DE102013204159A1

DE102013204159A1 - Verfahren und Vorrichtung für eine Hochspannungsisolations-Überwachung in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013204159A1
Application number: DE102013204159A
Authority: DE
Inventors: George Kaminski; Richard J. Hampo
Original assignee: Lear Corp
Current assignee: Lear Corp
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2013-10-24
Also published as: CN103376360A; US9341665B2; CN103376360B; US20130278272A1

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Überwachen einer Hochspannungsisolation in einem Fahrzeug angegeben. Die Vorrichtung umfasst eine Leistungswandlungseinrichtung zum Empfangen einer Hochspannung auf einer Stromschiene. Die Stromschiene enthält einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten. Die Leistungswandlungseinrichtung ist konfiguriert, um einen ersten Schalter derart zu steuern, dass ein erster bekannter Widerstand die Hochspannung empfangen kann, und eine erste Spannung zwischen dem ersten Knoten und einer Erde in Antwort darauf zu messen, dass der erste bekannte Widerstand die Hochspannung empfängt. Die Leistungswandlungseinrichtung ist weiterhin konfiguriert, um eine zweite Spannung zwischen dem zweiten Knoten und der Erde in Antwort darauf zu messen, dass der erste bekannte Widerstand die Hochspannung empfängt, und einen ersten Leckwiderstand zwischen dem ersten Knoten und der Erde wenigstens auf der Basis der ersten Spannung und der zweiten Spannung zu bestimmen. Der erste Leckwiderstand gibt an, ob die Hochspannung von der Erde isoliert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Hochspannungsisolations-Überwachung in einem Fahrzeug, die auch einem Hochpotentialtest standhalten.
Es ist bekannt, einen Mechanismus zum Erfassen eines Fehlers in einem Fahrzeug vorzusehen, das Hochspannungskomponenten und Hochspannungs-Subsysteme verwendet. Ein Beispiel für das Erfassen eines Fehlers wird im Folgenden erläutert.
Das US-Patent 7,924,019 (Trenchs et al.) gibt ein Wechselrichtersystem für ein Fahrzeug an, das ein Gehäuse, eine primäre Stufe, eine sekundäre Stufe und eine Fehlererfassungsschaltung umfasst. Die primäre Stufe ist konfiguriert, um ein erstes Signal von einer Stromquelle zu empfangen und ein zweites Spannungssignal zu erzeugen. Die sekundäre Stufe ist konfiguriert, um ein drittes Spannungssignal in Antwort auf das zweite Spannungssignal zu erzeugen. Die primäre und/oder die sekundäre Stufe definieren wenigstens einen Widerstandspunkt zum Entladen eines Leckstroms in Antwort auf das Erzeugen des dritten Spannungssignals. Die Fehlererfassungsschaltung ist konfiguriert, um die primäre Stufe und die sekundäre Stufe elektrisch zu koppeln, um das zweite Spannungssignal zu der sekundären Stufe zu führen, um einen Teil des dritten Spannungssignals zu messen, um zu bestimmen, ob der über den wenigstens einen Widerstandspunkt ausgegebene Leckstrom innerhalb eines vorbestimmten Strombereichs liegt.
Einige der für die Hochspannungsisolations-Überwachung in einem Fahrzeug verwendeten Mechanismen sollten auch ausgebildet sein, um einer großen Spannung standzuhalten, die an denselben angelegt wird, wenn ein Hochpotentialtest durchgeführt wird.
Es wird eine Vorrichtung zum Überwachen einer Hochspannungsisolation in einem Fahrzeug angegeben. Die Vorrichtung umfasst eine Leistungswandlungseinrichtung zum Empfangen einer Hochspannung auf einer Stromschiene. Die Stromschiene enthält einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten. Die Leistungswandlungseinrichtung ist konfiguriert, um einen ersten Schalter derart zu steuern, dass ein erster bekannter Widerstand die Hochspannung empfangen kann, und eine erste Spannung zwischen dem ersten Knoten und einer Erde in Antwort darauf zu messen, dass der erste bekannte Widerstand die Hochspannung empfängt. Die Leistungswandlungseinrichtung ist weiterhin konfiguriert, um eine zweite Spannung zwischen dem zweiten Knoten und der Erde in Antwort darauf zu messen, dass der erste bekannte Widerstand die Hochspannung empfängt, und einen ersten Leckwiderstand zwischen dem ersten Knoten und der Erde wenigstens auf der Basis der ersten Spannung und der zweiten Spannung zu bestimmen. Der erste Leckwiderstand gibt an, ob die Hochspannung von der Erde isoliert ist.
Die Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche definiert, wobei verschiedene Ausführungsformen der Erfindung durch die folgende Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden.
1 zeigt eine Vorrichtung für eine Hochspannungsisolations-Überwachung in einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Verfahren zum Durchführen eines Hochpotentialtests für die Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt ein Verfahren zum Durchführen einer Hochspannungsisolations-Überwachung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die auch durch verschiedene alternative Ausführungsformen verkörpert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei einige Merkmale größer oder kleiner dargestellt sein können, um die Details bestimmter Komponenten zu verdeutlichen. Die hier beschriebenen Merkmale des Aufbaus und der Funktion sind nicht einschränkend aufzufassen, sondern lediglich als repräsentative Basis für den Fachmann, der die vorliegende Erfindung umsetzen möchte.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen allgemein eine Vielzahl von Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen vor. Die im Folgenden genannten Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen und deren Funktionen sind nicht einschränkend aufzufassen. Die verschiedenen Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen können mit bestimmten Bezeichnungen versehen werden, wobei diese Bezeichnungen jedoch den Betrieb der Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen in keiner Weise einschränken. Die Schaltungen und anderen elektrischen Einrichtungen können je nach der gewünschten Implementierung beliebig miteinander kombiniert und/oder separat voneinander vorgesehen werden. Es ist zu beachten, dass die hier genannten Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, integrierten Schaltungen, Speichereinrichtungen (z. B. Flash, RAM, ROM, EPROM, EEPROM oder andere geeignete Varianten) und eine entsprechende Software umfassen können, um miteinander zusammenzuwirken und die hier beschriebenen Operationen auszuführen.
1 zeigt eine Vorrichtung 10 zum Durchführen einer Hochspannungsisolations-Überwachung für ein Fahrzeugsystem 11. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Leistungswandlungseinrichtung 12 zum Wandeln einer hohen Energie von einer Form zu einer anderen Form. Zum Beispiel kann die Leistungswandlungseinrichtung 12 als ein Wandler wie etwa ein DC/DC-Wandler, der eine hohe Gleichspannung zu einer niedrigen Gleichspannung wandelt (oder umgekehrt), als ein Wechselrichter, der eine hohe Gleichspannung zu einer Wechselspannung wandelt, oder als eine andere geeignete Einrichtung implementiert sein.
Eine Stromquelle 14 führt allgemein die hohe Spannung zu der Leistungswandlungseinrichtung 12 zu. In einem Beispiel kann die Stromquelle 14 (oder eine Stromspeichereinrichtung) eine hohe Gleichspannung zu der Leistungswandlungseinrichtung 12 zuführen. Die Leistungswandlungseinrichtung 12 (wenn diese als ein Wechselrichter implementiert ist) kann die hohe Gleichspannung zu einer Wechselspannung wandeln, die für das Betreiben eines Elektromotors (nicht gezeigt) in dem Fahrzeug ausgegeben wird. Eine derartige Implementierung kann zum Beispiel in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug verwendet werden. Es ist zu beachten, dass die hohe Gleichspannung größer als 400 V sein kann. Eine Hochspannungsschiene 16 (z. B. +HV und –HV) verbindet die Stromquelle 14 elektrisch mit der Leistungswandlungseinrichtung 12 und führt die hohe Gleichspannung zu der Leistungswandlungseinrichtung 14 zu. Eine Fahrgestellerde 18 ist elektrisch mit der Leistungswandlungseinrichtung 12 und der Hochspannungsschiene 16 verbunden, um die Leistungswandlungseinrichtung 12 zu erden, während die hohe Gleichspannung empfangen wird. Die Fahrgestellerde 18 stellt eine Verbindung zur Erde her. Zum Beispiel ist die Fahrgestellerde 18 mit einem leitenden Element und mit der Erde über die Räder des Fahrzeugs verbunden.
Die Leistungswandlungseinrichtung 12 ist allgemein konfiguriert, um eine Impedanz (oder einen Leckwiderstand) (wie z. B. durch die Widerstände Rp und Rn wiedergegeben) zwischen der Hochspannungsschiene 16 und der Fahrgestellerde 18 zu messen (oder zu bestimmen), um zu bestimmen, ob die gemessene Impedanz innerhalb eines ausreichend sicheren Isolationsbereichs liegt, während die Leistungswandlungseinrichtung 12 die hohe Gleichspannung empfängt. Eine Messung einer niedrigen Impedanz kann einen Fehler (Ausfall) in dem Fahrzeugsystem 11 angeben, der eine Unterbrechung des Empfangs der hohen Gleichspannung erforderlich macht. Zum Beispiel kann eine Messung einer niedrigen Impedanz zwischen der Hochspannungsschiene 16 und der Fahrgestellerde 18 angeben, dass die hohe Gleichspannung nicht korrekt von der Fahrgestellerde 18 isoliert ist. Die Widerstände Rp und Rn und die Fahrgestellerde 18 sind hier in der Leistungswandlungseinrichtung 12 gezeigt, wobei die Widerstände aber auch an einer beliebigen anderen Stelle entlang der elektrischen Verbindung zwischen der Stromquelle 14 und der Leistungswandlungseinrichtung 12 vorhanden sein können.
Die Leistungswandlungseinrichtung 12 enthält allgemein einen ersten Teil 20 und einen zweiten Teil 22. Der erste Teil 20 umfasst eine Steuereinrichtung 24, die konfiguriert ist, um verschiedene Einrichtungen in dem zweiten Teil 22 zu steuern. Zum Beispiel enthält der zweite Teil 22 ein Relais 26, eine Vielzahl von Widerständen R1, R2, R3 und R4 und eine Vielzahl von Schaltern S1, S2, S3 und S4. Die Steuereinrichtung 24 ist konfiguriert, um die verschiedenen Schalter S1, S2, S3 und S4 wahlweise zu öffnen/zu schließen, um die Impedanz (Rp und Rn) zwischen der Hochspannungsschiene 16 und der Fahrgestellerde 18 zu messen, um zu bestimmen, ob die Impedanz innerhalb eines sicheren Isolationsbereichs liegt. Zum Beispiel sendet die Steuereinrichtung 24 ein Steuersignal zu jedem Schalter S1, S2, S3 und S4, um die Impedanzmessungen zu erhalten, während das Fahrzeug in einem normalen Modus betrieben wird (z. B. durch einen Fahrer gefahren wird) und während eines angeforderten Eigentests in einem Diagnosemodus, oder periodisch während das Fahrzeug ruht. Dieser Aspekt wird weiter unten ausführlicher mit Bezug auf 3 erläutert.
Es ist zu beachten, dass die Widerstände R1, R2, R3 und R4 jeweils einer beliebigen Anzahl von Widerständen entsprechen können, die seriell oder parallel miteinander verbunden sind. Außerdem können die Widerstände in einer beliebigen Kombination von seriellen und/oder parallelen Konfigurationen gruppiert sein. Die Leistungswandlungseinrichtung 12 muss unter Umständen einem Hochpotentialtest unterzogen werden, bei dem sie elektrisch überlastet wird. Der Hochpotentialtest soll sicherstellen, dass die Leistungswandlungseinrichtung 12 korrekt zwischen der Fahrgestellerde 18 und anderen Knoten isoliert ist. Während ein derartiger Test durchgeführt wird, kann die Leistungswandlungseinrichtung 12 eine Spannung empfangen, die die normalerweise durch die Stromquelle 14 zugeführte Größe weit überschreitet. Allgemein wird dieser Test vor der Installation der Leistungswandlungseinrichtung 12 in dem Fahrzeug durchgeführt. Gewöhnlich weisen die verschiedenen elektronischen Bauelemente in einer Einrichtung höhere Nennspannungen auf, um den größeren Spannungen standzuhalten, die während des Hochpotentialtests angelegt werden. Die Leistungswandlungseinrichtung 12 verwendet verschiedene elektronische Bauelemente (z. B. die Vielzahl von Widerständen R1, R2, R3 und R4 und die Vielzahl von Schaltern S1, S2, S3 und S4), die für niedrigere Spannungspegel während des normalen Betriebsmodus des Fahrzeugs und nicht für die Spannungspegel während der Durchführung des Hochpotentialtests ausgelegt sind. Dadurch können die Kosten und die Gesamtkomplexität der Implementierung reduziert werden. Das Relais 26 ist für den Hochpotentialtest ausgelegt.
Damit die Leistungswandlungseinrichtung 24 elektronische Bauelemente mit niedrigeren Nennwerten (z. B. die Vielzahl von Widerständen R1, R2, R3 und R4 und die Vielzahl von Schaltern S1, S2, S3 und S4) verwenden kann, obwohl ein Hochpotentialtest durchgeführt wird, ist das Relais 26 in einem normalerweise geöffneten Zustand vorgesehen, um zu verhindern, dass die Hochspannung zu der Vielzahl von Widerständen R1, R2, R3 und R4 und der Vielzahl von Schaltern S1, S2, S3 und S4 gelangt. Wenn die Leistungswandlungseinrichtung 24 in dem Fahrzeugsystem 11 mit Strom versorgt wird, wird das Relais 26 geschlossen, damit die Schalter (S1, S2, S3 und S4) und die Widerstände (R1, R2, R3 und R4) die Hochspannung von der Stromquelle 14 empfangen. Die Leistungswandlungseinrichtung 12 wird während des Hochpotentialtests nicht mit Strom versorgt, weil der Test sicherstellen soll, dass die Einrichtung 12 eine korrekte Isolation zwischen der Fahrgestellerde 18 und anderen Knoten aufweist. Das Relais 26 kann sich in einem normalerweise geöffneten Zustand befinden, wenn die Leistungswandlungseinrichtung 12 nicht mit Strom versorgt wird.
2 zeigt ein Verfahren 50 zum Durchführen eines Hochpotentialtests für die Leistungswandlungseinrichtung 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In Schritt 52 wird eine Prüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob die Leistungswandlungseinrichtung 12 mit Strom versorgt wird. Die Leistungswandlungseinrichtung 12 kann mit Strom versorgt werden, um eine Leistungswandlung durchzuführen. Wenn die Leistungswandlungseinrichtung 12 mit Strom versorgt wird, schreitet das Verfahren 50 zu Schritt 54 fort. Wenn nicht, schreitet das Verfahren 50 zu Schritt 58 fort.
In Schritt 54 sendet die Steuereinrichtung 24 ein Steuersignal zu dem Relais 26, damit dieses geschlossen wird, während die Leistungswandlungseinrichtung 12 mit Strom versorgt wird, sodass die Leistungswandlungseinrichtung 12 in ihrem normalen Betriebsmodus betrieben werden kann (z. B. um Leistung zu wandeln, eine Isolationsüberwachung durchzuführen usw.).
In Schritt 56 wird nach dem Schließen des Relais 26 kein Hochpotentialtest gestattet, weil die elektronischen Bauelemente mit niedrigeren Nennwerten (z. B. die Vielzahl von Widerständen R1, R2, R3 und R4 und die Vielzahl von Schaltern S1, S2, S3 und S4) betrieben werden, um die gewünschten Operationen der Leistungswandlungseinrichtung 12 durchzuführen.
In Schritt 58 ist das Relais 26 geöffnet, wenn das Fahrzeugsystem 11 nicht mit Strom versorgt wird. In diesem Fall kann das Relais 26 als ein normalerweise geöffnetes Relais implementiert werden, sodass sich das Relais 26, wenn durch die Stromquelle 14 kein Strom zugeführt wird, in einem geöffneten Zustand befindet, um einen Stromfluss zu den elektronischen Bauelementen mit den niedrigeren Nennwerten (z. B. zu der Vielzahl von Widerständen R1, R2, R3 und R4 und der Vielzahl von Schaltern S1, S2, S3 und S4) zu verhindern.
In Schritt 60 ist die Leistungswandlungseinrichtung 12 für einen Hochpotentialtest bereit, weil verhindert wird, dass die mit einem derartigen Test assoziierte Hochspannung zu dem elektronischen Bauelementen mit den niedrigeren Nennwerten zugeführt wird, da sich das Relais 26 in dem geöffneten Zustand befindet.
3 zeigt ein Verfahren 70 zum Messen der Impedanz (z. B. Rp und Rn) des Fahrzeugsystems 11 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist zu beachten, dass die Schritte des Verfahrens 50 durchgeführt werden können, während die Leistungswandlungseinrichtung 12 in einem normalen Betriebsmodus betrieben wird.
In Schritt 72 wird die Leistungswandlungseinrichtung 12 mit Strom versorgt und ist das Relais 26 geschlossen, sodass die Leistungswandlungseinrichtung 12 in einem normalen Betriebsmodus betrieben werden kann (z. B. um Leistung in dem Fahrzeugsystem 11 zu wandeln).
In Schritt 74 empfängt die Leistungswandlungseinrichtung 12 einen Befehl über einen Kommunikationsdatenbus (z. B. über ein CAN (Controller Area Network), ein LIN (Local Interconnect Network) oder eine andere geeignete Datenkommunikationsverbindung) für das Messen der Impedanz in dem Fahrzeugsystem 11.
In Schritt 76 misst die Leistungswandlungseinrichtung 12 einen positiven Zustand des Systems 11. In diesem positiven Zustand ermöglicht die Leistungswandlungseinrichtung 12 einen Stromfluss durch einen Widerstand (z. B. R3), dessen Wert zwischen dem +HV-Knoten der Hochspannungsschiene 16 und der Fahrgestellerde 18 bekannt (oder vorbestimmt) ist. Zum Beispiel steuert die Steuereinrichtung 24 ein Schließens des Schalters S3, damit der Widerstand R3 eine Spannung von der Stromquelle 14 empfangen kann.
In Schritt 78 startet die Leistungswandlungseinrichtung 12 (oder die Steuereinrichtung 24) beim Schließen des Schalters S3 einen Timer, um eine Verzögerung vorzusehen. Die Verzögerung gestattet, dass die Y-Kapazität in dem Fahrzeugsystem 11 aufgeladen wird. Allgemein ist eine kleine Kapazität zwischen der Fahrgestellerde 18 und anderen Knoten vorgesehen, um die Rauschunempfindlichkeit des Systems zu verbessern und die elektromagnetischen Emissionen zu reduzieren. Gewöhnlich sind diese Kondensatoren zwischen HV+ der Hochspannungsschiene 16 und der Fahrgestellerde 18 und HV– der Hochspannungsschiene 16 und der Fahrgestellerde 18 angeordnet, um einen „Y”-förmigen Aufbau zu bilden.
In Schritt 80 bestimmt die Steuereinrichtung 24, ob der Timer abgelaufen ist oder nicht. Wenn er abgelaufen ist, schreitet das Verfahren 70 zu Schritt 82 fort. Wenn nicht, bleibt das Verfahren 70 bei Schritt 80.
In Schritt 82 misst die Steuereinrichtung 24 die Spannung von +HV an der Hochspannungsschiene 16 zu der Fahrgestellerde 18 (wobei sie z. B. die Spannung zwischen den Punkten A und B misst (siehe 1)), während in dem Fahrzeugsystem 11 der Schalter S3 geschlossen ist und der Widerstand R3 aktiv ist. Die gemessene Spannung wird als HV_DC_P definiert. Die Steuereinrichtung 24 misst auch die Spannung von der Fahrgestellerde 18 zu –HV der Hochspannungsschiene 16 (wobei sie z. B. die Spannung zwischen den Punkten B und C misst), während in dem Fahrzeugsystem 11 der Schalter S3 geschlossen ist und der Widerstand R3 aktiv ist. Die gemessene Spannung wird als ISO_MEAS_P definiert.
Die Steuereinrichtung 24 berechnet dann das Verhältnis VM1 der Fahrgestellerdesspannung (ISO_MEAS_P) zu der positiven Hochspannung, wenn der Widerstand R3 aktiviert ist (HV_DC-P). Das heißt: VM1 = ISO_MEAS_P/HV_DC_P.
In Schritt 84 misst die Leistungswandlungseinrichtung 12 einen negativen Zustand des Systems 11. In diesem negativen Zustand ermöglicht die Leistungswandlungseinrichtung 12 einen Stromfluss durch einen Widerstand (z. B. R1), dessen Wert zwischen dem –HV-Knoten der Hochspannungsschiene 16 und der Fahrgestellerde 18 bekannt (oder vorbestimmt) ist. Zum Beispiel steuert die Steuereinrichtung 24 ein Schließen des Schalters S1, damit der Widerstand R1 eine Spannung von der Stromquelle 14 empfangen kann.
In Schritt 86 startet die Leistungswandlungseinrichtung 12 (oder die Steuereinrichtung 24) beim Schließen des Schalters S1 einen Timer, um eine Verzögerung vorzusehen. Die Verzögerung gestattet das Aufladen einer Y-Kapazität in dem Fahrzeugsystem 11.
In Schritt 88 bestimmt die Steuereinrichtung 24, ob der Timer abgelaufen ist oder nicht. Wenn der Timer abgelaufen ist, dann schreitet das Verfahren 70 zu Schritt 90 fort. Wenn nicht, dann bleibt das Verfahren 70 bei Schritt 88.
In Schritt 90 misst die Steuereinrichtung 24 die Spannung von +HV auf der Hochspannungsschiene 16 zu der Fahrgestellerde 18 (wobei sie z. B. die Spannung zwischen den Punkten A und B misst (siehe 1)), während in dem Fahrzeugsystem 11 der Schalter S1 geschlossen ist und der Widerstand R1 aktiv ist. Die gemessene Spannung wird als HV_DC_N definiert. Die Steuereinrichtung 24 misst auch die Spannung von der Fahrgestellerde 18 zu –HV der Hochspannungsschiene 16 (wobei sie z. B. die Spannung zwischen den Punkten B und C misst), während in dem Fahrzeugsystem 11 der Schalter S1 geschlossen ist und der Widerstand R1 aktiv ist. Die gemessene Spannung wird als ISO_MEAS_N definiert.
Die Steuereinrichtung 24 berechnet dann das Verhältnis VM1 der Fahrgestellerdespannung (ISO_MEAS_N) zu der Hochspannung, wenn der Widerstand R1 aktiviert ist (HV_DC_N). Das heißt: VM2 = ISO_MEAS_N/HV_DC_N.
In Schritt 92 bestimmt die Steuereinrichtung 24 den Isolationswiderstand RP und RN durch die folgenden Gleichungen: RP = (Rt·(VM1 – VM2)/VM2)), und RN = (Rt·(VM2 – VM1)/(VM1 – 1), wobei Rt als ein Testwiderstand definiert ist, der zum Beispiel auf 300 kΩ gesetzt werden kann.
In Schritt 94 sendet die Steuereinrichtung 24 die für RP und RN berechneten Werte zu einer Fahrzeugsteuereinrichtung (nicht gezeigt) über den Datenkommunikationsbus.
In Schritt 96 kann die Leistungswandlungseinrichtung 12 die oben beschriebenen Schritte erneut in einem normalen Betriebsmodus ausführen. Es ist zu beachten, dass die genannten Schritte durchgeführt werden können, während sich das Fahrzeug in einem normalen Betriebsmodus befindet. zum Beispiel kann die Leistungswandlungseinrichtung 12 die oben genannten Schritte während der Fahrt des Fahrzeugs kontinuierlich (oder periodisch) durchführen, um sicherzustellen, dass RP und RN innerhalb eines annehmbaren und ausreichend sicheren Isolationsbereichs liegen, während die Leistungswandlungseinrichtung 12 die hohe Gleichspannung empfängt. Eine Messung einer niedrigen Impedanz bei RP oder RN kann einen Fehler (Ausfall) in dem Fahrzeugsystem 11 angeben, der eine Unterbrechung des Empfangs der hohen Gleichspannung erforderlich macht. Wenn RP oder RN unterhalb eines Schwellwerts gemessen werden, kann das System 10 die Hochspannungszufuhr aufgrund einer reduzierten Isolation unterbrechen.
Wenn RP oder RN als niedrig bestimmt werden, kann die Fahrzeug-Steuereinrichtung das Fahrzeug herunterfahren, um zu verhindern, dass die Stromquelle 14 die hohe Spannung zuführt. Alternativ hierzu kann die Leistungswandlungseinrichtung 12 selbst heruntergefahren werden, um zu verhindern, dass die hohe Spannung zu einem Zeitpunkt zugeführt wird, zu dem RP oder RN als niedrig bestimmt werden.
Das Verfahren 70 kann verwendet werden, um eine Eigentestfunktion für die Leistungswandlungseinrichtung 12 zu unterstützen. Die Eigentestfunktion wird durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Leistungswandlungseinrichtung 12 RP und RN korrekt bestimmt. Die oben genannten Schritte des Verfahrens 70 werden erneut mit einer geringfügigen Modifikation an den Schritten 76, 82, 84 und 90 ausgeführt, wenn die Leistungswandlungseinrichtung 12 die Eigentestfunktion durchführt. Weiterhin wird der Schritt 94 nicht ausgeführt, und werden neue Schritte 98 und 100 ausgeführt. Die Schritte 76, 82, 84 und 90 werden im Folgenden für die Eigentestfunktion beschrieben. Und die neuen Schritte 98 und 100 werden ebenfalls für die Eigentestfunktion beschrieben.
In Schritt 76 misst die Leistungswandlungseinrichtung 12 den positiven Zustand des Systems 11, während sie den Eigentest durchführt. In diesem positiven Zustand ermöglicht die Leistungswandlungseinrichtung 12 einen Stromfluss durch Widerstände (z. B. R2, R3 und R4), deren Werte zwischen dem +HV-Knoten der Hochspannungsschiene 16 und der Fahrgestellerde 18 bekannt (oder vorbestimmt) sind. Zum Beispiel steuert die Steuereinrichtung 24 ein Schließen der Schalter S2, S3 und S4, damit die Widerstände R2, R3 und R4 eine Spannung von der Stromquelle 14 empfangen können.
Die Timerschritte 78 und 80 werden wie weiter oben beschrieben ausgeführt.
In Schritt 82 misst die Steuereinrichtung 24 die Spannung von +HV auf der Hochspannungsschiene 16 zu der Fahrgestellerde 18 (wobei sie z. B. die Spannung zwischen den Punkten A und B misst (siehe 1)), während in dem Fahrzeugsystem 11 die Schalter S2, S3 und S4 geschlossen sind und die Widerstände R2, R3 und R4 aktiv sind. Die gemessene Spannung wird als HV_DC_P definiert. Die Steuereinrichtung 24 misst auch die Spannung von der Fahrgestellerde 18 zu –HV der Hochspannungsschiene 16 (wobei sie z. B. die Spannung zwischen den Punkten B und C misst)), während in dem Fahrzeugsystem 11 die Schalter S2, S3 und S4 geschlossen sind und die Widerstände R2, R3 und R4 aktiv sind. Die gemessene Spannung wird als ISO_MEAS_P definiert.
Die Steuereinrichtung 24 berechnet dann das Verhältnis VM1 der Fahrgestellerde (ISO_MEAS_P) zu der positiven Hochspannung, wenn die Widerstände R3 und R4 aktiv sind (HV_DC_P). Das heißt: VM1 = ISO_MEAS_P/HV_DC_P.
In Schritt 84 misst die Leistungswandlungseinrichtung 12 den negativen Zustand des Systems 11. In dem negativen Zustand ermöglicht die Leistungswandlungseinrichtung 12 einen Stromfluss durch Widerstände (z. B. R1, R2, R4), deren Werte zwischen dem –HV-Knoten der Hochspannungsschiene 16 und der Fahrgestellerde 18 bekannt (oder vorbestimmt) sind. Zum Beispiel steuert die Steuereinrichtung 24 ein Schließen der Schalter S1, S2 und S4, damit die Widerstände R1, R2 und R4 eine Spannung von der Stromquelle 14 empfangen können.
Die Timerschritte 86 und 88 werden wie weiter oben beschrieben ausgeführt.
In Schritt 90 misst die Steuereinrichtung 24 die Spannung von +HV auf der Hochspannungsschiene 16 zu der Fahrgestellerde 18 (wobei sie z. B. die Spannung zwischen den Punkten A und B misst (siehe 1)), während in dem Fahrzeugsystem 11 die Schalter S1, S2 und S4 geschlossen sind und die Widerstände R1, R2 und R4 aktiv sind. Die gemessene Spannung wird als HV_DC_N definiert. Die Steuereinrichtung 24 misst auch die Spannung von der Fahrgestellerde 18 zu –HV der Hochspannungsschiene 16 (wobei sie z. B. die Spannung zwischen den Punkten B und C misst), während in dem Fahrzeugsystem 11 die Schalter S1, S2 und S4 geschlossen sind und die Widerstände R1, R2 und R4 aktiv sind. Die gemessene Spannung wird als ISO_MEAS_N definiert.
Die Steuereinrichtung 24 berechnet dann das Verhältnis VM1 der Fahrgestellerdespannung (ISO_MEAS_N) zu der positiven Hochspannung, wenn R1 aktiv ist (HV_DC_N). Das heißt: VM2 = ISO_MEAS_N/HV_DC_N.
In Schritt 92 bestimmt die Steuereinrichtung 24 den Isolationswiderstand RP und RN durch die folgenden Gleichungen: RP = (Rt·(VM1 – VM2)/VM2)), und RN = (Rt·(VM2 – VM1)/(VM1 – 1), wobei Rt als ein Testwiderstand definiert ist, der zum Beispiel auf 300 kΩ gesetzt sein kann.
In Schritt 98 vergleicht die Steuereinrichtung 24 RP oder RN mit einem oberen Widerstandsgrenzwert und einem unteren Widerstandsgrenzwert. RP muss nicht gleich RN sein. In jedem Fall können obere und untere Grenzen für RP und RN gesetzt werden. Wenn RP oder RN kleiner als der untere Widerstandsgrenzwert oder größer als der obere Widerstandsgrenzwert sind, dann gibt der Eigentest an, dass die Isolationsüberwachung während des normalen Betriebsmodus aufgrund eines Ausfalls in der Leistungswandlungseinrichtung 12 nicht angemessen ist.
Wenn RP oder RN innerhalb des oberen Widerstandsgrenzwerts und des unteren Widerstandsgrenzwerts liegen, dann gibt der Eigentest an, dass die Isolationsüberwachung während des normalen Betriebsmodus angemessen ist.
In Schritt 100 berichtet die Leistungswandlungseinrichtung 12 den Status des Eigentests (z. B. bestanden oder nicht bestanden) an die Fahrzeug-Steuereinrichtung oder an ein Diagnosewerkzeug.
Vorstehend wurden beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, wobei die Erfindung jedoch nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen, wobei verschiedene Änderungen an den hier beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Außerdem können Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu realisieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7924019 [0003]

Claims

Vorrichtung zum Überwachen einer Hochspannungsisolation in einem Fahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Leistungswandlungseinrichtung (12) zum Empfangen einer Hochspannung auf einer Stromschiene (16), wobei die Stromschiene (16) einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten enthält, wobei die Leistungswandlungseinrichtung (12) konfiguriert ist zum: Steuern eines ersten Schalters (S1–S4), damit ein erster bekannter Widerstand (R1–R4) die Hochspannung empfangen kann, Messen einer ersten Spannung zwischen dem ersten Knoten und einer Erde (18) in Antwort darauf, dass der erste bekannte Widerstand (R1–R4) die Hochspannung empfängt, Messen einer zweiten Spannung zwischen dem zweiten Knoten und der Erde (18) in Antwort darauf, dass der erste bekannte Widerstand (R1–R4) die Hochspannung empfängt, und Bestimmen eines ersten Leckwiderstands zwischen dem ersten Knoten und der Erde (18) wenigstens auf der Basis der ersten Spannung und der zweiten Spannung, wobei der erste Leckwiderstand angibt, ob die Hochspannung von der Erde (18) isoliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungswandlungseinrichtung (12) weiterhin konfiguriert ist, um einen zweiten Schalter (S1–S4) zu steuern, damit ein zweiter bekannter Widerstand (R1–R4) die Hochspannung empfangen kann, und um eine dritte Spannung zwischen dem ersten Knoten und der Erde (18) in Antwort darauf zu messen, dass der zweite bekannte Widerstand (R1–R4) die Hochspannung empfängt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungswandlungseinrichtung (12) weiterhin konfiguriert ist, um eine vierte Spannung zwischen dem zweiten Knoten und der Erde (18) in Antwort darauf zu messen, dass der zweite bekannte Widerstand (R1–R4) die Hochspannung empfängt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungswandlungseinrichtung (12) weiterhin konfiguriert ist, um einen zweiten Leckwiderstand zwischen dem zweiten Knoten und der Erde (18) wenigstens auf der Basis der dritten Spannung und der vierten Spannung zu bestimmen, wobei der zweite Leckwiderstand auch angibt, ob die Hochspannung von der Erde (18) isoliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Knoten der Stromschiene (16) ein positiver Hochspannungsknoten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Knoten der Stromschiene (16) ein negativer Hochspannungsknoten ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erde (18) eine Fahrgestellerde an dem Fahrzeug ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungswandlungseinrichtung (12) eine Schalteinrichtung (26) enthält, um das Durchgehen einer Hochspannung zu gestatten, wenn die Leistungswandlungseinrichtung (12) in einem normalen Betriebsmodus betrieben wird, und um das Durchgehen einer Spannung zu verhindern, wenn die Leistungswandlungseinrichtung (12) einem Hochpotentialtest unterworfen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungswandlungseinrichtung (12) weiterhin konfiguriert ist, um einen Timer vor dem Messen der ersten Spannung und der zweiten Spannung zu starten.
Verfahren zum Überwachen einer Hochspannungsisolation in einem Fahrzeug, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen einer Hochspannung auf einer Stromschiene, wobei die Stromschiene einen ersten Knoten und einen zweiten Knoten enthält, Steuern eines ersten Schalters, damit ein erster bekannter Widerstand die Hochspannung empfangen kann, Messen einer ersten Spannung zwischen dem ersten Knoten und einer Erde in Antwort darauf, dass der erste bekannte Widerstand die Hochspannung empfängt, Messen einer zweiten Spannung zwischen dem zweiten Knoten und der Erde in Antwort darauf, dass der erste bekannte Widerstand die Hochspannung empfängt, und Bestimmen eines ersten Leckwiderstands zwischen dem ersten Knoten und der Erde wenigstens auf der Basis der ersten Spannung und der zweiten Spannung, wobei der erste Leckwiderstand angibt, ob die Hochspannung von der Erde isoliert ist.
Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin gekennzeichnet durch einen Schritt zum Steuern eines zweiten Schalters, damit ein zweiter bekannter Widerstand die Hochspannung empfangen kann, und zum Messen einer dritten Spannung zwischen dem ersten Knoten und der Erde in Antwort darauf, dass der dritte bekannte Widerstand die Hochspannung empfängt.
Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin gekennzeichnet durch einen Schritt zum Messen einer vierten Spannung zwischen dem zweiten Knoten und der Erde in Antwort darauf, dass der zweite bekannte Widerstand die Hochspannung empfängt.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin gekennzeichnet durch einen Schritt zum Bestimmen eines zweiten Leckwiderstands zwischen dem zweiten Knoten und der Erde wenigstens auf der Basis der dritten Spannung und der vierten Spannung, wobei der zweite Leckwiderstand auch angibt, ob die Hochspannung von der Erde isoliert ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Knoten der Stromschiene ein positiver Hochspannungsknoten ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Knoten der Stromschiene ein negativer Hochspannungsknoten ist.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erde eine Fahrgestellerde an dem Fahrzeug ist.
Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Gestatten mittels einer Schalteinrichtung, dass die Hochspannung durch eine Leistungswandlungseinrichtung hindurchgeht, während diese in einem normalen Betriebsmodus betrieben wird, und Verhindern mittels der Schalteinrichtung, dass eine Spannung durch die Leistungswandlungseinrichtung hindurchgeht, wenn die Leistungswandlungseinrichtung einem Hochpotentialtest unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 10, weiterhin gekennzeichnet durch einen Schritt zum Starten eines Timers vor dem Messen der ersten Spannung und der zweiten Spannung.
Vorrichtung zum Überwachen einer Hochspannungsisolation in einem Fahrzeug, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Leistungswandlungseinrichtung zum Empfangen einer Hochspannung auf einer Stromschiene, wobei die Stromschiene einen positiven Knoten und einen negativen Knoten enthält, wobei die Leistungswandlungseinrichtung konfiguriert ist zum: Steuern eines ersten Schalters, damit ein erster bekannter Widerstand die Hochspannung empfangen kann, Bestimmen einer ersten Spannung zwischen dem positiven Knoten und einer Erde in Antwort darauf, dass der erste bekannte Widerstand die Hochspannung empfängt, Bestimmen einer zweiten Spannung zwischen dem negativen Knoten und der Erde in Antwort darauf, dass der erste bekannte Widerstand die Hochspannung empfängt, und Bestimmen eines ersten Leckwiderstands zwischen dem positiven Knoten und der Erde wenigstens auf der Basis der ersten Spannung und der zweiten Spannung, wobei der erste Leckwiderstand angibt, ob die Hochspannung von der Erde isoliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungswandlungseinrichtung eine Schalteinrichtung umfasst, die einen Durchgang der Hochspannung gestattet, wenn das Fahrzeug fährt, und einen Durchgang der Hochspannung verhindert, wenn die Leistungswandlungseinrichtung einem Hochpotentialtest unterzogen wird.