Claims (6)
1.一种用于机动车高压车载电网(2)的绝缘监测器(1),其中,该车载电网(2)包括HV电池(3)并与车辆地(PA)电气隔离,其中,在该HV电池(3)的正电位(H+)与该车辆地(PA)之间以及在该HV电池(3)的负电位(H-)与该车辆地(PA)之间因寄生效应而分别存在绝缘电阻(Riso_P,Riso_N),其中,在该正电位(H+)与该车辆地(PA)之间以及在该负电位(H-)与该车辆地(PA)之间分别设有Y电容(CY_P,CY_N),其中,该绝缘监测器(1)具有用于对所述Y电容(CY_P,CY_N)进行再充电的电流源(4)或电压源,其中,该电流源(4)接设在该车辆地(PA)与其中一个所述电位(H+或H-)之间,其中,该绝缘监测器(1)还包括用于测量至少其中一个所述电位(H+,H-)的电压表(5),
其特征是,
该电流源(4)或该电压源还配置用于使所述电位(H+,H-)对称,其中,该绝缘监测器(1)配置用于在由该电压表(5)测量的电位(H+)高于预定上限值时借助该电流源(4)加载负电流(I),并且用于在由该电压表(5)测量的电位(H+)低于预定下限值时借助该电流源(4)加载正电流(I),该正电流被限制到在绝缘故障情况下的最大允许接触电流,并且依据由该电压表(5)测量的电压并依据所馈入的再充电电流(I)推断出所述绝缘电阻(Riso_P,Riso_N)的大小。
2.根据权利要求1所述的绝缘监测器(1),其特征是,该绝缘监测器(1)配置成:在为了启动该车载电网(2)而借助该电压表(5)测量电压以确定所述电位(H+,H-)的分布之后,通过用该电流源(4)加载电流(I)而首先建立所述电位(H+,H-)的关于该车辆地(PA)的对称分布,确定由该电流源(4)施加的保持所述对称电位分布的恒定电流(I)以便随后计算所述绝缘电阻(Riso_P,Riso_N),并且基于所述电位(H+,H-)的对称分布,通过从该电流源(4)馈入另一累加电流(I)而实现以关于所述对称分布的更小的正值和/或负值对所述电位(H+,H-)进行更小的再充电。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘监测器(1),其特征是,该高压电池(3)具有800伏额定电压,其中,该绝缘监测器(1)配置成以关于所述对称分布的尤其为+/-50V的规定电压偏移来改变所述电位(H+,H-)的分布。
4.根据前述权利要求之一所述的绝缘监测器(1),其特征是,该绝缘监测器(1)配置成加载不超过最大电流强度、尤其是不超过+/-10mA的电流(I)。
5.一种用于运行用于机动车高压车载电网(2)的绝缘监测器(1)的方法,其中,该车载电网(2)包括HV电池(3)并与车辆地(PA)电气隔离,其中,在该HV电池(3)的正电位(H+)与该车辆地(PA)之间以及在该HV电池(3)的负电位(H-)与该车辆地(PA)之间因寄生效应而分别存在绝缘电阻(Riso_P,Riso_N),其中,在该正电位(H+)与该车辆地(PA)之间以及在该负电位(H-)与该车辆地(PA)之间分别设有Y电容(CY_P,CY_N),其中,该绝缘监测器(1)具有用于Y电容(CY_P,CY_N)再充电的电流源(4)或电压源,其中,该电流源(4)接设在该车辆地(PA)和其中一个所述电位(H+或H-)之间,其中,该绝缘监测器(1)还包括用于测量至少其中一个所述电位(H+,H-)的电压表(5),
其特征是,
还借助该电流源(4)或该电压源使所述电位(H+,H-)对称,其中,该绝缘监测器(1)在由该电压表(5)测量的电位(H+)高于预定上限值时借助该电流源(4)加载负电流(I),并且在由该电压表(5)测量的电位(H+)低于预定下限值时借助该电流源(4)加载正电流(I),该正电流被限制到在绝缘故障情况下的最大允许接触电流,并且依据由该电压表(5)测量的电压并依据所馈入的再充电电流(I)推断出所述绝缘电阻(Riso_P,Riso_N)的大小。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征是,在为了启动该车载电网(2)而借助该电压表(5)测量电压以确定所述电位(H+,H-)的分布之后,该绝缘监测器(1)通过用该电流源(4)加载电流(I)来首先建立所述电位(H+,H-)的关于该车辆地(PA)的对称分布,确定由该电流源(4)施加的保持所述对称电位分布的恒定电流(I)以便随后计算所述绝缘电阻(Riso_P,Riso_N),并且基于所述电位(H+,H-)的对称分布,通过由该电流源(4)馈入另一累加电流(I)而实现以关于所述对称分布的更小的正值和/或负值对所述电位(H+,H-)进行更小的再充电。
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