ES2944865T3 - Arreglo con un módulo de voltaje - Google Patents

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Martin Glinka
Tony Jaumann
Dietmar Kunst
Robert Schmid
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Abstract

La invención se refiere, entre otras cosas, a un arreglo (10) con una carcasa (20) y al menos un módulo de voltaje (BM1-BM3) ubicado en la carcasa (20). Según la invención, el módulo de tensión (BM1-BM3) dispone de una capa aislante interior (30) y una capa aislante exterior (40), que separan una o varias celdas (50) contenidas en el módulo de tensión (BM1-BM3) de la carcasa (20). aislar eléctricamente, estando dispuesta una capa intermedia eléctricamente conductora (60) inherente al módulo entre la capa de aislamiento interior y exterior (30, 40), teniendo la disposición (10) un dispositivo de conmutación (70) que, durante la prueba, conecta opcionalmente la capa intermedia (60) propia del módulo con la carcasa (20) o una conexión de tensión (BA), (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Arreglo con un módulo de voltaje
La invención se refiere, entre otros, a un arreglo con una carcasa y al menos un módulo de voltaje que se encuentra en la carcasa.
En el campo de los vehículos sobre rieles o técnica de los ferrocarriles, en el futuro los vehículos sobre rieles serán equipados de manera creciente con módulos de voltaje, que pueden contener baterías como almacenamiento de energía y/o celdas de combustible como fuentes de energía.
El uso de módulos de voltaje de la técnica descrita en vehículos sobre rieles requiere una prolongada vida útil, para evitar costes de cambio que bajo ciertas circunstancias pueden representar hasta 20 % de los costes del vehículo sobre rieles, y costosos servicios de mantenimiento que en particular en el tráfico ferroviario puede ser extraordinariamente costosos.
La vida útil de los módulos de voltaje depende no sólo del estado de las celdas allí contenidas, sino entre otros también del aislamiento, puesto que se minimiza el peligro de golpes eléctricos o un cortocircuito o fuego. Puesto que el aislamiento debería resistir vibraciones, humedad y fluctuaciones de temperatura a lo largo de la vida útil de hasta 15 años, en la manufactura se imponen requerimientos particularmente altos. En los documentos DE102014221392, CN103048376 y EP2685541 se encuentra el estado relevante de la técnica.
La invención basa el objetivo en indicar un arreglo con un módulo de voltaje, que permite una operación particularmente segura y un control del aislamiento del módulo de voltaje después de la manufactura, preferiblemente también durante la operación posterior, por ejemplo, durante la conducción de un vehículo equipado con el arreglo, de manera particularmente simple.
Este objetivo es logrado de acuerdo con la invención mediante un arreglo con los rasgos de acuerdo con la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se indican acondicionamientos ventajosos del arreglo de acuerdo con la invención.
De acuerdo con ello, se prevé de acuerdo con la invención que el módulo de voltaje exhiba una capa interior de aislamiento y una capa exterior de aislamiento, que aíslan eléctricamente de la carcasa una o varias celdas presentes en el módulo de voltaje, en donde entre las capas interior y exterior de aislamiento está dispuesta una capa intermedia propia del módulo, conductora de electricidad, el arreglo exhibe un dispositivo interruptor que durante la operación de prueba puede conectar la capa intermedia propia del módulo opcionalmente con la carcasa o una conexión de voltaje, en particular el polo positivo o negativo del módulo de voltaje o un dispositivo eléctrico que contiene el módulo de voltaje, el arreglo exhibe un dispositivo de control, el cual para para verificar la capa interior de aislamiento, mediante el dispositivo interruptor conecta la capa intermedia propia del módulo con la carcasa y para para verificar la capa exterior de aislamiento conecta la capa intermedia propia del módulo con la conexión de voltaje, está presente un dispositivo de medición el cual durante la verificación de las capas interior o exterior de aislamiento captura al menos un valor medido y el dispositivo de control evalúa el al menos un valor medido y genera una señal de error, cuando la evaluación indica un error del aislamiento de la capa de aislamiento que va a ser verificada.
Se ve una ventaja esencial del arreglo de acuerdo con la invención en que el o los módulos de voltaje son aislados en cada caso mediante al menos dos capas de aislamiento, de modo que se reduce claramente el peligro de una falla completa del aislamiento - en comparación con módulos de voltaje que exhiben solamente una capa única de aislamiento.
Otra ventaja esencial del arreglo de acuerdo con la invención consiste en que las capas interior y exterior de aislamiento, caracterizadas en cada caso individualmente por las capas intermedias propias del módulo conductoras de la electricidad previstas de acuerdo con la invención, en combinación con el dispositivo interruptor previsto de acuerdo con la invención, pueden ser probadas en particular respecto a un efecto de aislamiento suficiente o a la presencia de una resistencia de aislamiento suficientemente grande. Al respecto, si se establece que una de las capas de aislamiento ya no aísla suficientemente, entonces pueden sacarse de operación los módulos de voltaje en cuestión o la totalidad del dispositivo eléctrico en el cual están presentes los módulos de voltaje, aún antes de que así mismo falle la en cada caso otra de las al menos dos capas de aislamiento del módulo de voltaje en cuestión.
Se ve una ventaja esencial adicional del arreglo de acuerdo con la invención en que éste hace posible una vigilancia del aislamiento del o de los módulos de voltaje también durante la operación o uso posteriores del o de los módulos de voltaje, por ejemplo, durante la conducción en el caso de una aplicación del arreglo dentro de un vehículo.
Los módulos de voltaje forman preferiblemente un dispositivo eléctrico, cuyos polos positivo y negativo están aislados respecto a la carcasa.
Es ventajoso si el dispositivo de control vigila el al menos un valor medido del dispositivo de medición o al menos un valor derivado del mismo, respecto al cumplimiento del al menos un valor límite preestablecido y genera una señal de error cuando el al menos un valor medido o el al menos un valor derivado no respeta el al menos valor límite preestablecido.
En una forma de realización vista como particularmente ventajosa se prevé que en la carcasa estén presentes dos o más módulos de voltaje, que en cada caso están aislados eléctricamente de la carcasa por una capa interior de aislamiento y una capa exterior de aislamiento, en donde entre las capas interior y exterior de aislamiento está dispuesta en cada caso una capa intermedia propia del módulo, conductora de electricidad, el dispositivo interruptor puede conectar las capas intermedias propias del módulo de los módulos de voltaje en cada caso opcionalmente con la carcasa o la conexión de voltaje, y el dispositivo de control puede verificar individualmente la capa de aislamiento de cada uno de los módulos de voltaje y para verificar la capa interior de aislamiento de un módulo de voltaje elegido para la prueba, mediante el dispositivo interruptor conecta la capa intermedia propia del módulo del respectivo módulo de voltaje con la carcasa y para verificar la capa exterior de aislamiento del respectivo módulo de voltaje, mediante el dispositivo interruptor conecta en cada caso la capa intermedia propia del módulo del respectivo módulo de voltaje con la conexión de voltaje.
Cuando en la carcasa están presentes dos o más módulos de voltaje que forman componentes de un dispositivo eléctrico, es ventajoso cuando la carcasa está en un potencial de referencia y los potenciales de un polo positivo y un polo negativo del dispositivo eléctrico son determinados, respecto al potencial de referencia, mediante una conexión exterior.
En la última variante mencionada, se mira como ventajoso cuando el dispositivo de medición mide un valor medido de voltaje, que indica el voltaje entre la carcasa y un polo positivo o negativo del dispositivo eléctrico, y el dispositivo de control genera una señal de alerta cuando el valor medido de voltaje está por debajo, en términos de cantidad, de un límite inferior preestablecido, en particular una cantidad de 20 % del voltaje total aplicado entre los polos positivo y negativo del dispositivo eléctrico o supera un límite superior establecido, en particular una cantidad de y 80 % del voltaje total aplicado entre los polos positivo y negativo del dispositivo eléctrico.
El dispositivo de medición es preferiblemente un dispositivo activo de medición, que para verificar la capa interior o exterior de aislamiento aplica un voltaje alternante, en particular voltaje alternante rectangular en el curso del tiempo, a la respectiva capa de aislamiento elegida para la prueba, mediante el dispositivo interruptor y como valor medido genera un valor medido de corriente que indica la corriente a través de la capa de aislamiento, o un valor medido de resistencia que indica la resistencia de la capa de aislamiento.
El dispositivo de medición puede estar formado también de manera ventajosa por un monitor de aislamiento o también comprender uno tal.
El dispositivo interruptor comprende preferiblemente un circuito en serie que exhibe un primer interruptor y un segundo interruptor, el cual está conectado eléctricamente entre la carcasa o la conexión de voltaje y exhibe un terminal central.
Cada una de las capas intermedias propias del módulo está conectada en cada caso preferiblemente mediante un interruptor propio de capa, al terminal central.
El circuito en serie exhibe preferiblemente una primera resistencia en serie y una segunda resistencia en serie.
Entre el terminal central y la conexión de voltaje está conectada preferiblemente la primera resistencia en serie y entre el terminal central y la carcasa, la segunda resistencia en serie.
La primera y la segunda resistencias en serie exhiben preferiblemente valores de resistencia entre 1 kü y 100 kü.
Para verificar la capa interior de aislamiento de uno de los módulos de voltaje, el dispositivo de control está configurado preferiblemente para cerrar el primer interruptor y el interruptor propio de la capa del respectivo módulo de voltaje y abrir o dejar abierto el segundo interruptor, y para para verificar la capa exterior de aislamiento de uno de los módulos de voltaje, cerrar el segundo interruptor y el interruptor propio de la capa del respectivo módulo de voltaje, y abrir o dejar abierto el primer interruptor.
También puede preverse de manera ventajosa que el o los módulos de voltaje exhiban, adicionalmente a la capa interior de aislamiento y la capa exterior de aislamiento, en cada caso otras capas de aislamiento y otra capa intermedia conductora propia del módulo, y el dispositivo interruptor exhiba una multiplicidad de interruptores, que hacen posible una elección individual de cada una de las capas individuales de aislamiento de uno de cada uno de los módulos de voltaje, con el propósito de verificar la respectiva capa de aislamiento con ayuda del dispositivo de medición.
De manera ventajosa, el dispositivo eléctrico puede contener módulos de batería como módulos de voltaje y formar una batería.
De manera alternativa, ventajosamente el dispositivo eléctrico puede contener módulos de celda de combustible como módulos de voltaje y formar un dispositivo de celda de combustible.
También es ventajoso cuando el dispositivo eléctrico contiene módulos de batería y módulos de celda de combustible como módulos de voltaje y forma un dispositivo de celda de combustible de batería.
También es ventajoso cuando el dispositivo de control prueba las resistencias en serie, cerrando el primero y el segundo interruptores y abriendo del interruptor propio de la capa. Si el valor medido de resistencia no corresponde a la suma de los valores esperados de las resistencias en serie, entonces preferiblemente genera una correspondiente señal de alerta.
También es ventajoso, cuando el dispositivo de control prueba el aislamiento total del dispositivo eléctrico, abriendo todos los interruptores del dispositivo interruptor y midiendo la resistencia entre la conexión de voltaje del dispositivo eléctrico y la carcasa. Si la resistencia es muy pequeña, entonces genera una correspondiente señal de error.
La invención se refiere además a un vehículo, en particular vehículo sobre rieles. De acuerdo con la invención, se prevé que el vehículo exhiba un arreglo como el descrito anteriormente.
Respecto a las ventajas del vehículo de acuerdo con la invención y configuraciones ventajosas del vehículo de acuerdo con la invención, se remite a las realizaciones anteriores en relación con el arreglo de acuerdo con la invención y sus configuraciones ventajosas.
La invención se refiere además a un procedimiento para la operación de un arreglo, que exhibe una carcasa y al menos un módulo de voltaje que se encuentra en la carcasa.
De acuerdo con la invención, se prevé que el módulo de voltaje exhiba una capa interior de aislamiento y una capa exterior de aislamiento que aíslan eléctricamente de la carcasa, una o varias celdas presentes en el módulo de voltaje, en donde entre las capas interior y exterior de aislamiento está dispuesta una capa intermedia propia del módulo, conductora de electricidad, el arreglo exhibe un dispositivo interruptor, el cual en la operación de prueba puede conectar la capa intermedia propia del módulo opcionalmente con la carcasa o una conexión de voltaje, en particular con el polo positivo o negativo del módulo de voltaje o un dispositivo eléctrico que contiene módulo de voltaje, para verificar la capa interior de aislamiento mediante el dispositivo interruptor, conecta la capa intermedia propia del módulo con la carcasa y para para verificar la capa exterior de aislamiento conecta la capa intermedia propia del módulo con la conexión de voltaje, durante la verificación de las capas interiores o exteriores de aislamiento captura al menos un valor medido y evalúa el al menos un valor medido y genera una señal de error, cuando la evaluación del valor medido indica un error en el aislamiento de la capa de aislamiento que va a ser verificada.
Respecto a las ventajas del procedimiento de acuerdo con la invención así como configuraciones ventajosas del procedimiento de acuerdo con la invención, se remite a las realizaciones anteriores en relación con el arreglo de acuerdo con la invención y sus configuraciones ventajosas.
La invención es ilustrada en más detalle a continuación mediante ejemplos de realización; al respecto, a modo de ejemplo:
La figura 1 muestra un ejemplo de realización para un arreglo de acuerdo con la invención con un dispositivo de medición sin fuente propia de voltaje,
la figura 2 muestra el arreglo de acuerdo con la figura 1 durante la prueba de una capa exterior de aislamiento de uno de los módulos de batería del arreglo,
la figura 3 muestra el arreglo de acuerdo con la figura 1 durante la prueba de una capa interior de aislamiento de uno de los módulos de batería,
la figura 4 muestra un ejemplo de realización para un arreglo de acuerdo con la invención con un dispositivo de medición con fuente propia de voltaje alternante, y
la figura 5 muestra un ejemplo de realización para un arreglo de acuerdo con la invención con un dispositivo de medición, que está integrado en la zona de un circuito intermedio de voltaje de corriente directa.
En las figuras, para componentes idénticos o comparables se usan siempre los mismos signos de referencia.
La figura 1 muestra un arreglo 10, en el cual en una carcasa 20 de un dispositivo 25 eléctrico en forma de una batería se acomoda al menos un módulo de voltaje. En el ejemplo de realización de acuerdo con la figura 1 se parte a modo de ejemplo de que tres módulos de voltaje en forma de módulos de batería, que en cada caso exhiben una o más celdas de batería, están conectados eléctricamente en serie. Los módulos de batería están caracterizados con los signos BM1, BM2 y BM3 de referencia. Debe entenderse el número y la interconexión de los módulos de batería sólo como ejemplar: Pueden estar presentes más o menos módulos de batería y los módulos de batería pueden estar conectados eléctricamente también de otro modo.
El polo 25a positivo y el polo 25b negativo de la batería 25 están conectados por ejemplo mediante impedancias Z1 y Z2 con un potencial BP de referencia.
Cada uno de los módulos BM1, BM2 y BM3 de batería exhibe en cada caso una capa 30 de aislamiento interior propia del módulo y una capa 40 exterior de aislamiento propia del módulo, y juntas aíslan eléctricamente de la carcasa 20 de la batería 25 una o varias celdas 50 de batería presentes en el respectivo módulo de batería. Las capas 40 exteriores pueden ser capas 40 de aislamiento propias del módulo, como se muestra en la figura 1; alternativamente puede estar presente un material de aislamiento común que se superpone con el módulo, que sección por sección para cada uno de los módulos BM1, BM2 y BM3 de batería forma eléctricamente en cada caso una capa 40 exterior de aislamiento asignada.
Entre la capa 30 de aislamiento interior propia del módulo y la capa 40 exterior de aislamiento está dispuesta en cada caso una capa 60 intermedia propia del módulo, conductora de electricidad.
El arreglo 10 exhibe además un dispositivo 70 interruptor. El dispositivo 70 interruptor comprende un primer interruptor 51 y un segundo interruptor S2, los cuales forman un circuito 80 en serie. El circuito 80 en serie está conectado eléctricamente entre la carcasa 20 y una conexión BA de voltaje. En el ejemplo de realización de acuerdo con la figura 1, el circuito 80 en serie está conectado entre la carcasa 20 y el polo 25a positivo de la batería 25; alternativamente, también puede estar conectado entre la carcasa 20 y el polo 25b negativo de la batería 25 o entre la carcasa 20 y una de las conexiones de la batería de uno de los módulos BM1, BM2 y BM3 de batería.
Entre el primer interruptor S1 y el segundo interruptor S2 se encuentra eléctricamente un terminal 90 central.
El circuito 80 en serie exhibe además una primera resistencia R1 en serie y una segunda resistencia R2 en serie. Entre el terminal 90 central y la conexión bA de voltaje está conectada la primera resistencia R1 en serie y entre el terminal 90 central y la carcasa 20 está conectada la segunda resistencia R2 en serie. La primera y segunda resistencias R1 y R2 en serie exhiben preferiblemente valores de resistencia entre 1 kü y 100 kü.
El dispositivo 70 interruptor comprende además para cada una de las capas 60 intermedias propias del módulo en cada caso un interruptor propio de la capa, que está conectado al terminal 90 central y la respectiva capa 60 intermedia propia del módulo. Los interruptores propios de la capa están caracterizados con los signos SE1 a SE3 de referencia.
El arreglo 10 comprende además un dispositivo 100 de control, que controla los interruptores S1, S2 y SE1 a SE3 mediante conducciones de control, no mostradas en la figura 1 por razones de claridad, mediante señales ST de control, por consiguiente puede conectarse y desconectarse, y un dispositivo 110 de medición, que puede medir por ejemplo la corriente I que fluye entre la conexión BA de voltaje y la carcasa 20, mediante una unidad 111 de medición con formación de valores Mi medidos y el voltaje aplicado entre la conexión BA de voltaje y la carcasa 20 mediante otra unidad 112 de medición con formación de un valor Mu. Los valores Mi y Mu son transferidos del dispositivo 110 de medición al dispositivo 100 de control.
El dispositivo 100 de control vigilan los valores Mi y Mu medidos del dispositivo 110 de medición respecto al cumplimiento de un valor límite preestablecido, y genera una señal F de error cuando los valores Mi y Mu medidos, o un valor derivado de ellos, no satisfacen el valor límite preestablecido. Por ejemplo, el dispositivo 100 de control puede calcular con los valores Mi y Mu medidos un valor de resistencia y comparar éste con un valor mínimo de resistencia preestablecido: si está por debajo del valor mínimo de resistencia, entonces genera la señal F de error.
El dispositivo 100 de control está diseñado preferiblemente de modo que para cada uno de los módulos BM1 a BM3 de batería puede determinar en cada caso individualmente la resistencia de la capa 30 de aislamiento interior propia del módulo y la resistencia de la capa 40 exterior de aislamiento:
Para verificar la capa 40 exterior de aislamiento de uno de los módulos de batería, cierra el primer interruptor S1 del dispositivo 70 interruptor y el interruptor SE1, SE2 o SE3 propio de la capa del respectivo módulo BM1, BM2 o BM3 de batería. El segundo interruptor S2 y el interruptor propio de la capa de los restantes módulos de batería son abiertos o permanecen abiertos. El dispositivo 100 de control evaluará entonces en cada caso los valores Mi y Mu medidos del dispositivo 110 de medición para la capa 40 de aislamiento elegida y, dado el caso, genera una señal F de error, como se describió anteriormente.
La figura 2 muestra el estado de conexión del dispositivo 70 interruptor a modo de ejemplo, para el caso de la caracterización de la capa 40 exterior de aislamiento del módulo BM2 de batería: el primer interruptor S1 del dispositivo 70 interruptor y el interruptor SE2 propio de la capa del módulo BM2 de batería están cerrados; el segundo interruptor 52 y los interruptores SE1 y SE3 propios de la capa de los restantes módulos de batería BM1 y BM3 de batería están abiertos.
El dispositivo 110 de medición medirá en la posición del interruptor mostrada en la figura 2 del dispositivo 70 interruptor la corriente I a través de la capa de aislamiento 40 exterior propia del módulo del módulo BM2 de batería, y el voltaje que existe en el circuito en serie formado por la capa 40 de aislamiento exterior propia del módulo del módulo BM2 de batería y la primera resistencia R1 en serie, y transfiere los valores Mi y Mu medidos al dispositivo 100 de control.
El dispositivo 100 de control puede calcular con los valores medidos un valor R de resistencia para la resistencia de la capa 40 de aislamiento exterior propia del módulo del módulo BM2 de batería, considerando el valor de resistencia conocido del dispositivo de control de la primera resistencia R1 en serie y comparar el valor calculado de resistencia con un valor R9 límite, el cual puede ser preestablecido igualmente para cada una de las capas interior y exterior de aislamiento individualmente o para todas las capas de aislamiento. Si el valor R de resistencia se diferencia del valor R8 límite, se genera una señal F de error:
R < R9 => Señal F de error
Para verificar la capa 30 interior de aislamiento de uno de los módulos de batería, cierra el segundo interruptor S2 del dispositivo 70 interruptor y el interruptor SE1, SE2 o SE3 propio de la capa del respectivo módulo BM1, BM2 o BM3 de batería y abre o deja abierto el primer interruptor S1. Los interruptores propios de la capa de los restantes módulos de batería son así mismo abiertos o permanecen abiertos. El dispositivo 100 de control evaluará entonces en cada caso los valores Mi y Mu medidos del dispositivo 110 de medición para la capa 30 de aislamiento elegida y dado el caso generará una señal F de error, como se describió anteriormente.
La figura 3 muestra el estado de conexión del dispositivo 70 interruptor, a modo de ejemplo, para el caso de la caracterización de la capa 30 interior de aislamiento del módulo b M3 de batería: el segundo interruptor S2 del dispositivo 70 interruptor y el interruptor SE3 propio de la capa del módulo BM3 de batería, están cerrados; los restantes interruptores S1, SE1 y SE2 están abiertos.
El dispositivo 110 de medición medirá en la posición del interruptor del dispositivo 70 interruptor mostrada en la figura 3, la corriente I a través de la capa 30 interior de aislamiento del módulo BM3 de batería y el voltaje, que cae en el circuito en serie consistente en la capa 30 interior de aislamiento del módulo BM3 de batería y la segunda resistencia R2 en serie, y transfiere los valores Mi y Mu medidos al dispositivo 100 de control. El dispositivo 100 de control puede calcular con los valores medidos un valor R de resistencia para la resistencia de la capa 30 interior de aislamiento del módulo BM3 de batería, considerando el valor de resistencia de la segunda resistencia R2 en serie, y comparar éste con el valor R9 límite preestablecido. Si el valor R de resistencia está por debajo del valor R9 límite, entonces se genera la señal F de error.
En el modo descrito en la relación con las figuras 2 y 3, el dispositivo de control puede por consiguiente caracterizar individualmente en cada caso las capas 30 y 40 interior y exterior de aislamiento de todos los módulos BM1 a BM3 de batería de la batería 25 o puede probar individualmente una capacidad suficiente de aislamiento.
En el ejemplo de realización de acuerdo con las figuras 1 a 3 puede omitirse también el balance de potencial del polo 25a positivo y del polo 25b negativo de la batería 25, respecto al potencial BP de referencia; las impedancias Z1 y Z2 pueden ser por consiguiente omitidas, por ejemplo para evitar que las corrientes de pueden fluir por estas en las figuras 1 a 3, dependiendo en cada caso de la magnitud de las impedancias, ejerzan una influencia sobre la medición de la capacidad de aislamiento de las capas de aislamiento.
La figura 4 muestra una variante del ejemplo de realización de acuerdo con la figura 1. En el ejemplo de realización de acuerdo con la figura 4, el dispositivo 110 de medición es un dispositivo activo de medición, el cual para verificar las capas 30 y 40 interior y exterior de aislamiento, mediante una fuente 113 alternante interna de voltaje aplica un voltaje Um alternante, en particular voltaje alternante rectangular en el curso del tiempo, a la capa de aislamiento elegida para la prueba en cada caso mediante el dispositivo 70 interruptor.
Mediante las unidades 111 y 112 se mide un valor Mi medido de corriente, el cual indica la corriente I alterna a través de la capa de aislamiento, y un valor Mu medido de voltaje, el cual indica el voltaje Um alternante y lo transmite al dispositivo 100 de control. El dispositivo 100 de control puede evaluar los valores Mi y Mu medidos formando valores R de resistencia y comparar con el valor R9 límite, como se ilustró anteriormente en relación con las figuras 1 a 3.
En los ejemplos de realización de acuerdo con las figuras 1 y 4, el dispositivo 100 de control puede además probar el aislamiento total de la batería 25, abriendo todos los interruptores S1, S2 y SE1 a SE3 y midiendo la resistencia entre la conexión BA de voltaje y la carcasa 20. Si la resistencia es muy pequeña, entonces genera una correspondiente señal W de alerta.
En los ejemplos de realización de acuerdo con las figuras 1 y 4, el dispositivo 100 de control puede además probar las resistencias R1 y R2 en serie, cerrando los interruptores interruptor S1 y S2 y abriendo los interruptores s E1 a SE3. Si el valor medio de resistencia no corresponde a la suma de los valores esperados de resistencia de las resistencias R1 y R2 en serie, entonces genera una correspondiente señal W de alerta.
La figura 5 muestra un ejemplo de realización para un arreglo 10, en el cual a un dispositivo 25 eléctrico están conectados un circuito 200 intermedio de voltaje continuo y al menos una unidad 300 convertidora de potencia. Entre el polo 25a positivo y el polo 25b negativo del dispositivo 25 eléctrico está conectado un condensador Cz de circuito intermedio, en el cual está en paralelo un circuito en serie de dos resistencias Rz1 y Rz2 de circuito intermedio. Entre el potencial BP de referencia y el polo 25b negativo está conectado un condensador Ce de igualación, que está paralelo a la resistencia Rz2 de circuito intermedio.
Una unidad 114 de medición de un dispositivo 110 de medición mide el voltaje Uz en el circuito 200 intermedio de voltaje directo, con formación de un valor Mu1 medido y una unidad 115 de medición del dispositivo 110 de medición mide el voltaje U2, que hay en la resistencia Rz2 de circuito intermedio y con ello en un condensador Ce de igualación, con formación de un valor Mu2 medido.
El dispositivo 100 de control evalúa los valores Mu1 y Mu2 medidos y genera una señal ST de error, si aplica VW- |U2/Uz - Rz2/(Rzl+Rz2)|> SW
en donde VW denomina un valor comparativo y SW un valor umbral preestablecido.
En tanto el valor VW comparativo sea cero o al menos casi cero, el aislamiento del dispositivo 25 eléctrico está libre de falla y tampoco existe ningún contacto a tierra.
En el marco de las mediciones de aislamiento, el dispositivo 100 de control puede conectar el dispositivo 70 interruptor, para elegir de manera focalizada capas individuales de aislamiento del dispositivo 25 eléctrico para la medición del aislamiento, como se ilustró a modo de ejemplo anteriormente en relación con las figuras 1 a 4; respecto a esto son válidas de modo correspondiente las aclaraciones anteriores.
La o las unidades 300 convertidoras de potencia, el condensador Cz de circuito intermedio, las resistencias Rz1 y Rz2 de circuito intermedio, el condensador Ce de igualación, la unidad 114 de medición, la unidad 115 de medición y el dispositivo 100 de control pueden estar integrados, por ejemplo - como se muestra en la figura 5 - en un convertidor 400 de potencia de tracción de un vehículo, en particular vehículo sobre rieles.
En los ejemplos de realización de acuerdo con las figuras 1 a 5, en el dispositivo 25 eléctrico están presentes sólo módulos de batería. Alternativa o adicionalmente a los módulos de batería mostrados en las figuras 1 a 5, dentro de la carcasa 20 pueden también estar dispuestos módulos de celda de combustible, que exhiben en cada caso una o varias celdas de combustible y en cada caso están aislados mediante una capa interior y una exterior de aislamiento; en este caso, el dispositivo 25 eléctrico formaría un dispositivo de celda de combustible o un dispositivo de celda de combustible de batería; en el contexto de la caracterización técnica de medición individual de las capas de aislamiento, las ilustraciones ejemplares anteriores son válidas de manera correspondiente en este caso.
Aunque la invención fue ilustrada y descrita en detalle mediante ejemplos preferidos de realización, la invención no está limitada por los ejemplos divulgados y los expertos pueden derivar de ellos otras variaciones, sin abandonar el alcance de protección de la invención.
Lista de signos de referencia
10 arreglo
20 carcasa
25 dispositivo eléctrico / batería
25a polo positivo
25b polo negativo
30 capa interior de aislamiento
40 capa exterior de aislamiento
50 celdas de batería
60 capa intermedia
70 dispositivo interruptor
80 circuito en serie
90 terminal central
100 dispositivo de control
110 dispositivo de medición
111 unidad de medición
112 unidad de medición
113 fuente alterna de voltaje interna
114 unidad de medición
115 unidad de medición
200 circuito intermedio de voltaje continuo
300 unidad convertidora de potencia
400 convertidor de potencia de tracción
BA conexión de voltaje
BM1 módulo de batería / módulo de voltaje
BM2 módulo de batería / módulo de voltaje
BM3 módulo de batería / módulo de voltaje
BP potencial de referencia
Ce condensador de igualación
Cz condensador de circuito intermedio
F señal de error
I corriente
Mi valor medido
Mu valor medido
Mu1 valor medido
Mu2 valor medido
R1 primera resistencia en serie
R2 segunda resistencia en serie
Rz1 resistencia de circuito intermedio
Rz2 resistencia de circuito intermedio
51 primer interruptor
52 segundo interruptor
SE1 interruptor propio de la capa
SE2 interruptor propio de la capa
SE3 interruptor propio de la capa
ST señal de error
Um voltaje alternante
Uz voltaje
W señal de alerta
Z1 impedancia
Z2 impedancia

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Arreglo (10) con una carcasa (20) y al menos un módulo (BM1-BM3) de voltaje que se encuentra en la carcasa (20), en donde
- el módulo (BM1-BM3) de voltaje exhibe una capa (30) interior de aislamiento y una capa (40) exterior de aislamiento, que aíslan eléctricamente de la carcasa (20) una o varias celdas presentes en el módulo (BM1-BM3) de voltaje, en donde entre las capas (30, 40) interior y exterior de aislamiento está dispuesta una capa (60) intermedia propia del módulo, conductora de electricidad,
- el arreglo (10) exhibe un dispositivo (70) interruptor, que en la operación de prueba puede conectar la capa (60) intermedia propia del módulo opcionalmente con la carcasa (20) o con una conexión (BA) de voltaje, en particular con el polo positivo o negativo del módulo (BM1-BM3) de voltaje o con un dispositivo (25) eléctrico que contiene el módulo (BM1-BM3) de voltaje,
- el arreglo (10) exhibe un dispositivo (100) de control que para la verificación la capa (30) interior de aislamiento, por medio del dispositivo (70) interruptor, conecta la capa (60) intermedia propia del módulo con la carcasa (20) y para verificar la capa (40) exterior de aislamiento, conecta la capa (60) intermedia propia del módulo con la conexión (BA) de voltaje,
- está presente un dispositivo (110) de medición que durante la verificación de las capas (30, 40) interior o exterior de aislamiento captura al menos un valor (Mi, Mu, Mu1, Mu2) medido y
- el dispositivo (100) de control evalúa el al menos un valor (Mi, Mu, Mu1, Mu2) medido y genera una señal (F) de error cuando la evaluación indica sobre un error en el aislamiento de la capa (30) de aislamiento que va a ser verificada.
2. Arreglo (10) de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque
el dispositivo (100) de control vigila el al menos un valor (Mi, Mu, Mu1, Mu2) medido del dispositivo (110) de medición o al menos un valor derivado del mismo, respecto al cumplimiento del al menos un valor límite preestablecido y genera una señal (F) de error, cuando el al menos un valor (Mi, Mu, Mu1, Mu2) medido o el al menos un valor derivado no satisface el al menos un valor límite preestablecido.
3. Arreglo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
- en la carcasa (20) están presentes dos o más módulos (BM1-BM3) de voltaje, que están aislados eléctricamente de la carcasa (20) en cada caso con una capa (30) interior de aislamiento y una capa (40) exterior de aislamiento, en donde entre las capas (30, 40) interior y exterior de aislamiento está dispuesta en cada caso una capa (60) intermedia propia del módulo, conductora de electricidad,
- el dispositivo interruptor puede conectar las capas (60) intermedias propias del módulo de los módulos (BM1-BM3) de voltaje en cada caso opcionalmente con la carcasa (20) o la conexión (BA) de voltaje, y
- el dispositivo (100) de control puede verificar individualmente la capa (30) de aislamiento de cada uno de los módulos (BM1-BM3) de voltaje y para verificar la capa (30) interior de aislamiento de un módulo (BM1-BM3) de voltaje elegido para la prueba, mediante el dispositivo (70) interruptor conecta la capa (60) intermedia propia del módulo del respectivo módulo (BM1-BM3) de voltaje con la carcasa (20) y para verificar la capa (40) exterior de aislamiento del respectivo módulo (BM1-BM3) de voltaje, mediante el dispositivo interruptor, conecta en cada caso la capa (60) intermedia propia del módulo del respectivo módulo (BM1-BM3) de voltaje con la conexión (BA) de voltaje.
4. Arreglo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
- en la carcasa (20) están presentes dos o más módulos (BM1-BM3) de voltaje que forman los componentes de un dispositivo (25) eléctrico, y
- la carcasa (20) está en un potencial (BP) de referencia y mediante una conexión (Z1, Z2, Rz1, Rz2) exterior determina los potenciales de un polo (25a) positivo y de un polo (25b) negativo del dispositivo (25) eléctrico respecto al potencial (BP) de referencia.
5. Arreglo (10) de acuerdo con la reivindicación 4,
caracterizado porque
- el dispositivo (110) de medición mide un valor medido de voltaje, el cual indica el voltaje entre la carcasa (20) y un polo (25a, 25b) positivo o negativo del dispositivo (25) eléctrico, y
- el dispositivo (100) de control genera una señal de alerta (W) cuando el valor medido de voltaje está por debajo, en términos de cantidad, de un límite inferior preestablecido, en particular una cantidad de 20 % del voltaje total aplicado entre el polo (25a, 25b) positivo y negativo del dispositivo (25) eléctrico o está por encima de un límite superior preestablecido, en particular una cantidad de 80 % del voltaje total aplicado entre el polo (25a, 25b) positivo y negativo del dispositivo (25) eléctrico.
6. arreglo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque
el dispositivo (110) de medición es un dispositivo (110) activo de medición, que para para verificar la capa (30, 40) interior o exterior de aislamiento aplica un voltaje alternante (Um), en particular voltaje alternante rectangular a lo largo del tiempo, a la respectiva capa (30, 40) de aislamiento elegida para la prueba mediante el dispositivo (70) interruptor y como valor (Mi, Mu, Mu1, Mu2) medido genera un valor medido de corriente del cual indica la corriente a través de la capa (30, 40) de aislamiento, o un valor medido de resistencia el cual indica la resistencia de la capa (30, 40) de aislamiento.
7. Arreglo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el dispositivo (110) de medición está formado por un monitor de aislamiento o comprende uno tal.
8. Arreglo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
- el dispositivo (70) interruptor comprende un circuito (80) en serie que exhibe un primer interruptor (S1) y un segundo interruptor (S2), que está conectado eléctricamente entre la carcasa (20) o la conexión (BA) de voltaje y exhibe un terminal (90) central y
- cada una de las capas (60) intermedias propias del módulo está conectada en cada caso mediante un interruptor propio de la capa al terminal (90) central.
9. Arreglo (10) de acuerdo con la reivindicación 8,
caracterizado porque
- el circuito (80) en serie exhibe una primera resistencia (R1) en serie y una segunda resistencia (R2) en serie y - entre el terminal (90) central y la conexión (BA) de voltaje está conectada la primera resistencia (R1) en serie y entre el terminal (90) central y la carcasa (20) está conectada la segunda resistencia (R2) en serie.
10. Arreglo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
la primera y la segunda resistencias en serie (R1, R2) exhiben valores de resistencia entre 1 kü y 100 kü.
11. Arreglo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
el dispositivo (100) de control está configurado
- para verificar la capa (30) interior de aislamiento de uno de los módulos (BM1-BM3) de voltaje cerrar el primer interruptor (S1) y el interruptor propio de la capa del respectivo módulo (BM1-BM3) de voltaje, y abrir o dejar abierto el segundo interruptor (S2) y
- para para verificar la capa (40) exterior de aislamiento de uno de los módulos (BM1-BM3) de voltaje cerrar el segundo interruptor (S2) y el interruptor propio de capa del respectivo módulo (BM1-BM3) de voltaje, y abrir o dejar abierto el primer interruptor (S1).
12. Arreglo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
- el o los módulo(s) (BM1-BM3) de voltaje exhibe(n), adicionalmente a la capa (30) interior de aislamiento y la capa (40) exterior de aislamiento, en cada caso otras capas de aislamiento y otras capas (60) intermedias propias del módulo conductoras y
- el dispositivo (70) interruptor exhibe una multiplicidad de interruptores, que hacen posible la elección individual de cada una de las capas (30, 40) de aislamiento individuales de cada uno de los módulos (BM1-BM3) de voltaje, para verificar la respectiva capa (30) de aislamiento con ayuda del dispositivo (110) de medición.
13. Arreglo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque
- el dispositivo (25) eléctrico contiene módulos de batería como módulos (BM1-BM3) de voltaje y forma una batería, - el dispositivo (25) eléctrico contiene módulos de celda de combustible como módulos (BM1-BM3) de voltaje y forma un dispositivo de celda de combustible o
- el dispositivo (25) eléctrico contiene módulos de batería y módulos de celda de combustible como módulos (BM1-BM3) de voltaje y forma un dispositivo de celda de combustible de batería.
14. Vehículo, en particular vehículo sobre rieles, con un arreglo (10), que exhibe una carcasa (20) y al menos un módulo (BM1-BM3) de voltaje que se encuentra en la carcasa (20), caracterizado porque
el arreglo (10) es un arreglo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.
15. Procedimiento para la operación de un arreglo (10), que exhibe una carcasa (20) y al menos un módulo (BM1-BM3) de voltaje que se encuentra en la carcasa (20), en donde
- el módulo (BM1-BM3) de voltaje exhibe una capa (30) interior de aislamiento y una capa (40) exterior de aislamiento, que aísla eléctricamente de la carcasa (20) una o varias celdas (50) presentes en el módulo (BM1-BM3) de voltaje, en donde entre las capas (30, 40) interior y exterior de aislamiento está dispuesta una capa (60) intermedia propia del módulo, conductora de electricidad,
- el arreglo (10) exhibe un dispositivo (70) interruptor, el cual en la operación de prueba puede conectar la capa (60) intermedia propia del módulo opcionalmente con la carcasa (20) o una conexión (BA) de voltaje, en particular el polo positivo o negativo del módulo (BM1-BM3) de voltaje o un dispositivo (25) eléctrico que contiene el módulo (BM1-BM3) de voltaje,
- para verificar la capa (30) interior de aislamiento, mediante el dispositivo (70) interruptor conecta la capa (60) intermedia propia del módulo con la carcasa (20), y para verificar la capa (40) exterior de aislamiento conecta la capa (60) intermedia propia del módulo con la conexión (Ba ) de voltaje,
- durante la verificación de la capa (30, 40) interior o exterior de aislamiento, captura al menos un valor (Mi, Mu, Mu1, Mu2) medido, y
- evalúa el al menos un valor (Mi, Mu, Mu1, Mu2) medido y genera una señal (F) de error cuando la evaluación del valor medido indica un error en el aislamiento de la capa (30) de aislamiento que va a ser verificada.
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