用于確定絕緣電阻的方法和設備以及具有這種設備的高壓電池組系統與流程

本發明涉及一種用于確定要檢驗的被測對象（Pruefobjekt）的絕緣電阻的方法，其中該被測對象尤其可以是高壓系統或者高壓系統的組成部分。

此外，本發明還涉及一種用于確定要檢驗的被測對象的絕緣電阻的設備，其中該設備具有電路裝置、測量單元和分析單元。

此外，本發明還涉及一種高壓電池組系統，其具有用于確定該高壓電池組系統的絕緣電阻的設備。

背景技術：

由于絕緣故障或者由于絕緣電阻的改變（例如由于材料老化或者材料損壞），在高壓系統中可能構造有不期望的電位差，所述不期望的電位差是危險電位。在此，一方面可能損壞高壓系統，另一方面對于使用該高壓系統的或對于在該高壓系統上工作的人員存在電擊的危險。

從出版文獻EP 2 570 289 A1公知一種用于檢測高壓電池組系統的絕緣電阻的裝置。在此，為了檢測絕緣電阻而設置有參考電阻，所述參考電阻可以通過開關元件與所要確定的絕緣電阻并聯。在此，高壓電池組本身被用作用于確定絕緣電阻的電壓源。

此外，從出版文獻CN 102 944 750公知一種用于在設備運行期間測量該設備的絕緣電阻的方法。

尤其是公知的是為了確定在高壓系統中的絕緣電阻而接入由高歐姆的電阻構成的分壓器。在IT系統（IT：絕緣接地（Isolé terre））中，兩個電位HV+和HV-必須相對于接地絕緣。

為了確定絕緣電阻而采用的純電阻性測量具有如下缺點：絕緣電阻本身通過該純電阻性測量消極地被影響。如果通過純電阻性測量來執行對絕緣電阻的測量，那么不利地，通過為此所必要的電阻的電流連接被建立。此外，諸如在出版文獻EP 2 570 289 A1中公開的那樣，繼電器通常對于這種絕緣電阻測量是必要的，所述繼電器受到磨損。

在該背景下，本發明的任務是：改進對要檢驗的被測對象的絕緣電阻的測量，使得所述電位HV+和HV-在確定絕緣電阻時繼續相對于車輛接地（Fahrzeugmasse）電流地被分開。此外，有利地，還應該提供一種用于確定絕緣電阻的伴隨有更微小的磨損的可能性。

技術實現要素：

為了解決該任務，提出一種用于確定要檢驗的被測對象的絕緣電阻的方法，其中具有第一電容的去耦合電容器和具有第二電容的測量電容器與被測對象接線成串聯電路，使得所述去耦合電容器和所述測量電容器與該被測對象的絕緣電阻形成低通濾波器，其中預先確定的電壓被施加到該串聯電路上，在所述測量電容器上降落的測量電容器電壓被檢測，而且該被測對象的絕緣電阻在考慮第一電容、第二電容和所檢測到的測量電容器電壓的情況下借助于分析單元來確定。在此，有利地，所述去耦合電容器用于車輛接地的電位與該被測對象的高壓系統的HV+和HV-的電位的電流的去耦合。有利地，所述測量電容器用于測量電壓降。

因此，通過本發明有利地實現了絕緣監控裝置（Isolationsueberwachung）的電流分開。

依據按照本發明的方法的一特別優選的設計方案規定：交流電壓源附加地與測量電容器和去耦合電容器串聯，所述交流電壓源提供具有預先確定的頻率的交流電壓作為所述預先確定的電壓，其中該被測對象的絕緣電阻在附加地考慮所述交流電壓和所述交流電壓的頻率的情況下借助于分析單元來確定。

尤其是規定：為了確定絕緣電阻而使用如下關系

或根據來解開：

（在其中每個都是數值。）

其中：

：測量電容器電壓；

： 由交流電壓源預先確定的電壓；

：交流電壓的頻率；

：復數（虛數）單位；

： 測量電容器的電容；

： 去耦合電容器的電容；

：被測對象的絕緣電阻。

因為除了絕緣電阻之外，所有的參量都是已知的，所以該絕緣電阻借助于分析單元是可確定的或直接是可計算的。

按照本發明的方法的一有利的設計變型方案規定：開關元件附加地與測量電容器和去耦合電容器串聯，該開關元件閉合，所述低通濾波器的時間常數在閉合該開關元件之后借助于分析單元根據測量電容器電壓的改變來確定，而且該被測對象的絕緣電阻在附加地考慮時間常數的情況下來確定。在所述有利的設計變型方案中，有利地，交流電壓源由開關、尤其是繼電器或者高功率MOSFET（MOSFET：金屬氧化物半導體場效應晶體管（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor））來替換。接著，有利地通過電壓升高、即所述電容器連同絕緣電阻形成的低通濾波器的時間常數來進行分析。

尤其是規定：為了確定絕緣電阻而在這種情況下使用如下關系

其中：

： 測量電容器電壓；

： 附上的總電壓；

： 總電容；

： 測量電容器的電容；

： 歐拉數；

： 時間；和

： 時間常數。

在此，對于時間常數適用：

其中

：總電容（由第一電容和第二電容以及被測對象的必要時存在的其它的y電容構成的串聯電路）；而

：被測對象的絕緣電阻。

如果不考慮y電容則適用：

其中

：測量電容器的電容；而

：去耦合電容器的電容。

因為除了絕緣電阻之外，所有的參量都是已知的，所以該絕緣電阻借助于分析單元是可確定的。

按照本發明的方法的另一有利的設計方案規定：該被測對象的絕緣電阻在附加地考慮該被測對象的電容的情況下借助于分析單元來確定。該被測對象的附加電容尤其是通過在高壓系統中所使用的Y電容器得到，所述在高壓系統中所使用的Y電容器尤其是被用作抗干擾電容器。

此外，為了解決在開頭所提到的任務，還提出一種用于確定要檢驗的被測對象的絕緣電阻的設備，其中所述設備具有電路裝置、測量單元和分析單元，其中所述電路裝置包括由具有第一電容的去耦合電容器和具有第二電容的測量電容器構成的串聯電路。在此，該電路裝置有利地被構造來與被測對象接線，使得該被測對象的絕緣電阻與去耦合電容器和測量電容器形成低通濾波器。在此，該測量單元檢測在測量電容器上降落的測量電容器電壓。在此，該分析單元有利地被構造來在考慮第一電容、第二電容和測量電容器電壓的情況下確定該被測對象的絕緣電阻。尤其是規定：該測量單元為了檢測測量電容器電壓而與測量電容器電地并聯。

依據按照本發明的設備的一特別優選的設計方案，該電路裝置包括交流電壓源，所述交流電壓源與去耦合電容器和測量電容器串聯并且被構造來提供預先確定的具有預先確定的頻率的交流電壓。在此，該分析單元有利地被構造來在附加地考慮所述預先確定的交流電壓和所述預先確定的頻率的情況下確定該被測對象的絕緣電阻。尤其是規定：所述交流電壓源提供具有量級10⁴Hz到10⁶Hz（Hz：赫茲（Hertz））的頻率的交流電壓、優選地為大約100kHz（kHz：千赫茲（Kilohertz））的頻率。

依據按照本發明的設備的一特別有利的設計變型方案規定：該電路裝置包括開關元件，所述開關元件與去耦合電容器和測量電容器電地串聯，其中所述分析單元有利地被構造來在閉合所述開關元件之后在附加地考慮測量電容器電壓的改變的情況下確定通過所述電路裝置與被測對象的接線來形成的低通濾波器的時間常數，而且在附加地考慮該時間常數的情況下確定該被測對象的絕緣電阻。在所述有利的設計變型方案中，有利地，所述開關元件替換交流電壓源。有利地，由該被測對象的高壓系統提供的電壓被用作測試電壓源（Pruefspannungsquelle）。

依據按照本發明的設備的另一有利的設計方案，去耦合電容器的第一電容的值對應于測量電容器的第二電容的值的0.3到0.7倍。按照一有利的設計方案，尤其是規定：所述去耦合電容器具有為22nF（nF：納法（Nanofarad））的電容，而測量電容器具有為47nF的電容。

尤其是規定：所述去耦合電容器的第一電容的值和/或所述測量電容器的第二電容的值的量級在10^-9F與10^-6F（F：法拉（Farad））之間、即在1nF與1μF之間。

此外，為了解決在開頭所提到的任務，還提出一種具有用于確定絕緣電阻的設備的高壓電池組系統、尤其是牽引電池組，其中所述設備被構造為按照本發明的用于確定絕緣電阻的設備。

附圖說明

本發明的其它的有利的詳情、特征和設計細節結合在附圖中所示出的實施例進一步被解釋。在此：

圖1以簡化示意圖示出了針對按照本發明的用于確定要檢驗的被測對象的絕緣電阻的設備的實施例的電路圖；

圖2示出了針對在測量電容器上的相對電壓降取決于絕緣電阻的例子；

圖3以簡化示意圖示出了針對按照本發明的用于確定要檢驗的被測對象的絕緣電阻的設備的另一實施例的電路圖。

具體實施方式

在圖1中示出了針對用于確定要檢驗的被測對象3的絕緣電阻的設備1的實施例。在此，被測對象3是高壓電池組系統12的部分。在此，該被測對象3的絕緣電阻在圖1中作為電阻2被示出。

在圖1中示出的設備1包括由去耦合電容器4、測量電容器5與交流電壓源10的串聯電路構成的電路裝置。此外，該設備1還包括用于檢測在測量電容器5上降落的測量電容器電壓8的測量單元6。在此，由去耦合電容器4、測量電容器5與交流電壓源10構成的電路裝置與被測對象3接線，使得該被測對象3的絕緣電阻2與所述去耦合電容器4和所述測量電容器5形成低通濾波器。此外，該電路裝置被連到接地電位14上。

此外，該設備1還包括分析單元7，所述分析單元7被構造來確定該被測對象3的絕緣電阻2。在此，被充分利用的是：交流電壓源10預先給定預先確定的具有預先確定的頻率的交流電壓。除了所述去耦合電容器4的和所述測量電容器5的已知的電容以及所檢測到的測量電容器電壓8之外，所述已知的參量在確定絕緣電阻時都被考慮。

在此，絕緣電阻根據上面已經引用的關系

其中

來確定，其中，在其中每個都要基于數值。

描述了在測量電容器5上的相對電壓降。

在此，分析單元有利地被構造來使得相對應的用于確定絕緣電阻的參量被寄存或所檢測到的測量電容器電壓8的值可以被傳輸給分析單元7。尤其是規定：該分析單元7是微控制器電路。

尤其是規定：所述去耦合電容器4具有為22nF的電容。優選地，所述測量電容器5具有為47nF的電容。優選地，所述交流電壓源提供具有為100kHz的頻率的電壓。在所述確定尺寸的情況下，得到在圖2中所示出的在測量電容器5上的相對電壓降取決于絕緣電阻2之間的關系。

對此，在圖2中，相對電壓降被描述為在表示絕緣電阻2的數值的軸16和表示測量電容器電壓與預先確定的電壓之比的軸17上的電壓變化過程15。

例如，在測量電容器電壓與預先確定的電壓之比為2×10^-4時，得到為10⁶歐姆（Ohm）的絕緣電阻，如根據圖2在點18處可被讀數（ablesen）的那樣。

在圖3中示出了針對用于確定要檢驗的被測對象3的絕緣電阻的設備1的另一實施例。與在圖1中所示出的設備不同，在圖3中所示出的設備1具有開關元件11，而不是交流電壓源10。通過高壓電池組12的被測對象3的電池組電池13，預先確定的電壓9降落在該開關元件上。如果該開關元件11閉合，那么測量電容器電壓根據上面已經提到的關系

出現，其中該設備1的分析單元7被構造來在閉合該開關元件11之后在考慮測量電容器電壓的改變的情況下確定通過去耦合電容器4、測量電容器5和絕緣電阻2所形成的低通濾波器的時間常數。也就是說，在測量電容器5上的電壓升高被用于確定絕緣電阻。接著，根據所確定的時間常數和所述去耦合電容器4的和所述測量電容器5的已知的電容，由分析單元7以

來確定絕緣電阻2，其中

其中

：測量電容器的電容；而

：去耦合電容器的電容。

尤其是，作為本發明的有利的設計方案來規定：該設備1是高壓電池組系統12的組成部分。在此，有利地，通過該設備與可預先給定的被測對象的相對應的可控制的接線可確定的是多少個電池組電池13被分配給該被測對象3。

在附圖中所示出的和結合所述附圖來解釋的實施例用于解釋本發明，而且并不限于此。