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DE102011008795A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer elektrischen Masseisolierung in einem Antriebsstrangsystem - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer elektrischen Masseisolierung in einem Antriebsstrangsystem Download PDF

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DE102011008795A1
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electrical
high voltage
rectifier
switching circuits
inverter device
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Application number
DE102011008795A
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English (en)
Inventor
Harry J. Bauer
Wei D. Wang
James E. Tarchinski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

Ein Verfahren zum Überwachen des Betriebs eines Fahrzeugs, das ein elektrisches Hochspannungssystem umfasst, welches eine elektrische Energiespeichereinrichtung umfasst, die mit schaltenden Schaltkreisen einer Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung über einen Hochspannungsbus elektrisch verbunden ist, wobei die Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung ausgestaltet ist, um elektrische Leistung an eine elektrische Maschine über eine Aktivierung einer Vielzahl von schaltenden Einrichtungen zu übertragen, umfasst, dass eine elektrische Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems während eines fortlaufenden Betriebs des Fahrzeugs überwacht wird, dass ein Fehler bei der elektrischen Masseisolierung im elektrischen Hochspannungssystem im Anschluss an ein Fahrzeugausschaltereignis detektiert wird, und dass eine Stelle des Fehlers bei der elektrischen Masseisolierung detektiert wird, welcher der elektrischen Energiespeichereinrichtung, dem Hochspannungsbus, der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung und/oder der elektrischen Maschine zugeordnet wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft elektrische Systeme für Antriebsstrangsysteme, die Hybridantriebsstrangsysteme enthalten.
  • HINTERGRUND
  • Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und bilden möglicherweise nicht den Stand der Technik.
  • Fahrzeuge verwenden Antriebsstrangsysteme, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen, einschließlich von Hybridantriebsstrangarchitekturen, die ein Drehmoment durch ein Getriebe an ein Abtriebselement übertragen. Bekannte Hybridantriebsstrangarchitekturen enthalten Verbrennungsmotoren und Drehmomentmaschinen, die ein Drehmoment durch eine Getriebeeinrichtung an ein Abtriebselement übertragen. Das Abtriebselement kann mit einem Endantrieb für ein Kraftfahrzeug gekoppelt sein, um ein Antriebsdrehmoment dorthin zu übertragen. Die Drehmomentmaschinen können elektrische Maschinen umfassen, die ausgestaltet sind, um als Drehmomentmotoren und Generatoren für elektrische Leistung zu arbeiten.
  • Bekannte Hybridantriebsstrangarchitekturen umfassen elektrische Hochspannungs-Gleichstrom-Energiespeichersysteme (Hochspannungs-DC-Energiespeichersysteme), die elektrische Leistung über einen Hochspannungsbus an fahrzeugeigene und außerhalb des Fahrzeugs gelegene elektrische Einrichtungen übertragen. Fahrzeugeigene elektrische Einrichtungen umfassen Hilfsleistungsmodule, um Leistung an eine Niederspannungsbatterie zu übertragen, Zubehörmotoren zum Betreiben von Zubehöreinrichtungen, z. B. einem Klimaanlagenkompressor, und Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtungen zum Betreiben von Elektromotoren, die Drehmomentmaschinen umfassen.
  • Ein Fehler im Hochspannungsbus und in den fahrzeugeigenen elektrischen Einrichtungen kann zu einem Verlust der elektrischen Isolierung führen. Ein Verlust der elektrischen Isolierung benötigt eine Wartung zur Korrektur. Das Identifizieren einer speziellen Stelle für einen Fehler, der einen Verlust der elektrischen Isolierung verursacht, erleichtert Wartungsprozeduren zur Identifikation einer Reparaturprozedur, verringert Wartungskosten und verringert eine Fahrzeugstillstandszeit.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Verfahren zum Überwachen des Betriebs eines Fahrzeugs, das ein elektrisches Hochspannungssystem umfasst, welches eine elektrische Energiespeichereinrichtung umfasst, die mit schaltenden Schaltkreisen einer Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung über einen Hochspannungsbus elektrisch verbunden ist, wobei die Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung zur Übertragung von elektrischer Leistung an eine elektrische Maschine über eine Aktivierung einer Vielzahl von Schaltereinrichtungen ausgestaltet ist, umfasst, dass eine elektrische Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems während eines fortlaufenden Betriebs des Fahrzeugs überwacht wird, dass ein Fehler bei der elektrischen Masseisolierung im elektrischen Hochspannungssystem detektiert wird, und dass eine Stelle des Fehlers bei der elektrischen Masseisolierung detektiert wird, welcher der elektrischen Energiespeichereinrichtung, dem Hochspannungsbus, der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung und/oder der elektrischen Maschine im Anschluss an ein Fahrzeug-Ausschaltereignis zugeordnet wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine schematische Zeichnung eines Fahrzeugs ist, das einen Hybridantriebsstrang gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält;
  • 2 eine schematische Zeichnung eines elektrischen Schaltkreises für einen Hybridantriebsstrang gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 ein logisches Flussdiagramm gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
  • 4 und 5 Datenkurven gemäß der vorliegenden Offenbarung sind.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, in denen das gezeigte nur zur Darstellung einiger beispielhafter Ausführungsformen und nicht zur Begrenzung derselben gedacht ist, zeigt 1 eine Ausführungsform eines Fahrzeugs 100, das ein Hybridantriebsstrangsystem enthält, welches gemäß den hier beschriebenen Konzepten konfiguriert ist. Das beispielhafte Hybridantriebsstrangsystem enthält einen Verbrennungsmotor 10, der über ein Eingabeelement 12 mit einem Hybridgetriebe 20 mechanisch gekoppelt ist. Das Hybridgetriebe 20 ist ausgestaltet, um ein Drehmoment zwischen dem Eingabeelement 12, ersten und zweiten Drehmomentmaschinen 30 und 40 und einem Abtriebselement 64, das mit einem Endantrieb 90 gekoppelt ist, der ein oder mehrere Antriebsräder 92 umfasst, in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung und andere Leistungsbedürfnisse des Hybridantriebsstrangsystems zu übertragen. Das Hybridgetriebe 20 arbeitet selektiv in einem einer Vielzahl von Zuständen mit festem Gang, Neutralgang und einem kontinuierlich variablen Bereich, um ein Drehmoment zwischen dem Eingabeelement 12 und dem Abtriebselement 64 zu übertragen. Diese Ausführungsform des Fahrzeugs 100 mit dem Hybridantriebsstrangsystem dient zur Veranschaulichung. Die hier beschriebenen Konzepte können auf Antriebsstrangsysteme angewendet werden, die elektrische Hochspannungssysteme verwenden, welche von einer elektrischen Fahrzeugmasse elektrisch isoliert sind.
  • Das Hybridantriebsstrangsystem umfasst ein elektrisches Hochspannungssystem, um elektrische Hochspannungsleistung zwischen einer fahrzeugeigenen elektrischen Energiespeichereinrichtung (ESD) 50 und fahrzeugeigenen Leistungsmodulen zu übertragen, die Gleichrichter/Wechselrichter-Module, Hilfsleistungsmodule und Zubehörmodule umfassen. Das elektrische Hochspannungssystem umfasst einen Hochspannungs-DC-Bus 53, der eine positive Stromschiene 52 und eine negative Stromschiene 54 umfasst, die mit der ESD 50 verbunden sind. Der Hochspannungs-DC-Bus 53 überträgt elektrische Leistung zwischen der ESD 50 und einem oder mehreren Leistungsmodulen, welche die Gleichrichter/Wechselrichter-Module zum Versorgen elektrischer Maschinen mit Leistung, das Hilfsleistungsmodul für einen Leistungsaustausch mit Einrichtungen und Systemen, die mit Niederspannung arbeiten, und das Zubehörmodul zum Versorgen fahrzeugeigener Zubehöreinrichtungen mit Leistung umfassen. Die ESD 50 und der Hochspannungs-DC-Bus 53 sind von einer elektrischen Masse 11 des Fahrzeugfahrwerks elektrisch isoliert. Bei der gezeigten Ausführungsform überträgt der Hochspannungs-DC-Bus 53 elektrische Leistung zwischen der ESD 50 und ersten und zweiten Gleichrichter/Wechselrichter-Modulen (IM-A, IM-B) 35 und 45, einem Hilfsleistungsmodul (APM) 55 und einem Zubehörsteuermodul (ACM) 25.
  • Die ersten und zweiten Gleichrichter/Wechselrichter-Module (IM-A, IM-B) 35 und 45 transformieren in der ESD 50 gespeicherte potentielle elektrische Energie in elektrische Leistung, die über elektrische Kabel 33 bzw. 43 an die erste und zweite Drehmomentmaschine 30 bzw. 40 übertragen wird. Die transformierte potentielle elektrische Energie wird von der ersten und zweiten Drehmomentmaschine 30 und 40 verwendet, um ein mechanisches Drehmoment zu erzeugen. Die ersten und zweiten Gleichrichter/Wechselrichter-Module 35 und 45 transformieren ein mechanisches Drehmoment, das durch eine oder beide der ersten und zweiten Drehmomentmaschinen 30 und 40 übertragen wird, in speicherbare potentielle Energie zur Speicherung in der ESD 50. Das mechanische Drehmoment, das transformiert wird, kann vom Verbrennungsmotor 10 stammen. Alternativ und zusätzlich kann das mechanische Drehmoment von einem regenerativen Bremsdrehmoment stammen, das durch den Endantrieb 90 auf ein oder mehrere Antriebsräder 92 des Fahrzeugs 100 umgesetzt wird.
  • Das Hilfsleistungsmodul (APM) 55 ist mit einer Niederspannungsleistungsversorgung (LVPS) 65 verbunden, um eine elektrische Niederspannungsleistung dazwischen zu übertragen. Die Niederspannungsleistungsversorgung 65 umfasst bei einer Ausführungsform eine 12 Vdc Batterie. Das Hilfsleistungsmodul (APM) 55 enthält elektrische Leistungs- und Steuerschaltkreise, um zwischen elektrischer Hochspannungs- und Niederspannungsleistung umzuwandeln. Das Zubehörsteuermodul (ACM) 25 kann betrieben werden, um eine mehrphasige elektrische Zubehörmaschine (AC) 60 zu betreiben, die bei einer Ausführungsform eine mehrphasige elektrische Maschine umfasst, die mit einem Klimaanlagenkompressor mechanisch gekoppelt ist.
  • Ein lokaler Netzwerkbus (LAN-Bus) 56 ist bei einer Ausführungsform mit einem Steuermodul (CM) 5, einer Anwenderschnittstelle (UI) 15, den ersten und zweiten Gleichrichter/Wechselrichter-Modulen (IM-A, IM-B) 35 und 45, dem Hilfsleistungsmodul (APM) 55 und dem Zubehörsteuermodul (ACM) 25 signaltechnisch verbunden. Der lokale Netzwerkbus (LAN-Bus) 56 ermöglicht eine strukturierte Kommunikation der Zustände von Betriebsparametern und von Aktorbefehlssignalen zwischen den angeschlossenen Steuermodulen, welche die vorstehend erwähnten Steuermodule umfassen. Das speziell verwendete Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Der LAN-Bus 56 und geeignete Protokolle sorgen für eine robuste Meldungsübertragung und Kopplung mehrerer Steuermodule. Es können mehrere Kommunikationsbusse verwendet werden, um die Kommunikationsgeschwindigkeit zu verbessern und ein gewisses Maß an Signalredundanz und -integrität bereitzustellen.
  • Ein Fahrzeugbediener befiehlt einen Betrieb des Fahrzeugs und des Antriebsstrangsystems unter Verwendung mehrerer Schnittstelleneinrichtungen, die hier als die Anwenderschnittstelle (UI) 15 dargestellt sind. Bevorzugte Schnittstelleneinrichtungen umfassen einen Bedienerschlüssel, ein Gaspedal, ein Bremspedal, einen Getriebegangwahlhebel (z. B. PRNDL) und ein Lenkrad. Der Bediener führt ein Einschaltereignis aus, um das Fahrzeug und das Antriebsstrangsystem zu betreiben und er führt unter Verwendung des Bedienerschlüssels ein Ausschaltereignis aus, um den Betrieb des Fahrzeugs und des Antriebsstrangs zu beenden. Der Bediener befiehlt eine Bedienerdrehmomentanforderung einschließlich einer Beschleunigung und eines Bremsens des Fahrzeugs unter Verwendung der Gas- und Bremspedale. Der Bediener befiehlt eine Richtung der Fahrzeugfahrt unter Verwendung des Lenkrads. Die Schnittstelleneinrichtungen sind zur Veranschaulichung und nicht zur Einschränkung gedacht.
  • Das Steuermodul 5 ist vorzugsweise ein universeller Digitalcomputer, der eine Vielzahl von Steuerschemata in der Form von algorithmischem Code und Kalibrierungen ausführt, um einen Betrieb des Fahrzeugs 100 zu steuern. Die Steuerschemata umfassen das Steuern eines Betriebs der Leistungsmodule, welche Gleichrichter/Wechselrichter-Module zum Betreiben elektrischer Maschinen, Hilfsleistungsmodule zum Leistungsaustausch mit Einrichtungen und Systemen, die mit Niederspannung arbeiten, und Zubehörmodule zum Betreiben von fahrzeugeigenen Zubehöreinrichtungen umfassen. Bei der dargestellten Ausführungsform umfassen die Gleichrichter/Wechselrichter-Module das erste und zweite Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (IM-A, IM-B) 35 und 45, die Hilfsleistungsmodule zum Leistungsaustausch mit Einrichtungen und Systemen, die mit Niederspannung arbeiten, umfassen ein Hilfsleistungsmodul (APM) 55 und die Zubehörmodule zum Betreiben von fahrzeugeigenen Zubehöreinrichtungen umfassen das Zubehörsteuermodul (ACM) 25 zum Betreiben der Zubehöreinrichtung (AC) 60, die bei der dargestellten Ausführungsform den Klimaanlagenkompressor umfasst. Das Steuermodul 5 stellt Funktionen bereit, die das Überwachen von Eingängen von Erfassungseinrichtungen und das Ausführen von Steuer- und Diagnoseroutinen zur Steuerung eines Betriebs von Aktoren unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen umfassen. Das Steuermodul 5 ist der Einfachheit halber als eine individuelle diskrete Einrichtung gezeigt. Es ist zu erkennen, dass die dadurch ausgeführten Funktionen in einer Vielzahl von Steuermoduleinrichtungen ausgeführt werden können, die Elemente des Antriebsstrangsystems individuell steuern, welche z. B. ein Steuermodul für den Verbrennungsmotor 10, ein Steuermodul für das Getriebe 20, Steuermodule für die ersten und zweiten Gleichrichter/Wechselrichter-Module 35 und 45 der Drehmomentmaschinen 30 und 40 und ein Steuermodul für die mehrphasige elektrische Zubehörmaschine (AC) 60 umfassen. Ein Controller 37, der ein Steuermodul für das erste Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 35 enthält, ist in 2 gezeigt. Bei der Verwendung hierin werden die Begriffe Steuerung, Controller, Modul, Steuermodul und dergleichen so verstanden, dass sie verschiedene einzelne oder Kombinationen von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), elektronischen Schaltkreisen, zentralen Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und zugehörigem Arbeitsspeicher und Massenspeicher (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Festplattenlaufwerk usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Einrichtungen, geeigneten Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen geeigneten Komponenten zur Bereitstellung der beschriebenen Funktionalität bedeuten. Das Steuermodul weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Softwareprogrammanweisungen und Kalibrierungen umfassen, die im Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Die Algorithmen werden vorzugsweise in voreingestellten Schleifenzyklen ausgeführt. Algorithmen werden ausgeführt, etwa durch eine zentrale Verarbeitungseinheit, und dienen zur Überwachung von Eingängen von Erfassungseinrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen und führen Steuer- und Diagnoseroutinen aus, um einen Betrieb von Aktoren zu steuern. Schleifenzyklen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden; z. B. alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während eines fortdauernden Betriebs des Verbrennungsmotors und des Fahrzeugs. Alternativ können Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
  • 2 zeigt schematisch Details eines Teils des elektrischen Hochspannungssystems einschließlich der ESD 50, die über die positive Stromschiene 52 und die negative Stromschiene 54 des Hochspannungsbusses 53 mit dem ersten Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 35 verbunden ist, das über elektrische Kabel 33 mit der ersten Drehmomentmaschine 30 verbunden ist. Die ESD 50 ist über einen Hochspannungsschalter K2 mit der positiven Stromschiene 52 elektrisch verbunden und über einen Hochspannungsschalter K1 mit der negativen Stromschiene 54 elektrisch verbunden. Das erste Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 35 enthält den Controller 37, der mit jedem einer Vielzahl von Leistungstransistoren 39A–39F verbunden ist, um einen Betrieb derselben zu steuern. Beispielhafte Leistungstransistoren 39A–39F umfassen bei einer Ausführungsform Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBTs). Die Leistungstransistoren 39A–39F sind in einen offenen Zustand und einen Kurzschlusszustand steuerbar. Wenn sich einer der Leistungstransistoren 39A–39F in dem offenen Zustand befindet, dann gibt es keinen elektrischen Stromfluss zwischen einem Emitter und einem Kollektor desselben, d. h. zwischen dem Emitter und dem Kollektor liegt eine Schaltungsunterbrechung vor. Wenn sich einer der Leistungstransistoren 39A–39F im Kurzschlusszustand befindet, fließt ein elektrischer Strom zwischen dem Emitter und dem Kollektor, d. h. es gibt einen Kurzschluss zwischen dem Emitter und dem Kollektor. Der Controller 37 aktiviert sequentiell auf periodische und sich wiederholende Weise die Leistungstransistoren 39A–39F, um elektrische Leistung zwischen entweder der positiven Stromschiene 52 oder der negativen Stromschiene 54 des Hochspannungsbusses 53 und mehreren Wicklungen der ersten Drehmomentmaschine 30 zu übertragen, um elektrische Leistung in mechanisches Drehmoment zu transformieren und um mechanisches Drehmoment in elektrische Leistung zu transformieren. Die Fahrwerkmasse 11 ist gezeigt. Der Controller 37 misst eine erste Spannung V1, die ein elektrisches Potential zwischen der Fahrwerksmasse 11 und der negativen Stromschiene 54 umfasst, über einen ersten Widerstand R2 mit hoher Impedanz an einer speziellen Stelle im Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 35. Der Controller 37 misst eine zweite Spannung V2, die ein elektrisches Potential zwischen der positiven Stromschiene 52 und der Fahrwerksmasse 11 umfasst, über einen zweiten Widerstand R1 mit hoher Impedanz an einer speziellen Stelle im Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 35. Der Controller 37 misst eine Batteriespannung Vb, die ein elektrisches Potential zwischen der positiven Stromschiene 52 und der negativen Stromschiene 54 des Hochspannungsbusses 53 umfasst, an einer speziellen Stelle, vorzugsweise im Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 35.
  • 3 zeigt ein logisches Flussdiagramm 200 zum Überwachen einer elektrischen Isolierung eines beispielhaften elektrischen Hochspannungssystems, das mit Bezug auf das elektrische Hochspannungssystem von 1 und 2 beschrieben wird. Das Flussdiagramm 200 wird als ein oder mehrere Algorithmen im Steuermodul 5 ausgeführt, um eine elektrische Isolierung des elektrischen Hochspannungssystems zu überwachen, und umfasst das Überwachen, Detektieren und Lokalisieren eines Fehlers bei der Masseisolierung. Das Detektieren und Lokalisieren eines Fehlers bei der Masseisolierung im elektrischen Hochspannungssystem umfasst, dass im Anschluss an ein Fahrzeugausschaltereignis ein Fehlerisolierungsschema ausgeführt wird, um ein Vorhandensein des Fehlers bei der Masseisolierung im Hochspannungs-DC-Bus 53 und bei den Gleichrichter/Wechselrichter-Modulen für alle N elektrischen Maschinen zu detektieren, wobei N die Gesamtanzahl elektrischer Maschinen darstellt, die im Hybridantriebsstrangsystem verwendet werden. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist N = 3, einschließlich der ersten und zweiten Drehmomentmaschinen 30 und 40 und der mehrphasigen elektrischen Zubehörmaschine (AC) 60 und entsprechender erster und zweiter Gleichrichter/Wechselrichter-Module 35 und 45 und des Zubehörsteuermoduls (ACM) 25.
  • Während eines fortlaufenden Fahrzeugbetriebs überwacht das Steuersystem regelmäßig und periodisch eine elektrische Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems (205), um einen Verlust der Isolierung zu detektieren, der zu einem Fehler bei der Masseisolierung führt (210). Bei einem Ausschaltereignis im Anschluss an das Detektieren eines Fehlers bei der Masseisolierung wird das elektrische Hochspannungssystem heruntergefahren und das Steuermodul 5 führt das Fehlerisolierungsschema aus (215), welches umfasst, dass ein Signal an den bzw. die Controller des bzw. der Gleichrichter/Wechselrichter-Module gesandt wird, z. B. den Controller 37 des Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls 35, das alle Leistungstransistoren 39A–39F aller N Gleichrichter/Wechselrichter-Module für alle N elektrischen Maschinen gleichzeitig in den offenen Zustand befiehlt (220). Die elektrische Masseisolierung wird überwacht (225). Wenn ein Verlust der Isolierung detektiert wird, der zu einem Fehler bei der Masseisolierung führt (230), zeigt das Fehlerisolierungsschema an, dass ein Fehler bei der Masseisolierung vorliegt, der sich auf der DC-Seite des elektrischen Hochspannungssystems befindet, d. h. der Fehler bei der Masseisolierung befindet sich entweder in der ESD 50 oder im Hochspannungs-DC-Bus 53 (235).
  • Das Steuersystem befiehlt sequentiell jeden der Leistungstransistoren 39A–39F für jedes der Gleichrichter/Wechselrichter-Module für die N elektrischen Maschinen individuell in einen Kurzschlusszustand (240). Diese Operation kann selbst dann ausgeführt werden, wenn kein Isolierungsverlust detektiert wird, der zu einem Fehler bei der Masseisolierung führt (230). Alternativ kann das Steuersystem sequentiell jeden der Leistungstransistoren 39A–39F für jedes der Gleichrichter/Wechselrichter-Module der N elektrischen Maschinen individuell in einen Kurzschlusszustand befehlen, um das gesamte elektrische Hochspannungssystem auf Fehler bei der Masseisolierung zu überwachen, nachdem detektiert wird, dass sich ein Verlust der Isolierung, der zu einem Fehler bei der Masseisolierung führt, in der ESD 50 oder im Hochspannungs-DC-Bus 53 befindet.
  • Das Steuersystem befiehlt sequentiell jeden der Leistungstransistoren 39A–39F für jedes der Gleichrichter/Wechselrichter-Module der N elektrischen Maschinen individuell in den Kurzschluss-Zustand, während es die Leistungstransistoren für alle anderen Gleichrichter/Wechselrichter-Module für die N elektrischen Maschinen in den offenen Zustand befiehlt (240) und eine elektrische Masseisolierung überwacht (245), um einen Verlust der Isolierung zu detektieren, der zu einem Fehler bei der Masseisolierung führt (250), der mit dem individuell befohlenen Leistungstransistor 39A–39F für jedes der Gleichrichter/Wechselrichter-Module für die N elektrischen Maschinen verbunden ist.
  • Bei der Ausführungsform, die mit Bezug auf 1 und 2 gezeigt ist, befiehlt das Steuersystem jeden der Leistungstransistoren 39A–39F für jedes der Gleichrichter/Wechselrichter-Module der N elektrischen Maschinen sequentiell individuell in den Kurzschlusszustand, in dem es den Leistungstransistor 39A für die erste Drehmomentmaschine 30 in den Kurzschluss-Zustand befiehlt, während es die Leistungstransistoren 39B–39F für das erste Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 35 der ersten Drehmomentmaschine 30 und alle Leistungstransistoren für das zweite Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 45 der zweiten Drehmomentmaschine 40 und alle Leistungstransistoren für das Zubehörsteuermodul (ACM) 25 der mehrphasigen elektrischen Zubehörmaschine (AC) 60 in den offenen Zustand befiehlt. Das Steuersystem überwacht die elektrische Masseisolierung (245), um einen Verlust der Isolierung zu detektieren, der zu einem Fehler bei der Masseisolierung führt (250), der damit verbunden ist. Anschließend befiehlt das Steuersystem den Leistungstransistor 39B für die erste Drehmomentmaschine 30 in den Kurzschlusszustand, während es die Leistungstransistoren 39A und 39C–39F für die erste Drehmomentmaschine 30 und alle Leistungstransistoren für die zweite Drehmomentmaschine 40 und alle Leistungstransistoren für das Zubehörsteuermodul (ACM) 25 in den offenen Zustand befiehlt. Das Steuersystem überwacht die elektrische Masseisolierung (245), um einen Verlust der Isolierung zu detektieren, der zu einem Fehler bei der Masseisolierung (250) führt, der damit verbunden ist. Dieser Prozess wird wiederholt, bis jeder Leistungstransistor 39A–39F für die erste Drehmomentmaschine 30, jeder Leistungstransistor für das zweite Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 45 für die zweite Drehmomentmaschine 40 und jeder Leistungstransistor für das Zubehörsteuermodul (ACM) 25 für die mehrphasige elektrische Zubehörmaschine (AC) 60 in den Kurzschlusszustand befohlen wurde, während die verbleibenden Leistungstransistoren in den offenen Zustand befohlen wurden und die elektrische Masseisolierung überwacht wurde.
  • Das Steuersystem überwacht die elektrische Masseisolierung (245) während jedes sequentiell befohlenen Kurzschlusszustands für jeden der Leistungstransistoren 39A–39F für jedes Gleichrichter/Wechselrichter-Modul J (J = 1 bis N) der elektrischen Maschine N, während es die Leistungstransistoren für alle anderen Gleichrichter/Wechselrichter-Module der N elektrischen Maschinen in den offenen Zustand befiehlt, und überwacht die elektrische Masseisolierung, um einen Verlust der Isolierung zu detektieren, der zu einem Fehler bei der Masseisolierung führt (245, 250, 260). Das Steuersystem ist in der Lage, einen Fehler bei der Masseisolierung relativ zu einer speziellen elektrischen Maschine und relativ zu einem speziellen Schaltkreis zu lokalisieren, der mit einem der Leistungstransistoren verbunden ist, der mit einem der Gleichrichter/Wechselrichter-Module verbunden ist (255). Mehrere Stellen von Fehlern bei der Masseisolierung können detektiert werden, wenn das Steuersystem die vorstehend erwähnten Schritte wiederholt, um die Leistungstransistoren 39A–39F für die Gleichrichter/Wechselrichter-Module der N elektrischen Maschinen sequentiell individuell in einen Kurzschlusszustand zu befehlen (260).
  • 4 und 5 zeigen auf grafische Weise das Überwachen der elektrischen Masseisolierung, um einen Verlust der Isolierung zu detektieren, der zu einem Fehler bei der Masseisolierung führt. Dies umfasst, dass das erste Spannungspotential V1 zwischen der Fahrwerksmasse 11 und der negativen Stromschiene 54 gemessen wird, dass das zweite Spannungspotential V2 zwischen der positiven Stromschiene 52 und der Fahrwerksmasse 11 gemessen wird, und dass die Batteriespannung Vb zwischen der positiven Stromschiene 52 und der negativen Stromschiene 54 des Hochspannungsbusses 53 gemessen wird. Im Betrieb misst der Controller des Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls, z. B. der Controller 37 des Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls 35, das erste Spannungspotential V1, das zweite Spannungspotential V2 und die Batteriespannung Vb. Das erste Spannungspotential V1 und das zweite Spannungspotential V2 werden mit der Batteriespannung Vb verglichen. Bei einer Ausführungsform umfasst das Vergleichen der Spannungspotentiale V1 und V2 mit der Batteriespannung Vb das Berechnen eines Spannungsfehlerverhältnisses.
  • Der Controller 37 führt einen algorithmischen Code aus, um das Spannungsfehlerverhältnis zu berechnen, das eines der folgenden umfasst. 2·V1 / Vb [1] 2·V2 / Vb [2]
  • Im Idealfall weist das Spannungsfehlerverhältnis, das sowohl in Gleichung 1 als auch in Gleichung 2 berechnet wurde, einen Wert von 1,0 auf. Es werden zulässige maximale und minimale Schwellenwertgrenzen eingestellt, die bei einer Ausführungsform maximale und minimale Schwellenwert-Spannungsfehlerverhältnisse von 1,4 und 0,5 umfassen. Solange das berechnete Spannungsfehlerverhältnis innerhalb der maximalen und minimalen Schwellenwerte liegt, liegt folglich kein Verlust der Isolierung vor, der einen Fehler bei der Masseisolierung für das gemessene System anzeigt. Wenn das berechnete Spannungsfehlerverhältnis größer als der maximale Schwellenwert oder kleiner als der minimale Schwellenwert ist, liegt ein Verlust der Isolierung vor, der einen Fehler bei der Masseisolierung für das gemessene System anzeigt, welcher mit einem spezifischen Schaltkreis in Beziehung steht, der einem spezifischen Leistungstransistor 39A–39F zugeordnet ist, der einer spezifischen der N elektrischen Maschinen zugeordnet ist.
  • 5 zeigt Spannungsfehlerverhältnisse bei einem Verlust der Isolierung (LOI-Spannungsfehlerverhältnis), die über einem Fehlerniveau in Ohm pro Volt (Ω/V) aufgetragen sind, mit maximalen und minimalen Schwellenwertniveaus. Die positiven und negativen Spannungsfehlerverhältnisse werden berechnet, wie vorstehend mit Bezug auf Gleichung 1 und 2 beschrieben ist. Die Bestimmung eines Fehlerniveaus in Ohm pro Volt stellt eine Anzeige eines Nettoeffekts der Spannung bereit, der eine Impedanz zwischen der positiven Stromschiene 52 oder der negativen Stromschiene 54 des Hochspannungs-DC-Busses 53 und der elektrischen Masse 11 anzeigt. Somit können die maximalen und minimalen Fehlerniveaus anzeigen, dass der detektierte Fehler bei der Masseisolierung entweder in der positiven Stromschiene 52 oder der negativen Stromschiene 54 existiert. Wenn beispielsweise ein maximales Niveau zur Detektion von Isolierungsfehlern von 5000 Ohm pro Volt (5000 Ω/V) bevorzugt ist, betragen die Schwellenwertniveaus für Spannungsfehlerverhältnisse wie gezeigt 1,4 und 0,5. Wenn beispielsweise ein maximales Niveau zur Detektion von Isolierungsfehlern von 500 Ohm pro Volt (500 Ω/V) bevorzugt ist, betragen die Schwellenwertniveaus für Spannungsfehlerverhältnisse wie gezeigt 1,8 und 0,2.
  • Die Ausführungsform von 1 und 2 zeigt ein System, das die ersten und zweiten Drehmomentmaschinen 30 und 40 und das Zubehörsteuermodul (ACM) 25 umfasst. Es versteht sich, dass das Überwachen einer elektrischen Isolierung eines beispielhaften elektrischen Hochspannungssystems in Antriebsstrangsystemen ausgeführt werden kann, die elektrische Hochspannungssysteme und mehrphasige Elektromotoren einsetzen, welche beispielsweise riemengetriebene Generator-Starter-Systeme, die bei nominell 36 Vdc arbeiten, Elektrofahrzeuge mit Reichweitenvergrößerung und serielle Hybridantriebsstrangsysteme mit einer, zwei, drei oder mehr elektrischen Drehmomentmaschinen und Hybridantriebsstrangsysteme, die eine Vielzahl von Hilfs- und Zubehörleistungsmoduleinrichtungen verwenden, umfassen.
  • Es versteht sich, dass im Umfang der Offenbarung Modifikationen zulässig sind. Die Offenbarung wurde mit spezieller Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen und Modifikationen dazu beschrieben. Beim Lesen und Verstehen der Beschreibung können Anderen weitere Modifikationen und Veränderungen einfallen. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen Modifikationen und Veränderungen umfasst sind, sofern sie in den Schutzumfang der Offenbarung fallen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Überwachen eines Betriebs eines Fahrzeugs, das ein elektrisches Hochspannungssystem enthält, das eine elektrische Energiespeichereinrichtung umfasst, die mit schaltenden Schaltkreisen einer Gleichrichter/ Wechselrichter-Einrichtung über einen Hochspannungsbus elektrisch verbunden ist, wobei die Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung ausgestaltet ist, um elektrische Leistung an eine elektrische Maschine über eine Aktivierung einer Vielzahl von Schaltereinrichtungen zu übertragen, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine elektrische Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems während eines fortlaufenden Betriebs des Fahrzeugs überwacht wird; ein Fehler bei der elektrischen Masseisolierung im elektrischen Hochspannungssystem detektiert wird; und eine Stelle des Fehlers der elektrischen Masseisolierung im Anschluss an ein Fahrzeugausschaltereignis detektiert wird, welcher der elektrischen Energiespeichereinrichtung, dem Hochspannungsbus, der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung und/oder der elektrischen Maschine zugeordnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Detektieren der Stelle des Fehlers bei der elektrischen Masseisolierung umfasst, dass: alle schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung im Anschluss an das Fahrzeugausschaltereignis gleichzeitig in geöffnete Zustande befohlen werden; eine elektrische Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems überwacht wird; und die Stelle des Fehlers bei der elektrischen Masseisolierung, der dem Hochspannungsbus und/oder der elektrischen Energiespeichereinrichtung zugeordnet wird, im Anschluss an das Fahrzeugausschaltereignis detektiert wird, wenn der Fehler bei der elektrischen Masseisolierung im elektrischen Hochspannungssystem detektiert wird, wenn alle schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung gleichzeitig in geöffnete Zustande befohlen sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Detektieren der Stelle des Fehlers bei der elektrischen Masseisolierung umfasst, dass: im Anschluss an das Fahrzeugausschaltereignis einer der schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung in einen Kurzschlusszustand befohlen wird, während gleichzeitig die verbleibenden schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung in offene Zustände befohlen werden; eine elektrische Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems überwacht wird; und die Stelle des Fehlers bei der elektrischen Masseisolierung detektiert wird, welcher der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung und/oder der elektrischen Maschine zugeordnet wird, wenn der Fehler bei der elektrischen Masseisolierung im elektrischen Hochspannungssystem detektiert wird, wenn der eine der schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung in den Kurzschlusszustand befohlen ist und die verbleibenden schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung gleichzeitig in offene Zustande befohlen sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst, dass detektiert wird, dass der eine der schaltenden Schaltkreise, der in den Kurzschlusszustand befohlen wurde, intakt ist, wenn kein Fehler bei der elektrischen Masseisolierung im elektrischen Hochspannungssystem detektiert wird, wenn der eine der schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung in den Kurzschlusszustand befohlen ist und die verbleibenden schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung gleichzeitig in offene Zustände befohlen sind.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Überwachen der elektrischen Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems umfasst, dass: ein erstes elektrisches Spannungspotential zwischen einer positiven Stromschiene des Hochspannungsbusses und einer Masse des Fahrzeugfahrwerks gemessen wird; ein zweites elektrisches Spannungspotential zwischen der positiven Stromschiene des Hochspannungsbusses und einer negativen Stromschiene des Hochspannungsbusses gemessen wird; und eine Differenz zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Spannungspotential detektiert wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst, dass bestimmt wird, dass kein Fehler bei der elektrischen Masseisolation vorliegt, der mit dem einen der schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung verbunden ist, der in den Kurzschlusszustand befohlen ist, wenn die Differenz zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Spannungspotential innerhalb vorbestimmter Schwellenwertgrenzen liegt.
  7. Verfahren zum Überwachen einer elektrischen Masseisolierung in einem elektrischen Hochspannungssystem, das eine elektrische Energiespeichereinrichtung umfasst, die über einen Hochspannungsbus mit einer Gleichrichter/ Wechselrichter-Einrichtung elektrisch verbunden ist, wobei die Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung eine Vielzahl von schaltenden Schaltkreisen umfasst, die ausgestaltet sind, um elektrische Leistung an eine elektrische Maschine für ein Bodenfahrzeug zu übertragen, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Fahrzeugausschaltereignis detektiert wird; und dann alle schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung gleichzeitig in geöffnete Zustände befohlen werden und eine elektrische Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems überwacht wird; und dann einzelne der schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung im Anschluss an das Fahrzeugausschaltereignis sequentiell in einen Kurzschlusszustand befohlen werden, während gleichzeitig die verbleibenden schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung in offene Zustande befohlen werden und eine elektrische Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems überwacht wird, wobei das Überwachen der elektrischen Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems insbesondere umfasst, dass: ein erstes elektrisches Spannungspotential zwischen einer positiven Stromschiene des Hochspannungsbusses und einer Masse eines Fahrzeugfahrwerks gemessen wird; ein zweites elektrisches Spannungspotential zwischen der positiven Stromschiene des Hochspannungsbusses und einer negativen Stromschiene des Hochspannungsbusses gemessen wird; und eine Differenz zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Spannungspotential bestimmt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass ein Fehler bei der elektrischen Masseisolierung detektiert wird, der dem Hochspannungsbus und/oder der elektrischen Energiespeichereinrichtung zugeordnet wird, wenn die Differenz zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Spannungspotential außerhalb vorbestimmter Schwellenwertgrenzen liegt, wenn die elektrische Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems überwacht wird, während alle schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung gleichzeitig in geöffnete Zustände befohlen sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass ein Fehler bei der elektrischen Masseisolierung detektiert wird, der einem einzelnen der schaltenden Schaltkreise zugeordnet wird, wenn die Differenz zwischen dem ersten und zweiten elektrischen Spannungspotential außerhalb vorbestimmter Schwellenwertgrenzen liegt, wenn die elektrische Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems überwacht wird, während der einzelne der schaltenden Schaltkreise der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung in einen Kurzschlusszustand befohlen ist und die verbleibenden Schaltkreise der Gleichrichter/ Wechselrichter-Einrichtung gleichzeitig in geöffnete Zustände befohlen sind.
  10. Verfahren zum Detektieren eines Fehlers bei der elektrischen Masseisolierung in einem elektrischen Hochspannungssystem, das eine Vielzahl von Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtungen umfasst, die mit einem Hochspannungsbus elektrisch verbunden sind, wobei jede Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtung eine Vielzahl von schaltenden Schaltkreisen umfasst, die ausgestaltet sind, um elektrische Leistung an eine elektrische Maschine zu übertragen, wobei das Verfahren umfasst, dass: das elektrische Hochspannungssystem heruntergefahren wird; und dann einzelne der schaltenden Schaltkreise einer der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtungen sequentiell in einen Kurzschlusszustand befohlen werden, während die verbleibenden schaltenden Schaltkreise der einen der Gleichrichter/Wechselrichter-Einrichtungen in geöffnete Zustande befohlen werden, und eine elektrische Masseisolierung des elektrischen Hochspannungssystems überwacht wird; und eine Stelle eines Fehlers bei der elektrischen Masseisolierung detektiert wird, der dem einzelnen der schaltenden Schaltkreise zugeordnet wird, der in den Kurzschlusszustand befohlen ist, wenn ein Fehler bei der elektrischen Masseisolierung in dem elektrischen Hochspannungssystem detektiert wird.
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