DE102008006223A1

DE102008006223A1 - Voltage detecting device for use in high volt system of e.g. hybrid vehicle, has matrix-shaped electrical display unit provided for two-dimensional representation of voltages and reference voltage

Info

Publication number: DE102008006223A1
Application number: DE200810006223
Authority: DE
Inventors: Mathias Dr. Hommel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2009-08-06

Abstract

The device has a matrix-shaped electrical display unit provided for two-dimensional representation of voltages (U2, U2') and a reference voltage (U1), where the device is switched-on or off by a switching element. The reference voltage is derived from the voltages that are to be measured, where the voltages that are to be measured and the reference voltage exhibit different reference potentials. The different reference potentials are connected by a Ohm's resistance (R). A switch is arranged between a load and a voltage supply. An independent claim is also included for a method for detecting a voltage between two measuring points in an electrical system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung einer Spannung zwischen zwei Messpunkten in einem elektrischen System.The The invention relates to an apparatus and a method for detection a voltage between two measuring points in an electrical system.

Insbesondere bei elektrischen Systemen, deren Komponenten mit lebensgefährlichen Spannungen betrieben werden, ist es zu gewissen Zeitpunkten notwendig, zweifelsfrei die Spannungslage festzustellen. Ein Beispiel für solche elektrische Systeme sind Kraftfahrzeuge mit alternativen Antriebssträngen wie beispielsweise Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge oder Brennstofffahrzeuge. Diese weisen häufig Komponenten auf, die mit über 60 V Gleichspannung betrieben werden. Soll nun beispielsweise nach einem Unfall das Kraftfahrzeug bewegt werden oder Komponenten des Hochvoltsystems (> 60 V) in einer Werkstatt ausgetauscht werden, so muss die Spannungslage einfach und sicher ermittelt werden können. Bekannte Methoden zum Ermitteln des Spannungswertes sind das Nachmessen oder die Anzeige eines verbauten, einfachen Messgerätes (z. B. Voltmeter, Drehspulmesswerk), welches die Spannung selbstständig misst. Der erste Fall erfordert geschultes Personal in den Werkstätten. Im zweiten Fall ist nicht sichergestellt, dass die Anzeige sicher funktioniert.Especially in electrical systems whose components are life-threatening Voltages are required, it is necessary at certain times, unambiguously determine the voltage level. An example of such Electrical systems are motor vehicles with alternative powertrains such as For example, hybrid vehicles, electric vehicles or fuel vehicles. These are common Components on with over 60 V DC can be operated. Now, for example, after an accident the motor vehicle be moved or components of High-voltage system (> 60 V) are exchanged in a workshop, so must the voltage can be determined easily and safely. Known methods for determining the voltage value is the remeasurement or the display of a built-in, simple measuring device (eg voltmeter, moving coil meter), which measures the voltage independently. The first case requires trained personnel in the workshops. in the second case is not sure that the ad is working safely.

Prinzipiell könnte mit denen im Fahrzeug verbauten Steuergeräten über eine Diagnosesession eine Plausibilisierung der jeweils getrennt gemessenen Spannungen erfolgen. Allerdings funktioniert der Diagnosetester nur bei Zündung-Ein. Der Kraftfahrzeug-Mechaniker nimmt jedoch Arbeiten am Fahrzeug nur bei ausgeschalteter Zündung vor, so dass nicht sichergestellt ist, dass bei Zündung-Aus nicht doch Schütze angesteuert wurden oder sich im ausgeschalteten Zustand die Spannung verändert hat.in principle could with those installed in the vehicle control units via a diagnostic session a Plausibilisierung carried out separately measured voltages. However, the diagnostic tester only works with ignition-on. The motor vehicle mechanic however, only works on the vehicle when the ignition is switched off, so that it is not certain that when ignition-off but not activated contactors or the voltage has changed when switched off.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung einer Spannung zwischen zwei Messpunkten in einem elektrischen System zu schaffen, mittels derer die Spannungslage einfach und eigensicher dargestellt werden kann.Of the Invention is the technical problem underlying a device and a method for detecting a voltage between two measuring points in an electrical system, by means of which the voltage level can be displayed easily and intrinsically safe.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10. Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution the technical problem arises from the objects with the features of the claims 1 and 10. Further advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims.

Hierzu umfasst die Vorrichtung zur Erfassung einer Spannung zwischen zwei Messpunkten in einem elektrischen System eine Referenzspannung und eine Einrichtung zur zweidimensionalen Darstellung der Spannung und der Referenzspannung. Hierdurch wird erreicht, dass bei Vorhandensein einer Spannung Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung möglich sind. Des Weiteren kann über die Relation der Spannung zur bekannten Referenzspannung die angezeigte Spannung plausibilisiert werden.For this includes the device for detecting a voltage between two Measuring points in an electrical system, a reference voltage and a device for two-dimensional representation of the voltage and the reference voltage. This ensures that in the presence a voltage conclusions the functioning of the Device possible are. Furthermore, over the relation of the voltage to the known reference voltage the indicated Voltage be made plausible.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Referenzspannung aus der zu messenden Spannung abgeleitet, was weiter vorzugsweise durch Spannungsteiler, insbesondere ohmsche Spannungsteiler erfolgt. In diesem Fall ist zwar die Absolutgröße der Referenzspannung nicht bekannt, aber deren Relation zur Spannung. Geht diese Relation bei der Darstellung verloren, so liegt ein Fehler vor.In a preferred embodiment the reference voltage is derived from the voltage to be measured, which further preferably by voltage divider, in particular ohmic Voltage divider is done. In this case, although the absolute size of the reference voltage not known, but their relation to tension. If this relation is included lost presentation, so there is a mistake.

In einer alternativen Ausführungsform wird als Referenzspannung eine unabhängige Spannung gewählt, beispielsweise die 12 V-Bordnetzspannung in einem Kraftfahrzeug. Weisen dann die zu messende Spannung und die Referenzspannung unterschiedliche Bezugspotentiale auf, so werden diese vorzugsweise durch einen ohmschen Widerstand miteinander verbunden. Dieser ohmsche Widerstand ist sehr hochohmig, beispielsweise im MΩ-Bereich, um die Ströme gering zu halten.In an alternative embodiment is selected as a reference voltage, an independent voltage, for example the 12 V vehicle electrical system voltage in a motor vehicle. Then assign the to be measured voltage and the reference voltage different reference potentials These are preferably joined together by an ohmic resistor connected. This ohmic resistance is very high, for example in the MΩ range, um the streams to keep low.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Einrichtung zur zweidimensionalen Darstellung als matrixförmige elektrische Anzeigeeinrichtung ausgebildet, wobei dabei unterschiedlichste Technologien zur Anwendung kommen können, beispielsweise LED-, LCD-, OLED-, FED-, SED-, oder TFT-Displays. Hierzu werden die Spannung und die Referenzspannung durch weitere Spannungsteiler in den zulässigen Spannungsbereich des Displays heruntergeteilt und angezeigt.In a further preferred embodiment is the device for two-dimensional representation as a matrix-shaped electrical Display device formed, while a variety of technologies can be used For example, LED, LCD, OLED, FED, SED, or TFT displays. For this purpose, the voltage and the reference voltage by more Voltage divider in the allowed Voltage range of the display divided down and displayed.

Alternativ zu den digitalen matrixförmigen elektrischen Anzeigeeinrichtungen sind auch analoge Darstellungen möglich. Beispielsweise kann die Ablenkung eines Öltropfens zwischen elektrischen Feldern oder die Ablenkung eines Stromes in elektrischen Röhren zur kontinuierlichen Darstellung der Spannung bzw. Referenzspannung genutzt werden.alternative to the digital matrix-shaped electrical Display devices are also analog representations possible. For example may be the distraction of an oil drop between electric fields or the deflection of a current in electric tubes for continuous display of the voltage or reference voltage be used.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein Schaltelement vorgesehen, mittels derer die Einrichtung bedarfsweise zu- oder abgeschaltet werden kann. Hierdurch kann insbesondere der Ruhestrombedarf reduziert werden, insbesondere bei Ausführungsformen, wo die Referenzspannung aus der Bordnetzbatterie abgeleitet wird.In a further preferred embodiment a switching element is provided, by means of which the device can be switched on or off as needed. This can in particular the quiescent power requirement can be reduced, in particular in embodiments, where the reference voltage is derived from the onboard power supply battery.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Einsatz in dem Hochvoltteil eines Kraftfahrzeuges. Beispielsweise kann das Hochvoltteil eine Batterie, ein Supercap oder eine Brennstoffzelle umfassen, die mit einem Elektromotor oder einem Generator oder einer umschaltbaren Elektromaschine verbunden sind.One preferred field of application of the invention is the use in the High-voltage part of a motor vehicle. For example, the high-voltage part include a battery, a supercap or a fuel cell, that with an electric motor or a generator or a switchable Electric machine are connected.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das elektrische System mindestens einen Schütz oder einen vergleichbaren Schalter auf, der zwischen einer Last und einer Spannungsquelle angeordnet ist, wobei die Spannung vor und/oder hinter dem Schütz gemessen wird. Vor dem Schütz bedeutet dabei, dass die Spannung an der Spannungsquelle gemessen wird. Die Spannungsquelle ist dabei beispielsweise eine Batterie, ein Supercap oder eine Brennstoffzelle. Die Last ist beispielsweise ein Elektromotor, ein Generator oder eine umschaltbare Elektromaschine.In a further preferred embodiment the electrical system has at least one contactor or a comparable switch between a load and a Voltage source is arranged, wherein the voltage before and / or behind the contactor is measured. In front of the contactor means that the voltage at the voltage source is measured becomes. The voltage source is for example a battery, a supercap or a fuel cell. The load is for example an electric motor, a generator or a switchable electric machine.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment explained in more detail. The Fig. Show:

1 eine schematische Darstellung eines Teils eines Hochvoltsystems in einem Kraftfahrzeug (Stand der Technik) 1 a schematic representation of a part of a high-voltage system in a motor vehicle (prior art)

2 eine erste Messeinrichtung zur Erfassung einer Spannung und 2 a first measuring device for detecting a voltage and

3 eine zweite Messeinrichtung zur Erfassung einer Spannung. 3 a second measuring device for detecting a voltage.

Das Hochvoltsystem umfasst eine Elektromaschine 1 als Generator, die eine dreiphasige Wechselspannung erzeugt, die durch einen Wechselrichter 2 in eine Gleichspannung von größer/gleich 60 V umgewandelt wird. Am Ausgang des Wechselrichters 2 ist ein Kondensator C angeordnet, der parallel zu einer Traktionsbatterie 3 geschaltet ist. Die Traktionsbatterie 3 kann dabei durch eine Vielzahl von in Reihe geschalteter Zellen ausgebildet sein. Zwischen dem Kondensator C und der Traktionsbatterie 3 sind Schütze 4.1, 4.2 angeordnet, mittels derer die Traktionsbatterie 3 von dem Wechselrichter 2 getrennt werden kann. Allerdings kann an den Kondensator C weiterhin auch über längere Zeit eine Spannung von 60 V und höher anliegen. Daher ist die Kenntnis der Spannung U2 zwischen den Messpunkten MP1 und MP2 für die Sicherheit von Servicetechnikern wichtig. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Spannung U2' an der Traktionsbatterie 3 selbst von Interesse sein, die zwischen den Messpunkten MP3 und MP4 anliegt. In diesem Fall wird die Spannung U2' zwischen den Messpunkten MP3, MP4 gemessen.The high-voltage system includes an electric machine 1 as a generator that generates a three-phase AC voltage through an inverter 2 is converted into a DC voltage greater than or equal to 60V. At the output of the inverter 2 a capacitor C is arranged, which is parallel to a traction battery 3 is switched. The traction battery 3 can be formed by a plurality of cells connected in series. Between the capacitor C and the traction battery 3 are Sagittarius 4.1 . 4.2 arranged, by means of which the traction battery 3 from the inverter 2 can be separated. However, a voltage of 60 V and higher may continue to apply to the capacitor C for a long time. Therefore, the knowledge of the voltage U2 between the measuring points MP1 and MP2 is important for the safety of service technicians. Alternatively or additionally, the voltage U2 'on the traction battery 3 itself of interest, which is present between the measuring points MP3 and MP4. In this case, the voltage U2 'between the measuring points MP3, MP4 is measured.

In der 2 ist schematisch eine Messanordnung dargestellt. Hierzu wird die Spannung zwischen den Messpunkten MP1 und MP2 erfasst und an die Anschlüsse einer ersten Dimension einer matrixförmigen Anzeigeeinrichtung angelegt. Eine Referenzspannung U1, beispielsweise die Bordnetzspannung von 12 V wird an die zweite Dimension der matrixförmigen Anzeigeeinrichtung angelegt. Als Ergebnis dieser beiden Spannungen bzw. Felder bei nahezu stromlos betriebenen, feldgesteuerten Anzeigen ergibt sich je nach Ausführung ein ausgefülltes Rechteck, dessen Kantenlängen den Spannungsäquivalenten entspricht oder ein entsprechend der Spannungsverhältnisse gebogener oder schräger Strich auf dem Display. Durch Präsenz und Größe der Seitenverhältnisse der Darstellung wird indirekt die Wahrheit der Aussage wiedergegeben. Nur im unwahrscheinlichen Fall eines Doppelfehlers kann nicht mehr zwischen wahrer und falscher Aussage unterschieden werden. Der Widerstand R dient dabei zur Verbindung der beiden Bezugspotentiale. Liegen sowohl U1 als auch U2 auf gleichen Bezugspotentialen, so kann der Widerstand R entfallen. Ist die Größe der Referenzspannung bekannt, so kann über das Verhältnis der Kanten auch eine quantitative Aussage über die Größe der Spannung U2 getroffen werden. Analog gilt das zuvor Gesagte, wenn die Spannung U2' gemessen werden soll.In the 2 schematically a measuring arrangement is shown. For this purpose, the voltage between the measuring points MP1 and MP2 is detected and applied to the terminals of a first dimension of a matrix-type display device. A reference voltage U1, for example, the vehicle electrical system voltage of 12 V is applied to the second dimension of the matrix-shaped display device. Depending on the design, the result of these two voltages or fields in the case of almost currentless, field-controlled displays is a filled rectangle whose edge lengths correspond to the voltage equivalents or a curved or oblique line on the display in accordance with the voltage conditions. The presence and size of the aspect of the representation indirectly reflects the truth of the statement. Only in the unlikely event of a double error can no longer be distinguished between true and false statements. The resistor R serves to connect the two reference potentials. If both U1 and U2 are at the same reference potentials, the resistance R can be omitted. If the size of the reference voltage is known, the ratio of the edges can also be used to make a quantitative statement about the magnitude of the voltage U2. The same applies analogously when the voltage U2 'is to be measured.

In der 3 ist eine alternative Messanordnung dargestellt, bei der die Referenzspannung U1 durch einen Spannungsteiler aus R1 und R2 aus der Spannung U2 bzw. U2' abgeleitet wird. Ist beispielsweise das Verhältnis von R1 und R2 1:1, so muss auf der Anzeigeeinrichtung beispielsweise ein Rechteck mit Seitenverhältnissen von 1:2 dargestellt werden. Ist dies nicht der Fall, kann auf einen Fehler geschlossen werden.In the 3 an alternative measuring arrangement is shown, in which the reference voltage U1 is derived by a voltage divider of R1 and R2 from the voltage U2 or U2 '. For example, if the ratio of R1 and R2 is 1: 1, then a rectangle with aspect ratios of 1: 2 must be displayed on the display device, for example. If this is not the case, an error can be concluded.

Wie bereits zu 1 ausgeführt, kann alternativ oder zusätzlich die Spannung U2' zwischen den Messpunkten MP3 und MP4 von Interesse sein. Dabei kann vorgesehen sein, dass jeweils den Messpunkten MP1 und MP2 sowie MP3 und MP4 eine eigene Einrichtung zur zweidimensionalen Darstellung zugeordnet ist oder diese über weitere Schalter wechselweise auf die Einrichtung geschaltet werden können, wenn beide Spannungen U2, U2' angezeigt werden sollen.As already too 1 executed, alternatively or additionally, the voltage U2 'between the measuring points MP3 and MP4 may be of interest. It can be provided that in each case the measuring points MP1 and MP2 and MP3 and MP4 is assigned its own device for two-dimensional representation or these can be switched via other switches alternately to the device when both voltages U2, U2 'to be displayed.

Claims

Device for detecting a voltage (U2, U2 ') between two Measuring points (MP1, MP2, MP3, MP4) in an electrical system, comprising a reference voltage (U1) and a device for two-dimensional Representation of the voltage (U2, U2 ') and the reference voltage (U1).

Device according to claim 1, characterized in that the reference voltage (U1) is calculated from the voltage to be measured (U2, U2 ') is derived.

Device according to claim 2, characterized in that that the derivation by a voltage divider (R1, R2) takes place.

Apparatus according to claim 1, characterized ge indicates that the voltage to be measured (U2, U2 ') and the reference voltage (U1) have different reference potentials.

Device according to claim 4, characterized in that that the different reference potentials by an ohmic Resistor (R) are interconnected.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device is in the form of a matrix-shaped electrical display device is trained.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the device via a switching element to or can be switched off.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device is part of a high-voltage system of a motor vehicle.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical system comprises at least one contactor ( 4.1 . 4.2 ) between a load ( 1 . 2 , C) and a voltage source ( 3 ), wherein the voltage (U2 ') before and / or the voltage (U2) behind the contactor ( 4.1 . 4.2 ) is measured.

Method for detecting a voltage (U2, U2 ') between two measuring points (MP1, MP2, MP3, MP4) in an electrical system, by means of a Reference voltage (U1) and a device for two-dimensional Representation of the voltage (U2, U2 ') and the reference voltage (U1).

Method according to claim 10, characterized in that the reference voltage (U1) is calculated from the voltage to be measured (U2, U2 ') is derived.

Method according to claim 11, characterized in that that the derivative of the reference voltage through a voltage divider (R1, R2) takes place.

Method according to claim 10, characterized in that that the voltage to be measured (U2, U2 ') and the reference voltage (U1) are different Have reference potentials.

Method according to claim 13, characterized in that that the different reference potentials by an ohmic Resistor (R) are interconnected.

Method according to one of claims 10 to 14, characterized that the device as a matrix-shaped electrical display device is formed.

Method according to one of claims 10 to 15, characterized that the device by a switch on or off can be.

Method according to one of claims 10 to 16, characterized that the measurement of the voltage (U2, U2 ') in a high-voltage system of a motor vehicle he follows.

Method according to one of claims 10 to 17, characterized in that the electrical system at least one contactor ( 4.1 . 4.2 ) between a load ( 1 . 2 , C) and a voltage source ( 3 ), wherein the voltage (U2 ') before and / or the voltage (U2) behind the contactor ( 4.1 . 4.2 ) is measured.