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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolationsüberwachung für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine erste Mehrzahl an Isolationswächtern sowie eine zweite Mehrzahl an Isolationsebenen aufweist, wobei eine Isolationsebene jeweils wenigstens eine leistungselektronische Komponente und/oder eine stromführende Komponente umfasst, und wobei eine Isolationsmessung an wenigstens einer Isolationsebene der zweiten Mehrzahl durch wenigstens einen Isolationswächter der ersten Mehrzahl erfolgt.
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In elektrisch betreibbaren Fahrzeugen und insbesondere in Fahrzeugen zum Betrieb auf elektrifizierten Straßen sind leistungselektronische Komponenten und Komponenten der Steuerelektronik oftmals auf verschiedenen Isolationsebenen angeordnet, welche entsprechend einzeln isoliert sind. Zur Überwachung der Isolationsebenen sind dabei zumeist mehrere Überwachungsgeräte, sog. Isolationswächter, in einem solchen Fahrzeug eingebaut. Durch einen Isolationswächter wird dabei für eine Isolationsmessung an der betreffenden Isolationsebene eine Prüfspannung angelegt.
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Bei mehreren Isolationsebenen in einem Fahrzeug kann es jedoch zu einer Überschneidung der Wirkbereiche der einzelnen Isolationswächter und somit der zugeordneten Isolationsebenen kommen, wenn diese etwa mehr als einen Anschluss an einen Isolationswächter besitzen. Diese Isolationswächter sind beispielsweise einer Haupt-Batterie, einem Gleichstromwandler (bzw. DC/DC-Steller), unterschiedlichen trennenden Masse-Layern oder (in oberleitungsbetriebenen Fahrzeugen) auch einem Pantographen (bzw. Stromabnehmer) als entsprechenden Isolationsebenen bzw. Stromkreisen zugeordnet. Weitere Isolationsebenen können dabei insbesondere durch weitere Elemente im Traktionsstromkreis des Fahrzeugs gegeben sein.
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Im Falle einer sukzessiven (oder gar gleichzeitigen) Isolationsmessung von mindestens zwei Isolationswächtern ohne ausreichenden zeitlichen Abstand für einen Potentialausgleich nach dem Anliegen der Prüfspannung können sich die einzelnen Messungen gegenseitig beeinflussen, und es kann hierdurch zu Störungen der Isolationswächter und somit zu Fehlern bei der Isolationsüberwachung kommen. Je nach eingestellter Wiederholungsfrequenz der Isolationsmessungen der an einer Isolationsebene angeschlossenen Isolationswächter können die besagten Fehler bzw. Störungen dabei entsprechend häufiger oder seltener auftreten. Hierbei sind die Isolationswächter an Schnittstellen zwischen Originalkomponenten des Fahrzeugs und Drittkomponenten anderer Hersteller (etwa Stromabnehmern) nicht zuletzt infolge einer möglichen Zuordnung zu entsprechend unterschiedlichen Steuergeräten besonders störungsanfällig.
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Fehlerhafte Messergebnisse als sog. „fault positive“ können dabei die Folge sein. Das Vorliegen eines solchen falsch positiven Isolationsfehlers wirkt sich negativ auf die Verfügbarkeit des Fahrzeuges aus, welches infolge der Fehlermeldung oftmals nicht mehr weiter betrieben werden kann, obwohl der registrierte Fehler lediglich auf einer wie oben beschriebenen Störung der Isolationsmessung beruht, und somit sicher weiterbetrieben werden könnte.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mittels dessen sich in einem elektrisch betreibbaren Fahrzeug mit mehreren Isolationsebenen möglichst störungsfreie Isolationsmessungen durchführen lassen.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Isolationsüberwachung für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug, welches eine erste Mehrzahl an Isolationswächtern sowie eine zweite Mehrzahl an Isolationsebenen aufweist, wobei eine Isolationsebene jeweils wenigstens eine leistungselektronische Komponente und/oder eine stromführende Komponente umfasst, und wobei für ein erstes Zeitintervall durch eine zentrale Steuereinheit des Fahrzeugs, welche insbesondere zu einer zentralen Steuerung von Isolationsmessungen der Isolationsebenen eingerichtet ist, ein Inhibitionssignal an eine erste Untergruppe der ersten Mehrzahl ausgegeben wird, welche wenigstens einen ersten Isolationswächter umfasst.
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Hierbei ist verfahrensgemäß vorgesehen, dass infolge des Inhibitionssignals während des ersten Zeitintervalls Isolationsmessungen durch den oder die Isolationswächter der ersten Untergruppe gänzlich unterbleiben, und dass während des ersten Zeitintervalls zumindest zeitweise eine Isolationsmessung an wenigstens einer Isolationsebene der zweiten Mehrzahl durch wenigstens einen zweiten Isolationswächter erfolgt, welcher nicht Teil der ersten Untergruppe ist. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.
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Ein elektrisch betreibbares Fahrzeug umfasst hierbei insbesondere ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug, aber auch ein Hybridfahrzeug, welches zusätzlich einen Verbrennungsmotor und/oder eine Brennstoffzelle aufweist. Die elektrische Energie für den elektrischen Betrieb des Fahrzeugs kann hierbei insbesondere durch eine Oberleitung und/oder wenigstens teilweise durch eine Batterie bereitgestellt werden.
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Unter einer Isolationsüberwachung ist insbesondere die Überwachung eines Isolationszustands der betreffenden Isolationsebene umfasst, bspw. anhand eines Isolationswiderstands, welcher bevorzugt anhand einer an die betreffende Isolationsebene angelegte Prüfspannung ermittelt wird.
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Das Fahrzeug weist eine erste Mehrzahl an Isolationswächtern auf, welche jeweils dazu eingerichtet sind, eine Isolationsmessung durchzuführen und/oder für einen abgegrenzten Bereich einer Schaltung im Fahrzeug, bevorzugt für eine Isolationsebene, einen Isolationszustand und insbesondere einen Isolationswiderstand zu messen.
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Weiter weist das Fahrzeug eine zweite Mehrzahl an Isolationsebenen auf, wobei eine Isolationsebene jeweils wenigstens eine leistungselektronische Komponente und/oder eine stromführende Komponente insbesondere des Traktionsstromkreises und/oder eine Massekomponente umfasst. Eine derartige leistungselektronische Komponente kann etwa gegeben sein durch eine Batterie (als Hauptleistungsquelle oder auch als Leistungspuffer), oder auch einen Gleichstromwandler; eine stromführende Komponente kann insbesondere auch gegeben sein durch einen Stromabnehmer. Eine Massekomponente kann insbesondere gegeben sein durch ein metallisches Bauteil im Fahrzeug wie z.B. einen Fahrzeugrahmen o.ä. Die zweite Mehrzahl kann hierbei unterschiedlich oder identisch zur ersten Mehrzahl sein.
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Die zentrale Steuereinheit kann hierbei insbesondere durch eine zentrale Steuereinheit aller wesentlichen Fahrzeugfunktionen des Fahrzeugs gegeben sein, d.h., das Fahrzeug weist für die Steuerung der wesentlichen Funktionen und insbesondere der Antriebsfunktion eine zentrale Steuereinheit auf, welche dann auch das Inhibitionssignal des Verfahrens ausgibt. Die zentrale Steuereinheit kann jedoch auch durch eine für das Verfahren dedizierte Steuereinheit gegeben sein, sodass ihr die zentrale Rolle lediglich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zukommt, während die weiteren, wesentlichen Fahrzeugfunktionen (insbesondere Fahrfunktionen) durch ein anderes bzw. andere Steuergeräte gesteuert werden.
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Für ein erstes Zeitintervall gibt nun die zentrale Steuereinheit, bevorzugt über eine bzw. mehrere entsprechend geeignete und eingerichtete Schnittstellen, das Inhibitionssignal für eine erste Untergruppe der ersten Mehrzahl aus, sodass das Inhibitionssignal an wenigstens eine erste Untergruppe der ersten Mehrzahl ausgegeben wird. Die erste Untergruppe weist dabei wenigstens einen ersten Isolationswächter auf, und kann dabei noch weitere Isolationswächter aufweisen, oder auch durch den ersten Isolationswächter abgeschlossen sein.
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Das Inhibitionssignal stellt hierbei bevorzugt eine negierte Erlaubnis, also ein Verbot für den bzw. die Isolationswächter der ersten Untergruppe dar, während des ersten Zeitintervalls, für welches das Inhibitionssignal ausgegeben wird, eine Isolationsmessung durchzuführen. Infolge des Inhibitionssignals unterbleiben somit während des ersten Zeitintervalls die Isolationsmessungen für die Isolationswächter der ersten Untergruppe gänzlich. Das Unterbleiben kann hierbei insbesondere jeweils durch einzelne Steuergeräte implementiert sein, welche den einzelnen Isolationswächtern „vorgeschaltet“ sind und welche allgemein die jeweilige Isolationsmessung des betreffenden Isolationswächters an einer Isolationsebene (bzw. an ihren Komponenten) ansteuert. Die Steuergeräte der einzelnen Isolationswächter können dabei zur Übertragung des Inhibitionssignals jeweils über entsprechende Schnittstellen mit der zentralen Steuereinheit verbunden sein.
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Durch das „Verbot“ in Form des Inhibitionssignals für die Isolationswächter der zugeordneten ersten Untergruppe, eine Isolationsmessung durchzuführen, unterbleibt somit in den einzelnen Isolationsebenen, welche von den Isolationswächtern der ersten Untergruppe überwacht werden, die Isolationsmessung während des ersten Zeitintervalls.
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Dieses durch das Inhibitionssignal ausgelöste Unterbleiben anderweitiger Isolationsmessungen kann nun dazu genutzt werden, dass ein zweiter Isolationswächter, welcher nicht Teil der ersten Untergruppe ist, und welcher somit auch nicht infolge des Inhibitionssignals an einer Isolationsmessung gehindert ist, genau eine solche durchführen, zumindest zeitweise während des ersten Zeitintervalls. Die erste Untergruppe ist hierbei bevorzugt in der Weise auf den zweiten Isolationswächter abzustimmen, dass die erste Untergruppe jene Isolationswächter umfasst, welche den zweiten Isolationswächter bei gleichzeitigen oder schnell aufeinander folgenden Isolationsmessungen am ehesten beeinflussen könnten (etwa infolge eines fehlenden Potentialausgleichs zwischen den Isolationsebenen, welche jeweils den betreffenden Isolationswächtern zugeordnet sind). Insbesondere umfasst dabei die erste Untergruppe all jene Isolationswächter, welche bzgl. der dem zweiten Isolationswächter zugeordneten Isolationsebene benachbarten Isolationsebenen zugeordnet sind.
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Dadurch, dass nun während der Isolationsmessung durch den zweiten Isolationswächter an der ihm zugeordneten Isolationsebene keine Störung oder Beeinflussung durch Isolationswächter der benachbarten Isolationsebenen erfolgt, kann die Verlässlichkeit der Isolationsmessung verbessert werden, und insbesondere eine falsche Positivrate (etwa hinsichtlich einer Unterschreitung von minimalen Widerstandswerten) verringert werden, sodass ungerechtfertigte Ausfällen der Fahrzeugflotte deutlich begrenzt werden können.
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Bevorzugt wird infolge des Inhibitionssignals eine bereits laufende Isolationsmessung des ersten Isolationswächters an einer zugeordneten Isolationsebene der zweiten Mehrzahl unterbrochen. Mit anderen Worten führt das Inhibitionssignal dazu, dass während des ersten Zeitintervalls nicht nur keine neuen Isolationsmessungen durch die Isolationswächter der ersten Untergruppe gestartet werden, sondern für einen betreffenden Isolationswächter auch eine bereits laufende Isolationsmessung unterbrochen bzw. abgebrochen wird. Bevorzugt wird in diesem Fall jedwede Isolationsmessung der ersten Untergruppe an Isolationswächtern abgebrochen. Der Abbruch kann etwa durch einzelne Steuergeräte der jeweiligen Isolationswächter implementiert sein. Durch den unmittelbaren Abbruch laufender Isolationsmessungen kann für einheitliche Bedingungen hinsichtlich des Potentialausgleichs gesorgt werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung wird nach dem Ende des Inhibitionssignals eine Isolationsmessung durch den ersten Isolationswächter an der zugeordneten Isolationsebene wieder aufgenommen. Dies bedeutet insbesondere, dass eine zunächst laufende Isolationsmessung durch den ersten Isolationswächter, welche infolge des Inhibitionssignals bei Beginn des ersten Zeitintervalls unterbrochen wurde, nach Ende des ersten Zeitintervalls und somit nach dem Ende des Inhibitionssignals weitergeführt bzw. wieder begonnen wird. Insbesondere kann hierbei in einem bzw. für ein Steuergerät des jeweiligen Isolationswächters eine Isolationsmessung als der „Default“-Zustand vorgegeben werden, sodass diese immer dann erfolgt, wenn gerade von der zentralen Steuereinheit (über die entsprechende Schnittstelle) kein Inhibitionssignal empfangen wird.
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Vorzugsweise wird für die Isolationsmessung eine Überwachungsspannung an die Isolationsebene angelegt. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Überwachungsspannung an die entsprechende(n) Komponenten(n) der Isolationsebene (etwa gegenüber Masse oder einem anderen Referenzpotential) angelegt wird. Je nach Ausgestaltung des Isolationswächters und nach den Komponenten der Isolatinosebene kann die Überwachungsspannung dabei üblicherweise einige 10 V bs einige 100 V betragen. Hierdurch lässt sich der ohmsche Widerstand bzw. Spannungsabfall ermitteln, und so anhand von Abweichungen von Nennwerten oder theoretisch ermittelten Werten ein verringerter Isolationswiderstand erkennen.
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Bevorzugt wird dabei das erste Zeitintervall gewählt in Abhängigkeit einer Zeit für einen Potentialausgleich, welcher nach einem Anlegen der Überwachungsspannung erfolgt, und/oder in Abhängigkeit einer Mindestmessdauer für die leistungselektronische bzw. stromführende Komponente der Isolationsebene, und/oder in Abhängigkeit einer maximal zulässigen Dauer ohne Isolationsprüfung für die einzelnen Isolationsebenen der ersten Mehrzahl und insbesondere der ersten Untergruppe. Insbesondere wird also das erste Zeitintervall zumindest so lange gewählt, dass für die relative Konfiguration der Isolationswächter der ersten Untergruppe ein Potentialausgleich möglich ist, bevor der zweite Isolationswächter seine Isolationsmessung an der betreffenden Isolationsebene aufnimmt, und zudem die Mindestmessdauer für eine Komponente der vom zweiten Isolationswächter zu überwachenden Isolationsebene eingehalten wird. Andererseits ist das erste Zeitintervall bevorzugt kurz genug, dass an den Komponenten der Isolationsebenen, welche durch die Isolationswächter der ersten Untergruppe überwacht werden, noch rechtzeitig eine neue Isolationsmessung nach Ende des ersten Zeitintervalls wieder stattfinden kann, ohne dass zulässige Maximaldauern für eine Zeit ohne Isolationsmessung überschritten werden.
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Vorteilhafterweise wird das Inhibitionssignal über eine Kommunikationsschnittstelle und/oder an ein Steuergerät ausgegeben, welches bzw. welche jeweils einem Isolationswächter der ersten Untergruppe zugeordnet sind. Dies umfasst insbesondere, dass das Inhibitionssignal von der zentralen Steuereinheit bei entsprechender Verschaltung direkt an die einzelnen Isolationswächter ausgegeben werden kann, oder auch, dass eine Kommunikationsschnittstelle, insbesondere auch auf der einzelnen Isolationsebene, das Inhibitionssignal direkt an den betreffenden Isolationswächter oder sein Steuergerät weiterleitet.
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Bevorzugt erfolgt dabei im dem betreffenden Isolationswächter der ersten Untergruppe zugeordneten Steuergerät eine Überwachung des Inhibitionssignals. Insbesondere werden dabei durch das besagte Steuergerät das Unterbleiben der Isolationsmessung während des ersten Zeitintervalls infolge des Inhibitionssignals bzw. die Wiederaufnahme der Isolationsmessung entsprechend angesteuert. Diese Trennung der Ansteuerung der Isolationsmessungen einer Isolationsebene in den eigentlichen Isolationswächter und ein ihm jeweils vorgeschaltetes Steuergerät verringert die Störungsanfälligkeit der Isolationsmessungen weiter.
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Günstigerweise wird das Inhibitionssignal über einen CAN-Bus des Fahrzeugs übertragen, insbesondere von der zentralen Steuereinheit des Fahrzeugs an den jeweiligen Isolationswächter, zumindest mittelbar an das zugehörige Steuergerät. Der Vorteil einer Verwendung eines CAN-Busses liegt in der Verfügbarkeit desselben in nahezu allen modernen Fahrzeugen. überdies kann über den CAN-Bus infolge von dessen funktionsweise das Inhibitionssignal derart ausgegeben werden, dass die zentrale Steuereinheit dieses besonders einfach implementieren kann, etwa im Rahmen des J1939-Protokolls als eine Zeichenfolge „01“, während die anderen Zeichenfolgen „00, 10, 11“ infolge der Kombination zweier Bits eine deutlich verringerte Fehlerwahrscheinlichkeit aufweisen. Hierdurch werden auch die Ausfälle des Fahrbetriebs infolge von Fehlern bei einer Isolationsmessung und entsprechenden Maßnahmen verringert.
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Als weiter vorteilhaft erweist es sich, wenn nach Beendigung des ersten Zeitintervalls für weitere Zeitintervalle durch die zentrale Steuereinheit des Fahrzeugs sukzessive jeweils ein Inhibitionssignal an entsprechend zugeordnete, weitere Untergruppen der ersten Mehrzahl ausgegeben wird, wobei infolge des Inhibitionssignals während eines betreffenden Zeitintervalls Isolationsmessungen durch den oder die Isolationswächter der jeweiligen Untergruppe gänzlich unterbleiben, und wobei während des betreffenden Zeitintervalls zumindest zeitweise eine Isolationsmessung an wenigstens einer Isolationsebene der zweiten Mehrzahl durch einen Isolationswächter erfolgt, welcher nicht in der betreffenden Untergruppe enthalten ist.
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Dies umfasst mit anderen Worten insbesondere, dass die erste Mehrzahl an Isolationswächtern in verschiedene Untergruppen aufgeteilt wird, welche sich auch teilweise überlappen können, jedoch bevorzugt kein vollständiger Überlapp zweier Untergruppen vorliegt. An die Isolationswächter einzelner solcher Untergruppen werden nun sukzessive entsprechende Inhibitionssignale ausgegeben, sodass für das jeweilige Zeitintervall des betreffenden Inhibitionssignals eine Isolationsmessung jeweils durch die Isolationswächter außerhalb der betreffenden Untergruppe durchgeführt werden kann.
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So lassen sich, durch entsprechende Auswahl der besagten Untergruppen, sukzessive einzelne für den Betrieb kritische Isolationsebenen durch entsprechende Isolationswächter überprüfen.
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Günstigerweise wird dabei also durch eine periodische Abfolge der besagten Zeitintervalle und entsprechenden Isolationsmessungen bzw. dem Unterbleiben derselben in den zugeordneten Untergruppen für wenigstens einige, bevorzugt für jeden Isolationswächter der ersten Mehrzahl jeweils ein Überwachungsintervall definiert, welches insbesondere gegeben ist durch die Zeitdauer, in welcher der vorgegebene Isolationswächter keine Isolationsmessung durchführt. So lassen sich durch entsprechende Abstimmung der Überwachungsintervalle einzelne Isolationsebenen durch das vorliegende Verfahren überprüfen, ohne dass Sicherheitsschranken unter- bzw. überschritten werden.
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Bevorzugt wird dabei die periodische Abfolge der besagten Zeitintervalle für die zugeordneten Untergruppen derart gewählt, dass eine als sicherheitskritisch eingestufte Isolationsebene ein kürzeres Überwachungsintervall aufweist als eine nicht als sicherheitskritisch eingestufte Isolationsebene. Eine Isolationsebene kann dabei insbesondere als sicherheitskritisch eingestuft werden, wenn für die betreffenden Komponenten der Isolationsebene etwa ein höheres Kontaktrisiko oder ein höheres Risiko eines Erstfehlers besteht.
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Vorteilhafterweise wird die periodische Abfolge der besagten Zeitintervalle für die zugeordneten Untergruppen in Abhängigkeit eines Betriebsmodus und/oder einer Betriebsinformation des Fahrzeugs gewählt. Insbesondere kann dies für verschiedene Isolationsebenen unterschiedlich erfolgen, sodass entsprechend unterschiedliche Überwachungsintervall resultieren. Unter einem Betriebsmodus kann dabei etwa gegeben sein durch eine Fahrt an einer Oberleitung oder auch eine für das Ein- und Aussteigen von Fahrgästen geöffnete Tür, während das Fahrzeug mit der Oberleitung verbunden bleibt. Hierbei kann insbesondere für Isolationsebenen im Türbereich eine häufigere Isolationsmessung der betreffenden Isolationsebene durchgeführt werden. Unter einer Betriebsinformation kann dabei insbesondere eine Fahrzeuggeschwindigkeit umfasst sein, sodass für bestimmte Komponenten, besonders im Traktionskreis, und den zugeordneten Isolationsebenen eine häufigere Überprüfung der Isolationseigenschaften erfolgt.
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Die Erfindung nennt weiter ein elektrisch betreibbares Fahrzeug, umfassend: eine erste Mehrzahl an Isolationswächtern, eine zweite Mehrzahl Isolationsebenen, wobei eine Isolationsebene jeweils wenigstens eine leistungselektronische Komponente und/oder eine stromführende Komponente umfasst, und eine zentrale Steuereinheit, wobei das Fahrzeug zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug teilt die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die für das Verfahren und für seine Weiterbildungen angegebenen Vorteile können dabei sinngemäß auf das elektrisch betreibbare Fahrzeug übertragen werden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Seitenansicht ein elektrisch betreibbares Fahrzeug, und
- 2 in einem Blockdiagram den Ablauf eines Verfahrens zur Isolationsüberwachung für das Fahrzeug nach 1
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In FIG ist schematisch in einer Seitenansicht ein elektrisch betreibbares Fahrzeug 1 dargestellt, welches vorliegend als ein Oberleitungsbus 2 ausgestaltet ist. Andere Ausgestaltungen, bspw. als eine Straßenbahn oder ein anderweitiges, insbesondere oberleitungsversorgtes Fahrzeug, sind ebenfalls denkbar. Ebenfalls kann das Fahrzeug hilfsweise bzw. für Notfälle auch einen Verbrennungsmotor o.ä. aufweisen (nicht dargestellt). Das Fahrzeug 1 wird für den elektrischen Betrieb über eine Oberleitung 4 mit elektrischer Leistung versorgt. Hierfür weist das Fahrzeug 1 einen Stromabnehmer 6 auf (oft auch als Pantograph bezeichnet), welcher im Betrieb und insbesondere im Fahrbetrieb durch einen nicht näher gezeigten Federmechanismus gegen die Oberleitung 4 gedrückt wird, sodass ein elektrischer Kontakt zwischen dem Stromabnehmer 6 und der Oberleitung 4 hergestellt wird und so die zur Übertragung elektrischer Leistung auf das Fahrzeug 1 ermöglicht wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Stromabnehmer 6 elektrisch verbunden mit einem im Fahrzeug 1 angeordneten ersten Gleichspannungswandler 10 (im vorliegend angenommenen Fall einer Gleichspannung in der Oberleitung 4; im nicht dargestellten Fall einer Wechselspannung in der Oberleitung 4 ist stattdessen ein Gleichrichter verwendet).
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Der erste Gleichspannungswandler 10 ist elektrisch verbunden mit mehreren Elektromotoren 12, welche jeweils an einem Rad 14 (oder einer Achse) des Fahrzeugs 1 angeordnet sind, und das jeweilige Rad 14 (bzw. die jeweilige Achse) antreiben. Dazu bringt der erste Gleichspannungswandler 10 eine an der Oberleitung 4 anliegende DC-Versorgungsspannung auf eine für den jeweiligen Elektromotor 12 vorgesehene bzw. optimale Betriebsspannung. Hierbei ist sowohl möglich, dass jedes Rad 14 des Fahrzeugs 1 einen eigens zugeordneten Elektromotor 12 aufweist, als auch, dass einzelne Gruppen von Rädern 14 (etwa die Räder derselben jeweiligen Achse, oder über ein Getriebe auch mehrerer Achsen) durch einen Elektromotor 12 angetrieben werden, sowie, dass einzelne Räder 4 durch keinen Elektromotor 12 angetrieben werden. Die Elektromotoren 12 bilden hierbei die primären Verbraucher der über die Oberleitung 4 bereitgestellten elektrischen Leistung im Fahrzeug 1.
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Weiter weist das Fahrzeug 1 noch eine Mehrzahl an sekundären Verbrauchern 16 auf, wobei hier beispielhaft und ohne Abschluss der Liste ein Lüfter 18 zur Kühlung der leistungselektronischen Komponenten, eine Temperaturregelung 20 (welche eine nicht näher dargestellte Heizung und Klimaanlage umfasst), eine Beleuchtung 22 und eine Bordelektronik 24 genannt sind, wobei letztgenannte insbesondere die automatische Steuerung und Regelung der Elektromotoren 12 sowie die Elektronik zur Verarbeitung von Steuerbefehlen zur Steuerung des Fahrzeugs 1 durch einen Fahrer umfasst. Die sekundären Verbraucher 16 sind hierbei ebenfalls mit dem ersten Gleichspannungswandler 10 elektrisch verbunden, und beziehen durch diesen ihre Leistung. Hierbei können einzelnen der sekundären Verbraucher 16 noch zusätzliche Gleichspannungswandler vorgeschaltet sein, um die vom ersten Gleichspannungswandler 10 ausgegebene Spannung, welche für den Betrieb der Elektromotoren 12 ausgelegt wird, auf die Betriebsspannung des jeweiligen sekundären Verbrauchers 16 zu stellen. Schematisch ist dies in 1 jedoch lediglich für die Bordelektronik 24 dargestellt, welcher ein zweiter Gleichspannungswandler 26 vorgeschaltet ist, wobei ggf. weitere den sekundären Verbrauchern 16 zugeordnete Gleichspannungswandler nicht dargestellt sind.
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Der erste Gleichspannungswandler 10 versorgt zusätzlich noch eine Batterie 28 des Fahrzeugs 1 mit Leistung. Die Batterie 28 ist dazu vorgesehen und eingerichtet, die Elektromotoren 12 bei einem Ausfall der externen Energieversorgung (etwa durch einen extern bedingten Spannungsabfall bzw. Leistungsausfall in der Oberleitung 4) mit Leistung zu versorgen.
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Für einen sicheren Betrieb des Fahrzeugs 1 sind die Elektromotoren 12 als primäre Verbraucher, der erste Gleichspannungswandler 10, die einzelnen sekundären Verbraucher 16 (sowie der zweite Gleichspannungswandler 26) und die Batterie 28 jeweils einzelnen Isolationsebenen 30a bis 30i zugeordnet, welche die elektrische Isolierung der betreffenden Komponenten der Isolationsebene gegen andere Komponenten, abseits vom technisch vorgesehenen Leistungsfluss, sicherstellen sollen. Die Einführung der separaten Isolationsebenen 30a bis 30i dient dabei u.a. dem Zweck, dass bei möglichen Fehlern, also etwa galvanischen Verbindungen zu leistungsführenden Komponenten, keine Gefährdung von Personen eintritt.
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Um die besagte Isolierung sicherzustellen, und insbesondere ein Unterschreiten eines Mindestwiderstands der einzelnen Isolationsebenen 30a bis 30i zu vermeiden, liegen an diesen einzelne Isolationswächter 32a bis 32i vor, welche jeweils durch Messvorrichtungen für den besagten Widerstand gegeben sind, und Isolationsmessungen an der betreffenden Isolationsebenen 30a bis 30i durch das jeweilige Anlegen einer Prüfspannung, also mit anderen Worten einer Überwachungsspannung, durchführen.
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Hierbei kann es sein, dass aus technischen Gründen (insbesondere temporär bzw. schaltbar, oder auch dauerhaft) ein bestimmter der Isolationswächter 32a bis 32i zwei der Isolationsebenen 30a bis 30i überprüfen muss (nicht dargestellt). Überdies können sich die beschriebenen Isolationsmessungen an einzelnen Isolationsebenen 30a bis 30i (insbesondere an direkt „benachbarten“) durch einen unvollständigen Potentialausgleich der jeweils in den einzelnen Ebenen angelegten Prüfspannungen gegenseitig beeinflussen, wodurch einzelne Isolationsmessungen ggf. fehlerhaft einen zu geringen Widerstand und somit eine unzureichende Isolation für ihre Isolationsebene 30a bis 30i messen. Dadurch kann das Fahrzeug 1 infolge einer aufgrund der so fälschlicherweise ungünstigen Isolationsmessung verhängten Sicherheitsmaßnahme vorübergehend gestoppt oder gar außer Betrieb gesetzt werden, obwohl dies aus technischen Gründen tatsächlich nicht nötig wäre.
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In 2 ist daher schematisch im einem Blockdiagramm der Ablauf eines Verfahrens zur Isolationsüberwachung für das Fahrzeug 1 nach F 1 dargestellt. Das Fahrzeug 1 weist mehrere Isolationsebenen 30a bis 30i auf, welchen jeweils ein Isolationswächter 32a bis 32i zugeordnet ist, und dazu vorgesehen und eingerichtet ist, an der jeweiligen Isolationsebene 30a bis 30i eine Isolationsmessung durch das Anlegen einer entsprechenden Prüfspannung durchzuführen. Um nun die beschriebene gegenseitige Beeinflussung der verschiedenen Isolationsmessungen zu unterbinden, wird durch eine zentrale Steuereinheit 34 des Fahrzeugs 1 während eines ersten Zeitinterwalls ΔT1 ein Inhibitionssignal I1 (gestrichelte Linie) an eine erste Untergruppe G1 der Isolationswächter 32a bis 32i über entsprechende Kommunikationsschnittstellen 36a bis 36i ausgegeben. Die besagten Kommunikationsschnittstellen 36a bis 36i können hierbei etwa als ein Teil des CAN-Busses ausgebildet sein.
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Ein erster Isolationswächter 32a aus der ersten Untergruppe G1 führt bis zu Beginn des ersten Zeitintervalls ΔT1 eine Isolationsmessung Ma an der zugeordneten Isolationsebene 30a durch (gestrichpunktete Linie). Weitere Isolationswächter 32c bis 32i der ersten Untergruppe G1 können ebenfalls bei Beginn des ersten Zeitintervalls ΔT1 eine entsprechende Isolationsmessung (nicht dargestellt) an der betreffenden Isolationsebene 30c bis 30i durchführen. Das Inhibitionssignal I1 wird dabei nicht vom ersten Isolationswächter 32a direkt, sondern von einem Steuergerät 38a empfangen, welches dem ersten Isolationswächter 32a zugeordnet ist und dessen Isolationsmessungen ansteuert.
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Durch dem Empfang des Inhibitionssignals I1 über die Kommunikationsschnittstelle 36a unterbricht das Steuergerät 38a die Isolationsmessung Ma des ersten Isolationswächters 32a. Vergleichbares gilt für alle weiteren Isolationswächter 32c bis 32i der ersten Untergruppe G1, bzw. für deren Steuergeräte 38a, 38c-38i, sodass die 32c bis 32i der ersten Untergruppe G1 mit Beginn des ersten Zeitintervalls ΔT1 sämtliche Isolationsmessungen (nicht dargestellt) einstellen.
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Nach einer kurzen Ausgleichszeit Ta zum Potentialausgleich der Prüfspannungen der soeben ausgesetzten Isolationsmessungen beginnt nun ein zweiter Isolationswächter 32b, welcher nicht Teil der ersten Untergruppe G1 ist, an der ihm zugeordneten Isolationsebene 30b eine Isolationsmessung Mb durch das entsprechende Anlegen einer Prüfspannung (gestrichpunktete Linie).
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Dadurch, dass insbesondere die Isolationswächter 32a, 32c benachbarter (d.h., potentiell für Ableit- oder Leckströme geeigneter) Isolationsebenen 30a, 30c nun keine Isolationsmessung durchführen, kann die Isolationsmessung Mb des zweiten Isolationswächters 32b, auch infolge des Potentialausgleichs während der Ausgleichszeit Ta, ohne Beeinflussung der Isolationsmessung Ma (und ggf. anderer Isolationsmessungen der Isolationswächter 32c bis 32i der ersten Untergruppe G1) durchgeführt werden.
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Mit dem Ende des ersten Zeitintervalls ΔT1 setzt für die erste Untergruppe G1 der Isolationswächter 32a, 32c bis 32i auch das Inhibitionssignal I1 aus. Nun wird jedoch während eines zweiten Zeitintervalls ΔT2 in analoger Weise von der zentralen Steuereinheit 34 ein Inhibitionssignal 12 (gepunktete Linie) an eine zweite Untergruppe G2 der Isolationswächter 32b bis 32i ausgegeben (bzw. an die zugeordneten Steuergeräte 38b bis 38i), sodass durch die besagten Isolationswächter 32b bis 32i der zweiten Untergruppe G2 während dieses zweiten Zeitintervalls ΔT2 keine Isolationsmessung an den entsprechenden Isolationsebenen 30b bis 30i durchgeführt wird. Nach einer kurzen Ausgleichszeit Tb für den Potentialausgleich kann nun durch diejenigen Isolationswächter, welche nicht Teil der zweiten Untergruppe G2 sind, eine Isolationsmessung an der zugeordneten Isolationsebene mittels der entsprechenden Prüfspannung durchgeführt werden. Insbesondere kann dabei also der erste Isolationswächter 32a die Isolationsmessung Ma an der Isolationsebene 30a wieder aufnehmen (nicht dargestellt).
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Durch das genannte Vorgehen lassen sich sukzessive Isolationsmessungen an allen Isolationsebenen 30a bis 30i durchführen, wobei einzelne Untergruppen dieser Isolationsebenen derart gebildet werden, dass die jeweils außerhalb der betreffenden Untergruppe verbleibenden Isolationswächter ihre Isolationsmessung ohne eine Beeinflussung durch andere Isolationswächter durchführen können. Mit anderen Worten werden die Untergruppen so konfiguriert, dass für einen bestimmten Isolationswächter, der in einem bestimmten Zeitintervall eine Isolationsmessung durchführen soll, sämtliche anderen Isolationswächter, die den besagten bestimmten Isolationswächter bei der Isolationsmessung beeinflussen könnten, als Teil der zugeordneten Untergruppe definiert werden, und somit infolge des Inhibitionssignals keine Isolationsmessung durchführen.
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Durch eine Abfolge an Inhibitionssignalen und entsprechenden Zeitintervallen ohne Isolationsmessung, sowie durch eine Zuordnung eines bestimmten Isolationswächters zu unterschiedlichen Untergruppen von Isolationswächtern, welche jeweils ein Inhibitionssignal empfangen und daher in keine Isolationsmessung durchführen, kann für jeden einzelnen Isolationswächter ein Überwachungsintervall (nicht dargestellt) definiert werden als der gesamte Zeitraum, in welchem durch den betreffenden Isolationswächter keine Isolationsmessung durchgeführt wird. Diese Überwachungsintervalle können auch vorgegeben werden für die Definition der Zeitintervalle und der zugehörigen Untergruppen an Isolationswächtern, die jeweils ein Inhibitionssignal empfangen sollen. Die Vorgabe kann hierbei dynamisch erfolgen, etwa in Abhängigkeit einer Fahrgeschwindigkeit, oder, ob etwa eine Tür des Fahrzeugs geöffnet ist (in diesem Fall ist bevorzugt das Überwachungsintervall für Isolationsebenen, welche Komponenten in der Nähe der Tür umfassen, zu verringern), oder ob eine Komponente generell sicherheitskritisch ist (auch hier ist für die zugehörige Isolationsebene das Überwachungsintervall bevorzugt kürzer zu wählen als für Isolationsebenen von nicht sicherheitskritischen Komponenten).
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- (elektrisch betreibbares) Fahrzeug
- 2
- Oberleitungsbus
- 4
- Oberleitung
- 6
- Stromabnehmer
- 10
- erster Gleichspannungswandler
- 12
- Elektromotor
- 14
- Rad
- 16
- sekundäre Verbraucher
- 18
- Lüfter
- 20
- Temperaturregelung
- 22
- Beleuchtung
- 24
- Bordelektronik
- 26
- zweiter Gleichspannungswandler
- 28
- Batterie
- 30a-30i
- Isolationsebene
- 32a-32i
- Isolationswächter
- 32a, 32b
- erster bzw. zweiter Isolationswächter
- 34
- zentrale Steuereinheit
- 36a-36i
- Kommunikationsschnittstelle
- 38a-38i
- Steuergerät
- G1, G2
- erste bzw. zweite Untergruppe
- I1, I2
- Inhibitionssignal
- Ma, Mb
- Isolationsmessung
- Ta, Tb
- Ausgleichszeit
- ΔT1
- erstes Zeitintervall
- ΔT2
- zweites Zeitintervall
