DE102016224541A1 - Security procedure and security device - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsverfahren zur Verwendung in einem Hochvoltnetz bzw. Bord-Netz eines Fahrzeugs mit Hochvoltkomponenten und eine entsprechende Sicherheitsvorrichtung zur Umsetzung eines derartigen Sicherheitsverfahrens.Um neben den bekannten Isolationsfehlern auch sogenannte sporadische bzw. dynamisch auftretende Isolationsfehler zu erkennen und zudem auch Anhaltspunkte zur zuverlässigeren und damit schneller durchführbaren Lokalisierung des Isolationsfehlers zu liefern, wird vorgeschlagen, dass während des Betriebs des Fahrzeugs ein Isolationswächter Messungen durchführt und auf Basis dieser Messungen jeweils aktuelle Isolationswerte ermittelten werden, wobei jeweils aktuelle Betriebszustände bzw. Schalterstellungen innerhalb beteiligter Teiles des Hochvoltnetzes zusammen mit den jeweils aktuell ermittelten Isolationswerten für eine Diagnose gespeichert werden.The present invention relates to a security method for use in a high-voltage network or on-board network of a vehicle with high-voltage components and a corresponding safety device for implementing such a Sicherheitsverfahrens.Um next to the known insulation errors and so-called sporadic or dynamically occurring insulation faults to recognize and also leads to To provide more reliable and thus faster feasible localization of the insulation fault, it is proposed that during the operation of the vehicle, an insulation monitor performs measurements and based on these measurements each current isolation values are determined, each current operating conditions or switch positions within participating part of the high-voltage network together with the each currently determined isolation values are stored for a diagnosis.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sicherheitsverfahren zur Verwendung in einem Hochvoltnetz bzw. Bord-Netz eines Fahrzeugs mit Hochvoltkomponenten und eine entsprechende Sicherheitsvorrichtung zur Umsetzung eines derartigen Sicherheitsverfahrens.The present invention relates to a security method for use in a high-voltage network or on-board network of a vehicle with high-voltage components and a corresponding safety device for implementing such a safety method.

Als Fahrzeuge der vorstehend genannten Art sind heute Hybrid-, Wasserstoff- und Elektrofahrzeuge bekannt, in denen ein Hochvoltnetz bzw. Bord-Netz mit Hochvoltkomponenten elektrische Energie innerhalb des Fahrzeugs gewandelt und/oder verteilt wird. Zur Gewährleistung einer Betriebssicherheit sowie zur Verhinderung von Sach- und Personenschäden sind in Hochvoltnetzen zusätzliche Sicherheitskonzepte verwirklicht worden. Bei den elektrischen Bordnetzen der vorstehend beispielhaft genannten Fahrzeuge handelt es sich um ungeerdete Netze bzw. sogenannte IT-Systeme, die allpolig von der Karosserie des betreffenden Fahrzeugs isoliert werden. Ein bekannter Vorteil derartiger ungeerdeter Netze besteht darin, dass es aufgrund eines Schadens oder eines Isolierungsfehlers und dementsprechend durch einen einfachen Erdschluss nicht zum Ansprechen einer Schutzeinrichtung kommt. Daher kann ein einzelner Isolierungsfehler auch an einem aktiven Leiter lange Zeit unbemerkt bleiben. Bei einem dann jedoch auftretenden zweiten Fehler bzw. dem Hinzutreten eines zweiten Fehlers mit Ausbildung eines Doppelfehlers kann dies zu einer insbesondere für Insassen gefährlichen Situation kommen. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass ein Isolationswiderstand in einem derartigen IT-Netz kontinuierlich überwacht wird. Die Isolationsüberwachung ist auch nur in einem IT-Netz als Schutzmaßnahme zugelassen, wobei der Schutz im Fehlerfall durch eine entsprechende Fehlermeldung und Warnung erfolgt. Bei einem einseitigen Isolationsfehler besteht keine Gefährdung für Insassen, Produktions- und Servicemitarbeiter. Eine zu hohe Berührungsspannung wird durch einen Potentialausgleich aller Anlagenteile vermieden. Ein beidseitiger Isolationsfehler führt jedoch zu einem potentiellen Risiko. Daher muss eine Warnmeldung die Notwendigkeit der Instandsetzung des Fahrzeugs beim Auftreten eines ersten Fehlers anzeigen, wobei umgehend Abhilfe zu schaffen ist.As vehicles of the aforementioned type today hybrid, hydrogen and electric vehicles are known in which a high-voltage network or on-board network with high-voltage components of electrical energy is converted and / or distributed within the vehicle. To ensure operational safety and to prevent property damage and personal injury, additional safety concepts have been implemented in high-voltage networks. In the electrical wiring systems of the above-exemplified vehicles are ungrounded networks or so-called IT systems that are isolated from the body of the vehicle in question all poles. A known advantage of such unearthed networks is that it does not respond to a protective device due to damage or an insulation fault and therefore by a simple ground fault. Therefore, a single insulation fault can go unnoticed on an active conductor for a long time. In a then occurring second error or the addition of a second error with the formation of a double error, this can lead to a dangerous situation in particular for occupants. For this reason, it is required that an insulation resistance in such an IT network be continuously monitored. Insulation monitoring is also only permitted in an IT network as a protective measure, with protection being provided in the event of a fault by a corresponding error message and warning. In the event of a one-sided insulation fault, there is no danger to occupants, production and service employees. Excessively high contact voltage is avoided by equipotential bonding of all system components. However, a double insulation fault leads to a potential risk. Therefore, a warning message must indicate the necessity of repairing the vehicle when a first fault occurs, and remedying it promptly.

Eine bekannte Ausführungsform einer Isolationsüberwachungseinrichtung ist ein sogenannter Isolationswächter. Mit dem Isolationswächter lassen sich auch während eines laufenden Betriebes eines Fahrzeugs der vorstehend genannten Art Isolationsfehler feststellen. Es ist hingegen durch einen Isolationswächter nicht möglich, eine jeweilige Fehlerstelle zu lokalisieren. Daher ist bereits ein erster Fehler zeitnah und ausreichend sicher vor dem Auftreten eines zweiten, dann potentiell sehr gefährlichen zweiten Fehlers zu beheben. Eine solche Behebung macht eine manuelle Suche nach einer jeweiligen Fehlerursache erforderlich, die sich jedoch regelmäßig sehr komplex gestaltet und damit entsprechend zeitaufwändig ist.A known embodiment of an insulation monitoring device is a so-called insulation monitor. Isolation faults can also be detected with the isolation monitor during ongoing operation of a vehicle of the type mentioned above. By contrast, it is not possible for an isolation monitor to locate a respective fault location. Therefore, a first error is promptly and sufficiently secure to fix before the occurrence of a second, then potentially very dangerous second error. Such a remedy requires a manual search for a respective cause of the error, which, however, is regularly very complex and therefore correspondingly time-consuming.

Ein Isolationswächter umfasst ein passives oder aktives elektrisches Messprinzip auf einer positiven und negativen Leiterseite. Entsprechende Verfahren und Vorrichtungen zum Messen des Isolationswiderstandes in einem elektrischen Energiesystem sind den Offenbarungen der DE 103 04 234 A1 sowie der WO 2011 157 472 A1 zu entnehmen.An insulation monitor comprises a passive or active electrical measuring principle on a positive and negative conductor side. Corresponding methods and devices for measuring the insulation resistance in an electrical energy system are the disclosures of DE 103 04 234 A1 as well as the WO 2011 157 472 A1 refer to.

Ein zusätzlicher Schritt in Richtung auf eine Lokalisierung eines Isolationsfehlers ist beispielsweise aus der DE 10 2006 031 663 B3 bekannt. Dieses Messverfahren umfasst zwei Komponenten, einer offline- und einer online-Messung, wobei eine offline-Messung beispielsweise vor einem Betriebsbeginn einer zu überwachenden elektrischen Einheit erfolgen kann. Im Rahmen eines Vergleiches zwischen diesen beiden Messungen können nach Erkennen eines Isolationsfehlers durch selektives Öffnen verschiedener Leistungsschalter nachfolgend auch Maßnahmen zur Lokalisierung ergriffen werden.An additional step in the direction of localizing an insulation fault is, for example, from US Pat DE 10 2006 031 663 B3 known. This measuring method comprises two components, an offline and an online measurement, wherein an offline measurement can be performed, for example, before a start of operation of an electrical unit to be monitored. Within the scope of a comparison between these two measurements, after detection of an insulation fault by selective opening of different circuit breakers, subsequently also measures for localization can be taken.

Eine noch weitergehende Methode der Isolationsfehler-Lokalisierung zum Eingrenzen eines detektierten Isolationsfehlers auf definierte Bereiche bzw. Abschnitte eines elektrischen Systems ist in der DE 10 2010 054 413 A1 offenbart. Hierbei werden ebenfalls bei unterschiedlichen Schaltzuständen einer Leistungselektronik Berechnungen eines jeweiligen Isolationswiderstands mit entsprechenden Vergleichsmessungen durchgeführt.An even more advanced method of isolating isolation localization for confining a detected isolation error to defined areas of an electrical system is in U.S. Patent No. 5,376,854 DE 10 2010 054 413 A1 disclosed. In this case, calculations of a respective insulation resistance with corresponding comparison measurements are also carried out at different switching states of a power electronics.

Nachteilig in allen genannten Ansätzen ist jedoch, dass eine darauf aufbauende manuelle Fehlersuche sehr zeitaufwändig bleibt und damit hohe Werkstattkosten verursacht. Zudem treten schwerwiegende Folgen z. B. Brandgefahr aufgrund zu hoher Ströme in einzelnen Fahrzeugkomponenten auf, falls ein Isolationsfehler falsch oder gar nicht lokalisiert werden kann.A disadvantage of all mentioned approaches, however, is that a subsequent manual troubleshooting remains very time-consuming and thus causes high workshop costs. In addition, serious consequences occur z. B. Fire hazard due to high currents in individual vehicle components, if an insulation fault can be located incorrectly or not at all.

Ein wesentliches, in der Praxis häufig anzutreffendes Problem lässt sich durch bekannte Maßnahmen und Verfahren jedoch gar nicht beherrschen: Alle vorstehend genannten Druckschriften zielen auf symmetrische oder unsymmetrische, in jedem Fall jedoch statisch bzw. dauerhaft vorhandene Isolationsfehler ab. Ein besonderes Problem zeigen jedoch sogenannte sporadische bzw. dynamisch auftretende Isolationsfehler. Derartige Fehler treten z.B. während der Fahrt des Fahrzeuges auf und werden dann dem Fahrer durch den Isolationswächter mitgeteilt. Ursachen für solche Fehler sind unter anderem Brüche in einem Schirmband bzw. einer Abschirmung einer Koaxialleitung, Ansammlungen von Kondenswasser oder eine kurzzeitige lokale Überhitzung eines Isolationsmaterials. Wenn nun der Fahrer nach Erhalt einer entsprechenden Systemwarnung in eine Werkstatt fährt, so kann der Fehler dort in der Regel nicht mehr nachvollzogen, lokalisiert oder reproduziert werden. Derartige sporadische Fehler können regelmäßig nur für wenige Sekunden oder Minuten auftreten, also temporär eng begrenzt. Außerdem existieren in bekannten Fahrzeugen stets mehrere Hoch-Volt-Kabelsätze und diverse darin angeschlossene elektrische Komponenten. Daraus ergibt sich eine Vielzahl an potentiellen Fehlerquellen, sodass sich eine sehr langwierige und messtechnisch extrem aufwändige Suche anschließt. Zudem ist nicht jede HV-Komponente im Sinne einer potenziellen Ursache für einen Isolationsfehler über Standard-Diagnose-Mittel im Service in jeden für eine vollständige Diagnose erforderlichen Betriebszustand zu bringen. So findet z.B. eine Inverter-Ansteuerung für eine Traktions-E-Maschine nur während der Fahrt statt, nicht im Stand.However, a significant problem frequently encountered in practice can not be mastered at all by known measures and methods: All of the publications mentioned above are aimed at symmetrical or asymmetrical, but in any case static or permanent, insulation faults. However, so-called sporadic or dynamically occurring insulation faults are a particular problem. Such errors occur, for example, while driving the vehicle and are then communicated to the driver by the insulation monitor. Causes of such errors include fractures in a shielding tape or a shielding of a coaxial line, accumulations of Condensation or short-term local overheating of an insulating material. Now, if the driver drives into a workshop after receiving a corresponding system warning, the error can there usually no longer be reproduced, localized or reproduced. Such sporadic errors can occur regularly only for a few seconds or minutes, so temporarily limited. In addition, there are always several high-voltage cable sets and various electrical components connected in known vehicles. This results in a variety of potential sources of error, so that follows a very lengthy and metrologically extremely complex search. In addition, not every HV component in terms of a potential cause of an isolation fault is to be brought into the service via standard diagnostic means in every operating state required for a complete diagnosis. For example, an inverter control for a traction electric machine takes place only while driving, not in the state.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neben den bekannten Isolationsfehlern auch sogenannte sporadische bzw. dynamisch auftretende Isolationsfehler zu erkennen und zudem auch Anhaltspunkte zur zuverlässigeren und damit schneller durchführbaren Lokalisierung zu liefern.It is therefore an object of the present invention, in addition to the known insulation errors and so-called sporadic or dynamically occurring insulation errors to recognize and also also provide clues to more reliable and thus faster feasible localization.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der jeweiligen unabhängigen Ansprüche dadurch gelöst, dass ein Sicherheitsverfahren zur Verwendung in einem Hochvoltnetz zum Wandeln und/oder Verteilen elektrischer Energie innerhalb des Fahrzeugs vorgeschlagen wird, bei dem während des Betriebs des Fahrzeug-HV-Bordnetzes ein Isolationswächter Messungen durchführt und auf Basis dieser Messungen jeweils aktuelle Werte eines Isolationswiderstandes ermittelten werden, wobei jeweils aktuelle Betriebszustände bzw. Schalterstellungen innerhalb beteiligter Teile des Hochvoltnetzes und seiner Komponenten zusammen mit den jeweils aktuell ermittelten Isolationswerten für eine Diagnose gespeichert werden.This object is achieved by the features of the respective independent claims in that a safety method for use in a high-voltage network for converting and / or distributing electrical energy is proposed within the vehicle, in which during the operation of the vehicle HV on-board electrical system an insulation monitor measurements The current values of an insulation resistance are determined on the basis of these measurements, with current operating states or switch positions within participating parts of the high-voltage network and its components being stored together with the respectively currently determined isolation values for a diagnosis.

Erfindungsgemäß wird dazu eine Vorrichtung insbesondere zur Umsetzung des vorstehend angegebenen Sicherheitsverfahrens vorgeschlagen, die als Isolationsüberwachungssystem einen Isolationswächter für das Hochvoltnetz des Fahrzeugs und einen Datenspeicher umfasst, wobei der Datenspeicher dazu ausgebildet ist, Messwerte des Isolationswächters zusammen mit den jeweiligen Betriebszuständen des Fahrzeugs und insbesondere des Hochvoltnetzes gemeinsam abzulegen bzw. protokolliert. Damit wird in einer Werkstatt dadurch ein Rückschluss auf den Fehlerort geliefert, ein Vergleich der Isolationswerte bei verschiedenen Schaltzuständen durchführbar ist, insbesondere über eine Periode des Fahrzeugbetriebs.According to the invention, a device is proposed, in particular for implementing the above-mentioned safety method, which comprises an insulation monitor for the vehicle's high-voltage network and a data memory as insulation monitoring system, wherein the data memory is designed to transmit measured values of the insulation monitor together with the respective operating states of the vehicle and in particular of the high-voltage network to file together or logged. In this way, in a workshop, a conclusion is given about the location of the fault, a comparison of the insulation values for different switching states can be carried out, in particular over a period of vehicle operation.

Dieses neue Messverfahren mit Sicherung von Daten und Schaltzuständen arbeitet in einer Ausführungsform der Erfindung mit Messsignalen, die beispielsweise bei Vorschaltung eines Messwiderstandes zwischen HV-Potenzial und Fahrzeugmasse und damit verbunden mit einer Verlagerung der Spannungsabfälle durch die Kapazitäten in der Schaltung bzw. dem Hochvoltnetz des Fahrzeugs entstehen. Dabei verändert der Isolationswiderstand den Spannungsteiler als Bestandteil des Isolationswächters. Y-Kondensatoren, die zur Sicherstellung einer elektromagnetischen Verträglichkeit vorzusehen sind, stellen zusätzliche Energiequellen dar, wodurch bei einer Spannungsumladung sog. Umladekurven entstehen. Es wird also ein passiver Isolationswächter erfindungsgemäß um eine Art von spezialisierter Protokoll-Funktion erweitert. Zudem oder alternativ kann auch ein aktiver Isolationswächter mit der vorgeschlagenen Protokoll-Funktion eingesetzt werden, d.h. über einen hochohmigen Messwiderstand wird bei laufendem Betrieb ein eigenes Messsignal eingespeist und ausgewertet. So können so auf unterschiedliche Messarten gleichartige Hinweise auf Isolationsfehler ermittelt werden.In one embodiment of the invention, this new measuring method with data and switching state protection works with measuring signals which, for example, are connected upstream of a measuring resistor between HV potential and vehicle mass and, associated therewith, with a shift of the voltage drops through the capacitances in the circuit or the high-voltage network of the vehicle arise. The insulation resistance changes the voltage divider as part of the insulation monitor. Y-capacitors, which are to be provided to ensure electromagnetic compatibility, provide additional energy sources, resulting in so-called reload curves during a voltage transfer. Thus, according to the invention, a passive isolation guard is extended by a type of specialized protocol function. In addition or alternatively, an active isolation monitor with the proposed protocol function can be used, i. Via a high-impedance measuring resistor, a separate measuring signal is fed in during operation and evaluated. In this way, similar indications of insulation faults can be determined for different types of measurements.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Demnach liegen die Messwerte und Kurven gespeichert zum Vergleich durch einen Fachmann einer Werkstatt bereit. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden diese Messwerte und Kurven aber auch direkt als Eingangssignale für eine Funktion zum automatischen Vergleich herangezogen, so dass an einem Ende einer derartigen Diagnose neben der Erkennung eines Isolationsfehlers auch gleich ein Fehlerort ausgegeben wird. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung läuft diese Vergleichsfunktion während eines laufenden Betriebs bzw. onboard mit. In einer Weiterbildung können durch diese Vergleichsfunktion quasi in einer Maximalausbaustufe der Erfindung sogar gezielt Betriebs- und Schaltzustände zur weitergehenden Diagnose oder gar zum Abschalten eines fehlerhaften Stranges bzw. Bauteils angesteuert werden. In diesem Ausführungsbeispiel schaltet ein Isolationswächter online in jedem Betriebszustand des Fahrzeugs im Falle von erkannten Eigenschaften im Isolationswiderstandswert selbst aktiv Betriebszustände der Komponenten zum Zwecke einer weitergehenden Diagnose und Fehlerortung zur Ermittlung von Fehlerart und Fehlerort. Dieses Verfahren wird also insbesondere bei Erkennen eines Isolationsfehlers zu dessen Verifizierung sowie Fehlerortung durchgeführt.Advantageous developments of the invention are the subject of the respective subclaims. Accordingly, the measured values and curves are stored ready for comparison by a specialist in a workshop. According to a preferred embodiment of the invention, however, these measured values and curves are also used directly as input signals for a function for automatic comparison, so that at the end of such a diagnosis in addition to the detection of an insulation fault also a fault location is issued. According to a further advantageous development, this comparison function runs during an ongoing operation or onboard. In a further development, operating modes and switching states for further diagnosis or even for switching off a faulty strand or component can even be specifically controlled by this comparison function, quasi in a maximum configuration of the invention. In this embodiment, an isolation monitor online in any operating condition of the vehicle in the case of recognized properties in the insulation resistance value itself active operating states of the components for the purpose of further diagnosis and fault location for determining the type of fault and fault location. This method is thus carried out in particular when detecting an insulation fault for its verification and fault location.

Demnach ist in einer Weiterbildung der Erfindung eine Vorrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, anhand von Messpunkten oder eines kontinuierlichen Messsignals einen aktuellen Kurvenverlauf auf Abweichungen zu einem bekannten Kurvenverlauf zu untersuchen. Dabei wird im Fall einer Abweichung und insbesondere im Fall einer plötzlichen Unstetigkeit der Kurve auf einen Isolationsfehler erkannt.Accordingly, in a development of the invention, a device is provided which is designed to examine a current curve profile for deviations from a known curve profile on the basis of measuring points or a continuous measuring signal. This is in the case of a deviation and especially in the case of a sudden discontinuity of the curve detected on an insulation fault.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind jeweilige Betriebszustände des Fahrzeugs über Schalterstellungen innerhalb des Hochvoltnetzes abgebildet und speicherbar. Ein Betriebszustand während des Auftretens eines Isolationsfehlers ist damit eindeutig abgebildet und schaltungstechnisch direkt bzw. unmittelbar nachvollziehbar und damit i.d.R. auch reproduzierbar. Zusätzlich werden bestimmte Umgebungsparameter erfasst und mit dokumentiert. Diese Parameter beschreiben die äußeren Bedingungen, in denen das Fahrzeug zum Zeitpunkt der Fehlerdetektion betrieben wurde. Beispiele sind: Status des Regensensors, Umgebungs- und HV-Bauteiltemperaturen, Fahrzeuggeschwindigkeit, Datum und Uhrzeit, um nur einige Beispiele zu geben.In a development of the invention, respective operating states of the vehicle can be imaged and stored via switch positions within the high-voltage network. An operating state during the occurrence of an insulation fault is thus clearly represented and circuit technology directly or immediately traceable and thus i.d.R. also reproducible. In addition, certain environmental parameters are recorded and documented. These parameters describe the external conditions in which the vehicle was operated at the time of fault detection. Examples are: rain sensor status, ambient and HV component temperatures, vehicle speed, date and time, just to give a few examples.

Durch ein Mitschreiben der Schalt- bzw. Betriebszustände innerhalb des Hochvoltnetzwerkes kann diese Veränderung dann zeitlich und lokal genau einem Betriebszustand zugeordnet werden. Häufen sich z.B. mehrere solche Auffälligkeit in einem Betriebszustand, beispielsweise bei der Aktivierung eines AC-Wandlers, so kann davon ausgegangen werden, dass ein aktuell auftretender Fehler dort seine Ursache in Form eines Isolationsfehlers hat.By writing the switching or operating states within the high-voltage network, this change can then be assigned to a specific operating state in terms of time and location. For example, several such conspicuousness in an operating state, for example in the activation of an AC converter, it can be assumed that a currently occurring error there has its cause in the form of an insulation fault.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sendet ein Hochfrequenz- bzw. HF-Sender eine dem System bekannte Frequenz und/oder Signatur aus. Da eine erwartete Spannungsantwort ebenfalls bekannt ist, fallen Unregelmäßigkeiten bzw. Abweichungen sofort auf. Wiederum sind die Abweichungen abhängig von einem jeweils aktuellen Schaltzustand innerhalb des aktiv geschalteten Teils des Hochvoltnetzwerkes. Der Einsatz eines aktiv ausgesendeten Hochfrequenz-Signals hat aber noch den weiteren Vorteil, dass abhängig von der Wellenlänge bei dieser bestimmten Frequenz sich dann die Distanz zum Sender feststellen und dadurch der Ort der Unregelmäßigkeit bestimmen lässt. Somit ist auf einem weiteren Wege eine Fehlerlokalisierung in einem Fahrzeug möglich, wobei grundsätzlich auf Verfahren zurückgegriffen werden kann, die z.B. aus dem Bereich der Energieversorgung zur Prüfung von Erdleitungen bekannt ist.In a further advantageous embodiment of the invention, a radio-frequency or RF transmitter transmits a frequency and / or signature known to the system. Since an expected voltage response is also known, irregularities or deviations immediately occur. Again, the deviations are dependent on a current switching state within the actively switched part of the high-voltage network. However, the use of an actively transmitted high-frequency signal also has the further advantage that, depending on the wavelength at this particular frequency, the distance to the transmitter can then be determined and the location of the irregularity determined thereby. Thus, in a further way, an error localization in a vehicle is possible, in principle, recourse can be made to methods, e.g. from the field of power supply for testing of ground lines is known.

Über alle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hinweg werden also nicht wie aus dem Stand der Technik bisher bekannt nur die - diskreten - Endwerte des Isolationswiderstands betrachtet. Innerhalb des Hochvoltnetzwerks wird im laufenden Betrieb durch den jederzeit aktiven Isolationswächter eine kontinuierliche Überwachung durchgeführt, die bis zu einer Untersuchung eines Zeitverlaufs in Zusammenhang mit dem zugehörigen Betriebszustand und zusätzlichen Umweltparametern des Fahrzeugbetriebs ausgeweitet werden. Dadurch ist auch ein Rückschluss auf den Entstehungsort des Insolationsfehlers möglich. Diese Informationen können dann zusammengefasst in dem System so hinterlegt werden, dass sie von einer Werkstatt gezielt ausgelesen und entsprechend ausgewertet werden können, wenn der Kunde sein Fahrzeug mit einer entsprechenden Fehlermeldung über einen wie auch immer gearteten Isolationsfehler zur Überprüfung vorführt.Beyond all embodiments of the present invention, therefore, not only the - discrete - end values of the insulation resistance are considered as known from the prior art. Within the high-voltage network, continuous monitoring is carried out during operation by the insulation monitor, which is active at all times, and these are extended to an investigation of a time course in connection with the associated operating state and additional environmental parameters of the vehicle operation. This also makes it possible to draw conclusions about the place of origin of the insolvency error. This information can then be summarized in the system so stored that they can be read out by a workshop specifically and evaluated accordingly, if the customer presents his vehicle with a corresponding error message about any kind of insulation error for review.

Nachfolgend werden weitere Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:

• 1: ein Blockschaltbild einer elektrischen Energieversorgung in einem Hybrid-, Wasserstoff- oder Elektro-Fahrzeug über ein Hochvoltnetzwerk unter Überwachung durch einen Isolationswächter;
• 2: eine detailliertere Darstellung einer Vorrichtung gemäß 1;
• 3: Umladekurve ohne Isolationsfehler als Soll-Zustand;
• 4: ein Verlauf einer in einem Fehlerfall entartete Umladekurve im Unterschied zu der von 3;
• 5 und 6: zeitliche Verläufe u.a. eines Isolations-Widerstands, sowie jeweils beider Umladekurven mit sichtbaren Auswirkungen eines Isolationsfehlers;
• 7 ein zeitlicher Verlauf mit exakt eingestelltem Übergang von einem Fehlerfall zu einem Normalfall durch eine Änderung einer internen Verschaltung des Hochvoltnetzwerks und.
• 8: ein Prinzipschaltbild einer Vorrichtung zur Fehlerüberwachung mit Protokollierung sowie Fehler-Ortung.

Further features and advantages of embodiments according to the invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments with reference to the drawing. Therein show in a schematic representation:

• 1 : a block diagram of an electrical energy supply in a hybrid, hydrogen or electric vehicle via a high-voltage network under supervision of an insulation monitor;
• 2 a more detailed representation of a device according to 1 ;
• 3 : Reload curve without insulation fault as target state;
• 4 a course of a transhipment curve degenerated in an error case in contrast to that of 3 ;
• 5 and 6 : temporal courses including an insulation resistance, as well as both reloading curves with visible effects of an insulation fault;
• 7 a time course with exactly set transition from an error case to a normal case by changing an internal interconnection of the high-voltage network and.
• 8th : A block diagram of a device for error monitoring with logging and error location.

Über die verschiedenen Abbildungen hinweg werden für gleiche Elemente stets die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dabei wird ohne Beschränkung nachfolgend nur ein Einsatz in einem Fahrzeug mit elektrischer Energieversorgung aus einem Akkumulator betrachtet. Throughout the various illustrations, the same reference numerals are always used for the same elements. In the following, without limitation, only one insert in a vehicle with an electrical power supply from an accumulator will be considered.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines grundsätzlichen Aufbaus einer elektrischen Energieversorgung in einem aus dem Stand der Technik bekannten Hybrid- oder Elektro-Fahrzeug 1. Hierin ist in grob vereinfachter Darstellung eine Batterie bzw. ein Akkumulator 2 über Hochvolt-Potentiale HV+, HV- bzw. entsprechende Anschlüsse an einen Hochvolt-Zwischenkreis 3 und über diesen mit einem elektrischen Antriebsmotor 4 bzw. Generator verbunden. Während die Rolle des Akkumulators 2 als genereller Energielieferant sowie Speicher von durch Rekuperation gewonnener Bremsenergie mit Blick auf die vorliegende Erfindung ausreichend dargestellt ist, ist die Rolle des Hochvolt-Zwischenkreises 3 wesentlich komplexer. Der Hochvolt-Zwischenkreis 3 stellt mehr als nur ein Verbindungsglied zwischen dem Akkumulator 2 und der Motor-/ Generatoreinheit 4. Die Aufgaben des Hochvolt-Zwischenkreises 3 sind vielfältig, zumal er die Motor-/Generatoreinheit 4 je Betriebsart korrekt ansteuern muss und elektrische Energie im gesamten Fahrzeug den unterschiedlichen Anforderungen von Aggregaten entsprechend verteilen und überwachen muss. Zudem muss in dem Fall des Einsatzes einer stromerregten Synchronmaschine SSM durch den Hochvolt-Zwischenkreis 3 auch ein Erregerstrom E SSM für Läufer der stromerregten Synchronmaschine SSM bereitgestellt werden, während ein Stator der Motor-/Generatoreinheit 4 über Versorgungsleitungen V mit elektrischer Energie versorgt wird. Dabei stellte der Hochvolt-Zwischenkreis nur einen Teil des HV-Bordnetzes zwischen HV-Speicher und HV-Komponenten inkl. Zwischenkreiskondensator dar. Die Intelligenz zur Überwachung und Regelung befindet sich in der so genannten Leistungselektronik bzw. Inverter zur Ansteuerung der E-Maschine bzw. Einspeisung rekuperierter Energie in den Zwischenkreis zurück unter Beachtung der Systemzustände von HV-Speicher und aller HV-Komponenten. 1 shows a block diagram of a basic structure of an electrical power supply in a known from the prior art hybrid or electric vehicle 1 , This is a roughly simplified representation of a battery or an accumulator 2 via high-voltage potentials HV + , HV or corresponding connections to a high-voltage DC link 3 and connected via this with an electric drive motor 4 or generator. While the role of the accumulator 2 as a general energy supplier as well as storage by Recuperation obtained braking energy is sufficiently presented in view of the present invention is the role of the high-voltage DC link 3 much more complex. The high-voltage DC link 3 provides more than just a link between the accumulator 2 and the motor / generator unit 4 , The tasks of the high-voltage DC link 3 are manifold, especially as it is the motor / generator unit 4 must correctly control each operating mode and distribute and monitor electrical energy throughout the vehicle according to the different requirements of aggregates. In addition, in the case of using a current-excited synchronous machine SSM through the high-voltage DC link 3 also an excitation current E SSM for runners of the current-excited synchronous machine SSM while a stator of the motor / generator unit 4 via supply lines V is supplied with electrical energy. The high-voltage DC link was only a part of the HV on-board network between HV storage and HV components incl. DC link capacitor. The intelligence for monitoring and control is located in the so-called power electronics or inverter for controlling the electric motor or Supply of recuperated energy back into the DC link taking into account the system states of HV storage and all HV components.

2 offenbart eine detaillierte Darstellung einer Vorrichtung gemäß 1. Hierdurch wird eine weite Verzweigung des HV-Zwischenkreises 3 angedeutet, der einerseits über ein Anschlussnetzwerk 5 mit dem Akkumulator 2 und andererseits über eine Leistungselektronik 6 mit IGBT- oder MOSFET-Elementen in einem Inverter an die Motor-/ Generatoreinheit 4 angeschlossen ist. Hier sind in einem parallelen Ast 7 des HV- Zwischenkreises 3 exemplarisch ein Ladegerät 8 mit einer Ladedose LD, ein DC/DC-Wandler 9, ein elektrischer Kältemittelverdichter 10 und eine elektrische Heizung 11 angeordnet. In diversen Verbrauchern wird also jeweils elektrische Energie E zwischengespeichert, wie in 2 durch die Spannungspfeile bzw. Blitze an Kondensatoren angedeutet. Damit erstrecken sich mögliche Fehlerquellen für Isolationsfehler von dem Anschlussnetzwerk 5 zu dem Akkumulator 2 hin über den HV-Zwischenkreis 3 mit mindestens einem parallelen Ast 7 bis zu der Motor-/ Generatoreinheit 4. Einzig die in 2 rein der Vollständigkeit halber mit dargestellte Crash-Sensorik 12 mit einer Auslöseeinheit 13 zur Trennung des Akkumulators 2 von dem Anschlussnetzwerk 5 sind i.d.R. keine Hochvolt-Bauteile. 2 discloses a detailed illustration of a device according to 1 , This causes a wide branching of the HV intermediate circuit 3 indicated on the one hand via a connection network 5 with the accumulator 2 and on the other hand via power electronics 6 with IGBT or MOSFET elements in an inverter to the motor / generator unit 4 connected. Here are in a parallel branch 7 of the HV intermediate circuit 3 an example of a charger 8th with a charging socket LD , a DC / DC converter 9 , an electric refrigerant compressor 10 and an electric heater 11 arranged. In various consumers so each electrical energy E is cached, as in 2 indicated by the voltage arrows or lightning on capacitors. Thus possible error sources for insulation errors extend from the access network 5 to the accumulator 2 over the HV DC link 3 with at least one parallel branch 7 up to the motor / generator unit 4 , Only the in 2 purely for the sake of completeness with illustrated crash sensors 12 with a trip unit 13 for the separation of the accumulator 2 from the connection network 5 are usually no high-voltage components.

Auch in der vereinfachten und reduzierten Darstellung von 2 wird die Komplexität des Hochvolt-Bereichs eines Fahrzeug-Bordnetzes erkenntlich. Dementsprechend langwierig gestalten sich bekannte Ansätze zur Fehlersuche im Fall eines Ansprechens eines in diesen Abbildungen nicht separat eingezeichneten Isolationswächters, der zur Aufrechterhaltung einer Hochvolt-Sicherheit in einem Fahrzeug-Bordnetz der vorstehend skizzierten Art als IT-System dann verpflichtend vorzusehen ist, wenn keine über eine Fahrzeug-Lebensdauer sichere doppelte Isolation von HV-Leitern vorgesehen ist. Insbesondere sind bekannte Ansätze einer Fehlersuche nicht im Stande, jenseits statischer bzw. permanent anliegender, dauerhafter Isolationsfehler auch sog. dynamische bzw. während einer Fahrt sporadisch oder nur gelegentlich und dann auch nur kurzzeitig auftretende Fehler zuverlässig zu erkennen und dann auch noch zu orten.Also in the simplified and reduced representation of 2 the complexity of the high-voltage range of a vehicle electrical system is recognizable. Accordingly lengthy familiar approaches to troubleshooting in the case of a response of a not separately drawn in these figures insulation monitor designed to maintain a high-voltage safety in a vehicle electrical system of the type outlined above as an IT system is then mandatory if none of a Vehicle life safe double insulation is provided by HV conductors. In particular, known approaches to troubleshooting are unable, beyond static or permanently applied, permanent insulation fault also so-called dynamic or sporadic or only occasionally and then only briefly occur during a trip error and then even to locate.

Um neben den bekannten Isolationsfehlern auch sogenannte sporadische bzw. dynamisch auftretende Isolationsfehler zu erkennen und zudem auch Anhaltspunkte zur zuverlässigeren und damit schneller durchführbaren Lokalisierung des Isolationsfehlers zu liefern, wird vorgeschlagen, dass während des Betriebs des Fahrzeugs ein Isolationswächter Messungen durchführt und auf Basis dieser Messungen jeweils aktuelle Isolationswerte ermittelten werden, wobei jeweils aktuelle Betriebszustände bzw. Schalterstellungen innerhalb beteiligter Teiles des gesamten Hochvoltnetzes zusammen mit den jeweils aktuell ermittelten Isolationswerten für eine Diagnose in einem nicht-flüchtigen Datenspeicher abgelegt werden.In order to detect so-called sporadic or dynamically occurring insulation faults in addition to the known insulation faults and also to provide clues to the more reliable and thus faster feasible localization of the insulation fault, it is proposed that during the operation of the vehicle, an insulation monitor performs measurements and based on these measurements each Current insulation values are determined, each current operating conditions or switch positions within participating part of the entire high-voltage network are stored together with the respectively currently determined isolation values for a diagnosis in a non-volatile data memory.

Dazu zeigen die Kurven von 3 beispielhaft zwei Spannungsverläufe intakter Umladekurven als sog. Sollzustand, also ohne auftretenden Isolationsfehler. Im Gegensatz dazu sind in der Abbildung von 4 entartete Umladekurven zu sehen, wie sie in Folge eines Isolationsfehlers entstehen.The curves of 3 For example, two voltage curves intact Umladekurven as so-called. Target state, ie without occurring insulation fault. In contrast, in the figure of 4 degenerate reload curves as they result from an insulation fault.

Tritt ein derartiger Isolationsfehler nur sporadisch oder dynamisch während der Fahrt, während des Ladens oder im Stand mit aktiver Klimatisierung z.B. bei Aufheizung des Innenraums aus der Ferne, etc. auf, so wird er über den Isolationswächter zuverlässig an den Fahrer mitgeteilt. Ursachen für solche Fehler können unter anderem Brüche in einer Abschirmung einer Koaxialleitung, temporäre Ansammlungen von Kondenswasser oder kurzzeitige Überhitzung des Isolationsmaterials sein. Auch wenn der Kunde bzw. Fahrer dann umgehend in eine Werkstatt fährt, kann dieser Fehler regelmäßig nicht mehr nachvollzogen bzw. lokalisiert werden, da der Fehler nur temporär während der Fahrt angelegen hat, oftmals nur wenige Sekunden. Außerdem existieren in aktuellen Fahrzeugen mehrere Kabelsätze und eine bereits in 2 angedeutete Vielzahl von Komponenten. Daraus ergibt sich eine hohe Anzahl an potentiellen Fehlerquellen, deren Suche unter Anwendung bekannter Verfahren lange dauert und damit sehr aufwendig ist.If such an insulation fault occurs only sporadically or dynamically while driving, while charging or while standing with active air conditioning, eg when the interior is heated remotely, etc., it is reliably communicated to the driver via the insulation guard. Causes of such faults may include fractures in a shield of a coaxial line, temporary accumulations of condensation or short-term overheating of the insulation material. Even if the customer or driver then drives immediately to a workshop, this error can not be traced or localized regularly, because the error has only temporarily created while driving, often only a few seconds. In addition, there are several sets of cables in current vehicles and one already in 2 indicated variety of components. This results in a high number of potential sources of error, the search takes a long time using known methods and is therefore very expensive.

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Zusammenhang zwischen einem jeweiligen Betriebszustand und zugehörigen Umladekurven gebildet. Dazu werden der jeweilige Betriebszustand des Fahrzeugs u.a. durch Schalterstellungen und die sich im Betrieb dementsprechend ergebenden Umladekurven protokolliert bzw. gemessen und abgespeichert. Diese Messungen und Protokollierungen werden in regelmäßigen Abständen durchgeführt, so dass Abbilder ordnungsgemäßer Kurvenverläufe intern vorhanden sind. Damit ist grundsätzlich auch in einem Fehlerfall bzw. beim Auslösen des Isolationswächters bekannt, welche Zweige und Verbraucher beim Auftreten des aktuellen Fehlerfalls aktiv bzw. elektrisch eingeschaltet waren. Alle nicht elektrisch verbundenen Schaltkreise, Zweige und Verbraucher können so als mögliche Ursachen direkt ausgeschlossen werden. Damit wird also ein neuartiges Isolationsüberwachungssystem verwendet, das Messwerte des Isolationswächters mit den zugehörigen Betriebszuständen des Fahrzeugs in Zusammenhang bringt und dadurch auch einen Rückschluss auf einen Fehlerort zulässt. Bei kleinteiliger Aufteilung dieser Vorrichtung auf einzelne Zweige oder Komponenten daraus kann damit sogar ein Fehlerort genau bestimmt werden.In the embodiment of the invention described here is a relationship formed between a respective operating state and associated Umladekurven. For this purpose, the respective operating state of the vehicle are logged, among other things, by means of switch positions and the reloading curves correspondingly resulting during operation, and measured and stored. These measurements and logging are performed at regular intervals so that images of proper waveforms are present internally. This is basically also known in an error case or when triggering the insulation monitor, which branches and consumers were active or electrically turned on when the current error occurs. All non-electrically connected circuits, branches and consumers can be excluded as possible causes directly. Thus, a novel insulation monitoring system is used, which correlates the measured values of the insulation monitor with the associated operating states of the vehicle and thereby also permits a conclusion to a fault location. In the case of small-scale division of this device into individual branches or components thereof, even a fault location can thus be determined precisely.

Im Unterschied zu bisherigen Ansätzen, bei denen i.d.R. nur diskrete Endwerte des Isolationswiderstands betrachtet werden, kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung auch der Zeitverlauf von Signalen oder des jeweilig zu überwachenden Isolationswiderstands in Zusammenhang mit dem zugehörigen Betriebszustand untersucht werden. Dadurch ist Rückschluss auf den Entstehungsort des Insolationsfehlers schon aufgrund einer Veränderung des Signalverlaufs möglich.Unlike previous approaches where i.d.R. If only discrete final values of the insulation resistance are considered, in a further embodiment of the invention, the time characteristic of signals or of the respectively to be monitored insulation resistance in connection with the associated operating state can be examined. As a result, it is possible to draw conclusions about the origin of the insolation error due to a change in the signal curve.

In dem Beispiel von 5 zeigt eine obere Kurve einen zeitlichen Verlauf eines Isolationswiderstands R_i(t) auf Basis von zeitlichen Mittelwerten, wie durch die Kreuze in der Kurve angedeutet. Darunter sind die Kurven U₊(t) und U_-(t) des positiven und des negativen Potentialverlaufs aufgeführt. Es schließt sich als letzte Kurve eine Schaltkurve S(t) an, durch die hier eine Komponente ein- und wieder ausgeschaltet wird. Die Verläufe der Kurven U₊(t) und U_-(t) entsprechen zu Beginn im Wesentlichen denen von 3 und zeigen einen störungsfreien Verlauf. In dem dann anschließenden Abschnitt i zeigen die Amplitudenunterschiede der Kurven U₊(t) und U_-(t) bei einer eingeschalteten Komponente einen symmetrischen Isolationsfehler an. Hierzu ist gleich bei der ersten Periode ein deutlicher Amplitudenabfall feststellbar, der bei beiden Spannungen gleich hoch ausfällt. Zeitlich fällt dieser Fehler mit dem Einschalten einer bestimmten elektrischen Komponente zusammen, siehe S(t). Bei dem erneuten Abschalten dieser Komponente wirkt sich dieses in Abschnitt ii asymmetrisch auf die beiden Kurvenverläufe aus. Durch erneutes Einschalten der Komponente wirkt sich in Abschnitt iii der zuvor bereits erkennbare Isolationsfehler wieder symmetrisch auf beide Kurvenverläufe aus, sodass die Amplituden beider Kurven U₊(t) und U_-(t) im Vergleich zu der Situation von Abschnitt i ungefähr gleich stark vermindert werden. Da diese unterschiedlichen dynamischen Isolationsfehler stets beim Schalten ein und derselben Komponente auftreten, ist diese Komponente als Fehlerort festzustellen.In the example of 5 shows an upper curve a time course of an insulation resistance R _i ( t ) based on time averages, as indicated by the crosses in the curve. Below are the curves U ₊ (t) and U _- (t) the positive and the negative potential course listed. It closes as the last curve a switching curve S (t) to turn a component on and off. The courses of the curves U ₊ (t) and U _- (t) At the beginning, they essentially correspond to those of 3 and show a trouble-free course. In the subsequent section i show the amplitude differences of the curves U ₊ (t) and U _- ( t ) with a switched-on component a symmetrical insulation fault. For this purpose, a significant amplitude drop can be detected right at the first period, which is the same for both voltages. In time, this error coincides with turning on a specific electrical component, see S (t). When this component is switched off again, this section has an effect ii asymmetrical on the two curves. Turning the component back on affects section iii the previously already recognizable insulation error again symmetrically on both curves, so that the amplitudes of both curves U ₊ (t) and U _- (t) compared to the situation of section i be reduced approximately equally strong. Since these different dynamic insulation errors always occur when switching one and the same component, this component is to be determined as a fault location.

Die Kurven aus 5 stellen einen zeitlich stark gedehnten Ausschnitt aus 6 dar. Das ist durch den gestrichelt eingezeichneten Kasten in 6 angedeutet. Gegenüber 5 ist in 6 neben einer Abdeckung eines deutlich längeren Zeitraums auch eine Fahrzeuggeschwindigkeit v(t) als erste Kurve mit aufgeführt.The curves off 5 present a temporally greatly expanded section 6 This is indicated by the dashed box in 6 indicated. Across from 5 is in 6 in addition to a cover of a much longer period and a vehicle speed v (t) listed as the first curve.

Aus einer Zusammenschau verschiedener Kurven ist ein jeweiliger Zusammenhang zwischen einem Betriebszustand und sich daraus ergebenden Umladekurven ersichtlich. Bei einem Einbruch eines Isolationswiderstands reagiert die Umladekurve darauf unmittelbar. Diese Veränderung kann dann zeitlich und lokal genau einem Betriebszustand zugeordnet werden. Häufen sich z.B. mehrere solche Auffälligkeit in einem Betriebszustand, z.B. Einschalten eines AC-Wandlers, kann davon ausgegangen werden, dass der Fehler dort seine Ursache hat, siehe 5 und 6.From a synopsis of different curves, a respective relationship between an operating state and the resulting reloading curves can be seen. When an insulation resistance collapses, the reload curve reacts immediately. This change can then be assigned to a specific operating state in terms of time and location. If, for example, several such abnormalities accumulate in an operating state, eg switching on an AC converter, it can be assumed that the error has its cause there, see 5 and 6 ,

Ferner ist in den Kurvenverläufen von 6 ein prinzipieller Zeitversatz und eine entsprechende Trägheit einer Isolationsfehler-Erkennung auf Basis einer Überwachung des Isolationswiderstandes Ri(t) auf Basis von Mittelwertbildungen erkennbar. So ist in dem gestrichelt eingezeichneten Bereich iv ein Übergang von einem regulären, störungsfreien Betrieb zu einer Störung aufgezeichnet. Beide Spannungsverläufe zeigen durch die Kurven U₊(t) und U_-(t) gleichzeitig eine deutliche Abweichung, wobei eine Reaktion im Verlauf der Widerstandskurve erst ca. 3 Schwingungsperioden verspätet sichtbar ist. Eine direkt online durchgeführte Überwachung der Spannungskurven mindestens mit Blick auf eine Feststellung eines möglich exakten Zeitpunkts des Auftretens eines jeweiligen Fehlers ist also einer passiven Isolationsfehlerprüfung mit einer Überwachung des Isolationswiderstandes Ri(t) auf Basis von Mittelwertbildungen klar überlegen.Further, in the curves of 6 a principle time offset and a corresponding inertia of an insulation fault detection on the basis of monitoring the insulation resistance Ri (t) on the basis of averaging recognizable. So is in the dashed area iv recorded a transition from a regular, trouble-free operation to a fault. Both voltage curves show through the curves U ₊ (t) and U _- (t) at the same time a clear deviation, whereby a reaction in the course of the resistance curve is only visible late about 3 oscillation periods. A monitoring of the voltage curves carried out directly online at least with a view to determining a possible exact time of occurrence of a respective fault is therefore clearly superior to a passive insulation fault test with a monitoring of the insulation resistance Ri (t) on the basis of averaging.

7 zeigt als prinzipielles Blockschaltbild ein Fahrzeug 1, in dem diverse statische und dynamische Kennwerte abgefragt und verarbeitet werden. Wird in einer Grundform nur ein Ausgangssignal eines passiven und/oder eines aktiven Isolationswächters in Intervallen bzw. auf Basis von Messungen in regelmäßigen Abständen zusammen mit jeweiligen Schaltzuständen S(t) und mit weiteren Umweltparametern des jeweils aktuellen Fahrzeugbetriebszustands angereichert durch eine Protokoll-Funktion in einer Vorrichtung 14 erfasst und mindestens beim Erfassen eines Isolationsfehlers in einer Datenbank gespeichert, ist hier eine komfortable Weiterbildung skizziert. Exemplarisch sind als Eingangsgrößen der Vorrichtung 14 zeitlichen Verläufe von Potentiale U₊(t), U_-(t) dargestellt, die zusammen mit in einer Datenbank abgelegten technischen Grunddaten D und Informationen über eine jeweilige Ausstattung des Fahrzeugs 1 sowie in einer weiteren Datenbank gespeicherten zeitlichen Verläufen eines Isolationswiderstandes und Effekten erkannter Fehler F mit entsprechenden Artefakten in den Zeitverläufen der entsprechenden Messkurven sowie deren jeweiligen räumliche Lokalisation L verarbeitet. Mit dem Auftreten eines Isolationsfehlers werden in der Vorrichtung 14 während des normalen Betriebs des Fahrzeugs 1 selbstständig Schaltsignale S‘(t) erzeugt, durch die elektrische Komponenten oder gar ganze Zweige des Hochvoltnetzes kurzzeitig abgetrennt werden können. Auf dieser Basis wird eine systematische Fehlerlokalisation betrieben mit Ausgabe eines Fehlers F und seiner Ortsbestimmung L. Diese Daten werden im Sinne eines lernfähigen Systems in eine entsprechende interne Datenbank hinein zurückgespeist, wie durch den gestrichelt eingezeichneten Rückkoppelzweig angedeutet. 7 shows as a basic block diagram a vehicle 1 in which various static and dynamic characteristics are queried and processed. In a basic form, only an output signal of a passive and / or an active insulation monitor at intervals or on the basis of measurements at regular intervals together with the respective switching states S (t) and enriched with further environmental parameters of the current vehicle operating state by a protocol function in a device 14 captured and at least stored in a database when detecting an isolation error, a comfortable training is outlined here. Exemplary are as input variables of the device 14 temporal courses of potentials U ₊ (t) . U _- (t) represented together with technical data stored in a database D and information about a respective equipment of the vehicle 1 as well as in a further database stored time histories of an insulation resistance and effects detected errors F with corresponding artifacts in the time courses of the corresponding measurement curves as well as their respective spatial localization L processed. With the occurrence of an insulation fault are in the device 14 during normal operation of the vehicle 1 independently switching signals S '(t) generated by the electrical components or even entire branches of the high-voltage network can be separated for a short time. On this basis, a systematic fault location is operated with the output of an error F and his location L , These data are fed back in the sense of an adaptive system into a corresponding internal database, as indicated by the dashed line feedback path.

Über eine gezielte Ansteuerung S‘(t) bestimmter Schalter zur Aktivierung eines Umrichters bzw. der H-Brücke des HV-Systems, kann beispielsweise nur die positive Seite der Schaltung aktiviert werden. Die gesamte Spannung fällt dann dort ab. War vor dem Abschalten der negativen Seite der Isolationswiderstand in einem grünen bzw. als intakt bewerteten Bereich, aber nach dem Abschalten z.B. viel zu niedrig, so kann davon ausgegangen werden, dass sich der Fehler in dem betrachteten Bereich des IT-Systems befindet. In diesem Fall kommen dann für die fehlerhaften Teile z.B. nur zwei statt sechs Leitungssätze in Frage und die Werkstatt kann im Fehlerfall gezielt in diesem Bereich nach Unregelmäßigkeiten suchen.About a targeted control S '(t) certain switch for activating an inverter or the H-bridge of the HV system, for example, only the positive side of the circuit can be activated. The entire voltage then drops there. If, before switching off the negative side, the insulation resistance was in a green or intact rated range, but after switching off, for example, much too low, then it can be assumed that the fault is located in the considered area of the IT system. In this case, for example, only two instead of six wiring harnesses come into question for the faulty parts and the workshop can specifically search for irregularities in this area in the event of a fault.

Generell ist mit dieser Methode eine gezielte Ansteuerung einzelner Komponenten grundsätzlich möglich. Je nachdem wie das System bei der Ansteuerung reagiert, kann der Isolationsfehler auf ein konkretes Bauteil/einen konkreten Kabel- oder Leitungssatz zurückgeführt werden. Auf jeden Fall lässt sich der Fehlerursprung stark eingrenzen, sodass die Werkstatt nicht sämtliche grundsätzlich möglichen Varianten der Verschaltung innerhalb des Bordnetzes prüfen muss. Es wird vielmehr eine sehr genaue Ortsangabe L ausgegeben, zusammen mit Aufzeichnungen der Kurvenverläufe sowie der Schalterstellungen, damit dieser Fehler und seine Ortung auch nachvollzogen werden können.In general, targeted control of individual components is basically possible with this method. Depending on how the system responds to the control, the insulation fault can be traced back to a specific component / a specific cable or wiring harness. In any case, the error origin can be strongly limited, so that the workshop does not have to check all fundamentally possible variants of the interconnection within the vehicle electrical system. It is rather a very accurate location L output, together with records of the curves as well as the switch settings so that this error and its location can also be reproduced.

Die Kurven von 8 zeigen ein mögliches Beispiel für einen nur kurzzeitig anhaltenden Fehler, der durch Schaltvorgänge ausgelöst wird. Hier wird ein AC-Wandler nur kurzzeitig in einer ersten Periode angeschaltet, wobei der AC-Wandler hier wohl Fehlerursache darstellt und eine entartete Umladekurve verursacht. Im direkten Anschluss wird dieser AC-Wandler gezielt kurzzeitig ausgeschaltet, wodurch direkt wieder eine normale Umladekurve gemessen wird. Damit ist die wahrscheinlichste Fehlerursache bereits erkannt und als Bauteil isoliert.The curves of 8th show a possible example of a short-lasting error that is triggered by switching operations. Here, an AC converter is only briefly turned on in a first period, the AC converter here probably represents fault cause and causes a degenerate Umladekurve. In direct connection, this AC converter is deliberately switched off for a short time, whereby a normal reload curve is directly measured again. Thus the most probable cause of the error is already recognized and isolated as a component.

Durch Korrelation vom Betriebszustand bzw. gezielte Ansteuerung einzelner Komponenten des IT-Systems und der Betrachtung des zeitlichen Verlaufs des Signalverlaufs der Isolationswiderstandsmessung kann ein direkter Rückschluss auf den Fehlerursprung getroffen werden. Nach den vorstehend beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ermittelte Informationen können dann in dem Bord-System hinterlegt bzw. gespeichert werden und von der Werkstatt gezielt ausgelesen werden, wenn der Kunde diese aufgrund einer entsprechenden Fehlermeldung aufsucht. Ein vorstehend beschriebenes Verfahren liefert also einen Rückschluss auf einzelne Komponenten in denen ein Isolationsfehler auftritt, und kann sogar die fehlerbehaftete Komponente selber anzeigen.By correlating the operating state or targeted control of individual components of the IT system and the consideration of the time course of the waveform of the insulation resistance measurement, a direct inference to the error origin can be made. Information determined by the methods and devices described above can then be stored or stored in the on-board system and selectively read out by the workshop if the customer visits them on the basis of a corresponding error message. Thus, a method described above provides an indication of individual components in which an insulation fault occurs, and can even display the faulty component itself.

Gespeicherte Werte sind erfindungsgemäß zum Vergleich durch einen Werkstatt-Mitarbeiter auslesbar, aber auch als Eingang für eine Funktion zum automatischen Vergleich, wobei als Ergebnis des letzteren Diagnose-Verfahrens ein Fehlerort ausgegeben wird. Die Vergleichsfunktion läuft quasi onboard mit, um in einer Maximalausbaustufe sogar gezielt Betriebszustände für eine Fehlerdiagnose ansteuern zu können. Ein derartiger Isolationswächter wird selbst online auch im laufenden Betrieb des Fahrzeugs dazu befähigt, im Falle von erkannten Eigenschaften im Isolationswiderstandswert auch selbst aktiv die Betriebszustände der Komponenten zu schalten. Wenn die Detektion der Zustände im HV-Betrieb ausreichend ist, dann ist die Befähigung zur automatischen Schaltung der Betriebszustände mindestens für den Service-Falle wichtig, um den Fehlerfall ohne großen Aufwand nachstellen zu können. Die Diagnose könnte soweit ausgebaut werden, dass auf diesen Bestätigungsnachweis im Service verzichtet und gänzlich auf das Online-Diagnose-Ergebnis vertraut werden.Stored values can be read out according to the invention for comparison by a workshop employee, but also as an input for a function for automatic comparison, a fault location being output as the result of the latter diagnostic procedure. The comparison function runs quasi onboard, in order to be able to control operating states specifically for a fault diagnosis in a maximum configuration level. Such an insulation monitor is enabled even online during operation of the vehicle to actively switch the operating states of the components even in the case of recognized properties in the insulation resistance value itself. If the detection of the conditions in HV operation is sufficient, then the ability to automatically switch the operating states at least for the service case is important in order to be able to adjust the error without much effort. The diagnosis could be expanded to such an extent that this proof of confirmation is not given in the service and is completely trusted in the online diagnosis result.

Ein vorstehend mit Ausführungsformen beschriebener Ansatz spart Kosten und Zeit in der Reparatur und erhöht die Sicherheit. In jedem Fall wird jedoch ein elektronisches Protokoll für Werkstatt bereitgehalten, das detailliert dazu Aufschluss gibt, wann und wo welcher Fehler mit welcher Auswirkung detektiert wurde. Das ermöglicht auch eine Ortung und Beseitigung von nur sporadisch auftretenden, dynamischen Fehlern, die sonst i.d.R. im Nachhinein nicht mehr lokalisierbar sind.An approach described above with embodiments saves costs and time in the repair and increases safety. In any case, however, an electronic log is kept ready for the workshop, which gives detailed information on when and where which error was detected with which effect. This also makes it possible to locate and eliminate only sporadically occurring, dynamic errors, the otherwise i.d.R. hindsight are no longer localizable.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Elektro-FahrzeugElectric Vehicle

22

Akkumulator / HV-SpeicherAccumulator / HV storage

33

Hochvolt- bzw. HV-ZwischenkreisHigh-voltage or HV intermediate circuit

44

elektrischer Antriebsmotor bzw. Generator / Motor-/ Generatoreinheit (EM)electric drive motor or generator / motor / generator unit (EM)

55

Anschlussnetzwerk des HV-Zwischenkreises 3 zum Akkumulator 2 hinConnection network of the HV intermediate circuit 3 to the accumulator 2 down

66

Leistungselektronikpower electronics

77

paralleler Ast des HV-Zwischenkreises 3parallel branch of the HV intermediate circuit 3rd

88th

Ladegerätcharger

99

DC/DC-WandlerDC / DC converter

1010

elektrischer Kältemittelverdichterelectric refrigerant compressor

1111

elektrische Heizungelectric heating

1212

Sensoriksensors

1313

Auslöseeinheit zur Trennung des Akkumulators 2 von dem Anschlussnetzwerk 5Tripping unit for the separation of the accumulator 2 from the connection network 5

1414

Vorrichtung zur Verarbeitung div. Eingangsgrößen zur Ausgabe von F und L Device for processing various input variables for the output of F and L

DD

technische Grunddaten/Ausstattung des Fahrzeugs 1Basic technical data / equipment of the vehicle 1

E_SSME_SSM

Erregerstrom für den Läufer bei SSM 4Excitation current for the runner at SSM 4

FF

Fehleranzeigeerror message

HV+ /HV + /

HV- Hochvoltpotentiale im Anschlussnetzwerk 5HV high-voltage potentials in the connection network 5

i, ii, iii, ivi, ii, iii, iv

Kurvenabschnitte mit besonderen EigenschaftenCurve sections with special properties

LL

Lokalisation des Fehlers F / OrtsangabeLocalization of the error F / Location

LDLD

Ladedosecharging socket

R_i(r)R _i (r)

zeitlicher Verlauf des Isolationswiderstandstime course of the insulation resistance

S(t)S (t)

Schaltzustand über der ZeitSwitching state over time

S‘(t)S '(t)

durch die Überwachungsvorrichtung ausgelöste Schaltzustands-Änderungenswitching state changes triggered by the monitoring device

SSMSSM

stromerregte Synchronmaschineenergized synchronous machine

tt

ZeitTime

U₊(t), U_-(t)U ₊ (t), U _- (t)

zeitliche Verläufe des positiven / negativen Potentialstemporal courses of the positive / negative potential

VV

Versorgungsleitungen zum Statur der Motor-/Generatoreinheit 4Supply lines to the stature of the motor / generator unit 4

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 10304234 A1 [0004]DE 10304234 A1 [0004]
• WO 2011157472 A1 [0004]WO 2011157472 A1 [0004]
• DE 102006031663 B3 [0005]DE 102006031663 B3 [0005]
• DE 102010054413 A1 [0006]DE 102010054413 A1 [0006]

Claims (10)

Sicherheitsverfahren zur Verwendung in einem Hochvoltnetz bzw. Bord-Netz eines Fahrzeugs (1) mit Hochvoltkomponenten, insbesondere einem Hybrid-, Wasserstoff- oder Elektro-Fahrzeug (1), wobei in dem Hochvoltnetz elektrische Energie innerhalb des Fahrzeugs (1) gewandelt und/oder verteilt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Fahrzeugs (1) ein Isolationswächter Messungen durchführt und auf Basis dieser Messungen jeweils aktuelle Isolationswerte ermittelt werden, wobei jeweils aktuelle Betriebszustände bzw. Schalterstellungen innerhalb beteiligter Teiles des Hochvoltnetzes (5, 6, 7) und dessen Komponenten zusammen mit den jeweils aktuell ermittelten Isolationswerten (R_i) für eine Diagnose gespeichert werden.Security method for use in a high-voltage network or on-board network of a vehicle (1) with high-voltage components, in particular a hybrid, hydrogen or electric vehicle (1), wherein in the high-voltage network electrical energy within the vehicle (1) converted and / or is distributed, characterized in that during operation of the vehicle (1) an insulation monitor performs measurements and based on these measurements each current isolation values are determined, each current operating conditions or switch positions within participating part of the high-voltage network (5, 6, 7) and whose components are stored together with the respectively currently determined isolation values (R _i ) for a diagnosis. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Messungen in regelmäßigen Abständen durchgeführt und mit weiteren Umweltparametern des Fahrzeugbetriebszustands angereichert werden.Method according to the preceding claim, characterized in that the measurements are carried out at regular intervals and enriched with further environmental parameters of the vehicle operating condition. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speicherung nur bei Auftreten einer Abweichung eines Isolationswertes vorgenommen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that storage is carried out only when a deviation of an insulation value occurs. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abgespeicherte bzw. erlernte Umladekurven innerhalb des Hochvoltnetzes auf Unstetigkeiten im Kurvenverlauf hin untersucht bzw. verglichen werden, so dass im Fall einer Abweichung auf einen Isolationsfehler und einen möglichen Fehlerort geschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that stored or learned Umladekurven within the high-voltage network to discontinuities in the curve out to be examined or compared, so that is closed in the event of a deviation on an insulation fault and a possible fault location. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines Isolationsfehlers zu dessen Verifizierung gezielt Betriebs- und Schaltzustände zur weitergehenden Diagnose oder gar zum Abschalten eines fehlerhaften Stranges bzw. Bauteils angesteuert werden, wodurch auch eine Fehlerortung durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that upon detection of an insulation fault for its verification targeted operating and switching states for further diagnosis or even to turn off a faulty strand or component are driven, whereby a fault location is performed. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Isolationswächter selbst online in jedem Betriebszustand des Fahrzeugs im Falle von erkannten Eigenschaften im Isolationswiderstandswert selbst aktiv Betriebszustände der Komponenten zum Zwecke einer weitergehenden Diagnose und Fehlerortung zur Ermittlung von Fehlerart und Fehlerort zu schalten.Method according to one of the preceding claims, characterized in that an insulation monitor itself online in any operating condition of the vehicle in the case of recognized properties in the insulation resistance itself active operating conditions of the components for the purpose of further diagnosis and fault location to determine fault type and fault location to switch. Vorrichtung zur Umsetzung eines Sicherheitsverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als Schutzvorrichtung vorgesehen ist in einem Fahrzeug (1) mit einem Hochvoltkomponenten umfassenden Hochvoltnetz zum Wandeln und/oder Verteilen elektrischer Energie innerhalb des Fahrzeugs (1), insbesondere einem Hybrid-, Wasserstoff- oder Elektro-Fahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen passiven und/oder aktiven Isolationswächter für das Hochvoltnetz des Fahrzeugs (1) und einen Datenspeicher umfasst, wobei der Datenspeicher dazu ausgebildet ist, Messwerte des Isolationswächters zusammen mit den jeweiligen Betriebszuständen des Fahrzeugs (1) und insbesondere des Hochvoltnetzes gemeinsam abzulegen.Device for implementing a safety method according to one of the preceding claims, which is provided as a protection device in a vehicle (1) with a high-voltage components comprising high-voltage network for converting and / or distributing electrical energy within the vehicle (1), in particular a hybrid, hydrogen or Electric vehicle (1), characterized in that the device comprises a passive and / or active isolation monitor for the high-voltage network of the vehicle (1) and a data memory, wherein the data memory is adapted to measurements of the insulation monitor together with the respective operating conditions of the vehicle (1) and in particular the high-voltage network together. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass jeweilige Betriebszustände des Fahrzeugs (1) über Schalterstellungen (S(t)) innerhalb des Hochvoltnetzes abgebildet und speicherbar sind.Device according to the preceding claim, characterized in that respective operating states of the vehicle (1) are mapped and storable via switch positions (S (t)) within the high-voltage network. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) ausgebildet ist, anhand von Messpunkten oder eines kontinuierlichen Messsignals einen aktuellen Kurvenverlauf auf Abweichungen zu einem bekannten Kurvenverlauf zu untersuchen.Device according to one of the two preceding claims, characterized in that the device (14) is designed to examine a current waveform for deviations from a known curve using measurement points or a continuous measurement signal. Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (14) zur Ausgabe von eigene Steuersignalen (S‘(t)) zur Durchführung eines autonomen Fehler-Diagnosen und Ortung eines Fehlers ausgebildet ist.Device according to the preceding claim, characterized in that the device (14) is designed to output its own control signals (S '(t)) for carrying out an autonomous fault diagnosis and locating a fault.

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