DE102018200040A1

DE102018200040A1 - Erdungsfehler-detektor

Info

Publication number: DE102018200040A1
Application number: DE102018200040.9A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kawamura
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2017-02-07
Filing date: 2018-01-03
Publication date: 2018-08-09
Also published as: JP2018128320A; US10379150B2; JP6633560B2; US20180224493A1

Abstract

Ein Erdungsfehler-Detektor umfasst eine Steuereinrichtung, einen Erfassungskondensator, einen ersten Widerstand auf der positiven Seite, der mit einer positiven Seite einer Hochspannungsbatterie verbunden ist, einen ersten Widerstand auf der negativen Seite, der mit einer negativen Seite verbunden ist, einen zweiten Widerstand auf der positiven Seite, einen zweiten Widerstand auf der negativen Seite, einen C-Kontaktschalter auf der positiven Seite und einen C-Kontaktschalter auf der negativen Seite. Der C-Kontaktschalter auf der positiven Seite schaltet ein Verbindungsziel eines ersten Endes des Erfassungskondensators zu entweder einem Pfad, der den ersten Widerstand auf der positiven Seite enthält, oder zu einem Pfad, der den zweiten Widerstand auf der positiven Seite enthält, basierend auf einem Befehl der Steuereinrichtung. Der C-Kontaktschalter auf der negativen Seite schaltet ein Verbindungsziel eines zweiten Endes zu entweder einem Pfad, der den ersten Widerstand auf der negativen Seite enthält, oder zu einem Pfad, der den zweiten Widerstand auf der negativen Seite enthält, basierend auf einem Befehl der Steuereinrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Erdungsfehler-Detektor, der einen fliegenden Kondensator verwendet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein Fahrzeug wie etwa ein Hybridfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor als eine Antriebsquelle aufweist, oder ein Elektrofahrzeug lädt eine in einem Fahrzeugkörper montierte Batterie auf und erzeugt eine Antriebskraft unter Verwendung von Strom aus der Batterie. Allgemein ist eine mit einer Batterie assoziierte Leistungsschaltung als eine Hochspannungsschaltung für das Handhaben einer Hochspannung von 200 V oder mehr konfiguriert. Und um die Sicherheit zu gewährleisten, ist die Hochspannungsschaltung einschließlich der Batterie ein nicht-geerdeter Aufbau, der elektrisch von dem Fahrzeugkörper als dem Erdungsbezugspotentialpunkt isoliert ist.
In dem Fahrzeug mit einer nicht-geerdeten Hochspannungsbatterie ist ein Erdungsfehler-Detektor vorgesehen, um ein System, in dem die Hochspannungsbatterie angeordnet ist, und insbesondere einen isolierten Zustand (Erdungsfehler) zwischen einem Hauptleistungssystem von der Hochspannungsbatterie zu einem Motor und dem Fahrzeugkörper zu überwachen. In dem Erdungsfehler-Detektor wird häufig ein System verwendet, das einen als fliegenden Kondensator bezeichneten Kondensator verwendet.
6 ist eine Zeichnung, die ein Beispiel für eine Schaltung des herkömmlichen Erdungsfehler-Detektors eines Systems mit einem fliegenden Kondensator zeigt. Wie in 6 gezeigt, ist der Erdungsfehler-Detektor 400 mit einer nicht-geerdeten Hochspannungsbatterie 300 als eine Einrichtung zum Erfassen eines Erdungsfehlers eines die Hochspannungsbatterie 300 enthaltenden Systems verbunden. Dabei wird ein Isolationswiderstand zwischen einer positiven Seite der Hochspannungsbatterie 300 und der Erde als RLp angegeben und wird ein Isolationswiderstand zwischen einer negativen Seite und der Erde als RLn angegeben.
Wie in 6 gezeigt, enthält der Erdungsfehler-Detektor 400 einen Erfassungskondensator C1, der als ein fliegender Kondensator betrieben wird. Weiterhin enthält der Erdungsfehler-Kondensator 400 vier Schaltelemente S1 bis S4 um den Erdungskondensator C1 herum für das Schalten von Messpfaden und das Steuern des Ladens und Entladens des Erfassungskondensators C1. Weiterhin ist ein Schaltelement Sa für das Abtasten einer Messspannung in Entsprechung zu einer Ladespannung des Erfassungskondensators C1 vorgesehen.
In dem Erdungsfehler-Detektor 400 wird eine Messoperation mit dem folgenden Zyklus wiederholt: V0-Messperiode → Vc1n-Messperiode → V0-Messperiode → Vc1p-Messperiode. In diesen Perioden wird der Erfassungskondensator C1 mit einer Spannung eines Messziels geladen und wird dann eine Ladespannung des Erfassungskondensators C1 gemessen. Und um eine nächste Messung durchzuführen, wird der Erfassungskondensator C1 entladen.
In der V0-Messperiode wird eine Spannung in Entsprechung zu einer Spannung der Hochspannungsbatterie gemessen. Dazu werden die Schaltelemente S1 und S2 eingeschaltet, werden die Schaltelemente S3 und S4 ausgeschaltet und wird dann der Erfassungskondensator X1 geladen. Deshalb werden wie in 7A gezeigt die Hochspannungsbatterie 300, ein Widerstand R1 und der Erfassungskondensator C1 zu einem Messpfad.
Wenn die Ladespannung des Erfassungskondensators C1 gemessen wird, werden wie in 7B gezeigt die Schaltelemente S1 und S2 ausgeschaltet, werden die Schaltelemente S3 und S4 eingeschaltet und wird das Abtasten in der Steuereinrichtung 420 durchgeführt, während das Schaltelement Sa eingeschaltet ist. Danach wird wie in 7C gezeigt das Schaltelement Sa ausgeschaltet und wird dann der Erfassungskondensator C1 entladen, um die nächste Messung durchzuführen. Wenn die Ladespannung des Erfassungskondensators C1 gemessen wird, ist der Betrieb beim Entladen des Erfassungskondensators C1 gleich demjenigen in der anderen Messperiode.
In der Vc1n-Messperiode wird eine Spannung gemessen, die den Effekt des Isolationswiderstands RLn wiedergibt. Deshalb werden die Schaltelemente S1 und S4 eingeschaltet, werden die Schaltelemente S2 und S3 ausgeschaltet und wird der Erfassungskondensator C1 geladen. Das heißt, dass wie in 8A gezeigt die Hochspannungsbatterie 300, der Widerstand R1, der Erfassungskondensator C1, der Widerstand R4, die Erde und der Isolationswiderstand RLn ein Messpfad werden.
In der Vc1p-Messperiode wird eine Spannung gemessen, die den Effekt des Isolationswiderstands RLp wiedergibt. Deshalb werden die Schaltelemente S2 und S3 eingeschaltet, werden die Schaltelemente S1 und S4 ausgeschaltet und wird der Erfassungskondensator C1 geladen. Das heißt, dass wie in 8B gezeigt die Hochspannungsbatterie 300, der Isolationswiderstand RLp, die Erde, der Widerstand R3, der Widerstand R1 und der Erfassungskondensator C1 ein Messpfad werden.
Es ist bekannt, dass (PLp × RLn) / (RLp + RLn) basierend auf (Vc1p + Vc1n) /V0 erhalten werden können, wobei V0, Vc, Vc1n und Vc1p in den entsprechenden Messperioden erhalten werden. Aus diesem Grund kann die Steuereinrichtung 420 in dem Erdungsfehler-Detektor 400 die Isolationswiderstände RLp und RLn durch das Messen von V0, Vc1n und Vc1p erhalten. Und wenn die Isolationswiderstände RLp und RLn gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Entscheidungsbezugspegel werden, wird bestimmt, dass ein Erdungsfehler erzeugt wird, und wird dann ein Alarm ausgegeben.
Weiterhin wird in der Patentliteratur 1 ein Erdungsfehler-Detektor 440 mit einer in 9 gezeigten Schaltungskonfiguration vorgeschlagen. In dem Erdungsfehler-Detektor 440 ist der Schaltzustand jeder der Messperioden gleich derjenigen des Erdungsfehler-Detektors 400.
Patentliteratur 1: JP 2009-281986 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Problemstellung
In dem herkömmlichen Erdungsfehler-Detektor sind die Schaltelemente S1 bis S4 mit vier optischen MOSFETs konfiguriert, die Schaltelemente des isolierenden Typs sind. Jedoch ist der optische MOSFET kostspielig, wodurch die Kosten des Erdungsfehler-Detektors erhöht werden.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine durch das Schaltelement in einem Erdungsfehler-Detektor mit einem fliegenden Kondensator verursachte Kostenerhöhung zu unterdrücken.
Um das oben genannte Problem zu lösen, ist ein Erdungsfehler-Detektor der vorliegenden Erfindung mit einer nicht-geerdeten Hochspanungsbatterie verbunden und erfasst einen Erdungsfehler eines Systems, in dem die Hochspannungsbatterie vorgesehen ist. Der Erdungsfehler-Detektor umfasst: eine Steuereinrichtung; einen Erfassungskondensator, der als ein fliegender Kondensator betrieben wird; einen ersten Widerstand auf der positiven Seite, der mit einer positiven Seite der Hochspannungsbatterie verbunden ist, einen ersten Widerstand auf der negativen Seite, der mit einer negativen Seite der Hochspannungsbatterie verbunden ist; einen zweiten Widerstand auf der positiven Seite, dessen eines Ende geerdet ist und bei dem die Spannung an dem anderen Ende durch die Steuereinrichtung gemessen wird; einen zweiten Widerstand auf der negativen Seite, dessen eines Ende geerdet ist; einen C-Kontaktschalter auf der positiven Seite, der ein Verbindungsziel eines ersten Endes des Erfassungskondensators alternativ zu einem Pfad, der den ersten Widerstand auf der positiven Seite enthält, oder zu einem Pfad, der den zweiten Widerstand auf der positiven Seite enthält, basierend auf einem Befehl der Steuereinrichtung schaltet; und einen C-Kontaktschalter auf der negativen Seite, der ein Verbindungsziel eines zweiten Endes des Erfassungskondensators alternativ zu einem Pfad, der den ersten Widerstand auf der negativen Seite enthält, oder zu einem Pfad, der den zweiten Widerstand auf der negativen Seite enthält, basierend auf dem Befehl der Steuereinrichtung schaltet.
Wenn dabei die Steuereinrichtung gleichzeitig den C-Kontaktschalter auf der positiven Seite und den C-Kontaktschalter auf der negativen Seite betätigt und schaltet, kann sie eine derartige Steuerung vorsehen, dass entweder der C-Kontaktschalter auf der positiven Seite oder der C-Kontaktschalter auf der negativen Seite zuvor geschaltet wird und die Gelegenheiten für das Schalten zuerst ausgeglichen werden.
Weiterhin können der C-Kontaktschalter auf der positiven Seite und der C-Kontaktschalter auf der negativen Seite als Zwillings-Relais ausgebildet sein, in denen miteinander verschränkte Relais parallel verbunden sind.
Dabei können Nebenschlusswiderstände mit gleichen Werten in Reihe mit einer Erfassungskondensator-Verbindungsseite in jedem der Zwillings-Relais verbunden werden.
Alternativ dazu kann der erste Widerstand auf der positiven Seite ausgebildet werden, indem ein Widerstand mit gleichen Wert an einer Hochspannungsbatterie-Verbindungsseite jeder der Zwillings-Relais des C-Kontaktschalters auf der positiven Seite in Reihe verbunden wird, kann der erste Widerstand auf der negativen Seite ausgebildet werden, indem ein Widerstand mit gleichem Wert auf der Hochspannungsbatterie-Verbindungsseite jedes der Zwillings-Relais des C-Kontaktschalters auf der negativen Seite in Reihe verbunden wird, und können Nebenschlusswiderstände mit gleichen Werten in Reihe mit einer Zweiter-Widerstand-auf-derpositiven-Seite-Verbindungsselte jedes der Zwillings-Relais des C-Kontaktschalters auf der positiven Seite und einer Zweiter-Widerstand-auf-der-negativen-Seite-Verbindungsseite jedes der Zwillings-Relais des C-Kontaktschalters auf der negativen Seite in Reihe verbunden werden.
In jedem Fall können der C-Kontaktschalter auf der positiven Seite und der C-Kontaktschalter auf der negativen Seite durch ein mechanisches Relais oder ein Reed-Relay konfiguriert werden.
Effekt der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in dem Erdungsfehler-Detektor mit dem fliegenden Kondensator wegen der damit verbundenen Kostenerhöhung kein optischer MOSFET verwendet. Dadurch kann eine durch das Schaltelement verursachte Kostenerhöhung unterdrückt werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Erdungsfehler-Detektors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel einer Anordnungsposition für einen C-Kontaktschalter auf der positiven Seite zeigt.
3 ist eine schematische Ansicht, die ein erstes Schaltungsbeispiel zeigt, in dem ein Zwillings-Relais auf einen C-Kontaktpunktschalter angewendet wird.
4 ist eine schematische Ansicht, die ein zweites Schaltungsbeispiel zeigt, in dem ein Zwillings-Relais auf einen C-Kontaktpunktschalter angewendet wird.
5 ist eine schematische Ansicht, die ein drittes Schaltungsbeispiel zeigt, in dem ein Zwillings-Relais auf einen C-Kontaktpunktschalter angewendet wird.
6 ist eine schematische Ansicht, die ein Schaltungsbeispiel eines herkömmlichen Erdungsfehler-Detektors mit einem fliegenden Kondensator zeigt.
7A bis 7C sind schematische Ansichten, die einen Messpfad einer V0-Messperiode zeigen.
8A und 8B sind schematische Ansichten, die Messpfade einer Vc1n-Messperiode und einer Vc1p-Messperiode zeigen.
9 ist eine schematische Ansicht, die ein anderes Beispiel des herkömmlichen Erdungsfehler-Detektors mit einem fliegenden Kondensator zeigt.

BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Erdungsfehler-Detektors 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, ist der Erdungsfehler-Detektor 100 mit einer nicht-geerdeten Hochspannungsbatterie 300 als eine Vorrichtung mit einem fliegenden Kondensator für das Erfassen eines Erdungsfehlers eines Systems, in dem die Hochspannungsbatterie 300 vorgesehen ist, verbunden. Dabei wird ein Isolationswiderstand, der zwischen einer positiven Seite der Hochspannungsbatterie 300 und einer Erde angeordnet ist, durch RLp wiedergegeben und wird ein Isolationswiderstand, der zwischen einer negativen Seite und der Erde angeordnet ist, durch RLn wiedergegeben. Weiterhin ist die Hochspannung eine Spannung, die größer als diejenige einer Niederspannungsbatterie (allgemein 12V) ist, sodass sie verschiedene Einrichtungen (wie etwa eine Leuchte, einen Scheibenwischer usw.) in einem Fahrzeug betreiben kann, wobei die Hochspannungsbatterie 300 eine für das Antreiben des Fahrzeugs verwendete Batterie ist.
Die Hochspannungsbatterie 300 wird durch eine wiederaufladbare Batterie wie etwa eine Lithiumionenbatterie gebildet, über eine Hochspannungs-Sammelschiene (nicht gezeigt) entladen und treibt einen über einen Wechselrichter oder ähnliches verbundenen Elektromotor an. Weiterhin wird während einer Regeneration oder bei einer Verbindung mit einer Ladeeinrichtung ein Laden über die Hochspannungs-Sammeischiene durchgeführt.
Die Kondensatoren CYp und CYn, die als ein Y-Kondensator (Leitungsbypass-Kondensator) bezeichnet werden, sind jeweils zwischen einer Stromleitung 301 auf einer positiven Seite der Hochspannungsbatterie 300 und einer Erdungselektrode und zwischen einer Stromleitung 302 auf einer negativen Seite und der Erdungselektrode verbunden, um ein hochfrequentes Rauschen einer Stromquelle zu entfernen oder den Betrieb zu stabilisieren. Es kann jedoch auch auf den Y-Kondensator verzichtet werden.
Wie in den Zeichnungen gezeigt, enthält der Erdungsfehler-Detektor 100 einen Erfassungskondensator C1, der als ein fliegender Kondensator dient, und ein Schaltelement Sa zum Abtasten einer Messspannung in Entsprechung zu einer Ladespannung des Erfassungskondensators C1. Es kann aber auch auf das Schaltelement Sa verzichtet werden. Weiterhin weist der Erdungsfehler-Detektor 100 eine Steuereinrichtung 120 auf, die durch einen Mikrocomputer konfiguriert wird. Die Steuereinrichtung 120 führt verschiedene für den Erdungsfehler-Detektor 100 erforderliche Steuerungen wie etwa eine weiter unten beschriebene Schaltverarbeitung durch, Indem sie ein zuvor eingebettetes Programm implementiert.
Wie mit Bezug auf 7 und 8 beschrieben, werden in einem Messpfad jeder der Messperioden ein Schaltelement S1 und ein Schaltelement S3 in einer Stromleitungssystem 301 auf der positiven Seite nicht gleichzeitig eingeschaltet und werden ein Schaltelement S2 und ein Schaltelement S4 in einem Stromleitungssystem 302 auf der negativen Seite nicht gleichzeitig eingeschaltet. Mit anderen Worten werden das Schaltelement S1 und das Schaltelement S3 exklusiv geschaltet und werden das Schaltelement S2 und das Schaltelement S4 exklusiv geschaltet.
Aus diesem Grund wird in dem Erdungsfehler-Detektor 100 ein C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite als ein Schaltelement des Stromleitungssystems 301 auf der positiven Seite verwendet und wird ein C-Kontaktschatter 112 auf der negativen Seite als ein Schaltelement des Stromleitungssystems 302 auf der negativen Seite verwendet. Der C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und der C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite können zum Beispiel durch mechanische Relais mit einer großen Druckbeständigkeit und einem kleinen Signal oder durch Reed-Relais gebildet werden.
Gemeinsame Kontaktpunkte c in dem C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und dem C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite sind auf der Seite des Erfassungskondensators C1 angeordnet. Insbesondere ist der gemeinsame Kontaktpunkt c des Kontaktschalters 111 auf der positiven Seite mit einem Ende des Erfassungskondensators C1 über eine Parallelschaltung verbunden, die einen Pfad aus einer Diode D1 und einem Widerstand R1 und einen Pfad aus einem Wiederstand R2 und einer Diode D2 enthält. Weiterhin ist der gemeinsame Kontaktpunkt c des C-Kontaktschalters 112 auf der negativen Seite mit dem anderen Ende des Erfassungskondensators C1 verbunden. Die Diode D1, die Teil des Pfads während des Ladens wird, ist in einer Richtung verbunden, in welcher ein Pfad von dem C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite zu dem Erfassungskondensator C1 eine Vorwärtsrichtung wird. Und die Diode D2, die Teil des Pfads während des Entladens wird, ist in der entgegengesetzten Richtung verbunden. Der Widerstand R2 funktioniert als ein Entladungswiderstand.
Ein Kontaktpunkt a des C-Kontaktschalters 111 auf der positiven Seite ist mit der Stromleitung 301 auf der positiven Seite über den Widerstand Ra verbunden, und ein Kontaktpunkt a des C-Kontaktschalters 111 auf der negativen Seite ist mit der Stromleitung 301 auf der positiven Seite über den Widerstand Rb verbunden. Mit anderen Worten sind in dem C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und dem C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite die Kontaktpunkt a auf der Seite der Hochspannungsbatterie 300 positioniert.
Ein Kontaktpunkt b des C-Kontaktschalters 111 auf der positiven Seite ist mit dem Schaltelement Sa verbunden und ist mit einem Widerstand R3 verbunden, dessen anderes Ende geerdet ist. Ein Kontaktpunkt c des C-Kontaktschalters 112 auf der negativen Seite Ist mit einem Widerstand R4 verbunden, dessen anderes Ende geerdet ist. Das heißt, dass in dem C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und dem C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite die Kontaktpunkte b auf der Seite der Steuereinrichtung 120 (Erdungsseite) positioniert sind.
Wie in 1 gezeigt, werden der C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und der C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite unabhängig voneinander durch die Steuereinrichtung 120 geschaltet und gesteuert. Die Steuereinrichtung 120 schaltet Messpfade, indem sie den C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite, den C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite und das Schaltelement Sa schaltet und steuert, und führt ein Laden und Entladen des Erfassungskondensators C1 und ein Messen der Ladespannung durch.
Insbesondere werden in der V0-Messperiode der C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und der C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite beide zu der Seite des Kontaktpunkts a geschaltet und wird ein Messpfad der Hochspannungsbatterie 300, des Widerstands Ra, des Widerstands R1, des Erfassungskondensators C1 und des Widerstands Rb gebildet.
Wenn die Ladespannung des Erfassungskondensators C1 gemessen wird, werden der C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und der C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite zu der Seite des Kontaktteils b geschaltet und wird das Schaltelement Sa eingeschaltet. Danach wird das Schaltelement Sa ausgeschaltet und wird für die nächste Messung der Erfassungskondensator C1 vor allem unter Verwendung des Widerstands R2 entladen. Wenn die Ladespannung des Erfassungskondensators C1 gemessen wird, ist der Betrieb während des Entladens in den anderen Messperioden gleich.
In der Vc1n-Messperiode wird der C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite zu der Seite des Kontaktpunkts a geschaltet und wird der C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite zu der Seite des Kontaktpunkts b geschaltet. Weiterhin wird ein Messpfad der Hochspannungsbatterie 300, des Widerstands Ra, des Widerstands R1, des Erfassungskondensators C1, des Widerstands R4, der Erde und des Isolationswiderstands RLn gebildet.
In der Vc1p-Messperiode wird der C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite zu der Seite des Kontaktpunkts b geschaltet und wird der C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite zu der Seite des Kontaktpunkts a geschaltet. Weiterhin wird ein Messpfad der Hochspannungsbatterie 300, des Isolationswiderstands RLp, der Erde, des Widerstands R3, des Widerstands R1m, des Erfassungskondensators C1 und des Widerstands Rb gebildet.
In dem Erdungsfehler-Detektor 100 weisen der Widerstand Ra, der Widerstand Rb und der Widerstand R1 jeweils hohe Widerstandswerte von zum Beispiel mehreren hundert kΩ auf und weisen der Widerstand R2, der Widerstand R3 und der Widerstand R4 jeweils niedrige Widerstandswerte von zum Beispiel mehreren kΩ auf.
Separat von dem Widerstand R1 ist der Widerstand Ra auf der positiven Seite angeordnet und ist der Widerstand Rb auf der negativen Seite angeordnet. Der C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und der C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite werden jeweils durch ein C-Kontaktpunkt-Relais konfiguriert. Also auch wenn eine Fixierung mit einem der C-Kontaktschalter auftritt, ist entweder der Widerstand Ra mit einem hohen Widerstandswert oder der Widerstand Rb mit einem hohen Widerstandswert zwischen der Hochspannungsbatterie 300 und der Steuereinrichtung 120 angeordnet, wodurch ein Strom beschränkt wird. Auf diese Weise können die Steuereinrichtung 120 und eine Stromversorgungsschaltung geschützt werden.
Und wenn der Kontaktpunkt a und der Kontaktpunkt b an dem C-Punktschalter auf der positiven Seite oder dem C-Punktschalter auf der negativen Seite kurzgeschlossen werden, ist entweder der Widerstand Ra mit einem hohen Widerstandswert oder der Widerstand Rb mit einem hohen Widerstandswert zwischen der Hochspannungsbatterie 300 und der Steuereinrichtung 120 angeordnet, wodurch ein Strom beschränkt wird. Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung 120 geschützt werden.
Und wenn ein Bezugswert für das Bestimmen eines Erdungsfehlers in dem Isolationswiderstand RLp und dem Isolationswiderstand RLn gleich RLs ist und der Isolationswiderstand RLp und der Isolationswiderstand RLn der Bezugswert PLs sind, werden die Widerstandswerte mit der Beziehung R1 + Ra + Rb = R1 + R4 + Ra + RLn = R1 + R3 + Rb + RLp definiert, sodass die Widerstandswerte an dem Pfad in der V0-Messperlode, der Vc1n-Messperiode und der Vc1p-Messperiode gleich werden. Deshalb kann, obwohl ein keramischer Kondensator als der Erfassungskondensator C1 verwendet wird, eine Verminderung der Erdungsfehler-Erfassungsgenauigkeit aufgrund des Einflusses der Gleichstromvorspannungskennlinie vermieden werden.
In dem C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und dem C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite können die Kontaktpunkte a auf der Seite der Hochspannungsbatterie 300 oder die Kontaktpunkte b auf der Seite der Steuereinrichtung 120 (Erdungsseite) unter Berücksichtigung der folgenden Eigenschaften entsprechend zu einer normalerweise geschlossenen Seite gesetzt werden.

1) Wenn die Kontaktpunkte a auf der Seite der Hochspannungsbatterie 300 in dem C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und dem C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite zu den normalerweise geschlossenen Seiten gesetzt werden, wurde die Hochspannung bereits zu dem Erfassungskondensator C1 am Beginn des Startens des Erdungsfehler-Detektors 100 geladen. Deshalb kann auf den Ladeprozess für die erste V0-Messperiode verzichtet werden. Auf diese Weise kann das funktionelle Erfordernis einer Beschleunigung der Erdungsfehler-Bestimmung von der normalen Zeit für das Sicherstellen der Sicherheit beim Starten erfüllt werden.
2) Wenn die Kontaktpunkte b auf der Seite der Steuereinrichtung 120 in dem C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und dem C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite zu den normalerweise geschlossenen Seiten gesetzt werden, wird der Erfassungskondensator C1 zu einem entladenen Zustand während des Operationsstopps gesetzt. Dadurch wird das Risiko eines Stromschlags etwa beim Entnehmen des Erdungsfehler-Detektors 100 reduziert.
3) Wenn der C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite oder der C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite zu der normalerweise geschlossenen Seite gesetzt wird, wird die Spannung zwischen dem C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite oder dem C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite und der Erde während des Starts zu dem Erfassungskondensator C1 geladen. Indem diese Spannung gemessen wird und mit dem normalen Zustand verglichen wird, kann ein Zustand, in dem der Isolationswiderstand eines derselben vermindert wird, einfach und unmittelbar festgestellt werden.

Wie weiter oben genannt, wird in dem Erdungsfehler-Detektor 100 der Ausführungsform gemäß dieser Erfindung kein optischer MOSFET, der eine Kostenerhöhung verursacht, als Schalter für das Schalten des Messpfads für das Erfassen eines Erdungsfehlers verwendet. Dadurch kann eine durch das Schaltelement verursachte Kostenerhöhung unterdrückt werden.
Weiterhin wird das herkömmlicherweise verwendete Schaltelement mit vier Schaltern durch zwei C-Kontaktpunktschalter konfiguriert. Dadurch kann die Anzahl von Komponenten reduziert werden und kann auch die Anzahl von Steuerleitungen im Vergleich zu dem Stand der Technik reduziert werden.
Weiterhin ist in dem oben beschriebenen Beispiel der C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite mit dem Erfassungskondensator C1 über die Parallelschaltung verbunden, die den Pfad der Diode D1 und des Widerstands R1 und den Pfad des Widerstands R2 und der Diode D2 enthält. Wie in 2 gezeigt, kann der gemeinsame Kontaktpunkt c des C-Kontaktschalters 111 auf der positiven Seite direkt mit dem Erfassungskondensator C1 verbunden sein. In diesem Fall ist der Kontaktpunkt a mit dem Widerstand Ra über die Diode D1 und den Widerstand R1 verbunden und ist der Kontaktpunkt b mit dem Schaltelement Sa über die Diode D2 und den Widerstand R2 verbunden. Ein Pfad der Diode D2 kann parallel zu einem Pfad der Diode D11 in einer entgegengesetzten Richtung zu der Diode D2 und dem Widerstand R11 verbunden sein.
Weiterhin werden die C-Kontaktschalter durch eine mechanische Kontaktanordnung konfiguriert. Aus diesem Grund ist die maximale Anzahl von Offnungs-/Schließvorgängen begrenzt. Insbesondere wenn der Versorgungsstrom und die angelegte Spannung groß werden, ist der Einfluss auf die maximale Anzahl von Öffnungs-/Schließvorgängen groß. Um also die maximale Anzahl von Öffnungs-/Schließvorgängen zu vergrößern, kann die unten beschriebene Steuerung durchgeführt werden und kann der nachfolgend beschriebene Aufbau verwendet werden.
(Erstes Beispiel)
Wenn der C-Kontaktschalter geschaltet wird und der C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und der C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite gleichzeitig geschaltet werden, tritt eine Variation vor und nach einem tatsächlichen Schalten aufgrund von Variationen in der Kontaktbetätigungsgeschwindigkeit auf.
In diesem Fall wird die Last des Stroms und der Spannung in dem später geschalteten C-Kontaktschalter konzentriert, was Auswirkungen auf die maximale Anzahl von Öffnungs-/Schließvorgängen hat. Insbesondere ist dies beim Zeitpunkt des Schaltens zu der V0-Messperiode für das Messen der Spannung der Hochspannungsbatterie 300 deutlich.
Deshalb verschiebt die Steuereinrichtung 120 den Zeitpunkt für das Schalten des C-Kontaktschalters nach hinten und nach vorne, damit die Anzahl von nach vorne gerichteten und nach hinten gerichteten Schaltvorgängen in dem C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite und dem C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite ausgeglichen ist, um auf diese Weise eine Konzentration von Lasten an einem der C-Kontaktschalter zu vermeiden.
Zum Beispiel wird in dem Zyklus von V0-Messperiode → Vc1n-Messperiode → V0-Messperiode → Vc1p-Messperiode der C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite zu 1 ms zuvor in der ersten V0-Messperiode geschaltet und wird der C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite zu 1 mm zuvor in der zweiten V0-Messperiode geschaltet. Dadurch werden die Lasten der C-Kontaktschalter ausgeglichen, sodass eine negative Auswirkung auf die maximale Anzahl von Öffnungs-/Schließvorgängen aufgrund der Lastkonzentration an einem der C-Kontaktschalter verhindert werden kann. Natürlich ist der Ansatz für das Ausgleichen der Anzahl von nach hinten und nach vorne gerichteten Schaltvorgängen in dem Zeitpunkt für das Schalten nicht auf den für diese Ausführungsform der Erfindung beschriebenen beschränkt. Es können auch verschiedene andere Ansätze wie etwa das Ersetzen des C-Kontaktschalters für das Schalten zuvor für jeweils vordefinierte Anzahlen von Zeitperioden verwendet werden.
(Zweites Beispiel)
Wie in 3 gezeigt, wird der C-Kontaktschalter 111 auf der positiven Seite durch ein Zwillings-Relais (111a, 111b) gebildet, das gleichzeitig durch eine einzelne Steuerung geschaltet wird, und wird der C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite durch das Zwillings-Relais (112a, 112b) gebildet, das gleichzeitig durch eine einzelne Steuerung geschaltet wird. Weiterhin wird ein Pfad für eine parallele Teilung des Stroms für jedes Relais der Zwillings-Relais vorgesehen. Deshalb wird der Versorgungsstrom jedes der C-Kontaktschalter verteilt und kann dadurch die Stromlast der C-Kontaktschalter reduziert werden. Zum Beispiel kann das Zwillings-Relais ein Relais von zwei C-Kontakten in einer Spule verwenden.
(Drittes Beispiel)
In dem oben genannten zweiten Beispiel basiert das Nebenschlussverhältnis in dem parallel verbundenen Zwillings-Relais auf einem minimalen Kontaktwiderstand des Relais, das das Zwillings-Relais konfiguriert. Aus diesem Grund wird eine Last an einem der Relais aufgrund von individuellen Variationen angelegt.
Deshalb kann wie in 4 gezeigt ein kleiner Nebenschlusswiderstand mit einem Pfad auf der Seite des Kontaktpunkts c jedes der Relais verbunden werden. In diesem Fall basiert das Nebenschlussverhältnis annähernd auf dem Nebenschlusswiderstand. Indem also der Nebenschlusswiderstandswert ausgeglichen wird, kann eine Unausgewogenheit der Lasten an einem der Relais des Zwillings-Relais verhindert werden.
In den Beispielen von 4 ist ein Nebenschlusswiderstand Ra21 (<<R1) mit einem Pfad eines Relais 111a des C-Kontaktschalters 111 auf der positiven Seite verbunden und ist ein Nebenschlusswiderstand Ra22 (=Ra21) mit einem Pfad des Relais 111b verbunden. Weiterhin ist ein Nebenschlusswiderstand Rb21 (<<R1) mit einem Pfad des Relais 112a verbunden, das den C-Kontaktschalter 112 auf der negativen Seite bildet, und ist ein Nebenschlusswiderstand Rb22 (=Rb21) mit einem Pfad eines Relais 112b verbunden.
(Viertes Beispiel)
Wie in 5 gezeigt, kann der Nebenschlusswiderstand in einem Pfad auf der Seite des Kontaktpunkts a jedes der Relais und in einem Pfad auf der Seite des Kontaktpunkts b angeordnet sein. In dem Beispiel von 5 ist ein Widerstand Ra11 mit der Seite des Kontaktpunkts a des Relais 111a verbunden, ist ein Widerstand Ra12 mit der Seite des Kontaktpunkts a des Relais 111b verbunden, ist ein Widerstand Rc1 mit der Seite des Kontaktpunkts b des Relais 111a verbunden und ist ein Widerstand Rc2 mit der Seite des Kontaktpunkts b des Relais 111b verbunden. Weiterhin ist ein Widerstand Rb11 mit der Seite des Kontaktpunkts a des Relais 112a verbunden, ist ein Widerstand Rb12 mit der Seite des Kontaktpunkts a des Relais 112b verbunden, ist ein Widerstand Rd1 mit der Seite des Kontaktpunkts b des Relais 112a verbunden und ist ein Widerstand Rd2 mit der Seite des Kontaktpunkts b des Relais 112b verbunden.
Weiterhin ist in dem Beispiel die folgende Beziehung gesetzt: Widerstand Ra11 = Widerstand Ra12 = Widerstand Rb11 = Widerstand Rb 12 >> Widerstand Rc1 = Widerstand Rc2 = Widerstand Rd1 = Widerstand Rd2>> Kontaktwiderstand des Relais.
Weiterhin übernimmt in dem oben genannten Beispiel von 5 der parallele Widerstand aus dem Widerstand Ra11 und dem Widerstand Ra12 die Rolle des Widerstands Ra und übernimmt der parallele Widerstand aus dem Widerstand Rb11 und dem Widerstand Rb12 die Rolle des Widerstands Rb. Wenn also die gleichen Widerstandswert wie In 1 verwendet werden, werden sie wie folgt gesetzt: Widerstand Ra11 = Widerstand Ra12 = Widerstand Rb11 = Widerstand Rb12 = 2 × Widerstand Ra = 2 × Widerstand Rb.
Also auch wenn eines der Relais fixiert oder kurzgeschlossen ist, wird der Versorgungsstrom durch den Widerstand Ra11, den Widerstand Ra12, den Widerstand Rb11 und den Widerstand Rb12 begrenzt. Dadurch kann die Steuereinrichtung 120 geschützt werden und kann eine durch das Erfassen eines kleinen Isolationswierstands verursachte falsche Fehlererfassung aufgrund des Flusses von größeren Strömen in dem Messpfad verhindert weden.
Weiterhin können der Widerstand Rc1, der Widerstand Rc2, der Widerstand Rd1 und der Widerstand Rd2 durch die Widerstände Ra21, Ra22, Rb21 und Rb22 in dem dritten Beispiel ersetzt werden.

100: Erdungsfehler-Detektor
111: C-Kontaktschalter auf der positiven Seite
112: C-Kontaktschalter auf der negativen Seite
120: Steuereinrichtung
300: Hochspanungsbatterie
301: Stromleitung auf der positiven Seite
302: Stromleitung auf der negativen Seite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009281986 A [0013]

Claims

Erdungsfehler-Detektor, der mit einer nicht-geerdeten Hochspannungsbatterie verbunden ist und einen Erdungsfehler eines Systems, in dem die Hochspannungsbatterie vorgesehen ist, erfasst, wobei der Erdungsfehler-Detektor umfasst: eine Steuereinrichtung, einen Erfassungskondensator, der als ein fliegender Kondensator betrieben wird, einen ersten Widerstand auf der positiven Seite, der mit einer positiven Seite der Hochspannungsbatterie verbunden ist, einen ersten Widerstand auf der negativen Seite, der mit einer negativen Seite der Hochspannungsbatterie verbunden ist, einen zweiten Widerstand auf der positiven Seite, dessen eines Ende geerdet Ist und bei dem eine Spannung an dem anderen Ende durch die Steuereinrichtung gemessen wird, einen zweiten Widerstand auf der negativen Seite, dessen eines Ende geerdet ist, einen C-Kontaktschalter auf der positiven Seite, der ein Verbindungsziel eines ersten Endes des Erfassungskondensators alternativ zu einem Pfad, der den ersten Widerstand auf der positiven Seite enthält, oder zu einem Pfad, der den zweiten Widerstand auf der positiven Seite enthält, basierend auf einem Befehl der Steuereinrichtung schaltet, und einen C-Kontaktschalter auf der negativen Seite, der ein Verbindungsziel eines zweiten Endes des Erfassungskondensators alternativ zu einem Pfad, der den ersten Widerstand auf der negativen Seite enthält, oder zu einem Pfad, der den zweiten Widerstand auf der negativen Seite enthält, basierend auf dem Befehl der Steuereinrichtung schaltet.
Erdungsfehler-Detektor nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung, wenn sie gleichzeitig den C-Kontaktschalter auf der positiven Seite und den C-Kontaktschalter auf der negativen Seite betätigt und schaltet, eine derartige Steuerung vorsieht, dass entweder der C-Kontaktschalter auf der positiven Seite oder der C-Kontaktschalter auf der negativen Seite zuvor geschaltet wird und die Gelegenheiten für das Schalten zuerst ausgeglichen werden.
Erdungsfehler-Detektor nach Anspruch 1, wobei der C-Kontaktschalter auf der positiven Seite und der C-Kontaktschalter auf der negativen Seite als Zwillings-Relais ausgebildet sind, in denen miteinander verschränkte Relais parallel verbunden sind.
Erdungsfehler-Detektor nach Anspruch 3, wobei gleiche Nebenschlusswiderstände in Reihe mit einer Erfassungskondensator-Verbindungsseite in jedem der Zwillings-Relais verbunden sind.
Erdungsfehler-Detektor nach Anspruch 3, wobei: der erste Widerstand auf der positiven Seite ausgebildet wird, indem ein Widerstand mit gleichen Wert an einer Hochspannungsbatterie-Verbindungsseite jeder der Zwillings-Relais des C-Kontaktschalters auf der positiven Seite in Reihe verbunden wird, der erste Widerstand auf der negativen Seite ausgebildet wird, indem ein Widerstand mit gleichem Wert auf der Hochspannungsbatterie-Verbindungsseite jedes der Zwillings-Relais des C-Kontaktschalters auf der negativen Seite in Reihe verbunden wird, und Nebenschlusswiderstände mit gleichen Werten in Reihe mit einer Zweiter-Widerstand-auf-der-positiven-Seite-Verbindungsseite jedes der Zwillings-Relais des C-Kontaktschalters auf der positiven Seite und einer Zweiter-Widerstand-auf-der-negativen-Seite-Verbindungsseite jedes der Zwillings-Relais des C-Kontaktschalters auf der negativen Seite in Reihe verbunden sind.
Erdungsfehler-Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der C-Kontaktschalter auf der positiven Seite und der C-Kontaktschalter auf der negativen Seite durch ein mechanisches Relais oder ein Reed-Relay konfiguriert werden.