DE69624409T2 - Überwachung der Isolation in elektrischen Fahrzeugen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen und Signalisieren des Fehlens der elektrischen Isolierung zwischen der Antriebseinheit und der Karosserie bei Elektrofahrzeugen.
• Es ist bekannt, dass bei elektrischen Straßenfahrzeugen die Antriebseinheit aus Sicherheitsgründen elektrisch von der Karosserie getrennt ist. Bei einer Stromdurchlässigkeit oder einem Kurzschluss zwischen irgendeiner Stelle der Einheit und der Karosserie treten Fehler oder Anomalien in der Arbeit des Fahrzeuges nicht unmittelbar auf, so dass es nicht möglich ist, sofort derartige Stromdurchlässigkeiten oder Kurzschlüsse zu erfassen. Die Situation ändert sich jedoch dann, wenn eine zweite Stelle der Einheit in Kontakt mit der Karosserie kommt, insbesondere wenn der Kontakt auf der Höhe der Zwischenblöcke des Batteriepaketes auftritt, da diese nicht durch Sicherungen geschützt sind, und ein Kurzschluss der Blöcke des Batteriepaketes zu einem hohen Stromfluss führt, der tatsächlich dazu führen kann, dass die Blöcke explodieren.
• Es ist daher zweckmäßig, eine Signalisierung, dass eine Stromdurchlässigkeit oder ein Kurzschluss zwischen der Antriebseinheit und der Karosserie vorliegt, verfügbar haben zu können, wenn der erste Fehler auftritt, so dass Maßnahmen getroffen werden können, bevor der zweite und viel gravierendere Fehler auftritt.
• Bei losen elektrischen Leitungen basiert eines der einfachsten und am häufigsten verwandten Verfahren zum Erfassen von Leckströmen auf der Messung der Spannungen zwischen jeder der beiden Phasen und Masse gemäß Schaltbild 1 in Fig. 1. Ein Voltmeter 5 liegt zwischen einer elektrischen Leitung 2 und Masse 4, während ein Voltmeter 6 zwischen einer elektrischen Leitung 3 und Masse 4 liegt. Wenn keine Stromflüsse zwischen den elektrischen Leitung 2, 3 und Masse 4 auftreten, zeigen die Voltmeter 5 und 6 ein und denselben Wert, nämlich die Hälfte der Leitungsspannung V. Es sei jedoch angenommen, dass ein Stromdurchlass vorhanden ist, der in Fig. 1 durch einen Widerstand 7 wiedergegeben ist, der zwischen die elektrische Leitung 3 und Masse 4 geschaltet ist. Das Vorliegen des Widerstandes 7 führt dazu, dass das Voltmeter 5, das mit der elektrischen Leitung 3 verbunden ist, einen Spannungswert zeigt, der um einen Wert proportional zum Wert des Leckwiderstandes 7 und seinem eigenen Innenwiderstand niedriger als der Wert ist, den das Voltmeter 6 zeigt.
• In Elektrofahrzeugen wird das oben beschriebene Verfahren dem Schaltbild 10 in Fig. 2 entsprechend angewandt. Die ersten Anschlüsse von zwei Voltmeter 12 und 13 sind mit den Enden des Versorgungsteils 11 des Elektrofahrzeuges, der aus einer Reihenschaltung einer Anzahl von Batterien besteht, insbesondere so verbunden, dass das Voltmeter 2 am negativen Pol 14 liegt und das Voltmeter 13 am positiven Pol 15 liegt. Die zweiten Anschlüsse der Voltmeter 12 und 13 liegen an Masse 16 (im typischen Fall die Karosserie des Fahrzeuges). Der negative Pol 14 und der positive Pol 15 des Versorgungsteils sind mit einer Antriebseinheit 17 des Elektrofahrzeuges über zwei elektrische Leitungen. 18 und 19 verbunden, in denen zwei Schutzsicherungen 20, 21 liegen. Auch in diesem Fall messen die Instrumente 12 und 13 denselben Wert gleich der Hälfte der Spannung über dem Versorgungsteil 11, wenn Stromdurchlässe bezüglich Masse fehlen, wohingegen beim Auftreten von Leckströmen auf den elektrischen Leitungen 18 und 19, die durch zwei Widerstände 22 und 23 wiedergegeben werden können, die zwischen die elektrischen Leitungen 18 und 19 und Masse 16 geschaltet sind, die beiden Voltmeter 12 und 13 Spannungen messen, die in einer Weise voneinander verschieden sind, die proportional zum Unterschied zwischen den beiden Leckwiderständen 22 und 23 ist.
• Mit der Anwendung dieses Verfahrens zum Erfassen von Stromdurchlässen bezüglich Masse sind mehrere Probleme verbunden. Wenn die Leckwiderstände 22 und 23 den gleichen Widerstandswert haben, zeigen die beiden Voltmeter 12 und 13 den gleichen Spannungswert gleich der Hälfte der Spannung des Versorgungsteils 11. Das heißt allgemein, dass eine Leckwiderstand, der mit einem Pol der Batterien verbunden ist, dazu neigt, den Effekt des anderen Widerstandes zu unterdrücken, der mit dem anderen Pol verbunden ist. In diesem Fall ist es daher nicht möglich, aus dem Unterschied zwischen den beiden Messungen einen Stromdurchlass zu erfassen. Da weiterhin der Versorgungsteil im Allgemeinen mehrere verschiedene Kästen umfasst, nimmt er einen relativ hohen Oberflächenbereich und relativ große Volumina ein, so dass dann, wenn sich der Leckwiderstand genau in der Mitte der Batteriegruppe befindet, aus der der Versorgungsteil 11 besteht, die Voltmeter 12 und 13 keine Leckströme zeigen werden. Bei Leckströmen im Inneren des Versorgungsteils 11 hat schließlich dieses Erfassungsverfahren mit Hilfe von Voltmetern eine Empfindlichkeit, die größer ist, wenn der Leckstrom nahe an den Enden der Batteriegruppe auftritt, und die kleiner ist, wenn dieser Leckstrom nahe an der Mitte auftritt. Es wird daher schwierig, einen annehmbaren Schwellenwert für alle Positionen und Werte der Leckwiderstände festzulegen.
• Die DD 279958 A, auf der der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert, beschreibt ein Verfahren zum Überwachen der Stromdurchlässigkeit in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug. Ein Wechselstromgenerator mit einem bekannten Innenwiderstand ist vorgesehen, der eine Wechselspannung an die Stromversorgungsleitungen legt und die Wechselspannung über den Stromversorgungsleitungen wird überwacht, um den Leckwiderstand zu bestimmen. Es ist insbesondere ein Spannungskomparator vorgesehen, der mit den Stromversorgungsleitungen verbunden ist und im Grunde bewertet, ob der Leckwiderstand unter einem bestimmten kritischen Wert liegt, und eine dementsprechende Warnung ausgibt.
• Ziel der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen und Signalisieren des Fehlens der elektrischen Isolierung zwischen der Antriebseinheit und der Karosserie in Elektrofahrzeugen zu schaffen, die die oben beschriebenen Nachteile nicht haben.
• Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Überwachen und Signalisieren des Fehlens der elektrischen Isolierung zwischen der Antriebseinheit und der Karosserie bei Elektrofahrzeugen geschaffen, das im Anspruch 1 angegeben ist.
• Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Überwachen und Signalisieren des Fehlens der elektrischen Isolierung zwischen der Antriebseinheit und der Karosserie bei Elektrofahrzeugen, die im Anspruch 7 angegeben ist.
• Zum besseren Verständnis der Erfindung wird im Folgenden eine bevorzugtes Ausführungsbeispiel ausschließlich als nicht erschöpfendes Beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen
• - Fig. 1 ein vereinfachtes Diagramm des bekannten Verfahrens zeigt, dass bei losen elektrischen Leitungen zum Erfassen von Stromdurchlässen verwandt wird,
• - Fig. 2 ein vereinfachtes Diagram der Anwendung des bekannten Verfahrens auf Elektrofahrzeuge zum Erfassen von Stromdurchlässen zeigt,
• - Fig. 3 das Schaltbild der Vorrichtung zeigt, auf die sich die Erfindung bezieht,
• - Fig. 4 das Schaltbild im Einzelnen eines Ausführungsbeilspiels der Vorrichtung zeigt, auf die sich die Erfindung bezieht.
• Fig. 3 zeigt das Schaltbild einer Vorrichtung 25, auf sich die Erfindung bezieht. Die Vorrichtung 25 ist mit einem der beiden Pole 26, 28 (im vorliegenden Fall dem negativen Pol 26) eines Versorgungsteils 27 des Fahrzeuges verbunden. Der Versorgungsteil 27 ist seinerseits mit der Antriebsseite 29 über elektrische Leitungen 30 und 31 verbunden, in denen zwei Schutzsicherungen 32 und 33 liegen. Die Vorrichtung 25 umfasst insbesondere einen Wechselspannungsgenerator 35, dessen erster Anschluss mit der Karosserie 26 verbunden ist, während sein zweiter Anschluss mit einem ersten Anschluss eines Nebenschlusswiderstandes (Nebenschluss) 37 verbunden ist. Der zweite Anschluss des Nebenschlusswiderstandes 37 liegt an einem ersten Anschluss eines Kondensators 38, dessen zweiter Anschluss mit dem negativen Anschluss 26 des Versorgungsteils 27 verbunden ist. Ein Voltmeter 39 ist über den Nebenschlusswiderstand 37 geschaltet, um die am Nebenschlusswiderstand 37 auftretende Wechselspannung zu messen.
• Die Vorrichtung 25 basiert auf dem Prinzip, dass eine Wechselspannung an die Schaltung, deren Isolierung geprüft werden soll, bezüglich der Karosserie gelegt wird, so dass ein Leckstrom erzeugt wird, wenn eine Stromdurchlass auftritt. In der Praxis wird ein Strom in die Versorgung 27 und den Antriebsteil 29 des Fahrzeuges, nämlich ein Wechselstrom (symbolisch in der Darstellung durch ausgezogene Linien ID wiedergegeben), geleitet, dessen Stromkreis sich wieder am Generator selbst mittels des globalen Leckwiderstandes schließt, der aus der Parallelschaltung aller Leckwiderstände besteht, die vorhanden sind, und die durch die Bauteile 40 bis 43 wiedergegeben sind. Durch ein Messen der Spannung über dem Nebenschlusswiderstand 37 ist es möglich, den Leckstrom auf der Grundlage des Widerstandswertes des Nebenschlusswiderstandes 37 zu bestimmen, indem die gemessene Spannung vom Wert der Spannung abgezogen wird, die vom Generator 35 kommt, so dass es auf der Basis des gemessenen Leckstromes möglich wird, den globalen Leckwiderstand der Schaltung zu erhalten. Der Leckstrom und der globale Widerstand können direkt oder indirekt auf der Grundlage der Spannung am Nebenschlusswiderstand 37 über ein Voltmeter 39, das in geeigneter Weise geeicht ist, oder über ein geeignete Logik (wie sie im Einzelnen beispielsweise anhand von Figur beschrieben wird) berechnet werden.
• Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung erlaubt es die Verwendung einer Wechselspannung, dass das selbe Signal an allen Leckwiderständes 40 bis 43 der Schaltung liegt, um somit eine Messung zu erhalten, die unabhängig von der Position des oder der Leckwiderstände ist.
• In der in Fig. 3 dargestellten Schaltung dient der Entkoppelungskondensator 38 dazu, die Gleichspannung des Versorgungsteil 27 von den Bauteilen 35, 37, 39 so abzukoppeln, dass diese Gleichspannung keinen Einfluss auf die Messung des Voltmeters 39 hat. Das Vorhandensein des Entkoppelungskondensator 38 kann jedoch zu einer Anzahl von Nachteilen bei der fehlerfreien Arbeit der Vorrichtung 25 führen. Zunächst liegt zu dem Zeitpunkt, an dem ein Stromdurchlass in der Schaltung der Antriebseinheit 29 oder im Versorgungsteil 27 auftritt, eine Gleichspannungsstufe am Kondensator 38. Diese Situation entsteht beispielsweise bei einem Stromdurchlass am Knotenpunkt 40a zwischen den Batterien, was in Fig. 3 durch den Widerstand 40 dargestellt ist. Diese Stufe hat einen Wert gleich der algebraischen Summe der Spannung, die von den Batterieblöcken erzeugt wird, die in dem Netz liegen, das den Leckwiderstand enthält (40 in diesem Fall) und der Vorrichtung 25. Das heißt, dass ein Lade- oder Entladestrom des Kondensators 38, dessen Dauer vom Wert der Zeitkonstanten des RC-Gliedes aus dem Kondensator 38 selbst und der Gruppe von Widerständen 40 und 37 abhängt, im Nebenschlusswiderstand 37 zusätzlich zum Wechselstrom vom Generator 35 fließt.
• Damit folglich das Voltmeter 29 fehlerfrei den Wert der Spannung über dem Nebenschlusswiderstand 37 auch bei einem Übergang der oben beschriebenen Art bestimmen kann, ist es zweckmäßig, die Einflüsse dieses Übergangs auszuschalten. Da weiterhin der Wert der Wechselspannung vom Generator 35 nur einige wenige Volt beträgt, während die Gleichspannungsstufe am Kondensator 38 tatsächlich einige 100 Volt erreichen kann, kann das Messen des Leckstromes tatsächlich für eine Zeit blockiert sein, die ein Vielfaches der oben erwähnten Zeitkonstanten beträgt, und zwar wegen der Skalenendwertbeschränkung des Voltmeters 39.
• Schließlich weist die gesamte Antriebseinheit Streukapazitäten bezüglich der Karosserie auf, die durch einen Kondensator 44 wiedergegeben sind, der parallel zum Leckwiderstand 43 der Antriebsschaltung liegt. Diese Streukapazität hat häufig einen Wert, der nicht vernachlässigbar ist, und ihre Reaktanz ist umgekehrt proportional sowohl zur Frequenz des Signals vom Generator 35 als auch zum Wert der Kapazität des Kondensators 44 selbst. Diese Kapazität kann daher zu Fehlern in der Erfassung des Leckstromes führen, so dass es für eine fehlerfreie Erfassung von Stromdurchlässen mangels Isolierung zweckmäßig ist, die Einflüsse auch dieser Streukapazität auszuschalten.
• Um die Nachteile der Spannungsstufe zu beseitigen, wird gemäß eines Merkmals der Erfindung das Fortschreiben der Messung der Spannung am Nebenschlusswiderstand 37 für eine Zeit blockiert, die die Zeit überschreitet, die die Erscheinung braucht um abzuklingen, und ist weiterhin eine Filter mit einer großen Zeitkonstanten stromaufwärts von dem Element angeordnet, das die Messung der Spannung am Nebenschlusswiderstand 37 ausführt (Voltmeter 39 in Fig. 3), so dass die oben erwähnte Spannungsstufe nicht zu merklichen Änderungen in dem Wert führt, der vor dem Blockieren der Fortschreibung gemessen wurde.
• Um die Nachteile aufgrund der reaktiven Komponente des Leckstromes zu beseitigen, wird der Wechselspannungsgenerator 35 so gewählt, dass er eine ausreichend niedrige Frequenz hat, damit die Reaktanz des Kondensators 44 bezüglich des gesamten Leckwiderstandes vernachlässigbar wird. Unter Annahme eines hypothetischen Wertes der Kapazität des Kondensators 44 von annähernd 100 nF (ein sinnvoller Wert für heutige Einheiten), bei einem Wunsch einen Wert des gesamten Leckwiderstandes von annähernd 1 MW aufzuzeichnen, und indem zugelassen wird, dass die Reaktanz des Kondensators 44 um wenigstens 10 Volt größer als der gesamte Leckwiderstand ist, wird ein Wert dieser Reaktanz von 10 MW erhalten.
• Mit dem Wert dieser Reaktanz gleich:
• ist es daher möglich, den Wert der Frequenz zu bestimmen, mit der der Generator 35 arbeiten sollte, nämlich:
• Die Frequenz des Generators liegt daher vorzugsweise bei 0,1 Hz.
• Das Blockieren und anschließende Freigeben des Fortschreibens der Messung des Voltmeters 39, um die Einflüsse der Einführungsstufe auszuschalten, führt zu einer Verzögerung von wenigen Sekunden bei der Erfassung einer Änderung in der Isolierung. Diese Langsamkeit der Anzeige einer schlechten Isolierung ist jedoch für die beabsichtigte Anwendung hinnehmbar, da sie in keiner Weise die Benutzung des elektrischen Fahrzeuges gefährdet. Diese Anzeige dient in der Tat nur als Einladung, technische Hilfe so bald wie möglich zu suchen, und die Sicherheit des Benutzers wird durch eine Verzögerung von wenigen Sekunden in keiner Weise beeinträchtigt.
• In der Vorrichtung 25 wird der Leckstrom, der proportional zur momentanen Spannung des Generators 35 ist, unterdrückt, wenn die Wechselspannung vom Generator 35 durch Null geht, so dass aus diesem Grund die Messung dieses Stromes an diesem Punkt keine Bedeutung hat. Vorzugsweise ist daher ein Ablesen der Messung des Voltmeters 39 oder eines anderen Spannungsmessinstrumentes nur während der Spitzen der positiven und negativen Halbwellen des Generators 35 möglich. Das bedeutet, dass bei der Frequenz von 0,1 Hz das Fortschreiben des Wertes des Leckstromes nur alle 5 Sekunden auftritt. Auch in diesem Fall ist die Langsamkeit für die Funktion der Vorrichtung unschädlich.
• Es ist gleichfalls vorteilhaft, zwischen einer schwachen Isolierung und einem Kurzschluss zu unterscheiden und verschiedene Anzeigen in beiden Fällen zu erzeugen, da ein Kurzschluss wesentlich gefährlicher für die Unversehrtheit der Versorgungseinheit und die Sicherheit des Benutzers ist als eine schlechte Isolierung.
• Ein Ausführungsbeispiel einer Überwachungs- und Signalisierungsvorrichtung, die die obigen Überlegungen berücksichtigt ist in Fig. 4 dargestellt und mit 45 bezeichnet. Die Vorrichtung 45 ist mit dem negativen Pol 26 des Versorgungsteil (nicht dargestellt) des Antriebsteils des elektrischen Fahrzeuges (gleichfalls nicht dargestellt) verbunden und umfasst einen Teil 47, der eine Wechselspannung erzeugen kann, die in die Antriebsschaltung des Fahrzeuges (nicht dargestellt) eingeführt werden kann, der einen Wechselleckstrom erfassen kann, der proportional zum Ausmaß der Stromdurchlässe in der Schaltung ist, und der eine damit in Verbindung stehende Spannung erzeugen kann, einen Teil 51, der den Leckwiderstand auf der Grundlage der im Teil 47 erzeugten Spannung bewerten und Signale erzeugen kann, die Widerstandswerte unter bestimmten Schwellenwerten angeben, einen Teil 49, der ein Zuverlässigkeitsfenster der Ausgangssignale des Teils 51 ausgeben kann, und einen Teil 53, der die Signale speichern kann, die vom Teil 55 in den Zuverlässigkeitsintervallen kommen, die vom Teil 49 angegeben werden, und der Signale für einen geringfügigen Stromdurchlass oder eine Kurzschluss ausgeben kann.
• Der Teil 47 umfasst im Einzelnen einen Wechselspannungsgenerator 35 der vorzugsweise von einer integrierten Schaltung (ICL 8038 von Harris) gebildet wird, dessen erster Anschluss 35a mit der Karosserie 36 verbunden ist, dessen zweiter Anschuss 35b eine sinusförmige Spannung mit einer Frequenz von 0,1 Hz liefert und dessen dritter Anschluss 35c eine Rechteckwellenform mit der gleichen Frequenz von 0,1 Hz liefert, die um 90º bezüglich der Spannung am Anschluss 35b phasenverschoben ist. Der zweite Anschluss 35b des Generators 35 ist mit einem ersten Anschluss eines Nebenschlusswiderstandes 37 verbunden, während der Anschluss 35c mit dem Teil 49 verbunden ist. Der zweite Anschluss 37a des Nebenschlusswiderstandes 37 liegt am negativen Pol 26 des Versorgungsteils (nicht dargestellt) und zwar über einen Entkopplungskondensator 38.
• Der Teil 49 umfasst ein Tiefpassfilter 64 mit einer Zeitkonstanten von beispielsweise 10 ms, das mit dem zweiten Anschluss 37a des Nebenschlusswiderstandes 37 verbunden ist. Der Ausgang des Filters 64 liegt an den Eingängen von zwei Spannungskomparatoren 65 und 66, die einen hohen logischen Wert ausgeben, wenn die Eingangsspannung jeweils größer als beispielsweise 10 V und kleiner als beispielsweise -10 V ist. Die Ausgänge der beiden Spannungskomparatoren 65 und 66 sind mit den Eingängen eines ODER-Gliedes 67 verbunden, dessen Ausgang am Rücksetzeingang R eines Zählers 58 liegt. Ein Zeittakt- Eingang CK des Zählers 58 ist mit dem Anschluss 35c des Generators 35 verbunden und der Ausgang OUT des Zählers 58 ist sowohl mit dem Teil 53 zum Blockieren des Fortschreibens der Messungen als auch mit einer Zentraleinheit 87 zum Signalisieren des Fensters der Zuverlässigkeit der Messungen verbunden. Der Teil 49 umfasst schließlich ein monostabiles Glied (Flip- Flop) 59 zum Erzeugen von Spannungsimpulsen, die dazu benutzt werden, das Lesen der Messungen durch den Teil 51 freizugeben oder zu sperren, wie es oben im Einzelnen erläutert wurde. Die Vorrichtung 59 gibt insbesondere einen Rechteckimpuls bei jedem Übergang des Eingangssignals (Rechteckwelle) aus.
• Der Teil 51 umfasst ein Differentialglied 70, dessen Eingänge mit den beiden Anschlüssen des Nebenschlusswiderstandes 37 verbunden sind, und das dazu verwandt wird, den über dem Widerstand 37 vorhandenen Potentialunterschied zu messen, so dass es dem Voltmeter 39 von Fig. 3 entspricht. Der Ausgang des Differentialgliedes 70 liegt an einem Tiefpassfilter 71 mit einer Zeitkonstanten, die größer als die des Filters 64 ist und beispielsweise eine Sekunde beträgt. Der Ausgang des Filters 71 ist mit zwei Paaren von Komparatoren 72, 73 und 74, 75 verbunden, die einen hohen logischen Wert ausgeben, wenn die Spannung an ihren Eingang einem globalen Leckwiderstand von weniger als 1 MW und weniger als 10 KW jeweils entspricht. Diese Aufzeichnung wird über zwei Komparatoren fortgeschrieben, so dass der Vergleich sowohl für die positive Halbwelle als auch für- die negative Halbwelle der Spannung an ihren Eingang durchgeführt werden kann. Die Ausgänge der Komparatoren 72, 73 sind mit einem ODER-Glied 76 verbunden, während die Ausgänge der Komparatoren 74, 75 mit einem ODER-Glied 77 verbunden sind. Die Ausgänge der logischen Glieder 76 und 77 sind mit einem weiteren ODER-Glied 78 verbunden. Die Ausgänge der logischen Glieder 78 und 77 sind mit dem Teil 53 verbunden.
• Der Teil 53 umfasst zwei UND-Glieder 79 und 80, jeweils mit drei Eingängen, wobei die Ausgänge des Zählers 58, des monostabilen Gliedes 59 und des ODER-Gliedes 78 mit den Eingängen des ersten UND-Gliedes 79 verbunden sind und die Ausgänge des Zählers 58 des monostabilen Gliedes 59 und des ODER- Gliedes 77 mit den Eingängen des UND-Gliedes 80 verbunden sind. Die Ausgänge der UND-Glieder 79 und 80 sind jeweils beide mit den Setzeingängen S von zwei Speichergliedern 81 und 83 und mit zwei Invertern 82 und 84 verbunden. Die Ausgänge der Inverter 82 und 84 sind mit einem Eingang eines UND-Gliedes 85 und jeweils 86 verbunden, die jeweils drei Eingänge haben und deren Eingänge gleichfalls mit den Ausgängen des Zählers 58 und des monostabilen Gliedes 59 verbunden sind. Die Ausgänge der UND-Glieder 85 und 86 sind schließlich mit den Rücksetzeingängen R der Speicherglieder 81 und 83 verbunden, deren Ausgänge mit einer zentralen Signalisierungseinheit 87 verbunden sind, die ihrerseits zwei optische Signalelemente, beispielsweise Lampen 90, 91 ansteuert, die sich am Armaturenbrett des Fahrzeuges befinden.
• Die Vorrichtung 45 arbeitet in der folgenden Weise. Wie es bereits anhand von Fig. 3 erwähnt wurde, wird beim Vorliegen eines Stromdurchlasses bezüglich der Karosserie 36 ein Wechselstrom in dem Ring ausgelöst, der aus dem Teil 47, der Versorgungs- und Antriebsschaltung 27, 29 des Fahrzeuges, sowie dem Punkt, an dem der Stromdurchlass auftritt, dem entsprechenden Leckwiderstand 40 oder 41, oder 42 oder 43 und der Karosserie 36 gebildet ist.
• Das Differentialglied 70 misst die Spannung des Nebenschlußwiderstandes 37 aufgrund des Leckstromes und gibt ein Signal aus, das dem gemessenen Wert entspricht. Dieses Signal liegt am Tiefpassfilter 71, das es so filtert, dass hochfrequente Interferenzen beseitigt werden. Das gefilterte Signal wird durch Komparatoren 72 bis 75 verglichen, die ein entsprechendes Signal am Ausgang erzeugen, wenn sie eine Spannung erfassen, die im Absolutwert höher als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Die Komparatoren 72, 73 haben insbesondere einen Schwellenwert, der einem Leckwiderstand von weniger als einem MW (niedriger Stromdurchlass) entspricht, wohingegen die Komparatoren 74, 75 einen Schwellenwert haben, der einem Leckwiderstand von weniger als 10 KW (Kurzschluss) entspricht. Die Komparatoren legen dieses Signal über die ODER-Glieder 76 bis 78 an den Teil 53.
• Die Lecksignale, die Ausgang des ODER-Gliedes 77 oder 78 auftreten, liegen an den UND-Gliedern 79 und 80, die diese zu den entsprechenden Speichergliedern 81, 82 nur beim Vorliegen einer Freigabeanweisung legen; die vom Zähler 58 und vom monostabilen Glied 59 kommt, wie es im Folgenden beschrieben wird.
• Das am Anschluss 37a des Nebenschlusswiderstandes 37 auftretende Signal wird durch das Filter 64 gefiltert, um eine hochfrequente Interferenz zu entfernen, und anschließend durch die Komparatoren 65 und 66 verglichen. Diese Komparatoren haben einen Schwellenwert absolut von mehr als 10 V, um jede Spannungsstufe am Knotenpunkt 37a zu erfassen und ein entsprechendes Stufensignal zu erzeugen. Die Ausgangsignale der Komparatoren 65, 66 liegen am ODER-Glied 67, das seinerseits ein Rücksetzsignal erzeugt, das am Eingang R des Zählers 58 liegt, um den Zähler 58 zu sperren. Das Ausgangsignal des Zählers 58 bleibt folglich solange auf dem niedrigen logischen Pegel, solange das Stufensignal besteht. Am Ende der Stufe beginnt der Zähler 58 die Impulse an seinem Eingang CK zu zählen, und am Ende des gewünschten Zählvorganges (4 bis 5 Zeitkonstanten, die durch die Reihenschaltung der Widerstände 37, 40 bis 43 - Fig. 3 - und den Kondensator 38 bestimmt sind) gibt der Zähler ein Zuverlässigkeitsfenstersignal (hohes Ausgangsignal des Zählers 58) aus.
• Das Tiefpassfilter 64 hat zweckmäßigerweise eine niedrigere Zeitkonstante als das Filter 71, so dass der Stufenerkennungsteil (Bauteile 58, 64 bis 67) des Teils 49 schneller als der Teil 51 eingreift und ein Sammeln durch den Teil 53 der vom Teil 51 genommenen Messungen beim Vorliegen einer Einführungsstufe verhindert, wie es im Einzelnen im Folgenden beschrieben wird.
• Das monostabile Glied 59 erzeugt kurze Freigabeimpulse, die den positiven und negativen Spitzen der Spannungsdifferenz entsprechen, die durch den Teil 51 gemessen werden, um es dem Teil 53 zu ermöglichen, die Messungen vom Teil 51 nach Maßgabe dieser Spannungsspitzen zu sammeln, wie es im Folgenden im Einzelnen erläutert wird. In der Praxis werden diese Impulse (Auslesephasensignal) dann erzeugt, wenn sowohl die ansteigenden Flanken als auch die abfallenden Flanken der Rechteckwelle, die der Generator 35 an seinem Anschluss 35c erzeugt, erkannt werden.
• Die UND-Glieder 79 und 80 empfangen ein Hochpegelsignal vom entsprechenden ODER-Glied 78, 77 beim Vorliegen eines Leckwiderstandes mit weniger als einem MW und 10 KW jeweils und geben dieses Hochpegelsignal nur beim Vorliegen des Zuverlässlichkeitsfenstersignals vom Zähler 58 (oder beim Fehlen oder mit einer gegebenen Zeitverzögerung vom Ende der Einfügungsstufe) und des Auslesephasenlsignals vom monostabilen Glied 59 (oder nach Maßgabe der Spitzen der Wechselspannung) aus. Das am UND-Glied 79 oder 80 ausgegebene Hochpegelsignal wird dann durch das entsprechende Speicherglied 81, 83 gespeichert, dessen Ausgangssignal an der Zentraleinheit 87 liegt, so dass diese dementsprechend eine der Lampen 90, 91 (oder ein anderes optisches und/oder akustisches Signalgebersystem) versorgt.
• In dieser Phase hat das Ausgangsignal der logischen Glieder 85 und 86 immer einen niedrigen Pegel, da beim Vorliegen der Auslesephasenimpulse vom monostabilen Glied 59 die logischen Glieder 85, 86 das Negierungssignal (niedriger Pegel) von den logischen Gliedern 79, 80 empfangen. Sie sind in den Intervallen zwischen den Auslesephasenimpulsen oder beim Vorliegen der Einführungsstufen durch den Teil 49 gleichzeitig wie die logischen Gliedern 79, 80 gesperrt.
• Bei der Behebung des Leckstromes in der Antriebs- oder Versorgungsschaltung des Fahrzeuges kommt das Ausgangssignal des logischen Gliedes oder der logischen Glieder 78, 77 auf einen niedrigen Pegel, kommt das Signal an den Eingängen S der Speicherglieder 81, 83 auf einen niedrigen Pegel und kommt das Signal, das von den Invertern 82, 84 ausgegeben wird, auf einen hohen Pegel. Die logischen Glieder 85, 86 geben Rücksetzsignale für die Speicherglieder 81, 83 aus, sobald der Teil 49 freigegeben wird.
• Die Vorteile dieser Vorrichtung sind die folgenden. Sie erlaubt es zunächst, jeden Leckstrom über einem gegebenen Schwellenwert in zuverlässiger Weise zu signalisieren, sobald er auftritt. Sie ist darüber hinaus gegenüber äußeren Störungen und Übergangserscheinungen nicht empfindlich. Sie ist schließlich einfach und kann mit kostengünstigen Bauteilen hergestellt werden, was die Herstellungs- und Einbaukosten verringert.
• Es versteht sich schließlich, dass Abwandlungenn und Änderungen des Verfahrens und der Vorrichtung, die beschrieben und dargestellt wurden, möglich sind, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzugehen, wie er in den zugehörigen Ansprüchen angegeben ist. Beispielsweise können die Teile 49, 51, 53 in beliebiger Weise mittels einer kombinierten Schaltung, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, oder über eine angemessen programmierbare logische Einrichtung verwirklicht werden.

Claims (18)

1. Verfahren zum Überwachen und Signalisieren des Fehlens der elektrischen Isolierung zwischen einer Antriebseinheit (29) und der Karosserie (36) von elektrischen Fährzeugen, welches Verfahren die Schritte des Anlegens einer Wechselspannung an die Antriebseinheit (29) bezüglich der Karosserie (36), der Erfassung eines Wechselstromes, der aufgrund der Wirkung dieser Wechselspannung in der Karosserie (36) fließt, und der Bestimmung des Wertes von Leckwiderständen auf der Grundlage des Wertes des Wechselstromes und der anliegenden Wechselspannung umfasst, wobei der Schritt der Bestimmung des Wertes von Leckwiderständen die Schritte des Vergleichs des Leckwiderstandes mit einem ersten und einem zweiten vorbestimmten Schwellenwert, der Signalisierung schlechter Isolierung, wenn der Leckwiderstand unter einem ersten vorbestimmten Schwellenwert liegt, und der Signalisierung eines Kurzschlusses, wenn der Leckwiderstand unter einem zweiten vorbestimmten Schwellenwert liegt, umfasst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Anlegens einer Wechselspannung den Schritt des Anschlusses eines Wechselspannungsgenerators (35) an die Antriebseinheit (29) umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Erfassung eines Wechselstromes den Schritt der Schaltung eines Nebenschlusswiderstandes (37) mit bekanntem Wert in Reihe zu dem Spannungsgenerator (35) umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Bestimmung des Wertes der Leckwiderstände den Schritt der Schaltung eines geeichten Voltmeters (39) über den Nebenschlusswiderstand (37) umfasst.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Erfassung des Wechselstromes den Schritt der Entfernung von Gleichspannungsanteilen in der Antriebseinheit (29) umfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Beseitigung von Gleichspannungsanteilen den Schritt der Entkopplung des Wechselspannungsgenerators (35) von der Antriebseinheit (39) bezüglich der Gleichspannung umfasst.

7. Vorrichtung (45) zum Überwachen und Signalisieren des Fehlens der elektrischen Isolierung zwischen einer Antriebseinheit (29) und einer Karosserie (36) von elektrischen Fahrzeugen, welche Vorrichtung (45) einen Wechselspannungsgenerator (35), der zwischen der Antriebseinheit (29) und der Karosserie (36) liegt, eine Einrichtung (37) zum Erfassen des Stromes, der im Spannungsgenerator (35) fließt, und eine Einrichtung (39); (49), (51), (53) zum Bestimmen des Leckwiderstandes auf der Grundlage des Stromes und der Wechselspannung, die durch den Generator (35) erzeugt werden, wobei die Einrichtung (39); (49), (51), (53) zum Bestimmen des Leckwiderstandes erste Komparatoreinrichtungen (72), (73), die den Leckwiderstand mit einem ersten bestimmten Schwellenwert vergleichen und ein Signal für eine schlechte Isolierung ausgeben, wenn der Leckwiderstand unter dem ersten vorbestimmten Schwellenwert liegt, und zweite Komparatoreinrichtungen (74), (75) umfasst, die den Leckwiderstand mit einem zweiten vorbestimmten Schwellenwert vergleichen und ein Kurzschlusssignal ausgeben, wenn der Leckwiderstand unter dem zweiten vorbestimmten Schwellenwert liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (37) zum Erfassen des Stromes über eine kapazitive Einrichtung (38) von der Antriebseinheit (29) entkoppelt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erfassen des Stromes einen Nebenschlusswiderstand (37) umfasst, der in Reihe zum Spannungsgenerator (35) geschaltet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Bestimmen des Leckwiderstandes ein geeichtes Voltmeter (39) umfasst, das parallel zum Nebenschlusswiderstand (37) geschaltet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (49), (51), (53) zum Bestimmen des Leckwiderstandes einen Messteil (58), der das Signal für die schlechte Isolierung und das Kurzschlusssignal erzeugen kann, einen Überwachungsteil (49), der Auslesefreigabesignale ausgeben kann, und einen Speicherteil (53) umfasst, der die Leckstromsignale beim Vorliegen der Auslesefreigabesignale speichern kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Messteil (51) Differentialeinrichtungen (70) umfasst, um die Spannung über dem Nebenschlusswiderstand (37) zu bestimmen, und die ersten Komparatoreinrichtungen (72), (73) mit dem Ausgang der Differentialeinrichtungen (70) verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Messteil (51) weiterhin die zweiten Komparatoreinrichtungen (74), (75) umfasst, die mit dem Ausgang der Differentialeinrichtungen (70) verbunden sind und das Kurzschlusssignal ausgeben können, wenn das Ausgangssignal der Differentialeinrichtungen größer als eine dritter, vorbestimmter Schwellenwert ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsteil (49) Einrichtungen (64) bis (66) umfasst, die Spannungsstufen am Nebenschlusswiderstand (37) erfassen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtungen (64) bis (66) dritte Komparatoreinrichtungen (65), (66) umfassen, die ein Stufensignal ausgeben können, wenn die Spannung am Nebenschlusswiderstand (37) einen vierten vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, und dass der Überwachungsteil (49) auch Sperreinrichtungen (58) umfasst, die mit den dritten Komparatoreinrichtungen verbunden sind, und ein Zuverlässlichkeitsfenstersignal beim Fehlen des Stufensignals und mit einer vorbestimmten Verzögerung vom Ende des Stufensignals erzeugen können.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Messteil (51) Differentialeinrichtungen (70) zum Erfassen der Spannung am Nebenschlusswiderstand (37) und erste Filtereinrichtungen (71) umfasst, die stromabwärts von den Differentialeinrichtungen angeordnet sind und eine erste Zeitkonstante aufweisen, und dass der Überwachtungsteil (49) zweite Filtereinrichtungen (64) umfasst, die stromaufwärts von den dritten Komparatoreinrichtungen (65), (66) angeordnet sind und eine zweite Zeitkonstante haben, die kleiner als die erste Zeitkonstante ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsteil (49) Spitzenwerterfassungseinrichtungen (59) umfasst, die mit dem Spannungsgenerator (35) verbunden sind, und Auslesephasensignale den Spitzen der Wechselspannung entsprechend erzeugen können.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie optische und/oder akustische Signalgebeeinrichtungen (90), (91) umfasst, die durch die Steuereinrichtungen (53) angesteuert werden.