EP4638178A1 - Elektrische schaltungsanordnung und verfahren zur isolationsmessung an einem batterieelektrischen fahrzeug - Google Patents

Elektrische schaltungsanordnung und verfahren zur isolationsmessung an einem batterieelektrischen fahrzeug

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Publication number
EP4638178A1
EP4638178A1 EP23833486.6A EP23833486A EP4638178A1 EP 4638178 A1 EP4638178 A1 EP 4638178A1 EP 23833486 A EP23833486 A EP 23833486A EP 4638178 A1 EP4638178 A1 EP 4638178A1
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EP
European Patent Office
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voltage
connection
switch
udc
uev
Prior art date
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Pending
Application number
EP23833486.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Wappler
Klaus Rigbers
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SMA Solar Technology AG
Original Assignee
SMA Solar Technology AG
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0069—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to the isolation, e.g. ground fault or leak current
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    • B60L58/16—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to battery ageing, e.g. to the number of charging cycles or the state of health [SoH]
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    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/16—Measuring impedance of element or network through which a current is passing from another source, e.g. cable, power line
    • G01R27/18—Measuring resistance to earth, i.e. line to ground

Definitions

  • the invention relates to an electrical circuit arrangement and a method for measuring insulation on an electric vehicle, in particular a battery-electric vehicle.
  • a charger can have an electrical circuit arrangement with an all-pole AC disconnection point for the AC connections with pre-charging by resistors, an all-pole DC disconnection point for its DC connections on its direct current side (DC: direct current/direct voltage), a pre-charging circuit for the BEV and a discharging circuit for the BEV.
  • the circuit arrangement can also have voltage measurements on both sides of the DC disconnection point, i.e. at the DC output of a power converter with a converter circuit and at EV connections at the input of the BEV.
  • a DC switch of the all-pole DC separation point is arranged between each DC connection and an associated EV connection.
  • the discharge circuit can have a discharge resistor that connects the two EV connections. Any residual charge in capacitances on the BEV and its supply lines can be discharged via the discharge resistor.
  • the pre-charge circuit can be arranged in parallel to one of the switches and, in addition to a pre-charge resistor, can have another switch connected in series with the pre-charge resistor.
  • EP4057012 describes a method for in-vehicle insulation measurement in a battery-electric vehicle. The insulation measurement is carried out by charging and discharging capacitors.
  • EP2487496 describes a method for in-vehicle insulation measurement in a battery-electric vehicle.
  • the vehicle has a high-voltage battery, a drive motor, a power converter arranged between the motor and the battery, and a discharge and pre-charge circuit.
  • TASK in-vehicle insulation measurement in a battery-electric vehicle.
  • the vehicle has a high-voltage battery, a drive motor, a power converter arranged between the motor and the battery, and a discharge and pre-charge circuit.
  • the application is based on the object of providing an electrical circuit arrangement and a method for measuring insulation on an electric vehicle, whereby in particular a reliable measurement and a cost-effective implementation should be made possible.
  • An electrical circuit arrangement for measuring insulation on a battery-electric vehicle can be connected to a high-voltage battery of the vehicle via EV connections.
  • the circuit arrangement has an electrical power converter with AC connections (AC: alternating current) for connection to an electrical alternating voltage network and with DC connections.
  • AC alternating current
  • a first DC connection of the DC connections can be connected to a first EV connection of the EV connections via a first DC switch and a second DC connection of the DC connections can be connected to a second EV connection of the EV connections via a second DC switch or via a parallel connection of the second DC switch and a third DC switch.
  • the DC and AC switches described are implemented, for example, by relays.
  • the circuit arrangement is designed and configured to connect one of the DC connections to the respective EV connection by closing one of the DC switches when the power converter is connected to the AC voltage network, to set a DC voltage at the DC connections by clocking the power converter and to carry out the insulation measurement on the connected vehicle.
  • the insulation measurement on the vehicle can in particular include the measurement of insulation resistances.
  • Insulation resistances can symbolize the electrical resistance of the vehicle to earth potential.
  • the insulation measurement can, for example, determine an insulation fault if the resistance value of one of the insulation resistances between the respective EV connection and earth potential and thus the insulation resistance of the vehicle to earth potential is below a minimum value.
  • the circuit arrangement can be part of a charger.
  • charger circuit arrangements can include a transformer to galvanically isolate the electric vehicle from the AC mains. Charging vehicles using a charger is taken into account in standards, eg IEC-61851-23, e.g. Section CC.4.
  • transformerless charging i.e. charging using a charger without galvanic isolation by a transformer
  • transformerless circuit arrangement described for insulation measurement it can be ensured that the current-carrying cables and the vehicle itself and in particular its electrical storage, i.e. the battery, are properly insulated from earth potential.
  • a so-called residual current monitor can be arranged in the connections to the AC voltage network in order to monitor fault currents during charging and, in the event of a fault, to interrupt the charging process by opening the DC switch in the DC separation point and the AC switch in the AC separation point.
  • the circuit arrangement described thus makes it possible to operate a transformerless charger safely.
  • the vehicle's electrical storage usually consists of many cells connected in series, whereby a possible insulation fault can occur at any point in this series connection.
  • the circuit arrangement described for insulation measurement enables insulation measurement with such an unknown voltage source. It is advantageous that existing components of a transformerless charger can be used for insulation measurement. Even if minor adjustments are required, costs can be kept low while maintaining a high level of safety.
  • the EV terminals in the circuit arrangement are connected to one another via a discharge resistor and the circuit arrangement is designed and configured to carry out the insulation measurement using the discharge resistor, in particular by calculating an insulation resistance on the vehicle using the discharge resistor as part of a voltage divider.
  • the power converter has a split intermediate circuit on its DC side, which is connected to the DC terminals, wherein the potential of the center point of the intermediate circuit has a given, ie essentially unchanging, relationship to the ground potential when the power converter is connected to the AC voltage network on the AC side.
  • a DC-side DC- Voltage can be set in particular by clocking the power converter, whereby a "half" DC voltage is set on each of the DC connections. Due to the given earth reference of the intermediate circuit center, this corresponds to a positive voltage on one of the DC connections, e.g. the first DC connection, and an equally large negative voltage on the other of the DC connections, e.g. the second DC connection, in each case relative to the earth potential, taking into account the given potential of the intermediate circuit center relative to the earth potential.
  • the power converter can have an AC/DC converter, which can be operated in particular as a three-phase AC/DC converter and is designed to transfer electrical power from the electrical alternating voltage network that can be connected to the AC connections of the power converter to the DC connections.
  • the power converter can be connected to the alternating voltage network via an AC isolating point, the connection being made in particular initially via pre-charging resistors, which are bridged after pre-charging by AC switches of the AC isolating point.
  • the power transfer can be used to adjust the DC voltage at the DC terminals. If the circuit arrangement is part of a charger, the transferred electrical power can be used in particular to charge the vehicle's battery.
  • the insulation measurement can include recording measured values of a first measuring voltage at the first EV connection and recording measured values of a second measuring voltage at the second EV connection.
  • the measuring voltages are preferably recorded between the respective EV connection and ground potential.
  • the insulation measurement can include determining one or more insulation resistance values on the vehicle using the measurement voltages.
  • the switches of the circuit arrangement are switched in such a way that the discharge resistor acts as a voltage divider and can be used to determine the insulation resistances.
  • the circuit arrangement is designed and configured to set the DC voltage successively to a first and a second voltage value when there is an existing connection between one of the DC connections and the respective EV connection via a closed DC switch and to determine a first insulation resistance value for the DC voltage based on the first and second measured values of the measuring voltages recorded at the first and second voltage values, taking into account the discharge resistance. to identify the EV terminal that is not connected to the respective DC terminal during setting of the first and second voltage values and taking of the first and second measured values.
  • the circuit arrangement can be designed and configured to open the DC switch closed for determining the first insulation resistance value and thus to disconnect the connection between the corresponding DC connection and the respective EV connection, to connect the other DC connection to the respective other EV connection by closing another of the DC switches, to set the DC voltage successively to a third and a fourth voltage value and, based on third and fourth measured values of the measurement voltages recorded at the third and fourth voltage value, taking into account the discharge resistance, to determine a second insulation resistance value for that EV connection which is not connected to the respective DC connection during the setting of the third and fourth voltage values and the recording of the third and fourth measured values.
  • the power converter is designed in two stages and has a DC-side DC/DC converter.
  • the DC voltage at the DC connections can be adjusted in particular by clocking the DC/DC converter.
  • the circuit arrangement can be further designed and set up to detect a hard earth fault using the insulation measurement if no DC voltage can be set when there is an existing connection between one of the DC connections and the respective EV connection.
  • a hard earth fault at this EV connection for example when a line between the EV connection and the BEV is short-circuited to earth potential, the connection to earth potential is very low-resistance, so that when the corresponding DC connection is clocked to the AC voltage network via the power converter, large currents immediately flow to earth and no DC voltage can be set.
  • the insulation measurement can then be ended when the hard earth fault is detected.
  • the circuit arrangement can in particular be designed and configured to charge the high-voltage battery of the vehicle.
  • the circuit arrangement in such an embodiment is part of a charger or a charging station for a battery-electric vehicle.
  • electrical energy is transferred from the AC voltage network to the battery of the vehicle via the power converter with the first and second DC switches closed.
  • An optional pre-charging circuit can have the third DC switch.
  • the circuit arrangement can have a pre-charging resistor in series with the third DC switch, so that the series circuit of the pre-charging resistor and the third DC switch is arranged parallel to the second DC switch.
  • the pre-charging resistor and the third DC switch can form the pre-charging circuit. It is understood that as an alternative to a pre-charging resistor, other components such as fuses or active circuits can be used to limit the pre-charging current as required and/or to ensure that currents flowing through the third switch do not exceed a specified limit or are interrupted when a specified limit is exceeded.
  • the third switch is closed and the second is open for pre-charging. For charging, the second switch can then be closed and the third open, or it can remain closed.
  • the circuit arrangement is designed and configured to determine the insulation resistance value for the EV connection that is not connected to the pre-charging resistor by closing the third switch and based on the measured values of the measurement voltages with the third switch closed, taking into account the discharge resistance and the pre-charging resistor.
  • the pre-charging resistor ensures that any earth currents that occur after the third switch is closed are limited in the event of a hard earth fault, regardless of which EV connection the earth fault is present at. If the first switch, which is not connected to the pre-charging resistor, is closed in a subsequent step, the previous check already ensures that there is no hard earth fault and, accordingly, no high currents occur.
  • an electrical circuit arrangement which can be connected to a high-voltage battery of the vehicle via EV connections, wherein the circuit arrangement has an electrical power converter with AC connections for connection to an electrical alternating voltage network and with DC connections.
  • a first DC connection can be connected to a first EV connection via a first DC switch and a second DC connection can be connected to a second EV connection via a second DC switch or via a parallel connection of the second and a third DC switch, wherein the EV connections are connected to one another via a discharge resistor.
  • the method is carried out automatically, for example, by a higher-level control which is connected to the vehicle and communicates with it.
  • the method has: • Connecting the power converter to the AC network by closing an AC disconnection point
  • the procedure may further comprise:
  • the first measured values are recorded when a DC voltage is applied with the first voltage value.
  • the first measured values of the first measuring voltage are recorded at the first EV connection and the first measured values of the second measuring voltage are recorded at the second EV connection.
  • the procedure may further comprise:
  • the second measured values are recorded when a DC voltage with a second voltage value is applied. Second measured values of the first measured voltage at the first EV connection and second measured values of the second measured voltage at the second EV connection are recorded.
  • the procedure may further comprise:
  • the third measured values are recorded when a DC voltage with a third voltage value is applied.
  • Third measured values of the first measured voltage are recorded at the first EV connection and third measured values of the second measured voltage are recorded at the second EV connection.
  • the fourth measured values are recorded when a DC voltage with a fourth voltage value is applied.
  • the fourth measured values of the first measured voltage at the first EV connection and the fourth measured values of the second measured voltage at the second EV connection are recorded.
  • a pre-charging resistor is arranged in series with the third DC switch, so that the series connection of the pre-charging resistor and the third DC switch is arranged in parallel with the second DC switch.
  • the insulation resistance value for the EV connection that is not connected to the pre-charging resistor is determined by closing the third switch and using the measured values of the measuring voltages with the third switch closed, taking into account the discharge resistance and the pre-charging resistance.
  • Fig. 1a shows a first embodiment of an electrical circuit arrangement for insulation measurement
  • Fig. 1b shows the first embodiment of the electrical circuit arrangement for insulation measurement with modified self-test circuit
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the electrical circuit arrangement for insulation measurement
  • Figs. 3 + 4 show examples of possible voltage curves for possible switch positions.
  • Fig. 1a shows a first embodiment of an electrical circuit arrangement 10 for insulation measurement.
  • a circuit arrangement can, for example, be part of a charger for a battery-electric vehicle EV and can be used to charge a high-voltage battery 20 of the vehicle EV.
  • the connection to the vehicle EV is made via a first EV connection 26 and a second EV connection 28.
  • the first EV connection 26 is a positive EV connection and the second EV connection 28 is a negative EV connection.
  • two insulation resistors Risol and Riso2 are shown as examples in Figure 1a, which symbolize the electrical resistance of the corresponding (here arbitrarily selected) tapping points to the ground potential. An insulation fault would be present if the resistance value of one of the insulation resistors Risol, Riso2 is below a minimum value.
  • a first insulation resistance Risol is shown between a tapping point on the high-voltage battery of the vehicle EV near the negative potential and earth potential PE and a second insulation resistance Riso2 between a tapping point at the positive potential and earth potential PE.
  • the battery 20 of the EV vehicle can have many cells connected in series, whereby a possible insulation fault can occur at any point in this series connection. This is taken into account by the representation of Risol in Figure 1a in that the circuit arrangement and the method for measuring insulation can also determine insulation faults that occur within the battery.
  • a voltmeter V is provided between the first EV connection 26 and ground potential and a voltmeter V is provided between the second EV connection 28 and ground potential.
  • the figure also shows the measuring resistors Rm of the voltmeters V as an example.
  • the circuit arrangement 10 is connected to a three-phase alternating voltage network G via AC switch ACSW.
  • the circuit arrangement can be connected to and separated from the alternating voltage network G in all phases via the AC switch ACSW.
  • the AC voltage network G has three phases L1, L2, L3 and optionally a neutral conductor N.
  • the AC voltage network G has a fixed reference to the earth potential, symbolized in Fig. 1a by a protective conductor connection PE.
  • the power converter 18 has an AC/DC converter 12 (rectifier) with a split intermediate circuit 14. In the lower part of Fig. 1a, two possible topologies for the power converter 18 are shown as examples.
  • the DC output of the AC/DC converter has a first DC connection 22 and a second DC connection 24. In the example shown, the first DC connection 22 is a positive DC connection and the second DC connection 24 is a negative DC connection.
  • a voltmeter V is provided between the first DC connection 22 and the center of the split intermediate circuit 14 and a voltmeter V is provided between the second DC connection 24 and the center of the split intermediate circuit 14.
  • the measuring resistors of the voltmeters are not shown in the figure.
  • a discharge resistor Rdis is arranged between the first EV terminal 26 and the second EV terminal 28, via which any residual charges in the vehicle's EV capacities can be discharged.
  • a connection of the power converter 18 to the AC voltage network G is first established by closing the AC switch ACSW, so that the potential of the center point of the intermediate circuit 14 corresponds approximately to the potential of the neutral conductor N of the AC voltage network and thus to the ground potential. This is also the case if there is no connection between the intermediate circuit center point and the neutral conductor N of the AC voltage network G.
  • a DC voltage UDC.22, UDC.24 is set on the DC side of the power converter 18.
  • the DC voltage UDC.22, UDC.24 is set to a first voltage value by suitable timing of the AC/DC converter 12.
  • the DC voltage UDC.22, UDC.24 corresponds to a Voltage between the first DC connection 22 and the second DC connection 24 with a fixed center point of the intermediate circuit 14.
  • a part UDC.22 of the DC voltage is set between the first DC connection 22 and the center point of the divided intermediate circuit 14.
  • Another part UDC.24 of the DC voltage is set between the second DC connection 24 and the center point of the divided intermediate circuit 14.
  • the first measurement voltage values UEV.26 and UEV.28 are recorded.
  • the measurement voltage UEV.26 is recorded between the first EV connection 26 and earth potential.
  • the measurement voltage UEV.28 is recorded between the second EV connection 28 and earth potential.
  • the DC voltage UDC.22, UDC.24 is then set to a second voltage value by suitable timing of the AC/DC converter 12 and second measuring voltage values UEV.26 and UEV.28 are recorded.
  • the second switch SW2 is opened and the connection between the second DC terminal 24 and the second EV terminal 28 is broken. After that the first switch SW1 is closed and a connection is established between the first DC terminal 22 and the first EV terminal 28.
  • the DC voltage UDC.22, UDC.24 is then set to a third voltage value by suitable timing of the AC/DC converter 12.
  • the third voltage value can, for example, correspond to the first voltage value.
  • DC voltage UDC.22, UDC.24 can be adjusted, third measuring voltage values UEV.26 and UEV.28 are recorded. Then the DC voltage UDC.22, UDC.24 is adjusted by suitable timing of the AC/DC converter 12 is set to a fourth DC voltage UDC.22, UDC.24 and fourth measurement voltage values UEV.26 and UEV.28 are recorded.
  • the fourth voltage value can, for example, correspond to the second voltage value.
  • the first switch SW1 is opened, thereby breaking the connection between the first DC terminal 22 and the first EV terminal 26.
  • the insulation resistance Riso2 of the positive potential of the vehicle EV and the insulation resistance Risol of the negative potential of the vehicle EV can be calculated from the measured voltage values determined using known formulas, see below.
  • the insulation resistance Riso2 of the positive potential can alternatively or additionally be calculated after the first and second measured voltage values UEV.26 and UEV.28 have been recorded, whereby the process can be aborted at this point if the insulation resistance Riso2 already has an inadmissibly low value.
  • a self-test of the insulation measuring system can be carried out, particularly before the actual insulation measurement, by connecting one of the DC connections 22, 24 to ground potential via an optional switch SW4 and an optional self-test resistor Rtest with a known resistance value and carrying out the procedure described above.
  • the switches SW1 and SW2 are open and the switch SW4 is closed, so that the procedure described above should determine an insulation resistance that corresponds to the known resistance value of the self-test resistor Rtest. If this is not the case, i.e. if the insulation measurement in the self-test determines an insulation resistance that deviates significantly from the known self-test resistance Rtest, the procedure is aborted with a corresponding error message.
  • Fig. 1b again shows the first embodiment of the electrical circuit arrangement 10 for insulation measurement, wherein the discharge resistance Rdis, in contrast to Fig. 1a, consists of two separate partial resistances Rdisl, Rdis2.
  • the optional self-test resistance Rtest is arranged according to Fig. 1b between the connection point of the partial resistances Rdisl, Rdis2 and ground potential, wherein the connection point of the partial resistances Rdisl, Rdis2 can be connected to ground potential via a switch SW4 and the self-test resistance Rtest.
  • a self-test one of the switches SW1 or SW2 and the switch SW4 are closed, so that the method described above should determine an insulation resistance that is derived from the known resistance values of the self-test resistance.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the electrical circuit arrangement 10 for insulation measurement.
  • This embodiment can also be part of a charger for the battery-electric vehicle EV and can be used to charge the high-voltage battery 20 of the vehicle EV.
  • the connection to the vehicle EV is made via the first EV connection 26 and the second EV connection 28.
  • a first insulation resistance Risol and a second insulation resistance Riso2 are shown for the vehicle EV.
  • a voltmeter V is provided between the first EV connection 26 and ground potential and a voltmeter V is provided between the second EV connection 28 and ground potential.
  • the figure also shows the measuring resistors Rm of the voltmeters as an example.
  • the circuit arrangement 10 is connected to the three-phase alternating voltage network G via AC switch ACSW.
  • the power converter 18 has the AC/DC converter 12 (rectifier) with a split intermediate circuit 14 and an optional DC/DC converter 16.
  • the AC/DC converter 12 can have a topology as shown by way of example in Fig. 1a.
  • the DC output of the power converter 18 has the first DC connection 22 and the second DC connection 24.
  • a voltmeter V is provided between the first DC connection 22 and the center of the split intermediate circuit 14 and a voltmeter V is provided between the second DC connection 24 and the center of the split intermediate circuit 14.
  • the measuring resistors of the voltmeters are not shown in the figure.
  • the power converter 18 can be connected to and disconnected from the EV connections 26, 28 via an all-pole isolating point comprising a first switch SW1 and a second switch SW2.
  • a discharge resistor Rdis is arranged between the first EV connection 26 and the second EV connection 28, via which any residual charges in the vehicle's EV capacities can be discharged.
  • the embodiment shown in Figure 2 has an optional pre-charging circuit with a pre-charging resistor Rpchrg and a third switch SW3 arranged in series with it.
  • a pre-charging resistor Rpchrg a pre-charging resistor
  • a third switch SW3 arranged in series with it.
  • other components such as fuses or active circuits used in series with the switch SW3 may be arranged to monitor, control and/or limit a pre-charge current and/or any earth current.
  • the first DC connection 22 can be connected to the first EV connection 26 via the first switch SW1.
  • the second DC connection 24 can be connected to the second EV connection 28 via the second switch SW2 and/or via the third switch SW3. If the second DC connection 24 is connected to the second EV connection 28 via the third switch, the second DC connection 24 is connected to the second EV connection 28 via the pre-charging resistor Rpchrg.
  • a current flowing from the second DC connection 24 to the second EV connection 28, which can be provided in particular for pre-charging capacities in the vehicle EV, would therefore flow via the pre-charging resistor Rpchrg.
  • a switch arranged in series with the switch SW3 in addition to or as an alternative to the pre-charging resistor Rpchrg can also monitor, control and/or limit this pre-charging current.
  • a connection is first established between the power converter 18, in the example shown the DC/DC converter 16 of the power converter 18, and the AC voltage network G by closing the AC switch ACSW, so that the potential of the center point of the intermediate circuit 14 corresponds approximately to the ground potential. This is also the case if there is no connection between the intermediate circuit center point and the neutral conductor N of the AC network G.
  • the third switch SW3 is closed and a connection is established between the second DC connection 24 and the second EV connection 28 via the pre-charging resistor Rpchrg.
  • the use of the pre-charging resistor Rpchrg has the advantage that in the event of a possible hard ground fault, i.e. a very small resistance value between the second EV connection 28 and ground potential, the current flowing is limited by the pre-charging resistor Rpchrg. It is also advantageous to start the method by closing the switch SW3, since excessive currents are limited via the pre-charging resistor Rpchrg.
  • the measurement for this embodiment can also be carried out using the second switch SW2 instead of the third switch SW3.
  • the DC/DC converter 16 sets a DC voltage UDC.22, UDC.24 on the DC side of the power converter 18.
  • the DC voltage UDC.22, UDC.24 is set to the first voltage value by suitable timing of the DC/DC converter 16.
  • the DC voltage UDC.22, UDC.24 corresponds to a voltage between the first DC connection 22 and the second DC connection 24 with a fixed center point of the intermediate circuit. 14.
  • a part UDC.22 of the DC voltage is set between the first DC connection 22 and the center of the divided intermediate circuit 14 and thus between the first DC connection 22 and earth potential.
  • Another part UDC.24 of the DC voltage is set between the second DC connection 24 and the center of the divided intermediate circuit 14 and thus between the second DC connection 24 and earth potential.
  • the first measurement voltage values UEV.26 and UEV.28 are recorded.
  • the measurement voltage UEV.26 is recorded between the first EV connection 26 and earth potential.
  • the measurement voltage UEV.28 is recorded between the second EV connection 28 and earth potential.
  • the DC voltage UDC.22, UDC.24 is then set to the second DC voltage UDC.22, UDC.24 by suitable timing of the DC/DC converter 16 and second measurement voltage values UEV.26 and UEV.28 are recorded.
  • the third switch SW3 is opened, thereby breaking the connection between the second DC connection 24 and the second EV connection 28.
  • the insulation resistance Riso2 can already be determined from the measured voltage values and the process can be aborted if the insulation resistance Riso2 has an inadmissibly low value.
  • the first switch SW1 is then closed and a connection is established between the first DC terminal 22 and the first EV terminal 28.
  • the DC voltage UDC.22, UDC.24 is then set to the third voltage value by suitable timing of the DC/DC converter 16.
  • the third voltage value can, for example, correspond to the first voltage value.
  • third measurement voltage values UEV.26 and UEV.28 are recorded.
  • the DC voltage UDC.22, UDC.24 is then set to the fourth DC voltage UDC.22, UDC.24 by appropriate timing of the DC/DC converter 16. and fourth measuring voltage values UEV.26 and UEV.28 are recorded.
  • the fourth voltage value can, for example, correspond to the second voltage value.
  • the first switch SW1 is opened, thereby breaking the connection between the first DC terminal 22 and the first EV terminal 26.
  • the equivalent source voltage Viso2 and the insulation resistance Riso2 of the positive potential of the vehicle EV as well as the equivalent source voltage Visol and the insulation resistance Risol of the negative potential of the vehicle EV can be calculated from the determined measurement voltage values.
  • the calculation is based on the fact that the discharge resistor and possibly the pre-charge resistor act as a voltage divider with the insulation resistance.
  • the calculation can be carried out in an analogous and, if the components involved are known, known manner, as described in relation to Figure 4.
  • a self-test can be carried out, particularly before the actual insulation measurement, by connecting one of the DC connections 22, 24 to earth potential via an optional switch SW4 and an optional self-test resistor Rtest with a known resistance value and carrying out the procedure described above.
  • the switches SW1, SW2 and SW3 are open and the switch SW4 is closed, so that the procedure described above should determine an insulation resistance that corresponds to the self-test resistance Rtest. If this is not the case, i.e. if the insulation measurement in the self-test determines an insulation resistance that deviates significantly from the known resistance value of the self-test resistor Rtest, the procedure is aborted with a corresponding error message.
  • exemplary voltage curves for the DC voltage UDC.22, UDC.24 and measurement voltages UEV.26 and UEV.28 are shown.
  • switch positions for the switches SW1, SW2, SW3 are also shown, as they can be used for the insulation measurement method as described above.
  • Figure 3 shows exemplary voltage curves for a system comprising circuit arrangement 10, vehicle EV and AC network G, in which the insulation on the vehicle EV is faultless, ie has a very high resistance throughout.
  • Figure 4 shows exemplary voltage curves for a system comprising circuit arrangement 10, vehicle EV and AC network G, in which the insulation on the vehicle EV is faulty, ie has a comparatively low resistance.
  • the upper part shows voltage curves at the first, positive DC connection 22 and the measurement voltage UEV.26 at the first, positive EV connection.
  • the middle part shows voltage curves at the second, negative DC connection 24 and the measurement voltage UEV.28 at the second, negative EV connection.
  • the lower part shows switch positions for the first switch SW1 and the second switch SW2 for the first embodiment of Figures 1a and 1b respectively.
  • the lower part also shows the switch position for the third switch SW3 for the second embodiment of Figure 2.
  • a value of “1” corresponds to the closed switch.
  • a value of “0” corresponds to the open switch.
  • Figure 3 shows that first the second switch SW2 or the third switch SW3 is closed and then the DC voltage is set to the first voltage value for a time period T1.
  • the DC voltage is applied between the DC connections 22 and 24, with half the DC voltage being applied to each of the two DC connections 22, 24 - at the positive DC connection 22 in the positive direction and at the negative DC connection 24 in the negative direction.
  • the second switch SW 2 or third switch SW3 still closed - the second voltage value is set as the DC voltage UDC.22, LIDC24 for a time period T2. It can be seen that the measured voltages LIEV26 and LIEV28 recorded in each case follow the voltage on the negative DC connection 24 quite closely.
  • the two EV connections 26, 28 are connected to the potential of the second, negative DC connection 24 via the discharge resistance Rdis. Since the discharge resistance Rdis is small compared to the insulation resistance of the vehicle EV when the insulation is intact, the positive measurement voltage UEV.26 also follows the voltage UDC.24 applied to the negative DC connection 24 quite closely.
  • the first switch SW1 is then closed and the DC voltage is then set to the third voltage value for a period of time T3.
  • the DC voltage is applied between the DC connections 22 and 24, with half the DC voltage being applied to each of the two DC connections 22, 24 - at the positive DC connection 22 in the positive direction and at the negative DC connection 24 in the negative direction.
  • the fourth voltage value is set as the DC voltage for a period of time T4.
  • the measured voltages UEV26 and UEV28 correspond quite closely to the voltage on the positive DC connection 22. This is because when the first switch SW1 is closed and the insulation is intact, the two EV connections 26, 28 are connected to the potential of the first, positive DC connection 22 via the discharge resistance Rdis. Since the discharge resistance Rdis is small compared to the insulation resistance of the vehicle EV when the insulation is intact, the negative measurement voltage UEV.28 also follows the voltage UDC.22 applied to the positive DC connection 22 quite closely.
  • Figure 4 shows voltage curves for an example fault case.
  • the resistance value of the discharge resistor Rdis is also 166 kiloohms in this example.
  • the second switch SW2 (embodiment according to Fig. 1a, 1b) or the third switch SW3 (embodiment according to Fig. 2) is closed and then the DC voltage is set to the first voltage value for a time period T1. After that - still with the second switch SW 2 or third switch SW3 closed - the second voltage value is set as the DC voltage for a time period T2. It can be seen that the measured voltages UEV.26 and UEV.28 recorded in each case follow the voltage on the negative DC connection 24 quite closely.
  • the EV connections 26, 28 are set to the potential of the second, negative DC connection 24 via the discharge resistor Rdis. Since the discharge resistance Rdis is small compared to the insulation resistance of the vehicle EV with respect to the positive EV terminal 26, the positive measurement voltage UEV.26 also follows the voltage UDC.24 applied to the negative DC terminal 24 quite closely.
  • the first switch SW1 is then closed and the DC voltage is set to the third voltage value for a period of time T3.
  • the DC voltage is applied between the DC terminals 22 and 24, with each of the two DC Connections 22, 24 have half the DC voltage applied - at the positive DC connection 22 in the positive direction and at the negative DC connection 24 in the negative direction.
  • the recorded measurement voltage UEV.26 follows the applied DC voltage UDC.22 exactly due to the closed first switch SW1
  • the recorded measurement voltage UEV.28 follows the applied DC voltage UDC.22 much more weakly than in Figure 3. This is because the insulation resistance Risol is in series with the discharge resistance Rdis when the first switch SW1 is closed and an earth current flows through this series connection.
  • the fourth voltage value is set as the DC voltage for a period of time T4. It can be seen again that - due to the insulation fault - the recorded measurement voltage UEV28 follows the voltage on the positive DC connection 22 much more weakly than in Figure 3 and is only about half the amount of the applied DC voltage UDC.22.
  • the measurement can be stopped and the first switch SW1 opened.
  • the DC/DC converter is deactivated at the same time as the switch SW1 is opened, and the voltages UEV.26 and UEV.28 are quickly reduced via the discharge resistor Rdis.
  • the voltages UDC.22 and UDC.24 on the other hand, only drop slowly, especially if the power converter 18 itself does not have an internal discharge resistor.
  • Viso2 (UEV.28(T1) * UEV.26(T2) - UEV.28(T2) * UEV.26(T1)) / (UEV.28(T1) - UEV.28(T2) - UEV.26(T1) + UEV.16(T2))
  • Riso2 Rdis * (UEV.26(T1) - UEV.26(T2)) / (UEV.28(T1) - UEV.28(T2) - UEV.26(T1) + UEV.16(T2)) with T1 : period with first voltage value for UDC.22 + UDC.24 and with T2: period with second voltage value for UDC.22 + UDC.24.
  • an equivalent source voltage Visol and the insulation resistance Risol of the negative potential of the vehicle EV can be calculated as follows:
  • Viso1 (UEV.28(T3) * UEV.26(T4) - UEV.28(T4) * UEV.26(T3)) / (UEV.28(T3) - UEV.28(T4)
  • Risol Rdis * (UEV.28(T3) - UEV.28(T4)) / (UEV.28(T3) - UEV.28(T4) - UEV.26(T3) + UEV.16(T4)) with T3: period with third voltage value for UDC.22 + UDC.24 (where the third voltage value can correspond to the first voltage value) and with T4: period with fourth voltage value for UDC.22 + UDC.24 (where the fourth voltage value can correspond to the second voltage value).

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Abstract

Die Anmeldung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung (10) und ein Verfahren zur Isolationsmessung an einem batterieelektrischen Fahrzeug (EV). Die Schaltungsanordnung ist über EV-Anschlüsse (26, 28) mit einer Hochvoltbatterie (20) des Fahrzeugs (EV) verbindbar, wobei die Schaltungsanordnung (10) einen elektrischen Leistungswandler (18) mit AC-Anschlüssen zum Anschluss an ein elektrisches Wechselspannungsnetz (G) und mit DC-Anschlüssen (22, 24) aufweist, wobei ein erster DC- Anschluss (22) über einen ersten DC-Schalter (SW1) mit einem ersten EV-Anschluss (26) und ein zweiter DC-Anschluss (24) über einen zweiten DC-Schalter (SW2) oder über eine Parallelschaltung aus dem zweiten und einen dritten DC-Schalter (SW2, SW3) mit einem zweiten EV-Anschluss (28) verbindbar ist, wobei die Schaltungsanordnung (10) ausgebildet und eingerichtet ist, bei bestehender Verbindung des Leistungswandlers (18) mit dem Wechselspannungsnetz (G) einen der DC-Anschlüsse (22,24) mit dem jeweiligen EV- Anschluss (26,28) durch Schließen eines der DC-Schalter (SW1, SW2, SW3) zu verbinden, durch eine Taktung des Leistungswandlers (18) eine DC-Spannung (UDC.22, UDC.24) an den DC-Anschlüssen (22, 24) einzustellen und die Isolationsmessung an dem verbundenen Fahrzeug (EV) durchzuführen.

Description

ELEKTRISCHE SCHALTUNGSANORDNUNG UND VERFAHREN ZUR ISOLATIONSMESSUNG AN EINEM BATTERIEELEKTRISCHEN FAHRZEUG
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Isolationsmessung an einem Elektrofahrzeug, insbesondere einem batterieelektrischen Fahrzeug.
STAND DER TECHNIK
Bekannt ist das Laden eines Elektrofahrzeuges, auch batterieelektrisches Fahrzeug oder batterieelektrisches Vehikel (kurz BEV) genannt, mit elektrischer Leistung aus einem Wechselspannungsnetz mittels eines Ladegeräts. Bei dem Wechselspannungsnetz kann es sich z. B: um ein elektrisches Energieversorgungsnetz handeln. Ein Ladegerät kann eine elektrische Schaltungsanordnung mit einer allpoligen AC-Trennstelle für die AC-Anschlüsse mit Vorladung durch Widerstände, einer allpoligen DC-Trennstelle für seine DC-Anschlüsse auf seiner Gleichstrom-Seite (DC: engl. direct current, Gleichstrom/Gleichspannung), eine Vorladeschaltung für das BEV und eine Entladeschaltung für das BEV aufweisen. Die Schaltungsanordnung kann weiter Spannungsmessungen auf beiden Seiten der DC- Trennstelle, d.h. am DC-Ausgang eines Leistungswandlers mit einer Wandlerschaltung und an EV-Anschlüssen am Eingang des BEV aufweisen. Jeweils ein DC-Schalter der allpoligen DC-Trennstelle ist dabei zwischen einem jeweiligen DC-Anschluss und einem dazu jeweils zugeordneten EV-Anschluss angeordnet. Die Entladeschaltung kann einen Entladewiderstand aufweisen, der die beiden EV-Anschlüsse verbindet. Über den Entladewiderstand können etwaige Restladungen in Kapazitäten am BEV und seinen Zuleitungen entladen werden. Die Vorladeschaltung kann parallel zu einem der Schalter angeordnet sein und neben einem Vorladewiderstand einen weiteren zum Vorladewiderstand in Reihe geschalteten Schalter aufweisen.
In EP4057012 wird ein Verfahren zur fahrzeuginternen Isolationsmessung in einem batterieelektrischen Fahrzeug beschrieben. Das Isolationsmessung erfolgt durch Be- und Entladen von Kapazitäten.
In EP2487496 wird ein Verfahren zur fahrzeuginternen Isolationsmessung in einem batterieelektrischen Fahrzeug beschrieben. Das Fahrzeug weist eine Hochvolt-Batterie, einen Antriebsmotor, einen zwischen Motor und Batterie angeordneten Leistungswandler sowie eine Entlade- und Vorladeschaltung auf. AUFGABE
Der Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Isolationsmessung an einem Elektrofahrzeug bereitzustellen, wobei insbesondere eine zuverlässige Messung und eine kostengünstige Umsetzung ermöglicht werden soll.
LÖSUNG
Die Aufgabe wird durch eine elektrische Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
BESCHREIBUNG
Eine elektrische Schaltungsanordnung zur Isolationsmessung an einem batterieelektrischen Fahrzeug ist über EV-Anschlüsse mit einer Hochvoltbatterie des Fahrzeugs verbindbar. Die Schaltungsanordnung weist einen elektrischen Leistungswandler mit AC-Anschlüssen (AC: engl. alternating current, Wechselstrom / Wechselspannung) zum Anschluss an ein elektrisches Wechselspannungsnetz und mit DC-Anschlüssen auf. Ein erster DC-Anschluss der DC-Anschlüsse ist über einen ersten DC-Schalter mit einem ersten EV-Anschluss der EV- Anschlüsse und ein zweiter DC-Anschluss der DC-Anschlüsse ist über einen zweiten DC- Schalter oder über eine Parallelschaltung aus dem zweiten DC-Schalter und einen dritten DC- Schalter mit einem zweiten EV-Anschluss der EV-Anschlüsse verbindbar. Die beschriebenen DC- und AC-Schalter werden dabei beispielsweise durch Relais realisiert. Die Schaltungsanordnung ist ausgebildet und eingerichtet, bei bestehender Verbindung des Leistungswandlers mit dem Wechselspannungsnetz einen der DC-Anschlüsse mit dem jeweiligen EV- Anschluss durch Schließen von einem der DC-Schalter zu verbinden, durch eine Taktung des Leistungswandlers eine DC-Spannung an den DC-Anschlüssen einzustellen und die Isolationsmessung an dem verbundenen Fahrzeug durchzuführen.
Die Isolationsmessung an dem Fahrzeug kann insbesondere die Messung von Isolationswiderständen umfassen. Isolationswiderstände können den elektrischen Widerstand des Fahrzeugs gegenüber dem Erdpotential symbolisieren. Die Isolationsmessung kann z. B. einen Isolationsfehler ermitteln, wenn der Widerstandswert eines der Isolationswiderstände zwischen dem jeweiligen EV-Anschluss und Erdpotential und damit der Isolationswiderstand des Fahrzeugs gegenüber Erdpotential unterhalb eines Mindestwertes liegt. Die Schaltungsanordnung kann Bestandteil eines Ladegerätes sein. Aus Sicherheitsgründen können Schaltungsanordnungen von Ladegeräten einen Transformator umfassen, um das Elektrofahrzeug galvanisch vom Wechselstromnetz zu trennen. Das Laden von Fahrzeugen mittels eines Ladegerätes findet Berücksichtigung in Normen, z.B. IEC-61851-23, z. B. Abschnitt CC.4.
Gegenüber Ladegeräten mit Transformator würde transformatorloses Laden, also Laden mittels eines Ladegeräts ohne eine galvanische Trennung durch einen Transformator, Vorteile bei Gerätekosten, Gewicht und Größe der Ladegeräte bieten. Mittels der beschriebenen transformatorlosen Schaltungsanordnung zur Isolationsmessung kann sichergestellt werden, dass die stromführenden Leitungen und das Fahrzeug selbst sowie insbesondere dessen elektrischer Speicher, also die Batterie, ordnungsgemäß gegenüber dem Erdpotential isoliert sind. Zusätzlich kann ein sogenannter Residual Current Monitor in den Verbindungen zum Wechselspannungsnetz angeordnet sein, um Fehlerströme während des Ladens zu überwachen und im Fehlerfall den Ladevorgang durch Öffnen der DC-Schalter in der DC-Trenn- stelle und der AC-Schalter in der AC-Trennstelle zu unterbrechen. Damit ermöglicht es die beschriebene Schaltungsanordnung, ein transformatorloses Ladegerät sicher zu betreiben.
Der elektrische Speicher des Fahrzeugs besteht in der Regel aus vielen in Reihe geschalteten Zellen, wobei ein etwaiger Isolationsfehler an jeder Stelle dieser Reihenschaltung auftreten kann. Die beschriebene Schaltungsanordnung zur Isolationsmessung ermöglicht dabei die Isolationsmessung mit einer solchen unbekannten Spannungsquelle. Es ist vorteilhaft, dass bereits vorhandene Komponenten eines transformatorlosen Ladegeräts für die Isolationsmessung verwendet werden können. Selbst bei ggf. erforderlichen geringen Anpassungen können so die Kosten bei großer Sicherheit geringgehalten werden.
In einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung sind die EV-Anschlüsse in der Schaltungsanordnung über einen Entladewiderstand miteinander verbunden und die Schaltungsanordnung ist ausgebildet und eingerichtet, die Isolationsmessung unter Verwendung des Entladewiderstandes durchzuführen, insbesondere indem ein Isolationswiderstand an dem Fahrzeug unter Nutzung des Entladewiderstandes als Bestandteil eines Spannungsteilers berechnet wird.
In einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung weist der Leistungswandler auf seiner DC-Seite einen geteilten Zwischenkreis auf, der mit den DC-Anschlüssen verbunden ist, wobei das Potential des Mittelpunktes des Zwischenkreises bei bestehender AC-seitiger Verbindung des Leistungswandlers mit dem Wechselspannungsnetz einen gegebenen, d.h. im wesentlichen unveränderlichen Bezug zum Erdpotential aufweist. Eine DC-seitige DC- Spannung kann insbesondere durch Taktung des Leistungswandlers eingestellt werden, wobei jeweils eine „halbe“ DC-Spannung auf einem der DC-Anschlüsse eingestellt wird. Durch den gegebenem Erdbezug des Zwischenkreismittelpunkt entspricht dies einer positiven Spannung auf einem der DC-Anschlüsse, z. B. dem ersten DC-Anschluss, und einer gleich großen negativen Spannung auf dem anderen der DC-Anschlüsse, z. B. dem zweiten DC- Anschluss, jeweils gegenüber dem Erdpotential unter Berücksichtigung des gegebenen Potentials des Zwischenkreismittelpunkts gegenüber Erdpotential.
Der Leistungswandler kann einen AC/DC-Wandler aufweisen, der insbesondere als dreiphasiger AC/DC-Wandler betreibbar ist und dazu eingerichtet ist, elektrische Leistung aus dem an den AC-Anschlüssen des Leistungswandlers anschließbaren elektrischen Wechselspannungsnetz zu den DC-Anschlüssen zu transferieren. Der Leistungswandler ist über eine AC-Trennstelle mit dem Wechselspannungsnetz verbindbar, wobei die Verbindung insbesondere zunächst über Vorladewiderstände erfolgt, die nach der Vorladung durch AC- Schalter der AC-Trennstelle überbrückt werden.
Der Leistungstransfer kann zum Einstellen der DC-Spannung an den DC-Anschlüssen verwendet werden. Ist die Schaltungsanordnung Bestandteil eines Ladegerätes, kann die transferierte elektrische Leistung insbesondere zum Laden der Batterie des Fahrzeuges dienen.
Die Isolationsmessung kann eine Erfassung von Messwerten einer ersten Mess-Spannung an dem ersten EV-Anschluss und eine Erfassung von Messwerten einer zweiten Mess-Spannung an dem zweiten EV-Anschluss umfassen. Die Messspannungen werden dabei bevorzugt zwischen dem jeweiligen EV-Anschluss und Erdpotential erfasst.
Zusätzlich kann die Isolationsmessung die Ermittlung von einem oder mehreren Isolationswiderstandswerten an dem Fahrzeug unter Verwendung der Mess-Spannungen umfassen. Hierbei werden die Schalter der Schaltungsanordnung so geschaltet, dass der Entladewiderstand als Spannungsteiler wirkt und zur Ermittlung der Isolationswiderstände verwendet werden kann.
In Ausführungsbeispielen ist die Schaltungsanordnung ausgebildet und eingerichtet, bei bestehender Verbindung zwischen einem der DC-Anschlüsse mit dem jeweiligen EV- Anschluss über einen geschlossenen DC-Schalter die DC-Spannung nacheinander auf einen ersten und auf einen zweiten Spannungswert einzustellen und anhand von bei dem ersten und zweiten Spannungswert erfassten ersten und zweiten Messwerten der Mess-Spannungen unter Berücksichtigung des Entladewiderstands einen ersten Isolationswiderstandswert für denjenigen EV-Anschluss zu ermitteln, der während des Einstellens der ersten und zweiten Spannungswerte und der Erfassung der ersten und zweiten Messwerte nicht mit dem jeweiligen DC-Anschluss verbunden ist.
Zusätzlich kann die Schaltungsanordnung ausgebildet und eingerichtet sein, den zur Ermittlung des ersten Isolationswiderstandwerts geschlossenen DC-Schalter zu öffnen und damit die Verbindung zwischen dem entsprechenden DC-Anschluss und dem jeweiligen EV- Anschluss zu trennen, den anderen DC-Anschluss durch Schließen von einem anderen der DC-Schalter mit dem jeweiligen anderen EV-Anschluss zu verbinden, die DC-Spannung nacheinander auf einen dritten und auf einen vierten Spannungswert einzustellen und anhand von bei dem dritten und vierten Spannungswert erfassten dritten und vierten Messwerten der Mess-Spannungen unter Berücksichtigung des Entladewiderstands einen zweiten Isolationswiderstandswert für denjenigen EV-Anschluss zu ermitteln, der während des Einstellens der dritten und vierten Spannungswerte und der Erfassung der dritten und vierten Messwerte nicht mit dem jeweiligen DC-Anschluss verbunden ist.
In Ausführungsformen ist der Leistungswandler zweistufig ausgebildet und weist einen DC- seitigen DC/DC-Wandler auf. Dabei ist die DC-Spannung an den DC-Anschlüssen insbesondere durch eine Taktung des DC/DC-Wandlers einstellbar.
Die Schaltungsanordnung kann weiter ausgebildet und eingerichtet sein, mittels der Isolationsmessung einen harten Erdschluss zu erkennen, falls sich bei bestehender Verbindung zwischen einem der DC-Anschlüsse und dem jeweiligen EV-Anschluss keine DC-Spannung einstellen lässt. Bei einem harten Erdschluss an diesem EV-Anschluss, beispielsweise bei einem Kurzschluss einer Leitung zwischen EV-Anschluss und BEV mit dem Erdpotential, ist die Verbindung zum Erdpotential sehr niederohmig, so dass bei getakteter Verbindung des entsprechenden DC-Anschlusses mit dem Wechselspannungsnetz über den Leistungswandler sofort große Ströme gegen Erde abfließen und keine DC-Spannung einstellbar ist. Die Isolationsmessung kann dann mit Erkennen des harten Erdschlusses beendet werden.
Die Schaltungsanordnung kann insbesondere ausgebildet und eingerichtet sein, die Hochvoltbatterie des Fahrzeuges aufzuladen. Bevorzugt ist die Schaltungsanordnung in einer solchen Ausführungsform Teil eines Ladegeräts oder einer Ladestation für ein batterieelektrisches Fahrzeug. Für den Ladevorgang wird elektrische Energie aus dem Wechselspannungsnetz über den Leistungswandler bei geschlossenem erstem und geschlossenem zweitem DC- Schalter in die Batterie des Fahrzeugs transferiert. Durch Verwendung der Schaltungsanordnung, die zum Laden des Fahrzeuges vorgesehen ist, kann eine kostengünstige Isolationsmessung realisiert werden. Eine optionale Vorladeschaltung kann den dritten DC-Schalter aufweisen. Die Schaltungsanordnung kann einen Vorladewiderstand in Reihe mit dem dritten DC-Schalter aufweisen, so dass die Reihenschaltung aus dem Vorladewiderstand und dem dritten DC-Schalter parallel zum zweiten DC-Schalter angeordnet ist. Der Vorladewiderstand und der dritte DC-Schalter können dabei die Vorladeschaltung bilden. Es versteht sich, dass alternativ zu einem Vorladewiderstand andere Komponenten wie Sicherungen oder aktive Schaltungen eingesetzt werden können, um den Vorladestrom bedarfsweise zu begrenzen und/oder um sicherzustellen, dass über den dritten Schalter fließende Ströme einen festgelegten Grenzwert nicht überschreiten bzw. bei Überschreiten eines festgelegten Grenzwertes unterbrochen werden. Bevorzugt ist zum Vorladen der dritte Schalter geschlossen und der zweite geöffnet. Zum Laden kann dann der zweite Schalter geschlossen und der dritte geöffnet sein oder auch geschlossen bleiben.
In Ausführungsformen ist die Schaltungsanordnung ausgebildet und eingerichtet, den Isolationswiderstandswert für denjenigen EV-Anschluss, der nicht mit dem Vorladewiderstand verbunden ist, durch Schließen des dritten Schalters und anhand der Messwerte der Mess- Spannungen bei geschlossenem drittem Schalter unter Berücksichtigung des Entladewiderstands und des Vorladewiderstandes zu ermitteln. Durch Verwendung des Vorladewiderstands zur Isolationsmessung kann eine noch zuverlässigere Isolationsmessung realisiert werden. Zudem ist durch den Vorladewiderstand sichergestellt, dass nach dem Schließen des dritten Schalters auftretende etwaige Erdströme im Falle eines harten Erdschlusses begrenzt sind, und zwar unabhängig davon, an welchem EV-Anschluss der Erdschluss vorliegt. Wenn in einem Folgeschritt der erste Schalter geschlossen wird, der nicht mit dem Vorladewiderstand verbunden ist, ist durch die vorhergehende Überprüfung bereits sichergestellt, dass kein harter Erdschluss vorliegt und entsprechend keine hohen Ströme auftreten.
Bei einem Verfahren zur Isolationsmessung an einem batterieelektrischen Fahrzeug wird eine elektrische Schaltungsanordnung verwendet, welche über EV-Anschlüsse mit einer Hochvoltbatterie des Fahrzeugs verbindbar ist, wobei die Schaltungsanordnung einen elektrischen Leistungswandler mit AC-Anschlüssen zum Anschluss an ein elektrisches Wechselspannungsnetz und mit DC-Anschlüssen aufweist. Ein erster DC-Anschluss ist über einen ersten DC-Schalter mit einem ersten EV-Anschluss und ein zweiter DC-Anschluss ist über einen zweiten DC-Schalter oder über eine Parallelschaltung aus dem zweiten und einen dritten DC-Schalter mit einem zweiten EV-Anschluss verbindbar, wobei die EV-Anschlüsse über einen Entladewiderstand miteinander verbunden sind. Das Verfahren wird beispielsweise automatisch durch eine übergeordnete Steuerung durchgeführt, welche mit dem Fahrzeug verbunden ist und mit diesem kommuniziert. Das Verfahren weist auf: • Verbinden des Leistungswandlers mit dem Wechselspannungsnetz durch Schließen einer AC-T rennstelle
• Verbinden eines der DC-Anschlüsse mit dem jeweiligen EV-Anschluss durch Schließen von einem der DC-Schalter,
• Einstellen einer DC-Spannung an den DC-Anschlüssen und
• Durchführen der Isolationsmessung an dem verbundenen Fahrzeug.
Das Verfahren kann weiter aufweisen:
• nach dem Einstellen der DC-Spannung auf einen ersten Spannungswert:
• Erfassen von ersten Messwerten einer ersten Mess-Spannung an dem ersten EV- Anschluss und einer zweiten Mess-Spannung an dem zweiten EV-Anschluss.
Die ersten Messwerte werden dabei bei einer angelegten DC-Spannung mit ersten Spannungswert erfasst. Erfasst werden dabei erste Messwerte der ersten Mess-Spannung an dem ersten EV-Anschluss und erste Messwerte der zweiten Messspannung an dem zweiten EV-Anschluss.
Das Verfahren kann weiter aufweisen:
• nach dem Erfassen der ersten Messwerte der Mess-Spannungen:
• Einstellen der DC-Spannung auf einen zweiten Spannungswert und
• Erfassen von zweiten Messwerten der Mess-Spannungen und
• Ermitteln eines ersten Isolationswiderstandswertes unter Berücksichtigung des Entladewiderstandes für denjenigen EV-Anschluss, der während des Einstellens der ersten und zweiten Spannungswerte und der Erfassung der ersten und zweiten Messwerte nicht mit dem jeweiligen DC-Anschluss verbunden ist.
Die zweiten Messwerte werden dabei bei einer angelegten DC-Spannung mit zweitem Spannungswert erfasst. Erfasst werden dabei zweite Messwerte der ersten Mess-Spannung an dem ersten EV-Anschluss und zweite Messwerte der zweiten Messspannung an dem zweiten EV-Anschluss.
Das Verfahren kann weiter aufweisen:
• Öffnen des zur Ermittlung des ersten Isolationswiderstandwerts geschlossenen DC- Schalters,
• Verbinden des anderen DC-Anschlusses mit dem jeweiligen EV-Anschluss durch Schließen von einem anderen der DC-Schalter, • Einstellen einer DC-Spannung auf einen dritten und einen vierten Spannungswert,
• Erfassen von dritten und vierten Messwerten der Mess-Spannungen bei dem dritten bzw. dem vierten Spannungswert und
• Ermitteln eines zweiten Isolationswiderstandswertes unter Berücksichtigung des Entladewiderstandes für denjenigen EV-Anschluss, der während des Einstellens der dritten und vierten Spannungswerte und der Erfassung der dritten und vierten Messwerte nicht mit dem jeweiligen DC-Anschluss verbunden ist.
Die dritten Messwerte werden dabei bei einer angelegten DC-Spannung mit drittem Spannungswert erfasst. Erfasst werden dabei dritte Messwerte der ersten Mess-Spannung an dem ersten EV-Anschluss und dritte Messwerte der zweiten Messspannung an dem zweiten EV-Anschluss.
Die vierten Messwerte werden dabei bei einer angelegten DC-Spannung mit viertem Spannungswert erfasst. Erfasst werden dabei vierte Messwerte der ersten Mess-Spannung an dem ersten EV-Anschluss und vierte Messwerte der zweiten Messspannung an dem zweiten EV-Anschluss.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein Vorladewiderstand in Reihe mit dem dritten DC-Schalter angeordnet, so dass die Reihenschaltung aus dem Vorladewiderstand und dem dritten DC-Schalter parallel zum zweiten DC-Schalter angeordnet ist. Der Isolationswiderstandswert für denjenigen EV-Anschluss, der nicht mit dem Vorladewiderstand verbunden ist, wird durch Schließen des dritten Schalters und anhand der Messwerte der Mess-Spannungen bei geschlossenem drittem Schalter unter Berücksichtigung des Entladewiderstands und des Vorladewiderstandes ermittelt. KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
Im Folgenden wird die Anmeldung anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
Fig. 1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektrischen Schaltungsanordnung zur Isolationsmessung,
Fig. 1b zeigt das erstes Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltungsanordnung zur Isolationsmessung mit modifizierter Selbsttestschaltung,
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der elektrischen Schaltungsanordnung zur Isolationsmessung, und Fign. 3 + 4 zeigen beispielhaft mögliche Spannungsverläufe zu möglichen Schalterstellungen.
In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Darstellungen in den Figuren können nicht maßstäblich sein.
FIGURENBESCHREIBUNG
Fig. 1a zeigt eine erste Ausführungsform einer elektrischen Schaltungsanordnung 10 zur Isolationsmessung. Eine solche Schaltungsanordnung kann z. B. Teil eines Ladegeräts für ein batterieelektrisches Fahrzeug EV sein und zum Aufladen einer Hochvolt-Batterie 20 des Fahrzeuges EV nutzbar sein.
Die Verbindung zum Fahrzeug EV erfolgt über einen ersten EV-Anschluss 26 und einen zweiten EV-Anschluss 28. Im dargestellten Beispiel ist der erste EV-Anschluss 26 ein positiver EV-Anschluss und der zweite EV-Anschluss 28 ein negativer EV-Anschluss. Zusätzlich sind in Figur 1a beispielhaft zwei Isolationswiderstände Risol und Riso2 dargestellt, die den elektrischen Widerstand der entsprechenden (hier willkürlich gewählten) Abgriffpunkte gegenüber dem Erdpotential symbolisieren. Ein Isolationsfehler würde vorliegen, wenn der Widerstandswert eines der Isolationswiderstände Risol , Riso2 unterhalb eines Mindestwertes liegt.
Beispielhaft ist für das Fahrzeug EV ein erster Isolationswiderstand Risol zwischen einem Abgriffpunkt an der Hochvoltbatterie des Fahrzeugs EV in der Nähe des negativen Potentials und Erdpotential PE und ein zweiter Isolationswiderstand Riso2 zwischen einem Abgriffpunkt am positiven Potential und Erdpotential PE dargestellt.
Die Batterie 20 des Fahrzeuges EV kann viele in Reihe geschaltete Zellen aufweisen, wobei ein etwaiger Isolationsfehler an jeder Stelle dieser Reihenschaltung auftreten kann. Dies ist durch die Darstellung von Risol in Figur 1a dadurch berücksichtigt, dass durch die Schaltungsanordnung und das Verfahren zur Isolationsmessung auch Isolationsfehler ermittelt werden können, die innerhalb der Batterie auftreten.
Es ist ein Spannungsmesser V zwischen dem ersten EV-Anschluss 26 und Erdpotential vorgesehen und es ist ein Spannungsmesser V zwischen dem zweiten EV-Anschluss 28 und Erdpotential vorgesehen. In der Figur sind beispielhaft weiter die Messwiderstände Rm der Spannungsmesser V dargestellt.
Die Schaltungsanordnung 10 ist über AC-Schalter ACSW an ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz G angeschlossen. Über die AC-Schalter ACSW kann die Schaltungsanordnung allphasig mit dem Wechselspannungsnetz G verbunden und von diesem getrennt werden. Das Wechselspannungsnetz G weist drei Phasen L1 , L2, L3 sowie optional einen Neutralleiter N auf. Das Wechselspannungsnetz G weist einen festen Bezug zum Erdpotential auf, in Fig. 1a symbolisiert durch einen Schutzleiter-Anschluss PE.
Der Leistungswandler 18 weist einen AC/DC-Wandler 12 (Gleichrichter) mit geteiltem Zwischenkreis 14 auf. Im unteren Teil von Fig. 1a sind bespielhaft zwei mögliche Topologien für den Leistungswandler 18 dargestellt. Der DC-Ausgang des AC/DC-Wandlers weist einen ersten DC-Anschluss 22 und einen zweiten DC-Anschluss 24 auf. Im dargestellten Beispiel ist der erste DC-Anschluss 22 ein positiver DC-Anschluss und der zweite DC-Anschluss 24 ein negativer DC-Anschluss.
Es ist ein Spannungsmesser V zwischen dem ersten DC-Anschluss 22 und dem Mittelpunkt des geteilten Zwischenkreises 14 vorgesehen und es ist ein Spannungsmesser V zwischen dem zweiten DC-Anschluss 24 und dem Mittelpunkt des geteilten Zwischenkreises 14 vorgesehen. Die Messwiderstände der Spannungsmesser sind in der Figur nicht dargestellt.
Der Leistungswandler 18 kann über eine allpolige Trennstelle umfassend einen ersten Schalter SW1 und einen zweiten Schalter SW2 mit den EV-Anschlüssen 26, 28 verbunden und von diesen getrennt werden. Im dargestellten Beispiel ist der erste DC-Anschluss 22 über den ersten Schalter SW1 mit dem ersten EV-Anschluss 26 und der zweite DC-Anschluss 24 über den zweiten Schalter SW2 mit dem zweiten EV-Anschluss 28 verbindbar.
Zwischen dem ersten EV-Anschluss 26 und dem zweiten EV-Anschluss 28 ist ein Entladewiderstand Rdis angeordnet, über den etwaige Restladungen in Kapazitäten des Fahrzeuges EV entladen werden können.
Für ein Verfahren zur Isolationsmessung an dem Fahrzeug EV mittels der Schaltungsanordnung 10 wird zunächst eine Verbindung des Leistungswandlers 18 mit dem Wechselspannungsnetz G durch Schließen der AC-Schalter ACSW hergestellt, so dass das Potential des Mittelpunkts des Zwischenkreises 14 etwa dem Potential des Neutralleiters N des Wechselspannungsnetzes und damit dem Erdpotential entspricht. Dies ist auch der Fall, wenn keine Verbindung zwischen Zwischenkreis-Mittelpunkt und Neutralleiter N des Wechselspannungsnetzes G besteht.
Dann wird der zweite Schalter SW2 geschlossen und eine Verbindung zwischen dem zweiten DC-Anschluss 24 und dem zweiten EV-Anschluss 28 hergestellt. Danach wird eine DC- Spannung UDC.22, UDC.24 auf der DC-Seite des Leistungswandlers 18 eingestellt. Die DC- Spannung UDC.22, UDC.24 wird durch geeignete Taktung des AC/DC-Wandlers 12 auf einen ersten Spannungswert eingestellt. Die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 entspricht dabei einer Spannung zwischen dem ersten DC-Anschluss 22 und dem zweiten DC-Anschluss 24 bei festem Mittelpunkt des Zwischenkreises 14. Ein Teil UDC.22 der DC-Spannung wird dabei zwischen dem ersten DC-Anschluss 22 und dem Mittelpunkt des geteilten Zwischenkreises 14 eingestellt. Ein anderer Teil UDC.24 der DC-Spannung wird dabei zwischen dem zweiten DC- Anschluss 24 und dem Mittelpunkt des geteilten Zwischenkreises 14 eingestellt.
Wenn sich die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 trotz der an sich dazu geeigneten Taktung des AC/DC-Wandlers 12 nicht einstellen lässt, wird ein harter Erdschluss mit sehr kleinem Widerstandswert zwischen dem zweiten EV-Anschluss 28 und Erdpotential, beispielsweise aufgrund eines sehr kleinen Riso2 erkannt. Alternativ oder zusätzlich kann ein solcher harter Erdschluss erkannt werden, wenn ein über den Schalter SW2 fließender Strom einen festgelegten Grenzwert überschreitet.
Lässt sich die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 einstellen, so werden erste Messspannungs- Werte UEV.26 und UEV.28 erfasst. Die Messspannung UEV.26 wird dabei zwischen dem ersten EV-Anschluss 26 und Erdpotential erfasst. Die Messspannung UEV.28 wird dabei zwischen dem zweiten EV-Anschluss 28 und Erdpotential erfasst.
Danach wird die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 durch geeignete Taktung des AC/DC- Wandlers 12 auf einen zweiten Spannungswert eingestellt und zweite Messspannungs- Werte UEV.26 und UEV.28 erfasst.
Dann wird der zweite Schalter SW2 geöffnet und die Verbindung zwischen dem zweiten DC- Anschluss 24 und dem zweiten EV-Anschluss 28 getrennt. Danach wird der erste Schalter SW1 geschlossen und eine Verbindung zwischen dem ersten DC-Anschluss 22 und dem ersten EV-Anschluss 28 hergestellt.
Danach wird die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 durch geeignete Taktung des AC/DC- Wandlers 12 auf einen dritten Spannungswert eingestellt. Der dritte Spannungswert kann z. B. dem ersten Spannungswert entsprechen.
Wenn die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 sich trotz der an sich dazu geeigneten Taktung nicht einstellen lässt oder einen Strom erzeugt, der über einen festgelegten Grenzwert ansteigt, wird ein harter Erdschluss mit sehr kleinem Widerstandswert zwischen dem ersten EV-Anschluss 26 und Erdpotential erkannt, der beispielsweise aufgrund eines sehr kleinen Risol vorliegt.
Wenn sich die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 einstellen lässt, werden dritte Messspannungs- Werte UEV.26 und UEV.28 erfasst. Danach wird die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 durch geeignete Taktung des AC/DC-Wandlers 12 auf eine vierte DC-Spannung UDC.22, UDC.24 eingestellt und vierte Messspannungs-Werte UEV.26 und UEV.28 erfasst. Der vierte Spannungswert kann z. B. dem zweiten Spannungswert entsprechen.
Dann wird der erste Schalter SW1 geöffnet und dadurch die Verbindung zwischen dem ersten DC-Anschluss 22 und dem ersten EV-Anschluss 26 getrennt.
In einem nächsten Schritt kann aus den ermittelten Messspannungs-Werten die Berechnung des Isolationswiderstandes Riso2 des positiven Potentials des Fahrzeugs EV und des Isolationswiderstandes Risol des negativen Potentials des Fahrzeugs EV mittels an sich bekannter Formeln erfolgen, siehe unten. Die Berechnung des Isolationswiderstandes Riso2 des positiven Potentials kann alternativ oder zusätzlich bereits nach dem Erfassen der ersten und zweiten Messspannungs-Werte UEV.26 und UEV.28 erfolgen, wobei das Verfahren an dieser Stelle ggf. abgebrochen werden kann, wenn der Isolationswiderstand Riso2 bereits einen unzulässig niedrigen Wert aufweist.
Optional kann insbesondere vor der eigentlichen Isolationsmessung ein Selbsttest des Isolationsmesssystems durchgeführt werden, indem einer der DC-Anschlüsse 22, 24 über einen optionalen Schalter SW4 und einen optionalen Selbsttestwiderstand Rtest mit bekanntem Widerstandswert mit Erdpotential verbunden und das oben beschriebene Verfahren durchgeführt wird. Während eines solchen Selbsttests sind die Schalter SW1 und SW2 geöffnet und der Schalter SW4 ist geschlossen, so dass das oben beschriebene Verfahren einen Isolationswiderstand ermitteln sollte, der dem bekannten Widerstandswert des Selbsttestwiderstands Rtest entspricht. Wenn dies nicht der Fall ist, d.h. wenn die Isolationsmessung im Selbsttest einen Isolationswiderstand ermittelt, der deutlich von dem bekannten Selbsttestwiderstand Rtest abweicht, wird das Verfahren mit einer entsprechenden Fehlermeldung abgebrochen.
Fig. 1b zeigt nochmals die erste Ausführungsform der elektrischen Schaltungsanordnung 10 zur Isolationsmessung, wobei der Entladewiderstand Rdis abweichend zu Fig. 1a aus zwei getrennten Teilwiderständen Rdisl, Rdis2 besteht. Der optionale Selbsttestwiderstand Rtest ist gemäß Fig. 1b zwischen dem Verknüpfungspunkt der Teilwiderstände Rdisl, Rdis2 und Erdpotential angeordnet, wobei der Verknüpfungspunkt der Teilwiderstände Rdisl , Rdis2 über einen Schalter SW4 und den Selbsttestwiderstand Rtest mit dem Erdpotential verbunden werden kann. Während eines Selbsttests sind einer der Schalter SW1 oder SW2 und der Schalter SW4 geschlossen, so dass das oben beschriebene Verfahren einen Isolationswiderstand ermitteln sollte, der sich aus den bekannten Widerstandswerten des Selbsttest- Widerstands Rtest und der Teilwiderstände Rdisl , Rdis2 zusammensetzt. Wenn dies nicht der Fall ist, kann das Verfahren mit einer Fehlermeldung abgebrochen werden.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der elektrischen Schaltungsanordnung 10 zur Isolationsmessung. Auch diese Ausführungsform kann z. B. Teil eines Ladegeräts für das batterieelektrische Fahrzeug EV sein und zum Aufladen der Hochvolt-Batterie 20 des Fahrzeuges EV verwendet werden.
Die Verbindung zum Fahrzeug EV erfolgt über den ersten EV-Anschluss 26 und den zweiten EV-Anschluss 28. Beispielhaft sind für das Fahrzeug EV ein erster Isolationswiderstand Risol und ein zweiter Isolationswiderstand Riso2 dargestellt.
Es ist ein Spannungsmesser V zwischen dem ersten EV-Anschluss 26 und Erdpotential vorgesehen und es ist ein Spannungsmesser V zwischen dem zweiten EV-Anschluss 28 und Erdpotential vorgesehen. In der Figur sind beispielhaft weiter die Messwiderstände Rm der Spannungsmesser dargestellt. Die Schaltungsanordnung 10 ist über AC-Schalter ACSW an das dreiphasige Wechselspannungsnetz G angeschlossen.
Der Leistungswandler 18 weist den AC/DC-Wandler 12 (Gleichrichter) mit geteiltem Zwischenkreis 14 sowie einen optionalen DC/DC- Wandler 16 auf. Der AC/DC-Wandler 12 kann eine Topologie wie in Fig. 1a beispielhaft dargestellt aufweisen. Der DC-Ausgang des Leistungswandlers 18 weist den ersten DC-Anschluss 22 und den zweiten DC-Anschluss 24 auf.
Es ist ein Spannungsmesser V zwischen dem ersten DC-Anschluss 22 und dem Mittelpunkt des geteilten Zwischenkreises 14 vorgesehen und es ist ein Spannungsmesser V zwischen dem zweiten DC-Anschluss 24 und dem Mittelpunkt des geteilten Zwischenkreises 14 vorgesehen. Die Messwiderstände der Spannungsmesser sind in der Figur nicht dargestellt.
Der Leistungswandler 18 kann über eine allpolige Trennstelle umfassend einen ersten Schalter SW1 und einen zweiten Schalter SW2 mit den EV-Anschlüssen 26, 28 verbunden und von diesen getrennt werden. Zwischen dem ersten EV-Anschluss 26 und dem zweiten EV-Anschluss 28 ist ein Entladewiderstand Rdis angeordnet, über den etwaige Restladungen in Kapazitäten des Fahrzeuges EV entladen werden können.
Zusätzlich weist das in Figur 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eine optionale Vorladeschaltung mit einem Vorladewiderstand Rpchrg und einem dazu in Reihe angeordneten dritten Schalter SW3 auf. Alternativ oder zusätzlich zum Vorladewiderstand Rpchrg andere Komponenten wie Sicherungen oder aktive Schaltungen eingesetzt in Reihe mit dem Schalter SW3 angeordnet sein, um einen Vorladestrom und/oder einen etwaigen Erdstrom zu überwachen, zu steuern und/oder zu begrenzen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste DC-Anschluss 22 über den ersten Schalter SW1 mit dem ersten EV-Anschluss 26 verbindbar. Der zweite DC-Anschluss 24 ist über den zweiten Schalter SW2 und/oder über den dritten Schalter SW3 mit dem zweiten EV-Anschluss 28 verbindbar. Für den Fall, dass der zweite DC-Anschluss 24 über den dritten Schalter mit dem zweiten EV-Anschluss 28 verbunden wird, wird der zweite DC-Anschluss 24 über den Vorladewiderstand Rpchrg mit dem zweiten EV-Anschluss 28 verbunden. Ein vom zweiten DC-Anschluss 24 zum zweiten EV-Anschluss 28 fließender Strom, der insbesondere zur Vorladung von Kapazitäten im Fahrzeug EV vorgesehen sein kann, würde also über den Vorladewiderstand Rpchrg fließen. Eine zusätzlich oder alternativ zum Vorladewiderstand Rpchrg in Reihe zum Schalter SW3 angeordnete kann diesen Vorladestrom ebenfalls überwachen, steuern und/oder begrenzen.
Für das Verfahren zur Isolationsmessung an dem Fahrzeug EV mittels der Schaltungsanordnung 10 wird zunächst eine Verbindung des Leistungswandlers 18, im dargestellten Beispiel des DC/DC- Wandlers 16 des Leistungswandlers 18, mit dem Wechselspannungsnetz G durch Schließen der AC-Schalter ACSW hergestellt, so dass das Potential des Mittelpunkts des Zwischenkreises 14 etwa dem Erdpotential entspricht. Dies ist auch der Fall, wenn keine Verbindung zwischen Zwischenkreis-Mittelpunkt und Neutralleiter N des Wechselstromnetzes G besteht.
Dann wird der dritte Schalter SW3 geschlossen und über den Vorladewiderstand Rpchrg eine Verbindung zwischen dem zweiten DC-Anschluss 24 und dem zweiten EV-Anschluss 28 hergestellt. Die Nutzung des Vorladewiderstandes Rpchrg hat den Vorteil, dass bei einem möglichen harten Erdschluss, d.h. einem sehr kleinen Widerstandswert zwischen dem zweiten EV-Anschluss 28 und Erdpotential der fließende Strom durch den Vorladewiderstand Rpchrg begrenzt ist. Es ist auch vorteilhaft, das Verfahren mit dem Schließen des Schalters SW3 zu starten, da über den Vorladewiderstand Rpchrg zu große Ströme begrenzt werden. Optional kann die Messung für dieses Ausführungsbeispiel auch unter Verwendung des zweiten Schalters SW2 anstelle des dritten Schalters SW3 durchgeführt werden.
Danach wird durch den DC/DC-Wandler 16 eine DC-Spannung UDC.22, UDC.24 auf der DC- Seite des Leistungswandlers 18 eingestellt. Die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 wird durch geeignete Taktung des DC/DC-Wandlers 16 auf den ersten Spannungswert eingestellt. Die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 entspricht dabei einer Spannung zwischen dem ersten DC- Anschluss 22 und dem zweiten DC-Anschluss 24 bei festem Mittelpunkt des Zwischenkreises 14. Ein Teil UDC.22 der DC-Spannung wird dabei zwischen dem ersten DC-Anschluss 22 und dem Mittelpunkt des geteilten Zwischenkreises 14 und damit zwischen dem ersten DC- Anschluss 22 und Erdpotential eingestellt. Ein anderer Teil UDC.24 der DC-Spannung wird dabei zwischen dem zweiten DC-Anschluss 24 und dem Mittelpunkt des geteilten Zwischenkreises 14 und damit zwischen dem zweiten DC-Anschluss 24 und Erdpotential eingestellt.
Wenn sich die gewünschte DC-Spannung UDC.22, UDC.24 trotz der an sich dafür geeigneten Taktung nicht erreichen lässt, wird ein harter Erdschluss mit sehr kleinem Risol und /oder sehr kleinem Riso2 erkannt, und das Verfahren wird ggf. abgebrochen.
Bei auf den ersten Spannungswert eingestellter DC-Spannung UDC.22, UDC.24 werden erste Messspannungs-Werte UEV.26 und UEV.28 erfasst. Die Messspannung UEV.26 wird dabei zwischen dem ersten EV-Anschluss 26 und Erdpotential erfasst. Die Messspannung UEV.28 wird dabei zwischen dem zweiten EV-Anschluss 28 und Erdpotential erfasst.
Danach wird die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 durch geeignete Taktung des DC/DC- Wandlers 16 auf die zweite DC-Spannung UDC.22, UDC.24 eingestellt und zweite Messspannungs-Werte UEV.26 und UEV.28 erfasst.
Dann wird der dritte Schalter SW3 geöffnet und dadurch die Verbindung zwischen dem zweiten DC-Anschluss 24 und dem zweiten EV-Anschluss 28 getrennt. An dieser Stelle kann bereits aus den ermittelten Messspannungs-Werten der Isolationswiderstand Riso2 erfolgen und das Verfahren ggf. abgebrochen werden, wenn der Isolationswiderstand Riso2 einen unzulässig kleinen Wert aufweist.
Danach wird der erste Schalter SW1 geschlossen und eine Verbindung zwischen dem ersten DC-Anschluss 22 und dem ersten EV-Anschluss 28 hergestellt.
Danach wird die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 durch geeignete Taktung des DC/DC- Wandlers 16 auf den dritten Spannungswert eingestellt. Der dritte Spannungswert kann z. B. dem ersten Spannungswert entsprechen.
Wenn sich die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 trotz der an sich dazu geeigneten Taktung nicht einstellen lässt, wird ein harter Erdschluss mit sehr kleinem Widerstandswert zwischen dem ersten EV-Anschluss 26 und Erdpotential erkannt.
Lässt sich der dritte Spannungswert einstellen, werden dritte Messspannungs-Werte UEV.26 und UEV.28 erfasst. Danach wird die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 durch geeignete Taktung des DC/DC-Wandlers 16 auf die vierte DC-Spannung UDC.22, UDC.24 eingestellt und vierte Messspannungs-Werte UEV.26 und UEV.28 erfasst. Der vierte Spannungswert kann z. B. dem zweiten Spannungswert entsprechen.
Dann wird optional der erste Schalter SW1 geöffnet und dadurch die Verbindung zwischen dem ersten DC-Anschluss 22 und dem ersten EV-Anschluss 26 getrennt.
In einem nächsten Schritt kann aus den ermittelten Messspannungs-Werten die Berechnung der äquivalenten Quellenspannung Viso2 und des Isolationswiderstandes Riso2 des positiven Potentials des Fahrzeugs EV sowie der äquivalenten Quellenspannung Visol und des Isolationswiderstandes Risol des negativen Potentials des Fahrzeugs EV erfolgen.
Die Berechnung basiert wiederum darauf, dass der Entladewiderstand und ggf. der Vorladewiderstand als Spannungsteiler mit dem Isolationswiderstand wirken. Die Berechnung kann in analoger und bei Kenntnis der beteiligten Bauteile an sich bekannter Weise, wie in Bezug auf Figur 4 beschrieben, erfolgen.
Optional kann insbesondere vor der eigentlichen Isolationsmessung ein Selbsttest des durchgeführt werden, indem einer der DC-Anschlüsse 22, 24 über einen optionalen Schalter SW4 und einen optionalen Selbsttestwiderstand Rtest mit bekanntem Widerstandswert mit Erdpotential verbunden und das oben beschriebene Verfahren durchgeführt wird. Während eines solchen Selbsttests sind die Schalter SW1 , SW2 und SW3 geöffnet und der Schalter SW4 ist geschlossen, so dass das oben beschriebene Verfahren einen Isolationswiderstand ermitteln sollte, der dem Selbsttestwiderstand Rtest entspricht. Wenn dies nicht der Fall ist, d.h. wenn die Isolationsmessung im Selbsttest einen Isolationswiderstand ermittelt, der deutlich von dem bekannten Widerstandswert des Selbsttestwiderstands Rtest abweicht, wird das Verfahren mit einer entsprechenden Fehlermeldung abgebrochen.
In Fig. 3 und Fig. 4 werden beispielhafte Spannungsverläufe für die DC-Spannung UDC.22, UDC.24 sowie von Messspannungen UEV.26 und UEV.28 dargestellt. In Figur 3 und 4 sind dazu ebenfalls Schalterstellungen für die Schalter SW1 , SW2, SW3 dargestellt, wie sie für das Verfahren zur Isolationsmessung wie zuvor beschrieben verwendet werden können.
In Figur 3 sind beispielhafte Spannungsverläufe für ein System aus Schaltungsanordnung 10, Fahrzeug EV und Wechselstromnetz G dargestellt, bei dem die Isolation an dem Fahrzeug EV fehlerfrei, d.h. durchweg sehr hochohmig ist. In Figur 4 sind beispielhafte Spannungsverläufe für ein System aus Schaltungsanordnung 10, Fahrzeug EV und Wechselspannungsnetz G dargestellt, bei dem die Isolation an dem Fahrzeug EV fehlerhaft, d.h. vergleichsweise niederohmig ist. In Figur 3 und 4 sind im oberen Teil jeweils Spannungsverläufe am ersten, positiven DC- Anschluss 22 und die Messpannung UEV.26 am ersten, positiven EV-Anschluss aufgetragen. Im mittleren Teil sind jeweils Spannungsverläufe am zweiten, negativen DC-Anschluss 24 und die Messpannung UEV.28 am zweiten, negativen EV-Anschluss aufgetragen. Im unteren Teil sind Schalterstellungen für den ersten Schalter SW1 und den zweiten Schalter SW2 für das erste Ausführungsbeispiel von Figur 1a bzw. 1b aufgetragen. Im unteren Teil ist ebenfalls die Schalterstellung für den dritten Schalter SW3 für das zweite Ausführungsbeispiel von Figur 2 aufgetragen. Ein Wert von „1“ entspricht dem geschlossenen Schalter. Ein Wert von „0“ entspricht dem offenen Schalter.
In Figur 3 ist zu sehen, dass zunächst der zweite Schalter SW2 bzw. der dritte Schalter SW3 geschlossen wird und dann die DC-Spannung für eine Zeitdauer T1 auf den ersten Spannungswert eingestellt wird. Die DC-Spannung liegt dabei zwischen den DC-Anschlüssen 22 und 24 an, wobei auf jedem der beiden DC-Anschlüsse 22, 24 die halbe DC-Spannung anliegt - am positiven DC-Anschluss 22 in die positive Richtung und am negativen DC- Anschluss 24 in die negative Richtung. Danach - immer noch bei geschlossenem zweiten Schalter SW 2 bzw. drittem Schalter SW3 — wird für eine Zeitdauer T2 der zweite Spannungswert als DC-Spannung UDC.22, LIDC24 eingestellt. Zu erkennen ist, dass die jeweils erfassten Messspannungen LIEV26 und LIEV28 hierbei recht genau der Spannung auf dem negativen DC-Anschluss 24 folgen. Dies liegt daran, dass bei geschlossenem zweiten bzw. dritten Schalter SW2 bzw. SW3 und intakter Isolation die beiden EV-Anschlüsse 26, 28 über den Entladewiderstand Rdis auf das Potential des zweiten, negativen DC-Anschlusses 24 gelegt werden. Da der Entladewiderstand Rdis im Vergleich zum Isolationswiderstand des Fahrzeugs EV bei intakter Isolation klein ist, folgt auch die positive Messspannung UEV.26 recht genau der an dem negativen DC-Anschluss 24 angelegten Spannung UDC.24.
Danach wird das Einstellen der DC-Spannung gestoppt und der zweite bzw. dritte Schalter SW2 bzw. SW3 geöffnet.
Im folgenden Messzyklus wird dann der erste Schalter SW1 geschlossen und dann die DC- Spannung für eine Zeitdauer T3 auf den dritten Spannungswert eingestellt. Die DC-Spannung liegt dabei zwischen den DC-Anschlüssen 22 und 24 an, wobei auf jedem der beiden DC- Anschlüsse 22, 24 die halbe DC-Spannung anliegt - am positiven DC-Anschluss 22 in die positive Richtung und am negativen DC-Anschluss 24 in die negative Richtung. Danach - immer noch bei geschlossenem ersten Schalter SW1 - wird für eine Zeitdauer T4 der vierte Spannungswert als DC-Spannung eingestellt. Zu erkennen ist, dass die jeweils erfassten Messspannungen UEV26 und UEV28 hierbei recht genau der Spannung auf dem positiven DC-Anschluss 22 folgen. Dies liegt daran, dass bei geschlossenem ersten Schalter SW1 und intakter Isolation die beiden EV-Anschlüsse 26, 28 über den Entladewiderstand Rdis auf das Potential des ersten, positiven DC-Anschlusses 22 gelegt werden. Da der Entladewiderstand Rdis im Vergleich zum Isolationswiderstand des Fahrzeugs EV bei intakter Isolation klein ist, folgt auch die negative Messspannung UEV.28 recht genau der an dem positiven DC- Anschluss 22 angelegten Spannung UDC.22.
Danach wird das Einstellen der DC-Spannung gestoppt und der erste Schalter SW1 geöffnet. Hieran kann sich die Berechnung der Isolationswiderstände Risol , Riso2 mittels der erfassten Messwerte anschließen.
In Figur 4 sind Spannungsverläufe für einen beispielhaften Fehlerfall dargestellt. Im dargestellten Beispiel ist konkret ein endliches Risol mit einem Widerstandwert von 166 Kiloohm zwischen dem negativen Leiter am EV-Anschluss 28 und Erdpotential, vergleiche Figur 1a, 1b oder Figur 2, so dass der Isolationswiderstand am negativen Potential des Fahrzeugs EV fehlerhaft, d. h. zu klein ist. Der Widerstandswert des Entladewiderstands Rdis beträgt in diesem Beispiel ebenfalls 166 Kiloohm.
Zunächst wird der zweite Schalter SW2 (Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1a, 1b) bzw. der dritte Schalter SW3 (Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2) geschlossen und dann die DC- Spannung für eine Zeitdauer T1 auf den ersten Spannungswert eingestellt. Danach - immer noch bei geschlossenem zweiten Schalter SW 2 bzw. drittem Schalter SW3 - wird für eine Zeitdauer T2 der zweite Spannungswert als DC-Spannung eingestellt. Zu erkennen ist, dass die jeweils erfassten Messpannungen UEV.26 und UEV.28 hierbei recht genau der Spannung auf dem negativen DC-Anschluss 24 folgen. Dies liegt daran, dass bei geschlossenem zweiten bzw. dritten Schalter SW2 bzw. SW3 und intakter Isolation zumindest bezogen auf den positiven EV-Anschluss 26 die EV-Anschlüsse 26, 28 über den Entladewiderstand Rdis auf das Potential des zweiten, negativen DC-Anschlusses 24 gelegt werden. Da der Entladewiderstand Rdis im Vergleich zum Isolationswiderstand des Fahrzeugs EV bezogen auf den positiven EV-Anschluss 26 klein ist, folgt auch die positive Messspannung UEV.26 recht genau der an dem negativen DC-Anschluss 24 angelegten Spannung UDC.24.
Danach wird das Einstellen der DC-Spannung gestoppt und der zweite bzw. dritte Schalter SW2 bzw. SW3 geöffnet.
Im folgenden Messzyklus wird dann der erste Schalter SW1 geschlossen und die DC- Spannung für eine Zeitdauer T3 auf den dritten Spannungswert eingestellt. Die DC-Spannung liegt dabei zwischen den DC-Anschlüssen 22 und 24 an, wobei auf jedem der beiden DC- Anschlüsse 22, 24 die halbe DC-Spannung anliegt - am positiven DC-Anschluss 22 in die positive Richtung und am negativen DC-Anschluss 24 in die negative Richtung. Zu erkennen ist, dass die erfasste Messpannung UEV.26 der angelegten DC-Spannung UDC.22 aufgrund des geschlossenen ersten Schalters SW1 exakt folgt, während die erfasste Messspannung UEV.28 deutlich schwächer als in Figur 3 der angelegten DC-Spannung UDC.22 folgt. Dies liegt daran, dass der Isolationswiderstand Risol bei geschlossenem erstem Schalter SW1 in Reihe mit dem Entladewiderstand Rdis liegt und über diese Reihenschaltung ein Erdstrom abfließt. Die angelegte DC-Spannung UDC.22 fällt ebenfalls über diese Reihenschaltung ab, die insofern einen Spannungsteiler bildet und damit das Potential des positiven Leiters und des damit verbundenen ersten, positiven EV-Anschlusses 26 absenkt. Der Isolationswiderstand Risol ist im Beispiel gemäß Fig. 4 etwa gleich groß wie der Entladewiderstand Rdis. Daher weist die negative Messspannung UEV.28, die in der Mitte der Reihenschaltung aus Entladewiderstand Rdis und Isolationswiderstand Risol abgegriffen wird, etwa den halben Wert der an dem positiven DC-Anschluss 22 angelegten DC-Spannung UDC.22 auf.
Danach - immer noch bei geschlossenem ersten Schalter SW1 - wird für eine Zeitdauer T4 der vierte Spannungswert als DC-Spannung eingestellt. Zu erkennen ist wieder, dass - aufgrund des Isolationsfehlers - die erfasste Messpannung UEV28 deutlich schwächer als in Figur 3 der Spannung auf dem positiven DC-Anschluss 22 folgt und nur etwa den halben Betrag der angelegten DC-Spannung UDC.22 aufweist.
Nach Erkennen des Fehlers kann die Messung gestoppt werden und der erste Schalter SW1 geöffnet werden. Im beispielhaften Ablauf gemäß Fig. 4 wird der DC/DC Wandler zeitgleich mit dem Öffnen des Schalters SW1 deaktiviert, und die Spannungen UEV.26 und UEV.28 werden über den Entladewiderstand Rdis schnell abgebaut. Die Spannungen UDC.22 und UDC.24 sinken dagegen nur langsam, insbesondere wenn der Leistungswandler 18 selbst keinen internen Entladewiderstand aufweist.
Hieran kann sich die Berechnung der Isolationswiderstände Risol, Riso2 mittels der erfassten Messwerte anschließen. Ohne Berücksichtigung des Messwiderstandes Rm lässt sich eine äquivalente Quellenspannung Viso2 und der Isolationswiderstand Riso2 des positiven Potentials des Fahrzeugs EV konkret folgendermaßen berechnen:
Viso2 = (UEV.28(T1) * UEV.26(T2) - UEV.28(T2) * UEV.26(T1)) / (UEV.28(T1) - UEV.28(T2) - UEV.26(T1) + UEV.16(T2))
Riso2 = Rdis * (UEV.26(T1) - UEV.26(T2)) / (UEV.28(T1) - UEV.28(T2) - UEV.26(T1) + UEV.16(T2)) mit T1 : Zeitraum mit erstem Spannungswert für UDC.22 + UDC.24 und mit T2: Zeitraum mit zweitem Spannungswert für UDC.22 + UDC.24.
Ohne Berücksichtigung des Messwiderstandes Rm lässt sich eine äquivalente Quellenspannung Visol und der Isolationswiderstand Risol des negativen Potentials des Fahrzeugs EV konkret folgendermaßen berechnen:
Viso1 = (UEV.28(T3) * UEV.26(T4) - UEV.28(T4) * UEV.26(T3)) / (UEV.28(T3) - UEV.28(T4)
- UEV.26(T3) + UEV.16(T4))
Risol = Rdis * (UEV.28(T3) - UEV.28(T4)) / (UEV.28(T3) - UEV.28(T4) - UEV.26(T3) + UEV.16(T4)) mit T3: Zeitraum mit drittem Spannungswert für UDC.22 + UDC.24 (wobei der dritte Spannungswert dem ersten Spannungswert entsprechen kann) und mit T4: Zeitraum mit viertem Spannungswert für UDC.22 + UDC.24 (wobei der vierte Spannungswert dem zweiten Spannungswert entsprechen kann).
Konkret ergeben sich aus der Messung gemäß Fig. 4 beispielhaft folgende Werte:
Die erste Messung im Zweitraum T1 erfolgt mit UDC.24 = 22,5V und ergibt die Messwerte UEV.28 = 21 ,5V und UEV.26 = -20,2V. Die zweite Messung im Zeitraum T2 erfolgt mit UDC.24 = 202,5V und ergibt die Messwerte UEV.28 = 201 ,5V und UEV.26 = -189,2V. Daraus wird ein Isolationswiderstand Riso2 = 34.9 Gohm mit einer äquivalenten Quellenspannung Uiso2 = 0V berechnet.
Die dritte Messung im Zeitraum T3 erfolgt mit UDC.22 = 22,5V und ergibt die Messwerte UEV.26 = 22,5V und UEV.28 = -10,9V. Die vierte Messung im Zeitraum T4 erfolgt mit UDC.22 = 202,5V und ergibt die Messwerte UEV.26 = 202,5V und UEV.28 = -98,2V. Daraus wird ein Isolationswiderstand Risol = 166 kOhm mit einer äquivalenten Quellenspannung Uisol = 0V berechnet.
Der Wert der äquivalenten Quellspannungen Visol , Viso2 entspricht hier der Spannung einer in Reihe zum jeweiligen Isolationswiderstand Risol , Riso2 geschalteten Spannungsquelle. Im Beispiel von Fig. 1a, 1b bzw. Fig. 2 entspricht die äquivalente Quellspannungen Viso2 = 0V, da der Isolationswiderstand Riso2 direkt mit dem EV-Anschluss 26 verbunden ist, und die äquivalente Quellspannung Visol entspricht der Spannung einer Batteriezelle der Batterie des Fahrzeugs EV entspricht. Während der Zeiträume T 1 und T2 wird also der erste, positive EV-Anschluss 26 geprüft und während der Zeiträume T3 und T4 wird der zweite, negative EV-Anschluss 28 geprüft. Es versteht sich, dass die Reihenfolge der Schalthandlungen der Schalter SW1 , SW2 und die dazugehörigen Messungen auch vertauscht werden können, so dass zunächst der Isolationswiderstand des negativen EV-Anschlusses 28 und dann der Isolationswiderstand des positiven EV-Anschlusses 26 geprüft werden kann.
Das beschriebene Verfahren kann insbesondere Teil eines übergeordneten Verfahrens zum Laden einer Batterie 20 eines batterieelektrischen Fahrzeuges EV sein. Das übergeordnete Verfahren kann dabei insbesondere die folgenden Schritte umfassen:
Verbinden des Fahrzeugs EV mit der Schaltungsanordnung 10, insbesondere durch Einstecken eines Ladekabels in die EV-Anschlüsse 26, 28 der Schaltungsanordnung und/oder in einen Ladeanschlüsse des Fahrzeugs EV,
Kommunikation zwischen dem Fahrzeug EV und der Schaltungsanordnung 10, insbesondere mit Austausch geeigneter Ladeparameter,
Verriegeln der Verbindung zwischen Fahrzeug EV und Schaltungsanordnung 10, insbesondere durch Verriegeln einer Steckverbindung zwischen dem Ladekabel und den EV-Schlüssen 26, 28 der Schaltungsanordnung 10 und/oder zwischen dem Ladekabel und dem Ladeanschluss des Fahrzeugs EV,
Isolationsmessung am Fahrzeug EV in einer der oben beschriebenen Varianten, ggf. mit vorherigem Selbsttest der Isolationsmessung am optionalen Selbsttestwiderstand Rtest durch Schließen des optionalen Schalters SW4,
Vorladen des Gesamtsystems, insbesondere über den geschlossenen Schalter SW3 und den Vorladewiderstand Rpchrg, und
T ransfer elektrischer Leistung vom AC-Versorgungsnetz G über den Leistungswandler 18, die geschlossenen Schalter SW1 und SW2, die EV-Anschlüsse 26,28 und das Ladekabel zur Batterie 20 des Fahrzeugs EV.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Elektrische Schaltungsanordnung
12 AC/DC-Wandler
14 Zwischenkreis
16 DC/DC-Wandler
18 Leistungswandler
20 Hochvoltbatterie
22, 24 DC-Anschlüsse
26, 28 EV-Anschlüsse
ACSW AC-Schalter
EV batterieelektrisches Fahrzeug
G AC-Versorgungsnetz
Rdis Entladewiderstand
Risol , Riso2 Isolationswiderstand
Rm Messwiderstand
Rpchrg Vorladewiderstand Rtest Selbsttestwiderstand
SW1 ,SW2,SW3,SW4 Schalter
T1, T2, T3, T4 Zeiträume
UDC.22, UDC.24 DC-Spannung
UEV.26, UEV.28 Mess-Spannung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrische Schaltungsanordnung (10) zur Isolationsmessung an einem batterieelektrischen Fahrzeug (EV), welche über EV-Anschlüsse (26, 28) mit einer Hochvoltbatterie (20) des Fahrzeugs (EV) verbindbar ist, wobei die Schaltungsanordnung (10) einen elektrischen Leistungswandler (18) mit AC-Anschlüssen zum Anschluss an ein elektrisches Wechselspannungsnetz (G) und mit DC-Anschlüssen (22, 24) aufweist, wobei ein erster DC-Anschluss (22) über einen ersten DC-Schalter (SW1) mit einem ersten EV- Anschluss (26) und ein zweiter DC-Anschluss (24) über einen zweiten DC-Schalter (SW2) oder über eine Parallelschaltung aus dem zweiten und einen dritten DC-Schalter (SW2, SW3) mit einem zweiten EV-Anschluss (28) verbindbar ist, wobei die Schaltungsanordnung (10) ausgebildet und eingerichtet ist, bei bestehender Verbindung des Leistungswandlers (18) mit dem Wechselspannungsnetz (G) einen der DC-Anschlüsse (22,24) mit dem jeweiligen EV-Anschluss (26,28) durch Schließen von einem der DC-Schalter (SW1 , SW2, SW3) zu verbinden, durch eine Taktung des Leistungswandlers (18) eine DC-Spannung (UDC.22, UDC.24) an den DC-Anschlüssen (22, 24) einzustellen und die Isolationsmessung an dem verbundenen Fahrzeug (EV) durchzuführen.
2. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1 , wobei die EV-Anschlüsse (26, 28) über einen Entladewiderstand (Rdis) miteinander verbunden sind und wobei die Schaltungsanordnung (10) weiter ausgebildet und eingerichtet, die Isolationsmessung unter Verwendung des Entladewiderstandes (Rdis) durchzuführen.
3. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Leistungswandler (18) einen geteilten Zwischenkreis (14) aufweist, der mit den DC-Anschlüssen (22, 24) verbunden ist, wobei das Potential des Mittelpunktes des Zwischenkreises (14) bei bestehender Verbindung des Leistungswandlers (18) mit dem Wechselspannungsnetz (G) einen gegebenen Bezug zum Erdpotential aufweist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leistungswandler (18) einen AC/DC-Wandler (12) aufweist, der insbesondere als dreiphasiger AC/DC-Wandler betreibbar ist und dazu eingerichtet ist, elektrische Leistung aus dem an den AC-Anschlüssen des Leistungswandlers (18) anschließbaren elektrischen Wechselspannungsnetz (G) zu den DC-Anschlüssen (22, 24) zu transferieren.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolationsmessung eine Erfassung von Messwerten einer ersten Mess-Spannung (UEV.26) an dem ersten EV-Anschluss (26) und eine Erfassung von Messwerten einer zweiten Mess- Spannung (UEV.28) an dem zweiten EV-Anschluss (28) umfasst.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolationsmessung die Ermittlung von Isolationswiderstandswerten (Risol , Riso2) an dem Fahrzeug (EV) unter Verwendung der Mess-Spannungen (UEV.26, UEV.28) umfasst.
7. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter ausgebildet und eingerichtet, bei bestehender Verbindung zwischen einem der DC-Anschlüsse (22, 24) mit dem jeweiligen EV-Anschluss (26. 28) übereinen geschlossenen DC-Schalter (SW1 , SW2, SW3) die DC-Spannung (UDC.22, UDC.24) nacheinander auf einen ersten und auf einen zweiten Spannungswert einzustellen und anhand von bei dem ersten und zweiten Spannungswert erfassten ersten und zweiten Messwerten der Mess-Spannungen (UEV.26, UEV.28) unter Berücksichtigung des Entladewiderstands (Rdis) einen ersten Isolationswiderstandswert (Risol , Riso2) für denjenigen EV-Anschluss (26, 28) zu ermitteln, der während des Einstellens der ersten und zweiten Spannungswerte und der Erfassung der ersten und zweiten Messwerte nicht mit dem jeweiligen DC-Anschluss (22, 24) verbunden ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, weiter ausgebildet und eingerichtet, den zur Ermittlung des ersten Isolationswiderstandwerts (Risol , Riso2) geschlossenen DC- Schalter (SW1 , SW2, SW3) zu öffnen und damit die Verbindung zwischen dem entsprechenden DC-Anschluss (22,24) und dem jeweiligen EV-Anschluss (26, 28) zu trennen, den anderen DC-Anschluss (22, 24) durch Schließen von einem anderen der DC- Schalter (SW1 , SW2, SW3) mit dem jeweiligen anderen EV-Anschluss (26, 28) zu verbinden, die DC-Spannung (UDC.22, UDC.24) nacheinander auf einen dritten und auf einen vierten Spannungswert einzustellen und anhand von bei dem dritten und vierten Spannungswert erfassten dritten und vierten Messwerten der Mess-Spannungen (UEV.26, UEV28) unter Berücksichtigung des Entladewiderstands (Rdis) einen zweiten Isolationswiderstandswert (Risol , Riso2) für denjenigen EV-Anschluss (26, 28) zu ermitteln, der während des Einstellens der dritten und vierten Spannungswerte und der Erfassung der dritten und vierten Messwerte nicht mit dem jeweiligen DC-Anschluss (22, 24) verbunden ist.
9. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leistungswandler (18) zweistufig ausgebildet ist und einen DC-seitigen DC/DC-Wandler (16) aufweist, wobei die DC-Spannung (UDC.22, UDC.24) an den DC-Anschlüssen (22, 24) insbesondere durch eine Taktung des DC/DC- Wandlers (16) einstellbar ist.
10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter ausgebildet und eingerichtet, mittels der Isolationsmessung einen harten Erdschluss zu erkennen, falls sich keine DC-Spannung (UDC.22, UDC.24) einstellen lässt und/oder falls beim Einstellen der DC-Spannung (UDC.22, UDC.24) ein Erdstrom oberhalb eines festgelegten Grenzwertes festgestellt wird.
11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter ausgebildet und eingerichtet, die Hochvoltbatterie (20) des Fahrzeuges (EV) aufzuladen.
12. Schaltungsanordnung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vorladewiderstand (Rprchrg) in Reihe mit dem dritten DC-Schalter (SW3) angeordnet ist, so dass die Reihenschaltung aus dem Vorladewiderstand (Rprchrg) und dem dritten DC-Schalter (SW3) parallel zum zweiten DC-Schalter (SW2) angeordnet ist.
13. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorladewiderstand (Rprchrg) und der dritte DC-Schalter (SW3) eine Vorladeschaltung bilden.
14. Schaltungsanordnung (10) nach Anspruch 12 oder 13, weiter ausgebildet und eingerichtet, den Isolationswiderstandswert (Risol , Riso2) für denjenigen EV-Anschluss (26, 28), der nicht mit dem Vorladewiderstand (Rprchrg) verbunden ist, durch Schließen des dritten Schalters (SW3) und anhand der Messwerte der Mess-Spannungen (UEV.26, UEV.28) bei geschlossenem drittem Schalter (SW3) unter Berücksichtigung des Entladewiderstands (Rdis) und des Vorladewiderstandes (Rprchrg) zu ermitteln.
15. Verfahren zur Isolationsmessung an einem batterieelektrischen Fahrzeug (EV) mittels einer elektrischen Schaltungsanordnung (10), welche über EV-Anschlüsse (26, 28) mit einer Hochvoltbatterie (20) des Fahrzeugs (EV) verbindbar ist, wobei die Schaltungsanordnung (10) einen elektrischen Leistungswandler (18) mit AC-Anschlüssen zum Anschluss an ein elektrisches Wechselspannungsnetz (G) und mit DC-Anschlüssen (22, 24) aufweist, wobei ein erster DC-Anschluss (22) über einen ersten DC-Schalter (SW1) mit einem ersten EV-Anschluss (26) und ein zweiter DC-Anschluss (24) über einen zweiten DC-Schalter (SW2) oder über eine Parallelschaltung aus dem zweiten und einen dritten DC-Schalter (SW2, SW3) mit einem zweiten EV-Anschluss (28) verbindbar sind, wobei die EV-Anschlüsse (26, 28) über einen Entladewiderstand (Rdis) miteinander verbunden sind, aufweisend:
Verbinden des Leistungswandlers (18) mit dem Wechselspannungsnetz (G), Verbinden eines der DC-Anschlüsse (22, 24) mit dem jeweiligen EV-Anschluss (26, 28) durch Schließen von einem der DC-Schalter (SW1 , SW2, SW3),
Einstellen einer DC-Spannung (UDC.22, UDC.24) an den DC-Anschlüssen (22, 24) und Durchführen der Isolationsmessung an dem verbundenen Fahrzeug (EV).
16. Verfahren nach Anspruch 15, weiter aufweisend: nach dem Einstellen der DC-Spannung (UDC.22, UDC.24) auf einen ersten Spannungswert:
Erfassen von ersten Messwerten einer ersten Mess-Spannung (UEV.26) an dem ersten EV-Anschluss (26) und einer zweiten Mess-Spannung (UEV.28) an dem zweiten EV- Anschluss (28).
17. Verfahren nach Anspruch 16, weiter aufweisend: nach dem Erfassen der ersten Messwerte der Mess-Spannungen (UEV.26, UEV.28) Einstellen der DC-Spannung (UDC.22, UDC.24) auf einen zweiten Spannungswert und Erfassen von zweiten Messwerten der Mess-Spannungen (UEV.26, UEV.28) und Ermitteln eines ersten Isolationswiderstandswertes (Risol , Riso2) unter Berücksichtigung des Entladewiderstandes (Rdis) für denjenigen EV-Anschluss (26,28), der während des Einstellens der ersten und zweiten Spannungswerte und der Erfassung der ersten und zweiten Messwerte nicht mit dem jeweiligen DC-Anschluss (22, 24) verbunden ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, weiter aufweisend:
Öffnen des zur Ermittlung des ersten Isolationswiderstandwerts (Risol , Riso2) geschlossenen DC-Schalters (SW1 , SW2, SW3),
Verbinden des anderen DC-Anschlusses (22, 24) mit dem jeweiligen EV-Anschluss (26, 28) durch Schließen von einem anderen der DC-Schalter (SW1 , SW2, SW3), Einstellen einer DC-Spannung (UDC.22, UDC.24) auf einen dritten und einen vierten Spannungswert,
Erfassen von dritten und vierten Messwerten der Mess-Spannungen (UEV.26, UEV.28) bei dem dritten bzw. dem vierten Spannungswert und
Ermitteln eines zweiten Isolationswiderstandswertes (Risol , Riso2) unter Berücksichtigung des Entladewiderstandes (Rdis) für denjenigen EV-Anschluss (26,28), der während des Einstellens der dritten und vierten Spannungswerte und der Erfassung der dritten und vierten Messwerte nicht mit dem jeweiligen DC-Anschluss (22, 24) verbunden ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei ein Vorladewiderstand (Rprchrg) in Reihe mit dem dritten DC-Schalter (SW3) angeordnet ist, so dass die Reihenschaltung aus dem Vorladewiderstand (Rprchrg) und dem dritten DC-Schalter (SW3) parallel zum zweiten DC-Schalter (SW2) angeordnet ist, wobei der Isolationswiderstandswert (Risol , Riso2) für denjenigen EV-Anschluss (26, 28), der nicht mit dem Vorladewiderstand (Rprchrg) verbunden ist, durch Schließen des dritten Schalters (SW3) und anhand der Messwerte der Mess-Spannungen (UEV.26, UEV.28) bei geschlossenem dritten Schalter (SW3) unter Berücksichtigung des Entladewiderstands (Rdis) und des Vorladewiderstandes (Rprchrg) ermittelt wird.
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