DE102016006643A1

DE102016006643A1 - Isolation judge for an electric energy storage having electrical system of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102016006643A1
Application number: DE102016006643.1A
Authority: DE
Inventors: Steffen Zawierucha; Hannes Walz; Marcus Zacher
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-06-02
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2017-02-09

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Isolationswächter (10) für eine einen elektrischen Energiespeicher (12) aufweisende elektrische Anlage (14) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, bei der mit elektrischen Potentialen des elektrischen Energiespeichers (12) beaufschlagte Energiespeicheranschlüsse (38, 40) an elektrische Leitungen (16, 18) der elektrischen Anlage (14) angeschlossen sind, wobei die elektrischen Leitungen (16, 18) elektrisch isoliert gegenüber einem Bezugspotential (20) des Kraftfahrzeugs sind, wobei der Isolationswächter (10) einen Bezugspotentialanschluss (22) zum Anschließen an das elektrische Bezugspotential (20) sowie wenigstens einen Potentialanschluss (24, 26) zum Anschließen an wenigstens eine der elektrischen Leitungen (16, 18) aufweist, wobei der Isolationswächter (10) zum Anordnen separat vom elektrischen Energiespeicher (12) im Kraftfahrzeug ausgebildet ist und ferner ausgebildet ist, einen elektrischen Widerstand zwischen dem Bezugspotentialanschluss (22) und dem wenigstens einen Potentialanschluss (24, 26) zu ermitteln und, wenn ein ermittelter Wert des elektrischen Widerstands kleiner als ein vorgegebener Vergleichswert ist, ein Alarmsignal (28) bereitzustellen.The invention relates to an insulation monitor (10) for an electrical system (14) of a motor vehicle, in particular an electrically driven motor vehicle, in which the energy storage connections (38, 40) act upon electrical potentials of the electrical energy store (12) electrical lines (16, 18) of the electrical system (14) are connected, wherein the electrical lines (16, 18) are electrically isolated from a reference potential (20) of the motor vehicle, wherein the insulation guard (10) has a reference potential terminal (22) for connection to the electrical reference potential (20) and at least one potential terminal (24, 26) for connection to at least one of the electrical lines (16, 18), wherein the insulation monitor (10) for arranging separately from the electrical energy store (12) is formed in the motor vehicle and further formed, an electrical resistance between to determine the reference potential terminal (22) and the at least one potential terminal (24, 26) and, if a determined value of the electrical resistance is smaller than a predetermined comparison value to provide an alarm signal (28).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Isolationswächter für eine einen elektrischen Energiespeicher aufweisende elektrische Anlage eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, bei der mit elektrischen Potentialen des elektrischen Energiespeichers beaufschlagte elektrische Leitungen elektrisch isoliert gegenüber einem Bezugspotential des Kraftfahrzeugs sind, wobei der Isolationswächter einen Bezugspotentialanschluss zum Anschließen an das elektrische Bezugspotential sowie wenigstens einen Potentialanschluss an wenigstens eine der elektrischen Leitungen aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Anlage für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, mit einem ein Gehäuse aufweisenden elektrischen Energiespeicher, der mit elektrischen Potentialen beaufschlagte Energiespeicheranschlüsse aufweist, an die elektrische Leitungen der elektrischen Anlage angeschlossen sind, wobei die elektrischen Leitungen elektrisch isoliert gegenüber einem Bezugspotential des Kraftfahrzeugs sind, sowie mit einem Isolationswächter, der einen Bezugspotentialanschluss zum Anschließen an das elektrische Bezugspotential sowie wenigstens einen Potentialanschluss zum Anschließen an wenigstens eine der elektrischen Leitungen aufweist.The present invention relates to an insulation monitor for an electrical energy store having electrical system of a motor vehicle, in particular an electrically driven motor vehicle, in the electrical potentials of the electrical energy storage acted upon electrical lines are electrically isolated from a reference potential of the motor vehicle, wherein the insulation guard a reference potential terminal for connecting to the electrical reference potential and at least one potential terminal to at least one of the electrical lines. Furthermore, the invention relates to an electrical system for a motor vehicle, in particular an electrically driven motor vehicle, having a housing having an electrical energy storage, which has electrical potentials acted upon energy storage terminals are connected to the electrical lines of the electrical system, the electrical lines electrically isolated from a reference potential of the motor vehicle, as well as with an insulation guard, which has a reference potential terminal for connection to the electrical reference potential and at least one potential terminal for connection to at least one of the electrical lines.

Elektrische Anlagen der gattungsgemäßen Art, Kraftfahrzeuge sowie auch entsprechende Isolationswächter sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es dem Grunde nach eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Die elektrische Anlage des Kraftfahrzeugs dient der Verteilung von elektrischer Energie zwischen von der elektrischen Anlage umfassten elektrischen Einheiten des Kraftfahrzeugs. Solchen Einheiten können neben einem elektrischen Energiespeicher auch eine elektrische Energiequelle wie ein Generator, eine Brennstoffzelle oder dergleichen, sowie insbesondere bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen auch eine elektrische Antriebseinheit sein, die dem Antrieb des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs dient. Darüber hinaus kann eine Reihe weiterer elektrischer Einheiten, beispielsweise eine Beleuchtungseinheit, die Scheinwerfer, eine Innenbeleuchtung und/oder dergleichen, aber auch weitere Funktionseinheiten wie ein Autoradio, ein Navigationsgerät, ein elektrisch angetriebener Klimakompressor und/oder dergleichen umfasst sein. Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Elektrofahrzeug, ein Hybrid-Fahrzeug und/oder dergleichen.Electrical systems of the generic type, motor vehicles as well as corresponding insulation monitors are widely known in the art, so it does not need the reason of a separate documentary evidence for this purpose. The electrical system of the motor vehicle serves to distribute electrical energy between electrical units of the motor vehicle comprised by the electrical system. In addition to an electrical energy store, such units can also be an electrical energy source such as a generator, a fuel cell or the like, and, in particular in the case of electrically driven motor vehicles, an electric drive unit which serves to drive the electrically drivable motor vehicle. In addition, a number of other electrical units, for example a lighting unit, the headlights, interior lighting and / or the like, but also further functional units such as a car radio, a navigation device, an electrically driven air conditioning compressor and / or the like may be included. An electrically driven motor vehicle is, for example, an electric vehicle, a hybrid vehicle and / or the like.

Nicht nur aber insbesondere bei elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, besonders bei Elektrofahrzeugen, ist die elektrische Anlage mit einer hohen elektrischen Spannung, insbesondere einer Gleichspannung, von bis zu 400 V oder auch mehr beaufschlagt. Die Größe dieser elektrischen Spannung ist vor allem aus sicherheitstechnischen Gründen eine Herausforderung, weshalb hierzu auch besondere Sicherheitsanforderungen durch die Normung gestellt werden. So ist zum Beispiel durch die ECE R100 vorgegeben, dass bei einer elektrischen Gleichspannung größer als 60 V besondere Maßnahmen zum Schutz von Personen vor elektrischem Schlag vorzusehen sind. Aus diesem Grund ist zum Beispiel bei einem elektrischen Energiespeicher in Form eines Akkumulators in einer solchen elektrischen Anlage vorgesehen, dass ein solcher Akkumulator, auch Hochvoltbatterie genannt, mit einem integrierten Schütz ausgerüstet ist, welches aufgrund entsprechender Ansteuerung elektrische Energiespeicheranschlüsse des elektrischen Energiespeichers, die an entsprechenden Leitungen der elektrischen Anlage elektrisch angeschlossen sind, von galvanischen Zellen des elektrischen Energiespeichers, die dessen Spannung bereitstellen, elektrisch getrennt werden kann. Diese Einrichtung hat sich dem Grunde nach bewährt, jedoch verbleiben weitere Nachteile.Not only but especially in electrically driven motor vehicles, especially in electric vehicles, the electrical system with a high electrical voltage, in particular a DC voltage of up to 400 V or more is applied. The size of this electrical voltage is a challenge especially for safety reasons, which is why special safety requirements are set by standardization. So for example by the ECE R100 specified that at an electrical DC voltage greater than 60 V special measures to protect people from electric shock are provided. For this reason, for example, in an electrical energy storage in the form of a rechargeable battery in such an electrical system provided that such a battery, also called high-voltage battery is equipped with an integrated contactor, which due to appropriate control electrical energy storage terminals of the electrical energy storage, the corresponding Lines of the electrical system are electrically connected, of galvanic cells of the electrical energy storage device, which provide its voltage can be electrically isolated. This device has proven itself basically, but there are further disadvantages.

Insbesondere nach einem Unfall wäre es vorteilhaft, wenn sichergestellt werden könnte, dass am Kraftfahrzeug nicht an einer unerwünschten Stelle ein elektrisches Potential freiliegen würde, sodass bei Berührung eine Gefährdung von Personen zur Folge haben könnte. Dieser Fall kann beispielsweise auftreten, wenn ein Gehäuse des elektrischen Energiespeichers beschädigt worden ist. In einem solchen Fall könnten nämlich als Stromschienen ausgebildete elektrische Leitungen der elektrischen Anlage oder sonstige spannungsführende Komponenten in dem elektrischen Energiespeicher in Kontakt mit dem Gehäuse des elektrischen Energiespeichers und/oder einem Karosserieteil des Kraftfahrzeugs und damit einer Kraftfahrzeugmasse kommen.In particular, after an accident, it would be advantageous if it could be ensured that the vehicle would not be exposed to an electrical potential at an undesirable point, so that a risk to persons could result if touched. This case can occur, for example, if a housing of the electrical energy storage has been damaged. In such a case, electrical lines of the electrical system or other voltage-carrying components in the electrical energy store that come into contact with the housing of the electrical energy store and / or a body part of the motor vehicle and therefore a motor vehicle mass could come into being as busbars.

In der CN 2034 22 422 U ist ein Isolationsüberwachungsalarmsystem für eine Batteriebox eines Elektrofahrzeugs offenbart. Hier ist es jedoch erforderlich, dass die durch den elektrischen Energiespeicher bereitgestellte elektrische Spannung nach wie vor verfügbar ist. Gerade bei einem Unfall ist dies aber nicht zwingend der Fall, weshalb die zuvor beschriebene Problematik auch bei dieser Lehre auftreten kann. Darüber hinaus offenbart die DE 10 2014 222 673 A1 eine Schützschalterüberwachung bei einer Elektrofahrzeugbatterie.In the CN 2034 22 422 U An insulation monitoring alarm system for a battery box of an electric vehicle is disclosed. Here, however, it is necessary that the electrical voltage provided by the electrical energy storage is still available. However, this is not necessarily the case in an accident, which is why the problem described above can also occur in this teaching. In addition, the reveals DE 10 2014 222 673 A1 a contactor switch monitoring in an electric vehicle battery.

Grundsätzlich braucht ein einziges elektrisches Potential noch nicht gefährlich zu sein, insbesondere solange keine Verbindung zwischen den unterschiedlichen elektrischen Potentialen der elektrischen Anlage hergestellt wird, weil elektrische Anlagen zum Einsatz im Hochvoltbereich grundsätzlich als IT(Isolé Terre)-Netz ausgeführt sind. Da bei einem Unfall in der Regel das Schütz des elektrischen Energiespeichers betätigt wird, wodurch die Energiespeicheranschlüsse von den galvanischen Zellen des elektrischen Energiespeichers getrennt werden, kann eine Gefährdung nur dann auftreten, wenn zusätzlich das Schütz die galvanischen Zellen des elektrischen Energiespeichers nicht von den elektrischen Energiespeicheranschlüssen und damit von den elektrischen Leitungen der elektrischen Anlage trennt. Dieser Fall kann zum Beispiel auftreten, wenn ein elektromechanischer Kontakt des Schützes klebt, beispielsweise aufgrund einer elektrischen und/oder thermischen Überlastung oder dergleichen.Basically, a single electrical potential does not need to be dangerous, especially as long as no connection between the different electrical potentials of the electrical system is made, because electrical systems for use in the high-voltage range are basically designed as IT (Isolé Terre) network. As in an accident usually the contactor of the electrical energy storage is operated, causing the Energy storage connections are separated from the galvanic cells of the electrical energy storage, a hazard can only occur if in addition the contactor does not separate the galvanic cells of the electrical energy storage device from the electrical energy storage connections and thus from the electrical lines of the electrical system. This case may occur, for example, when an electromechanical contact of the contactor sticks, for example due to electrical and / or thermal overload or the like.

In einem solchen Fall kann bei Durchtrennen einer der elektrischen Leitungen und bei gleichzeitigem Kontakt zur Karosserie des Kraftfahrzeugs eine elektrische Spannung auftreten, welche von der genauen Position des hierdurch bewirkten Isolationsfehlers abhängig ist. Dies stellt insbesondere ein Problem bei einer Personenrettung, bei Löscheinsätzen, beim Abschleppen des Kraftfahrzeugs und/oder dergleichen dar, bei denen es zu potentiell gefährlichen Stromschlägen kommen kann. Bevor Rettungsmaßnahmen bei einem Unfall mit einem Kraftfahrzeug eingeleitet werden, sollte daher sichergestellt werden, dass kein berührbares gefährliches elektrisches Potential am Kraftfahrzeug anliegt und insbesondere das Schütz des elektrischen Energiespeichers ordnungsgemäß seine elektromechanischen Schaltkontakte geöffnet hat.In such a case, when cutting one of the electrical lines and with simultaneous contact with the body of the motor vehicle, an electrical voltage which depends on the exact position of the insulation error caused thereby. This is particularly a problem in a rescue, in firefighting, when towing the motor vehicle and / or the like, which can lead to potentially dangerous electric shock. Before rescue measures are initiated in an accident with a motor vehicle, it should therefore be ensured that no tangible dangerous electrical potential is applied to the motor vehicle and, in particular, the contactor of the electrical energy store has properly opened its electromechanical switching contacts.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die elektrische Sicherheit außerhalb des bestimmungsgemäßen Betriebs des Kraftfahrzeugs zu verbessern.The invention is therefore based on the object to improve the electrical safety outside the normal operation of the motor vehicle.

Als Lösung werden mit der Erfindung ein Isolationswächter sowie eine elektrische Anlage gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand der abhängigen Ansprüche.As a solution, an insulation monitor and an electrical system according to the independent claims are proposed with the invention. Further advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims.

Für einen gattungsgemäßen Isolationswächter wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Isolationswächter zum separaten Anordnen vom elektrischen Energiespeicher im Kraftfahrzeug ausgebildet ist und ferner ausgebildet ist, einen elektrischen Widerstand zwischen dem Bezugspotentialanschluss und dem wenigstens einen Potentialanschluss zu ermitteln, und wenn ein ermittelter Wert des elektrischen Widerstands kleiner als ein vorgegebener Vergleichswert ist, ein Alarmsignal bereitzustellen.For a generic isolation monitor is particularly proposed that the isolation monitor is designed for separate placement of electrical energy storage in the motor vehicle and is also designed to determine an electrical resistance between the reference potential terminal and the at least one potential terminal, and if a determined value of the electrical resistance is less than a predetermined comparison value is to provide an alarm signal.

Für eine gattungsgemäße elektrische Anlage wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Isolationswächter nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und außerhalb des Gehäuses des Energiespeichers angeordnet ist.For a generic electrical system is proposed in particular that the insulation monitor is designed according to one of the preceding claims and is arranged outside the housing of the energy store.

Der Isolationswächter der Erfindung dient also dazu, die elektrische Isolation insbesondere in Bezug auf einen Fehler innerhalb des elektrischen Energiespeichers zu überwachen. Damit der Isolationswächter möglichst nicht gleichzeitig mit dem elektrischen Energiespeicher beschädigt wird, ist er zum separaten Anordnen vom elektrischen Energiespeicher im Kraftfahrzeug, insbesondere außerhalb des Gehäuses des elektrischen Energiespeichers ausgebildet. Der Isolationswächter kann somit entfernt vom elektrischen Energiespeicher angeordnet sein.The insulation monitor of the invention thus serves to monitor the electrical insulation, in particular with respect to a fault within the electrical energy storage. So that the insulation monitor is not damaged at the same time as possible with the electrical energy storage, it is designed for separate arrangement of the electrical energy storage in the motor vehicle, in particular outside the housing of the electrical energy storage. The isolation monitor can thus be arranged away from the electrical energy store.

Darüber hinaus ist der Energiespeicher ausgebildet, einen elektrischen Widerstand zwischen dem Bezugspotentialanschluss und dem Potentialanschluss zu ermitteln. Es ist deshalb nicht erforderlich, dass – wie es der Stand der Technik vorsieht – der elektrische Energiespeicher seine elektrische Spannung auch nach dem Unfall weiterhin für die elektrische Anlage und damit auch für den Isolationswächter bereitstellt. Durch die Widerstandsmessung kann nämlich auf die Bereitstellung der elektrischen Spannung durch den elektrischen Energiespeicher weitgehend verzichtet werden. Die Widerstandsmessung kann folglich unabhängig vom Betriebszustand des elektrischen Energiespeichers durchgeführt werden, das heißt also insbesondere auch dann, wenn das Schütz des elektrischen Energiespeichers, welches im Gehäuse des elektrischen Energiespeichers angeordnet ist, die Energiespeicheranschlüsse des elektrischen Energiespeichers von den galvanischen Zellen des elektrischen Energiespeichers getrennt hat. Der Isolationswächter der Erfindung kann somit unabhängig von einer elektrischen Energieversorgung des Kraftfahrzeugs betrieben werden, sodass auch unabhängig vom Betriebszustand der elektrischen Anlage die Isolationsmessung mittels des Isolationswächters der Erfindung möglich ist. Im Falle nicht geöffneter elektromechanischer Schaltkontakte des Schützes kann insbesondere erreicht werden, dass kein Isolationsfehler innerhalb des elektrischen Energiespeichers vorliegt.In addition, the energy store is designed to determine an electrical resistance between the reference potential terminal and the potential terminal. It is therefore not necessary that - as the state of the art provides - the electrical energy storage continues to provide its electrical voltage even after the accident for the electrical system and thus also for the insulation guard. By the resistance measurement can namely be largely dispensed with the provision of electrical voltage through the electrical energy storage. The resistance measurement can consequently be carried out independently of the operating state of the electrical energy store, that is to say in particular even if the contactor of the electrical energy store, which is arranged in the housing of the electrical energy store, has separated the energy store terminals of the electrical energy store from the galvanic cells of the electrical energy store , The insulation monitor of the invention can thus be operated independently of an electrical power supply of the motor vehicle, so that regardless of the operating state of the electrical system, the insulation measurement by means of the insulation of the invention is possible. In the case of open electromechanical switch contacts of the contactor can be achieved in particular that no insulation fault is present within the electrical energy storage.

In der Regel stellt der elektrische Energiespeicher eine elektrische Gleichspannung bereit, die durch seine galvanischen Zellen bestimmt ist. Die elektrische Gleichspannung wird über die Energiespeicheranschlüsse des elektrischen Energiespeichers bereitgestellt, welche an entsprechenden Leitungen der elektrischen Anlage angeschlossen sind. Vorzugsweise ist der Isolationswächter ausgebildet, jedes der elektrischen Potentiale des elektrischen Energiespeichers zu überwachen, indem für jedes der elektrischen Potentiale ein entsprechender Potentialanschluss bereitgestellt ist. Die Messung des Widerstands kann somit zwischen jedem der angeschlossenen elektrischen Potentiale und dem Bezugspotential erfolgen. Für diesen Zweck kann für jedes der elektrischen Potentiale eine eigene Widerstandsmesseinheit vorgesehen sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass lediglich eine einzige Widerstandsmesseinheit vorgesehen ist, die wechselweise, beispielsweise im Zeitmultiplex, den elektrischen Widerstand zwischen einem der Potentialanschlüsse und dem Bezugspotential Anschlüsse ermittelt.In general, the electrical energy storage provides a DC electrical voltage, which is determined by its galvanic cells. The electrical DC voltage is provided via the energy storage terminals of the electrical energy storage, which are connected to corresponding lines of the electrical system. Preferably, the insulation monitor is designed to monitor each of the electrical potentials of the electrical energy storage device by providing a corresponding potential connection for each of the electrical potentials. The measurement of the resistance can thus take place between each of the connected electrical potentials and the reference potential. For this purpose, a separate resistance measuring unit can be provided for each of the electrical potentials. But it can also be provided that only a single resistance measuring unit is provided which alternately, for example, in the time multiplex, the electrical resistance between one of the potential terminals and the reference potential terminals determined.

Das elektrische Bezugspotential kann durch eine Fahrzeugmasse des Kraftfahrzeugs gebildet sein, die beispielsweise mit berührbaren Karosserieteilen elektrisch in Verbindung steht beziehungsweise durch diese definiert ist. Darüber hinaus kann das Bezugspotential auch durch ein elektrisch leitfähiges Gehäuse des elektrischen Energiespeichers gebildet sein, das insbesondere mit dem elektrischen Bezugspotential des Kraftfahrzeugs verbunden ist oder dieses sogar bildet.The electrical reference potential may be formed by a vehicle mass of the motor vehicle, which is electrically connected to, for example, touchable body parts or is defined by them. In addition, the reference potential may also be formed by an electrically conductive housing of the electrical energy storage, which is in particular connected to the electrical reference potential of the motor vehicle or even forms this.

Der vorgegebene Vergleichswert ist ein Widerstandswert, der im bestimmungsgemäßen Betrieb des Kraftfahrzeugs auch bei ungünstigen äußeren Randbedingungen zuverlässig erreicht wird. Insofern ist ein kleinerer ermittelter Widerstand als der vorgegebene Vergleichswert ein starker Hinweis darauf, dass ein Isolationsfehler vorliegt. Der vorgegebene Vergleichswert kann bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs werksseitig vorgegeben sein. Er kann darüber hinaus anpassbar ausgebildet sein, sodass er beispielsweise bei Wartungsarbeiten oder dergleichen angepasst werden kann, wenn die elektrische Anlage beispielsweise verändert wird oder dergleichen.The predetermined comparison value is a resistance value which is reliably achieved in normal operation of the motor vehicle even under unfavorable external boundary conditions. In this respect, a smaller determined resistance than the given comparison value is a strong indication that there is an insulation fault. The predetermined comparison value can be specified at the factory in the production of the motor vehicle. It can also be made adaptable, so that it can be adapted for example during maintenance or the like, when the electrical system is changed, for example, or the like.

Das Alarmsignal kann ein optisches und/oder akustisches Signal sein, welches das Vorliegen eines Isolationsfehlers anzeigt. Insofern kann beispielsweise das Alarmsignal durch Blinken von Fahrzeugleuchten, durch rhythmisches Hupen der Hupe des Kraftfahrzeugs und/oder dergleichen bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann das Alarmsignal natürlich auch ein elektrisches Signal sein, was für die weitere Signalverarbeitung bereitgestellt werden kann. Es kann beispielsweise mittels eines Kommunikationsendgerätes an eine entfernte Stelle, beispielsweise eine Zentrale übermittelt werden, die beispielsweise Rettungskräfte oder dergleichen entsprechend informiert. Darüber hinaus besteht natürlich die Möglichkeit, das Alarmsignal auch zum Steuern weiterer Komponenten zu nutzen, durch die die Sicherheit weiter verbessert werden kann. So ist es beispielsweise möglich, dass das Alarmsignal dazu genutzt wird, ein Auslösesignal von an wenigstens einem Auslöseanschluss für eine im Gehäuse des elektrischen Energiespeichers angeordnete Sprengsicherung zum elektrischen Trennen wenigstens eines der Energiespeicheranschlüsse von wenigstens einer der galvanischen Zellen des Energiespeichers zu nutzen. Das Auslösesignal kann auch das Alarmsignal selbst sein.The alarm signal may be an optical and / or acoustic signal indicating the presence of an insulation fault. In this respect, for example, the alarm signal can be provided by flashing of vehicle lights, by rhythmic honking of the horn of the motor vehicle and / or the like. In addition, the alarm signal can of course also be an electrical signal, which can be provided for further signal processing. It can be transmitted, for example, by means of a communication terminal to a remote location, such as a central office, for example, rescue personnel or the like informed accordingly. In addition, of course, it is possible to use the alarm signal also to control other components, through which the security can be further improved. For example, it is possible for the alarm signal to be used to use a triggering signal from at least one triggering connection for an explosive device arranged in the housing of the electrical energy store for the electrical separation of at least one of the energy storage connections of at least one of the galvanic cells of the energy store. The trigger signal may also be the alarm signal itself.

Mittels der Sprengsicherung kann die elektrische Verbindung zwischen den galvanischen Zellen und dem jeweiligen Energiespeicheranschluss ergänzend zum elektromechanischen Kontakt des Schützes unterbrochen werden. Durch das Auslösen der Sprengsicherung wird die elektrische Verbindung getrennt. Zugleich wird eine entsprechende spannungsfeste Trennung erreicht. Vorzugsweise ist für jeden der Energiespeicheranschlüsse eine eigene Sprengsicherung ergänzend zum Schütz vorgesehen.By means of the blast device, the electrical connection between the galvanic cells and the respective energy storage connection can be interrupted in addition to the electromechanical contact of the contactor. Triggering the blast fuse disconnects the electrical connection. At the same time a corresponding voltage-proof separation is achieved. Preferably, a separate explosive device is provided in addition to the contactor for each of the energy storage connections.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Isolationswächters als externes System ist die Unabhängigkeit vom elektrischen Energiespeicher beziehungsweise der Hochvoltbatterie. Ist diese nämlich nach einem Unfall nicht mehr funktionstüchtig, kann eine Gefährdung trotzdem noch ermittelt werden. Eine potentielle Gefährdung kann somit schnell und zuverlässig erkannt und durch geeignete Gegenmaßnahmen reduziert beziehungsweise vermieden werden.The advantage of the insulation monitor according to the invention as an external system is the independence of the electrical energy storage or the high-voltage battery. If this is no longer functional after an accident, a hazard can still be determined. A potential hazard can thus be detected quickly and reliably and reduced or avoided by appropriate countermeasures.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the figure description and / or alone in the single figure can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations or alone, without the frame to leave the invention.

Fig. eine schematische Blockschaltbilddarstellung für eine elektrische Anlage eines Elektrofahrzeugs mit einem erfinderischen Isolationswächter.Fig. A schematic block diagram representation of an electrical system of an electric vehicle with an inventive insulation monitor.

Es zeigt die einzige Fig. in einer schematischen Schaltbildansicht eine elektrische Anlage 14 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeugs, welches vorliegend ein Elektrofahrzeug ist. Die elektrische Anlage 14 weist einen elektrischen Energiespeicher in Form einer Hochvoltbatterie 12 auf.It shows the only Fig. In a schematic circuit diagram view of an electrical system 14 a motor vehicle not shown, which in the present case is an electric vehicle. The electrical system 14 has an electrical energy storage in the form of a high-voltage battery 12 on.

Die Hochvoltbatterie 12 umfasst eine Mehrzahl von in Reihe geschalteter galvanischer Zellen 42, die eine elektrische Gleichspannung bereitstellen, die an Energiespeicheranschlüssen 38, 40 bereitgestellt wird, die an elektrischen Leitungen 16, 18 der elektrischen Anlage 14 bereitgestellt sind, sodass zwischen den Leitungen 16, 18 die elektrische Spannung der in Reihe geschalteten galvanischen Zellen 42 anliegt. Die Leitungen 16, 18 verbinden die Energiespeicheranschlüsse 38, 40 mit weiteren, nicht dargestellten elektrischen Einheiten der elektrischen Anlage 14, so insbesondere einer ebenfalls nicht dargestellten Antriebseinheit, mit der das Elektrofahrzeug antreibbar ist.The high-voltage battery 12 includes a plurality of series connected galvanic cells 42 that provide a DC electrical voltage to energy storage terminals 38 . 40 is provided on electrical lines 16 . 18 the electrical system 14 are provided so that between the lines 16 . 18 the electrical voltage of the galvanic cells connected in series 42 is applied. The wires 16 . 18 connect the energy storage connections 38 . 40 with further, not shown electrical units of the electrical system 14 , So in particular a drive unit, also not shown, with which the electric vehicle is driven.

Die elektrischen Leitungen 16, 18 sind gegenüber einem Bezugspotential 20 des Elektrofahrzeugs elektrisch isoliert. Das Bezugspotential 20 ist vorliegend durch ein elektrisch leitfähiges Gehäuse der Hochvoltbatterie 12 gebildet, welches zugleich auch elektrisch leitend mit Karosserieteilen des Elektrofahrzeugs verbunden ist. The electrical wires 16 . 18 are opposite a reference potential 20 electrically isolated from the electric vehicle. The reference potential 20 is present through an electrically conductive housing of the high-voltage battery 12 formed, which is also electrically connected to body parts of the electric vehicle at the same time.

Die Hochvoltbatterie 12 enthält ein Schütz 44 mit elektromechanischen Schaltkontakten, über die die in Reihe geschalteten galvanischen Zellen 42 mit den Energiespeicheranschlüssen 38, 40 elektrisch verbunden sind. Das Schütz 44 ist im Gehäuse der Hochvoltbatterie 12 integriert angeordnet. Das Schütz 44 wird mittels einer nicht dargestellten Steuereinheit gemäß einem Signal an der Klemme 30c des Elektrofahrzeugs gesteuert. Im bestimmungsgemäßen Betrieb sind die elektromechanischen Schaltkontakte des Schützes 44 geschlossen, sodass die durch die galvanischen Zellen 42 bereitgestellte Gleichspannung an den Energiespeicheranschlüssen 38, 40 bereitgestellt ist.The high-voltage battery 12 contains a contactor 44 with electromechanical switching contacts, via which the galvanic cells connected in series 42 with the energy storage connections 38 . 40 are electrically connected. The contactor 44 is in the housing of the high-voltage battery 12 integrated arranged. The contactor 44 is by means of a control unit, not shown, according to a signal at the terminal 30c controlled by the electric vehicle. In normal operation, the electromechanical switching contacts of the contactor 44 closed, so that by the galvanic cells 42 provided DC voltage at the energy storage terminals 38 . 40 is provided.

Der geschlossene Zustand der elektromechanischen Schaltkontakte des Schützes 44 wird nur während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs des Elektrofahrzeugs eingenommen. Befindet sich das Elektrofahrzeug außerhalb des bestimmungsgemäßen Fahrzustands, beispielsweise wenn es abgestellt worden ist oder dergleichen, sind die elektromechanischen Schaltkontakte des Schützes 44 geöffnet. Darüber hinaus kann ein Öffnen der elektromechanischen Schaltkontakte ebenfalls dann vorgesehen sein, wenn eine Unfalldetektionseinheit des Elektrofahrzeugs einen Unfall detektiert und das Schütz entsprechend ansteuert.The closed state of the electromechanical switching contacts of the contactor 44 is taken only during the intended driving operation of the electric vehicle. If the electric vehicle is outside the intended driving state, for example when it has been switched off or the like, the electromechanical switching contacts of the contactor are 44 open. In addition, an opening of the electromechanical switch contacts may also be provided if an accident detection unit of the electric vehicle detects an accident and controls the contactor accordingly.

Wie aus der Fig. ferner ersichtlich ist, sind zwischen den jeweiligen elektromechanischen Schaltkontakten des Schützes 44 und den Anschlüssen der in Reihe geschalteten galvanischen Zellen 42 Sprengsicherungen 34, 36 jeweils in Reihe geschaltet vorgesehen. Zu diesen Sprengsicherungen wird im Folgenden noch weiter ausgeführt werden.As is also apparent from the Fig., Are between the respective electromechanical switching contacts of the contactor 44 and the terminals of the series connected galvanic cells 42 explosive fuses 34 . 36 each provided in series. These explosive devices will be further explained below.

Ferner ist vorgesehen, dass ein Isolationswächter 10 mit einem Bezugspotentialanschluss 22 an das Bezugspotential 20 des Elektrofahrzeugs angeschlossen ist. Zwei weitere Potentialanschlüsse 24, 26 sind jeweils an die elektrischen Leitungen 16, 18 der elektrischen Anlage 14 angeschlossen. Der Isolationswächter 10 ist separat von der Hochvoltbatterie 12 im Elektrofahrzeug angeordnet, das heißt, außerhalb des Gehäuses der Hochvoltbatterie 12.Furthermore, it is provided that an insulation guard 10 with a reference potential connection 22 to the reference potential 20 of the electric vehicle is connected. Two additional potential connections 24 . 26 are each to the electrical lines 16 . 18 the electrical system 14 connected. The isolation guard 10 is separate from the high-voltage battery 12 arranged in the electric vehicle, that is, outside the housing of the high-voltage battery 12 ,

Der Isolationswächter 10 ist ausgebildet, einen elektrischen Widerstand zwischen dem Bezugspotential 20 und den jeweiligen beiden Potentialanschlüssen 24, 26 zu ermitteln und, wenn ein ermittelter Wert des elektrischen Widerstands kleiner als ein vorgegebener Vergleichswert ist, ein Alarmsignal 28 zu erzeugen.The isolation guard 10 is formed, an electrical resistance between the reference potential 20 and the respective two potential connections 24 . 26 and, if a detected value of the electrical resistance is less than a predetermined comparison value, an alarm signal 28 to create.

Damit der Isolationswächter 10 unabhängig von einer Betriebsbereitschaft der elektrischen Anlage 14 den elektrischen Widerstand ermitteln kann, weist er eine nicht weiter dargestellte Batterie auf, mittels der der Isolationswächter 10 unabhängig von der elektrischen Anlage 14 betrieben werden kann.So that the isolation monitor 10 regardless of whether the electrical system is ready for operation 14 can determine the electrical resistance, it has a battery, not shown, by means of the insulation guard 10 regardless of the electrical system 14 can be operated.

Darüber hinaus weist der Isolationswächter 10 einen Aktivierungsanschluss 30 auf, der an die Unfalldetektionseinheit des Elektrofahrzeugs angeschlossen ist. Der Isolationswächter 10 ist vorliegend derart ausgebildet, den elektrischen Widerstand nur bei Aktivierung durch ein Aktivierungssignal der Unfalldetektionseinheit am Aktivierungsanschluss 30 zu ermitteln. Dadurch kann der Isolationswächter sehr energiesparend betrieben werden. Als Aktivierungssignal kommt beispielsweise ein Aufwecksignal aufgrund einer Unfalldetektion in Betracht, wie es beispielsweise auch für die Auslösung eines Air-Bags genutzt wird, und beispielsweise an einer Klemme 30c im Kraftfahrzeug bereitgestellt wird.In addition, the insulation guard points 10 an activation port 30 on, which is connected to the accident detection unit of the electric vehicle. The isolation guard 10 In the present case, the electrical resistance is formed only when activated by an activation signal of the accident detection unit at the activation connection 30 to investigate. As a result, the insulation monitor can be operated very energy-saving. As an activation signal, for example, a wake-up signal due to accident detection comes into consideration, as it is for example also used for the triggering of an air bag, and for example at a terminal 30c is provided in the motor vehicle.

Der Auslöseanschluss 32 ist – wie aus der Fig. ersichtlich – an die Sprengsicherungen 34, 36 angeschlossen. Als Auslösesignal dient vorliegend das Alarmsignal 28. Mittels des Alarmsignals 28 können vorliegend die Sprengsicherungen 34, 36 ausgelöst werden, sodass eine Trennung der elektrischen Verbindung zwischen den Energiespeicheranschlüssen 38, 40 auf der einen Seite und den galvanischen Zellen 42 auf der anderen Seite erreicht wird. Stellt der Isolationswächter 10 also einen Isolationsfehler fest, kann durch Auslösen der Sprengsicherungen 34, 36 die elektrische Anlage 14 von der durch die galvanischen Zellen 42 bereitgestellten elektrischen Spannung der Hochvoltbatterie 12 getrennt werden. Dadurch kann, sofern keine anderen Energiequellen elektrische Energie einspeisen, die elektrische Anlage 14 im Wesentlichen spannungsfrei geschaltet werden, sodass eine Gefährdung von Personen weitgehend vermieden werden kann. Die Betätigung der Sprengsicherungen 34, 36 ist irreversibel. Dies ist im Übrigen dann auch nicht weiter hinderlich, wenn die Sprengsicherungen ohnehin lediglich bei einem Unfall ausgelöst werden.The trigger connection 32 is - as shown in the figure - to the blasting 34 . 36 connected. As a trigger signal in the present case is the alarm signal 28 , By means of the alarm signal 28 In this case, the explosive devices can be used 34 . 36 be triggered, so that a separation of the electrical connection between the energy storage ports 38 . 40 on one side and the galvanic cells 42 on the other side is reached. Represents the isolation guard 10 So an insulation fault, can by triggering the blasting 34 . 36 the electrical system 14 from the through the galvanic cells 42 provided electrical voltage of the high-voltage battery 12 be separated. As a result, if no other energy sources feed electrical energy, the electrical system 14 be switched substantially stress-free, so that a hazard to persons can be largely avoided. The operation of the explosive devices 34 . 36 is irreversible. Incidentally, this is not a hindrance if the explosive devices are triggered anyway only in an accident.

Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der Isolationswächter 10 zugleich mit einem Öffnungssignal für das Schütz 44 aktiviert wird. Zu diesem Zweck kann das Schütz 44 ebenfalls an der Klemme 30c angeschlossen sein.It proves particularly advantageous if the insulation monitor 10 at the same time as an opening signal for the contactor 44 is activated. For this purpose, the contactor 44 also at the terminal 30c be connected.

Der Isolationswächter 10 misst, wenn er aktiviert ist, einen jeweiligen elektrischen Widerstand zwischen den Leitungen 16, 18 und dem Bezugspotential 20. Zu diesem Zweck sind zwei Messungen unabhängig voneinander vorgesehen. Sobald eine der Messungen zu einem kleineren Widerstandswert führt als der vorgegebene Vergleichswert, wird das Alarmsignal 28 bereitgestellt. Der vorgegebene Vergleichswert ist vorliegend derart gewählt, dass er Variationen der elektrischen Isolation während des bestimmungsgemäßen Betriebs der elektrischen Anlage 14 beziehungsweise des Elektrofahrzeugs ausreichend berücksichtigt, sodass nicht versehentlich ein ermittelter Widerstandswert zu einem Alarmsignal 28 führt, obwohl ein Isolationsfehler tatsächlich noch nicht vorliegt. Der vorgegebene Vergleichswert kann empirisch ermittelt werden.The isolation guard 10 when activated, measures a respective electrical resistance between the lines 16 . 18 and the reference potential 20 , For this purpose, two measurements are provided independently. As soon as one of the measurements leads to a smaller resistance value than the predetermined comparison value, the alarm signal becomes 28 provided. In the present case, the predetermined comparison value is chosen such that it accommodates variations of the electrical insulation during normal operation of the electrical system 14 or the electric vehicle sufficiently taken into account so that not accidentally a detected resistance to an alarm signal 28 leads, although an insulation fault actually does not exist yet. The predetermined comparison value can be determined empirically.

Zur Durchführung des Vergleichs kann der Isolationswächter 10 eine Vergleichseinheit aufweisen, der einerseits der jeweils ermittelte elektrische Widerstand und andererseits der vorgegebene Vergleichswert zugeführt wird. Als Ausgangssignal kann unmittelbar das Alarmsignal 28 bereitgestellt werden.The insulation monitor can be used to carry out the comparison 10 have a comparison unit, on the one hand, the respectively determined electrical resistance and on the other hand, the predetermined comparison value is supplied. As an output signal can directly alarm signal 28 to be provided.

Der Isolationswächter 10 kann ferner eine Widerstandsermittlungseinheit umfassen, die selektiv an die Potentialanschlüsse 24, 26 wechselweise angeschlossen sein kann. Die Widerstandsermittlungseinheit ermittelt beispielsweise mittels einer Widerstandsbrücke oder dergleichen einen elektrischen Widerstand und übermittelt den ermittelten Wert für den Widerstand an die Vergleichseinheit.The isolation guard 10 may further comprise a resistance detection unit that selectively connects to the potential terminals 24 . 26 can be connected alternately. The resistance determination unit determines, for example by means of a resistance bridge or the like, an electrical resistance and transmits the determined value for the resistance to the comparison unit.

Die Erfindung erlaubt es also, unabhängig von der Hochvoltbatterie 12 durch ein externes Messmodul in Form des Isolationswächters 10 eine zusätzliche Sicherheit für den Betrieb des Elektrofahrzeugs zu ermöglichen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Elektrofahrzeuge beschränkt, sondern kann ebenso bei Hybridfahrzeugen sowie auch anderen Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen. Mittels des Alarmsignals können mehrere Reaktionsmöglichkeiten realisiert werden, um auf einen festgestellten Isolationsfehler reagieren zu können. Das Alarmsignal kann zum Ausgeben von akustischen und/oder optischen Signalen dienen. Darüber hinaus kann es auch als Auslösesignal dienen oder auch an eine Zentrale mittels einer Kommunikationsverbindung übermittelt werden.The invention thus makes it possible, regardless of the high-voltage battery 12 through an external measuring module in the form of the insulation monitor 10 to provide additional safety for the operation of the electric vehicle. However, the invention is not limited to electric vehicles, but may also be used in hybrid vehicles as well as other motor vehicles. By means of the alarm signal, several reaction possibilities can be realized in order to be able to react to a detected insulation fault. The alarm signal can be used to output acoustic and / or optical signals. In addition, it can also serve as a trigger signal or be transmitted to a central office by means of a communication connection.

Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. Weiterhin ist anzumerken, dass die für die erfindungsgemäße Vorrichtung beschriebenen Vorteile und Merkmale sowie Ausführungsformen gleichermaßen für das entsprechende Kraftfahrzeug oder ein entsprechendes Verfahren gelten um umgekehrt. Insbesondere können für Vorrichtungsmerkmale entsprechende Verfahrensmerkmale vorgesehen sein.The embodiment is merely illustrative of the invention and is not limitative of it. Furthermore, it should be noted that the advantages and features and embodiments described for the device according to the invention apply equally to the corresponding motor vehicle or a corresponding method and vice versa. In particular, corresponding device features may be provided for device features.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Isolationswächterinsulation monitors
1212: HochvoltbatterieHigh-voltage battery
1414: Elektrische AnlageElectrical system
1616: Leitungmanagement
1818: Leitungmanagement
2020: Bezugspotentialreference potential
2222: BezugspotentialanschlussReference potential terminal
2424: Potentialanschlusspotential terminal
2626: Potentialanschlusspotential terminal
2828: Alarmsignalalarm
3030: Aktivierungsanschlussenable terminal
3232: Auslöseanschlusstrigger terminal
3434: Sprengsicherungblasting fuse
3636: Sprengsicherungblasting fuse
3838: EnergiespeicheranschlussEnergy storage connection
4040: EnergiespeicheranschlussEnergy storage connection
4242: Zellencell
4444: Schützcontactor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

CN 203422422 U [0005]
DE 102014222673 A1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

ECE R100 [0003]

Claims

Insulation monitor ( 10 ) for an electrical energy store ( 12 ) having electrical system ( 14 ) of a motor vehicle, in particular of an electrically driven motor vehicle, in which electrical potentials of the electrical energy store ( 12 ) acted upon energy storage connections ( 38 . 40 ) to electrical lines ( 16 . 18 ) of the electrical system ( 14 ) are connected, wherein the electrical lines ( 16 . 18 ) electrically isolated from a reference potential ( 20 ) of the motor vehicle, wherein the insulation guard ( 10 ) a reference potential terminal ( 22 ) for connection to the electrical reference potential ( 20 ) and at least one potential connection ( 24 . 26 ) for connecting to at least one of the electrical lines ( 16 . 18 ), characterized in that the insulation guard ( 10 ) for arranging separately from the electrical energy store ( 12 ) is formed in the motor vehicle and is further configured, an electrical resistance between the reference potential terminal ( 22 ) and the at least one potential connection ( 24 . 26 ) and, if a determined value of the electrical resistance is less than a predetermined comparison value, an alarm signal ( 28 ).

Insulation monitor according to claim 1, characterized by an activation connection ( 30 ) for connection to an accident detection unit of the motor vehicle, wherein the isolation guard ( 10 ) is formed, the electrical resistance only when activated by an activation signal of the accident detection unit at the activation port ( 30 ) to investigate.

Insulation monitor according to claim 1 or 2, characterized in that the reference potential ( 20 ) at least by an electrically conductive housing of the electrical energy store ( 12 ) and / or an electrically conductive body part of the motor vehicle is formed.

Insulation monitor according to one of Claims 1 to 3, characterized by at least one triggering connection ( 32 ) for a in the housing of the electrical energy store ( 12 ) arranged explosive device ( 34 . 36 ) for disconnecting at least one electrical connection between an energy storage connection ( 38 . 40 ) of the electrical energy store ( 12 ) and at least one galvanic cell ( 42 ) of the energy store, wherein the isolation guard ( 10 ) is formed, a trigger signal at the trigger terminal ( 32 ) depending on the alarm signal ( 28 ).

Insulation monitor according to one of Claims 1 to 4, characterized by a power supply unit, by means of which the insulation monitor ( 10 ) is at least temporarily independently of a power supply of the motor vehicle operable.

Insulation monitor according to claim 5, characterized in that the power supply unit is designed to provide a redundant power supply for the insulation monitor ( 10 ).

Insulation monitor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the insulation monitor ( 10 ) is formed, together with a in the housing of the energy store ( 12 ) arranged contactor ( 44 ) for reversibly disconnecting the at least one electrical connection between the galvanic cell ( 42 ) and the energy storage connection ( 38 . 40 ) to be activated.

Electrical system ( 14 ) for a motor vehicle, in particular an electrically drivable motor vehicle, having a housing having an electrical energy storage ( 12 ), which is acted upon by electrical potential energy storage terminals ( 38 . 40 ), to the electrical lines ( 16 . 18 ) of the electrical system ( 14 ) are connected, wherein the electrical lines ( 16 . 18 ) electrically isolated from a reference potential ( 20 ) of the motor vehicle, as well as with an insulation monitor ( 10 ), which has a reference potential connection ( 22 ) for connection to the electrical reference potential ( 20 ) and at least one potential connection ( 24 . 26 ) for connecting to at least one of the electrical lines ( 16 . 18 ), characterized in that the insulation guard ( 10 ) according to one of the preceding claims and outside the housing of the energy store ( 12 ) is arranged.