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Die Erfindung betrifft eine Messanordnung, ein Messgerät und ein Verfahren zur Bestimmung von Isolationsfehlern.
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Hochvoltbatterien (HV-Batterien, HV = Hochvolt) oder im folgenden auch Batterien genannt, werden beispielsweise in Fahrzeugen verwendet, die mit elektrischer Energie angetrieben werden. In diesem Zusammenhang werden unter Batterien Akkumulatoren verstanden, die elektrische Energie bereitstellen und in die auch elektrische Energie eingespeist werden kann. Hierbei übersteigt die Batteriespannung die bisherige Spannung von Fahrzeugbatterien und liegt bei etwa 100 V oder höher. Hochvoltbatterien werden aus einer Reihenschaltung von Einzelzellen hergestellt, die während des Montageprozesses bereits auf Fehlerfreiheit überprüft werden sollen. Hierbei ist zu beachten, dass das Personal während der Montage nicht gefährdet wird, da sich mit jeder montierten Einzelzelle die Gesamtspannung der entstehenden Hochvoltbatterie erhöht und schließlich 60 V DC (DC = Gleichspannung) oder höher ein Gefahrenpotential darstellt.
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Zur Erhöhung der Qualität bei der Montage von Hochvoltbatterien ist es erforderlich, den Isolationswiderstand zwischen dem Hochvoltsystem und sonstigen leitfähigen Teilen der Batterie, z. B. Bodenplatte, Kühlsystem etc. zu bestimmen. Dies geschieht während oder spätestens nach Abschluss der Montagearbeiten und dient als Sicherheitsprüfung der Montage einer Hochvoltbatterie. Ferner wird angestrebt, den Isolationswiderstand während des Aufbauprozesses oder Montageprozesses an ausgewählten Stellen zu bestimmen, um einen sicheren Fortgang der Montage zu erlauben. Mehrere Isolationsfehler in Kombination können zu einem Stromfluss oder sogar zu einem Lichtbogen führen, was durch ein rechtzeitiges Überprüfen der Fehlerfreiheit vermieden werden kann.
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Für die Isolationsmessung sind beispielsweise folgende beide Verfahren bekannt.
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1. Messung mit Fremdspannung
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2. Messung mit Eigenspannung
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Bei einer Messung des Isolationswiderstandes mit Fremdspannung wird zwischen einer Masse und dem negativem Hochvoltanschluss oder dem positiven Hochvoltanschluss ein Isolationsmessgerät angeschlossen. Dieses Messgerät weist eine Spannungsquelle und ein Amperemeter auf. Während der Messung wird beispielsweise mit der Spannungsquelle eine Spannung in Höhe von 500 V angelegt und der Strom mit dem Amperemeter gemessen. Anschließend wird mit der Formel R = U/I der Widerstandswert der Isolation bestimmt.
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Hierbei ergibt sich der Nachteil, dass bei der Messung über Spannung je nach Polung diese Spannung von der angelegten Spannung entweder addiert oder subtrahiert wird. Das Messgerät erkennt dies jedoch nicht. Somit kann ein Messwert verfälscht werden. Ferner wird bei dieser Vorgehensweise der exakte Isolationswert nicht sofort ermittelt, da zu Beginn ein Polarisationsstrom überlagert gemessen wird, der erst nach einem längeren Zeitraum, oft im Bereich von etwa fünf Minuten, sich dem Wert Null nähert. Somit ist die Messung auch zeitaufwendig.
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Auch ist von Nachteil, dass während der Messung mit Fremdspannung parasitäre Kapazitäten der Batterie auf die Messspannung aufgeladen werden. Dadurch kann eine Gefährdung für das Bedienpersonal entstehen, wenn die Spannung hoch gewählt wurde. Ferner ist von Nachteil, dass die Position des Isolationsfehlers nur durch zusätzliche Messungen bestimmt werden kann.
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Eine weitere Möglichkeit zur Isolationsmessung ist eine Messung mit Eigenspannung. Hierbei wird mit einem Voltmeter die Spannung von dem positiven Hochvoltanschluss und von dem negativen Hochvoltanschluss jeweils in Bezug auf Masse gemessen. Die gemessene Spannung vom positiven Hochvoltanschluss auf Masse wird als erste Messspannung V1' und die gemessene Spannung vom negativen Hochvoltanschluss auf Masse wird als zweite Messspannung V1 erhalten. Anschließend werden die beiden Messspannungen V1 und V1' miteinander verglichen. Ist V1 > V1' wird zwischen dem negativen Hochvoltanschluss und Masse eine weitere Spannung V2 gemessen und dem Messgerät ein bekannter Widerstand Ro parallel geschaltet. Ist V1 < V1' wird zwischen dem positiven Hochvoltanschluss und Masse eine andere Spannung V2 gemessen und dem Messgerät ein bekannter Widerstand Ro parallel geschaltet. Aus den Messungen kann dann der Isolationswiderstand ermittelt werden.
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Hierbei ergibt sich der Nachteil, dass für jede Messung drei Einzelmessungen durchgeführt werden müssen. Die Messungen werden sowohl an dem positiven wie auch dem negativen Hochvoltanschluss durchgeführt, so dass eine Automatisierbarkeit schwer umzusetzen ist.
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DE 10 2004 032 230 A1 beschreibt in Bezug auf ein Brennstoffzellensystem eine Einrichtung zum Messen eines Isolationswiderstandes gegenüber einem elektrischen Massepunkt. Hierbei werden Referenzwiderstände in einer Reihenschaltung zwischen zwei Lastromleitungen des Brennstoffzellensystems verwendet. Mit einer Referenzspannungsquelle sind mindestens zwei verschiedene Referenzspannungen einstellbar. Hierbei wird eine erster Messwert bei einer ersten anliegenden Referenzspannung und ein zweiter Messwert bei einer zweiten anliegenden Referenzspannung erfasst und mit Hilfe dieser beiden Messwerte der Wert des Isolationswiderstandes berechnet.
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Hierbei ergibt sich der Nachteil, dass Referenzwiderstände zwischen dem positiven Hochvoltanschluss und dem negativen Hochvoltanschluss verschaltet werden. Dies ist bei einer Montage einer Hochvoltbatterie mit Einzelzellen nachteilig ist, da sich bei jeder Montage einer Einzelzelle an die bisherige Batterieanordnung zumindest der positive oder der negative Hochvoltanschluss örtlich verlagert, so dass während einer Montage ständig die Messanordnung neu kontaktiert werden müsste.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung, ein Messgerät und ein Verfahren zur Bestimmung eines Isolationswiderstandes einer Hochvoltbatterie anzugeben, um Messvorgänge während eines Montagevorgangs der Hochvoltbatterie zu vereinfachen.
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Die Aufgabe wird mit einer Messanordnung gelöst. Hierbei dient die Messanordnung zur Bestimmung von Isolationsfehlern während einer Montage von Einzelzellen mit einer vorgegebenen Zellenspannung (Uzell) zu einer Hochvoltbatterie, mit der eine Batteriespannung bereitstellbar ist. Die erfindungsgemäße Messanordnung weist eine Spannungsquelle auf, die eine erste Quellenspannung (Uext1) und eine zweite Quellenspannung (Uext2) bereitstellt. Ferner weist die Messanordnung ein Spannungsmessgerät auf, wobei die Spannungsquelle und das Spannungsmessgerät in einer Reihenschaltung verschaltet sind und die Reihenschaltung zwischen einem Anschluss der Hochvoltbatterie und einem Bezugspotential anschließbar ist. Hierbei ist mit dem Spannungsmessgerät eine erste Messspannung (Umess1) beim Anliegen der ersten Quellenspannung (Uext1) und eine zweite Messspannung (Umess1) beim Anliegen der zweiten Quellenspannung (Uext2) messbar, wobei aus den beiden Messspannungen (Umess1, Umess2) und der vorgegebenen Zellenspannung (Uzell) ein Isolationswiderstand (Riso) ermittelbar ist.
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Hierbei ist von Vorteil, dass der Montagevorgang einer Hochvoltbatterie kontinuierlich auf Isolationsfehler und Montagefehler überwacht werden kann, ohne dass ein Messort der Spannungsquelle und des Spannungsmessgerätes verändert werden muss. Somit werden auch Messfehler vermieden, da ein erneutes Anschließen der Messanordnung vermieden wird. Des Weiteren können Fehler durch das Bedienpersonal beim Messen vermieden werden, wie z. B. Messspitzen nicht korrekt kontaktiert, Messung vergessen oder ähnliches.
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Vorteilhaft ist auch, dass durch die Fremdspannung, ein Isolationsfehler auch bei der ersten Zelle gefunden werden kann, wenn nur eine Messung durchgeführt wird. Im Gegensatz hierzu werden bei der Vorgehensweise gemäß dem Stand der Technik mehr als zwei Messungen benötigt.
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Die Isolationsmessung kann während des gesamten Aufbaus mitlaufen, ohne dass eine gefährliche Fremdspannung eingekoppelt werden muss. Das Bedienpersonal kann unmittelbar im Falle eines Auftretens eines Isolationsfehlers gewarnt werden, beispielsweise mit einem akustischen Signal und/oder einem visuellen Signal.
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Werden Batterien sequentiell aufgebaut d. h. vom Pluspol zum Minuspol oder umgekehrt ist, nur ein einmaliges Kontaktieren (HV+ oder HV– auf Masse) notwendig, um während des gesamten Aufbaus den Isolationswert zu erfassen. Dies könnte beispielsweise auch über einen regulären HV-Stecker der Batterien geschehen.
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In vorteilhafterweise ist der Isolationswiderstand (Riso) einer Einzelzellen an der Position x gemäß der Formel
ermittelbar ist, wobei x die Position der Einzelzelle ist, die an der x-ten Position von der Messanordnung gesehen entfernt ist.
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Bevorzugterweise kann vorgesehen werden, dass eine Position x eines Isolationsfehlers gemäß der Formel x = Uext1·Umess2 – Umess1·Uext2 / Uzelle·(Umess1 – Umess2) ermittelbar ist, wobei x die Position einer fehlerhaften Einzelzelle ist, die an der x-ten Position von der Messanordnung gesehen entfernt ist. Ferner ist Uext1 die erste Quellenspannung, Uext2 die zweite Quellenspannung, Uzelle die vorgegebene Zellenspannung, Umess1 die Messspannungen beim Anliegen der ersten Quellenspannung Uext1 und Umess2 die Messspannung beim Anliegen der zweiten Quellenspannung Uext2.
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In einem Ausführungsbeispiel kann vorgesehen werden, dass die Spannungsquelle eine regelbare Gleichspannungsquelle ist, die Spannungen unterhalb von 50 Volt bereitstellt. Das Verwenden von Kleinspannung ist vorteilhaft für die Sicherheit des Bedienpersonals. Das Verfahren kann jedoch auch mit höheren Spannungen oberhalb des Kleinspannungsbereichs durchgeführt werden.
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In einer Ausführungsform kann vorgesehen werden, dass die Hochvoltbatterie in einer ersten Baurichtung und in einer zweiten Baurichtung gleichzeitig montierbar ist, wobei die erste Baurichtung und die zweite Baurichtung voneinander entgegengesetzt ausgerichtet sind, und zu montierende Einzelzellen von einer Einzelzelle ausgehend in die beiden Baurichtungen montierbar sind und die Messanordnung zwischen zwei Einzelzellen und dem Bezugspotential angeschlossen ist.
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Von Vorteil kann vorgesehen werden, dass die Hochvoltbatterie in einer ersten Baurichtung und in einer zweiten Baurichtung gleichzeitig montierbar ist, wobei die erste Baurichtung und die zweite Baurichtung aufeinander zu gerichtet sind und bereits montierte Einzelzellen zwei Einheiten bilden, wobei jede Einheit eine Messanordnung aufweist und die erste Messanordnung an einem negativen Pol einer ersten Einzelzelle der ersten Einheit angeschlossen ist und die zweite Messanordnung an einem positiven Pol einer zweiten Einzelzelle der zweiten Einheit angeschlossen ist.
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Somit auch eine Anwendung an Hochvoltbatterien möglich, die nicht von ihrem positiven Hochvoltanschluss (HV+) oder von ihrem negativen Hochvoltanschluss (HV–) sequentiell aufgebaut werden, die beispielsweise mit der Montage an einem beliebigen Punkt in der Serienschaltung der Einzelzellen beginnen.
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Werden zunächst voneinander unabhängig mehrere Einheiten montiert, so können mehrere Messstellen bereitgestellt werden, vorzugsweise eine Messstelle pro Einheit und somit eine Spannungsquelle und ein Spannungsmessgerät pro Einheit.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hochvoltbatterie für ein Fahrzeug geeignet ist und die Batteriespannung (Ubat) größer als 100 V ist.
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Solche Hochvoltbatterien können zum Einsatz kommen, wenn das Fahrzeug ausschließlich mit elektrischer Energie angetrieben wird oder als Hybridfahrzeug bereitgestellt wird.
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Ferner wird die Aufgabe mit einem Messgerät gelöst, das eine erfindungsgemäße Messanordnung aufweist, wobei mit dem Messgerät ein Isolationsfehler ermittelbar und signalisierbar ist.
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Hierbei ist von Vorteil, dass bei Auftreten eines Isolationsfehlers sofort dessen Position angezeigt werden kann, beispielsweise auf einem Bildschirm.
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Des Weiteren wird die Aufgabe der Erfindung mit einem Verfahren gelöst. Das Verfahren dient zur Bestimmung eines Isolationsfehlers von Einzelzellen mit einer vorgegebenen Zellenspannung (Uzell) einer Hochvoltbatterie, mit der eine Batteriespannung (Ubat) bereitstellbar ist. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, ein Erzeugen einer ersten Quellenspannung (Uext1), ein Messen einer ersten Messspannung (Umess1) beim Anliegen der ersten Quellenspannung (Uext1). Ferner ist vorgesehen ein Erzeugen einer zweiten Quellenspannung (Uext2), ein Messen einer zweiten Messspannung (Umess2) beim Anliegen der zweiten Quellenspannung (Uext2) und ein Ermitteln eines Isolationswiderstandes (Riso) aus den beiden Messspannungen (Umess1, Umess2) und der vorgegebenen Zellenspannung (Uzell).
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Auch kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, auch unabhängig von der Bestimmung eines Isolationswiderstandes, eine Position x eines Isolationsfehlers ermittelt werden unter Verwendung der ersten Quellenspannung (Uext1), der ersten Messspannung (Umess1), der zweiten Quellenspannung (Uext2), der zweiten Messspannung (Umess2) und der Zellenspannung (Uzell), wobei x die Nummer der Zelle ist, die an der x-ten Position von der Messanordnung gesehen entfernt ist und in der ein Isolationsfehler vorhanden ist.
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Es ist vorgesehen, dass das Verfahren während der Montage der Hochvoltbatterie durchgeführt wird. Ferner kann es auch bei einer Endkontrolle eingesetzt werden nachdem die Einzelzellen vollständig zu einer Hochvoltbatterie zusammengebaut sind. Auch kann das Verfahren während eines montierten Zustands der Hochvoltbatterie in einem Fahrzeug verwendet werden. Beispielsweise kann das Verfahren mit einem stationär im Fahrzeug verbauten Isolationswächter durchgeführt werden. Das Verfahren kann somit vielseitig eingesetzt werden, beispielsweise während einer Montage einer Hochvoltbatterie und nach der Installation der Hochvoltbatterie in einem Fahrzeug, d. h. während dem Gebrauch der Hochvoltbatterie im Fahrzeug.
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Die Messanordnung und das Messverfahren sind besonders gut geeignet für den Einsatz in Fertigungslinien, da eine Automatisierung der Messung erfolgen kann.
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Mit Hilfe einer Steuerung können die Vorgänge sehr leicht automatisiert werden. Es wird nur eine Spannungsquelle und ein Voltmeter benötigt, das von einer Steuerung bedient werden kann. Die Steuerung wechselt die Spannung zwischen zwei Spannungsniveaus und das Messgerät zeichnet die beiden Messwerte auf. Nun kann von der Steuerung fortlaufend der Isolationswiderstand berechnet und dokumentiert werden. Somit kann die Isolationsmessung vollständig ohne zutun von Bedienpersonal ablaufen. Das Bedienpersonal kann dann gewarnt werden, falls ein Isolationsfehler auftritt, oder Grenzwerte unterschritten werden.
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Durch die Möglichkeit einer Automatisierbarkeit des Verfahrens sind diskrete Messgeräte denkbar, die an der Hochvoltbatterie während des Aufbaus oder der Montage angekoppelt werden können.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen:
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1 ein Ersatzschaltbild einer Hochvoltbatterie;
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung zur Bestimmung von Position eines Isolationsfehlers und Wert eines Isolationswiderstandes;
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messanordnung zur Bestimmung von Position eines Isolationsfehlers und Wert eines Isolationswiderstandes;
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4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung zur Bestimmung von Position eines Isolationsfehlers und Wert eines Isolationswiderstandes; und
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5 eine Messanordnung ausgeführt als Messgerät.
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1 zeigt ein Ersatzschaltbild einer Hochvoltbatterie 10, das bei den nachfolgenden Betrachtungen berücksichtigt werden soll. Die Hochvoltbatterie 10 weist einen negativen Hochvoltanschluss 11 (HV–) und einen positiven Hochvoltanschluss 12 (HV+) auf. Ferner weist die Hochvoltbatterie 10 eine Vielzahl von Zellen 1 bis n auf, wobei jede Einzelzelle oder auch hier Zelle genannt, eine Speicherkapazität 13 und einen Isolationswiderstand 14 (Riso) aufweist.
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In 1 ist die modulare Bauweise der Hochvoltbatterie 10 mit Hilfe des Index x angedeutet, wobei die Zellen mit einem Index von x = 1 bis x = n bezeichnet sind, wobei n eine beliebige ganze positive Zahl ist. Der Parameter x wird auch für eine Identifikation einer fehlerhaften Einzelzelle herangezogen, bei der ein erniedrigter Isolationswiderstand festgestellt wird. Jede einzelne Zelle weist an der Speicherkapazität 13 eine Zellenspannung 15 (Uzelle) auf, wobei die Zellenspannungen 15 infolge einer Reihenschaltung der Speicherkapazitäten 13 in Summe eine Batteriespannung 16 (Ubat) ergeben. Die Batteriespannung 16 setzt sich somit aus den einzelnen Zellenspannungen 15 zusammen, wobei alle Zellenspannungen Uzelle als gleich hoch angenommen werden. Demnach wird davon ausgegangen, dass jede einzelne Zelle die gleiche Zellenspannung (Uzelle) aufweist . In Parallelschaltung zu der Speicherkapazität 13 ist pro Zelle der Isolationswiderstand 14 (Riso) vorhanden, der sich als Widerstand zwischen einem negativen Pol der Speicherkapazität 13 und einem Massepotential 17 oder Masse 17 ergibt.
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Bei einer fehlerfreien Hochvoltbatterie 10 haben alle Isolationswiderstände 14 einen hohen Isolationswert, so dass kein signifikanter Fehlerstrom gegen das Massepotential 18 entstehen kann. Der Isolationswiderstand 14 einer fehlerfreien Zelle liegt beispielsweise im Giga-Ohm-Bereich. Bei einer fehlerhaften Zelle kann ein Fehlerstrom fließen, so dass der Isolationswiderstand 14 dieser Zelle nicht vernachlässigt werden kann. Der Isolationswiderstand 14 einer fehlerhaften Zelle kann beispielsweise im Kilo-Ohm-Bereich liegen. Vorzugsweise ist der Isolationswiderstand 14 für den fehlerfreien Fall so bemessen, dass ein Wert von 100 Ohm pro Volt in Bezug auf die Gesamtspannung der Hochvoltbatterie 10 eingehalten wird. Dies bedeutet, dass bei einer Spannung von 60 V DC mindestens ein Isolationswiderstand von 100 Ohm/Volt × 60 V = 6000 Ohm vorhanden sein sollte.
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2 zeigt das Ersatzschaltbild der Hochvoltbatterie 10 aus 1 mit einer daran angeschlossenen Messanordnung 20 in einem ersten Ausführungsbeispiel. Hierbei wird während einer Montage der einzelnen Zellen der Hochvoltbatterie 10 der Isolationswiderstand 14 jeder einzelnen Zellen auf Fehlerfreiheit überprüft. Im Falle eines Fehlers tritt ein nicht vernachlässigbarer Isolationswiderstand 14 in der fehlerhaften Zelle auf, der geringer ist, als ein Isolationswiderstand 14 einer Zelle ohne Fehler der Isolation. An welcher Position innerhalb der Hochvoltbatterie 10 ein nicht vernachlässigbarer Isolationswiderstand 14 vorhanden ist, ist zunächst nicht bekannt und soll ermittelt werden. Auch die Größe des Isolationswiderstandes 14 ist unbekannt und soll bestimmt werden.
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Die Messanordnung 20 weist eine regelbare Spannungsquelle 21 und ein Spannungsmessgerät 22 auf. Für eine Isolationsmessung und eine Ortung eines Isolationsfehlers wird die regelbare Spannungsquelle 21 wird mit ihrem positiven Eingang (+ Eingang) an den Hochvoltpol oder Hochvoltanschluss 11, hier den negativen Hochvoltanschluss (HV–) der Batterie 10 angeschlossen. Ferner wird das Spannungsmessgerät 22, hier ein Voltmeter, zwischen Masse 17 als Bezugspotential und einem negativen Eingang(-Eingang) der regelbaren Spannungsquelle 21 angeschlossen. Das Spannungsmessgerät 22 weist einen Innenwiderstand 23 (Rmess) auf, dessen Größe als bekannt angenommen wird.
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Auch besteht die Möglichkeit, dass ein externer Messwiderstand (Rmess_ext) mit beliebig gewähltem Widerstandswert verwendet werden kann. Der externe Messwiderstand (Rmess_ext) kann parallel zu dem Innenwiderstand 23 des Spannungsmessgerätes 22 geschaltet werden, so dass sich ein Gesamtwiderstand (Rges) ergibt, der als Messwiderstand (Rmess) verwendet werden kann. In diesem Fall dient der externe Messwiderstand (Rmess_ext) als Referenzwiderstand. So kann beispielsweise ein Gesamtwiderstand (Rmess) in einer Parallelschaltung aus dem Innenwiderstand 23 des Spannungsmessgerätes 22 und dem externen Referenzwiderstand (Rmess_ext) gebildet werden.
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Mit der regelbaren Spannungsquelle 21 werden zwei Spannungswerte zeitlich nacheinander erzeugt, zunächst Uext1 und danach Uext2, beispielsweise mit Uext1 = 10 V und Uext2 = 15 V, jeweils als Gleichspannung. Das Spannungsniveau der erzeugten Spannungen ist für das Bedienpersonal oder Montagepersonal nicht gefährlich und kann daher unbedenklich verwendet werden. Während dem Anlegen der beiden Spannungen Uext1 und Uext2 wird jeweils eine Messspannung mit dem Spannungsmesser 22 gemessen. Da die Zellenspannung 15 jeder Zelle einen gleichen oder nahezu gleichen Wert aufweist und bekannt ist, kann insgesamt die Position und der Wert der fehlerhaften Isolation ermittelt werden.
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Die Position x des Isolationsfehlers kann bestimmt werden mit x = Uext1·Umess2 – Umess1·Uext2 / Uzelle·(Umess1 – Umess2)
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Hierbei gibt der Wert x an, in welcher Zelle, gerechnet ab dem negativen Hochvoltanschluss 11 in Richtung des positiven Hochvoltanschlusses 12 ein Isolationsfehler vorhanden ist. Der Wert x ist somit eine dimensionslose Größe und gibt die Position bzw. die Zellennummer des Isolationsfehlers an.
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Ferner kann aus den beiden gemessenen Spannungswerten Umess1 und Umess2 der Isolationswiderstand Riso bestimmt werden mit
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Somit kann durch ein Anlegen einer Gleichspannung mit zwei verschiedenen Spannungshöhen Uext1 und danach Uext2 der Ort und die Größe eines Isolationsfehlers innerhalb der Batterie 10 bestimmt werden. Es wird somit eine vereinfachte Messung bei zwei Spannungswerten vorgeschlagen, bei der Messunsicherheiten vermieden werden.
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Insgesamt werden basierend auf zwei mit der regelbaren Spannungsquelle angelegten Niedervoltspannungen und zwei entsprechenden Spannungsmessungen mit einem Spannungsmesser oder Voltmeter unter Zuhilfenahme von Berechnungsvorschriften die Position eines Isolationsfehlers in der Hochvoltbatterie sowie der dazugehörige Isolationswiderstand bestimmt.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messanordnung 20 zur Bestimmung der Position x eines Isolationsfehlers und dem Wert eines Isolationswiderstandes Riso in einer Hochvoltbatterie 10. Das Ausführungsbeispiel zeigt, dass es auch möglich ist, die beiden Messungen mit zwei unterschiedlichen Spannungsniveaus, wie anhand von 2 erläutert, an Batterien 10 durchzuführen, die nicht von dem positiven Hochvoltanschluss oder dem negativen Hochvoltanschluss sequentiell aufgebaut werden.
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3 zeigt einzelne Zellen, die von einer Mittelachse 30 aus nach zwei Seiten montiert werden und somit die Montage zwei entgegen gesetzte Baurichtungen 31, 32 aufweist. Bei einer solchen Montage der Zellen für eine Hochvoltbatterie 10 kann der Montageprozess in beide Baurichtungen 31, 32 gleichzeitig geschehen, so dass die Montage effektiver ist als nur sequentiell in einer Baurichtung, wie dies in 2 der Fall ist.
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In 3 wird die Messanordnung 20 zwischen einem Plus-Eingang einer Zelle und einem Minus-Eingang einer benachbarten Zelle angeschlossen. Hierbei kann der Anschlusspunkt zwischen den beiden Zellen auf der Mittelachse 30 liegen von der aus in beiden Baurichtungen 31, 32 die Hochvoltbatterie 10 montiert werden kann. Man kann demnach an einem beliebigen Punkt in einer Serienschaltung der Zellen beginnen. Es wird nur eine Messanordnung 20 benötigt, um einen Isolationsfehler Riso und einen Fehler der Isolation x bestimmen zu können gemäß den Formeln, wie sie in Bezug auf 2 erläutert wurden. Hierbei werden in dem Schaltbild der 3 die Zellen nur schematisch dargestellt, wobei die Isolationswiderstände 14 Riso nicht dargestellt sind, obwohl sie in 3 ebenso wie in 1 vorhanden sind.
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4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Messanordnung zur Bestimmung einer Position eines Isolationsfehlers und des Wertes eines Isolationswiderstandes. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Batterie 10 nicht vollständig sequentiell aufgebaut, sondern sie wird aus zwei verschiedenen Baurichtungen 41, 42 montiert, die aufeinander zu gerichtet sind. Es ergeben sich zwei Einheiten 43, 44 mit einer Vielzahl von Zellen, wobei die Einheiten 43, 44 erst in einem letzten Montageschritt miteinander verbunden werden. Es sind in diesem Fall zwei voneinander unabhängige Messanordnungen 20, 40 notwendig, die wie in 2 gezeigt aufgebaut sind, mit jeweils einer regelbaren Spannungsquelle 21, einem Spannungsmessgerät 22 und einem Innenwiderstand 23, wobei jeweils der Innenwiderstand 23 und ein Anschluss des Spannungsmessgerätes 22 mit Masse 17 verbunden sind. Es werden durch die beiden Messanordnungen 20, 40 zwei Messstellen vorgesehen. Ferner ist es auch möglich, mehrerer solcher Einheiten 43, 44, beispielsweise sechs Einheiten, zeitgleich unabhängig voneinander zu bauen und danach in einer Reihenschaltung miteinander zu verbinden, um eine Hochvoltbatterie 10 mit mehreren Zellen herzustellen. Hierbei können mit jeweils einer Messanordnung 20 bzw. 40 eine Einheit 43, 44, etc. geprüft werden bevor die Einheiten 43, 44 miteinander verbunden werden.
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5 zeigt ein Messgerät 50, das die erfindungsgemäße Messanordnung 20 aufweist, wobei der Spannungserzeuger 21 und das Spannungsmessgerät 22 mit Innenwiderstand 23 schematisch dargestellt sind und sich innerhalb des Messgerätes 50 befinden. Das Messgerät 50 ist mit einer Batterie 10 verbunden, wobei der Masseanschluss 17 des Spannungsmessgerätes 22 ist mit einem Masseanschluss 17 der Batterie 10 verbunden ist und der negative Pol einer Zelle, die innerhalb der Batterie 10 angedeutet ist, mit dem Spannungserzeuger 21 verbunden ist. Ferner weist das Messgerät 50 einen Mikrocontroller 51 auf, der mit einer Energieversorgung 52 verbunden ist. Auch weist das Messgerät einen Eingang und einen Ausgang aus, der als eine Schnittstelle 53 ausgeführt sein kann und mit weiteren Peripheriegeräten verbunden werden kann, beispielsweise zum Auslesen der Messwerte. Ferner weist das Messgerät 50 eine Anzeige 54, beispielsweise ein Bildschirm, und eine Tastatur 55 auf, so dass das Messgerät 50 auf einfache Weise bedient werden kann. Auch weist das Messgerät 50 eine optische Signalisierungseinrichtung 56, beispielsweise in Form einer oder mehrerer LEDs, und eine akustische Signalisierungseinrichtung 57, beispielsweise einer Hupe, auf. Die Einrichtungen 54–57 können mit dem Mikrocontroller 51 verbunden sein, so dass dieser bei einem erkannten Isolationsfehler ein akustisches und/oder optisches Signal erzeugt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004032230 A1 [0010]
