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EP-4308946-B1 - METHOD FOR CHECKING THE STATE OF ISOLATION OF A BATTERY OR OF A BATTERY SYSTEM

EP4308946B1EP 4308946 B1EP4308946 B1EP 4308946B1EP-4308946-B1

Inventors

  • NOWROTH, Julian
  • LIU ZHU, IVAN

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20220321

Claims (13)

  1. A method for checking an insulation state of a battery (10) or battery system (1) comprising at least two batteries (10), preferably a high-voltage battery or high-voltage battery system for use as traction battery of an electric vehicle or for use in static storage applications, comprising the following steps: - measuring a voltage (U) between a connection element (12) of the battery (10) and a ground (18) over a predefined time, t; - evaluating the measured voltage (U) and determining whether a measured voltage change dU/dt (24) is present at a time point that corresponds to a predefined temporal threshold value (22); and - outputting a safety signal characterizing the insulation state on the basis of the determined result.
  2. The method as claimed in claim 1, characterized in that at least two connection elements (12) are provided and the method is carried out for each connection element (12) of the battery (10).
  3. The method as claimed in claim 1 or 2, characterized in that the temporal threshold value (22) is defined by a parasitic capacitance of the battery (10) or battery system (1) and a resistance of the battery (10) or battery system (1).
  4. The method as claimed in claim 3, characterized in that the parasitic capacitance is defined in a battery-specific manner.
  5. The method as claimed in claim 3 or 4, characterized in that the parasitic capacitance is measured and/or computed for the battery (10) or the battery system (1), wherein the parasitic capacitance is preferably increased by a predefined safety factor for determining the temporal threshold value.
  6. The method as claimed in one of claims 3 to 5, characterized in that the resistance is between 50 kOhm and 250 kOhm, preferably between 75 kOhm and 175 kOhm.
  7. The method as claimed in one of claims 3 to 6, characterized in that the resistance is a starting resistance or a nominal resistance that corresponds to a predefined operating state.
  8. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized in that the voltage change (24) is determined for the last two to five measurement points, preferably the last two or three measurement points, and/or wherein a voltage change (24) is determined when this has at least one predefined minimum magnitude.
  9. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized in that the safety signal is furthermore output on the basis of an absolute voltage value (U) measured at the time point.
  10. The method as claimed in one of the preceding claims, characterized in that , in the event of a voltage change (24) determined at the time point, the safety signal comprises an actuation signal for a high-voltage switching device or, in the absence of a voltage change (24), initiates a further insulation check.
  11. A checking module for checking an insulation state of a battery (10) or battery system (1), preferably a traction battery of an electric vehicle, wherein the checking module is configured to carry out the method as claimed in one of claims 1 to 10.
  12. A battery system comprising at least two batteries (10) and a checking module as claimed in claim 11 communicatively and/or electrically conductively coupled thereto.
  13. The battery system as claimed in claim 12 comprising a high-voltage switching device that is configured to connect each battery on the basis of a safety signal output by the checking module.

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Isolationszustands einer Batterie oder eines Batteriesystems, bevorzugt einer Hochspannungsbatterie oder eines Hochspannungsbatteriesystems zur Verwendung als Traktionsbatterie eines elektrischen Fahrzeugs oder zur Verwendung in stationären Speicheranwendungen, sowie eine entsprechende Vorrichtung. Stand der Technik Die Verwendung von Hochspannungsbatterien, beispielsweise für elektrische Fahrzeuge, erfordert eine Überprüfung des Isolationszustands der Hochspannungsbatterie, bevor diese eingeschaltet oder zu einem Batteriesystem zusammengeschaltet werden, um dann an eine Last angeschlossen zu werden. So liegt in einem Normalzustand in einem elektrischen Fahrzeug, in dem die Hochspannungsbatterie bevorzugt als Traktionsbatterie angeordnet ist, eine galvanische Trennung zwischen der Hochspannungsbatterie und der Masse beziehungsweise dem Chassis vor, sodass beim Einschalten der Hochspannungsbatterie kein Kurzschluss entsteht und sichergestellt werden kann, dass der Benutzer keinem ggf. lebensbedrohlichen elektrischen Schock ausgesetzt wird und auch die übrige Elektronik des Fahrzeugs nicht beschädigt wird. Wenn Hochspannungsbatterien zu einem Hochspannungsbatteriesystem zusammengeschaltet werden, ist es von besonderer Bedeutung, dass die zusammenzuschaltenden Hochspannungsbatterien gegenüber der Masse isoliert sind, da sonst bereits beim Zusammenschalten der Hochspannungsbatterien ein Kurzschluss über die Masse entstehen könnte und es so zu unkontrolliert hohen Strömen und damit zu einer Zerstörung der Hochspannungsbatterien und einer Gefährdung des Benutzers kommen könnte. Eine Isolationsüberprüfung erfolgt üblicherweise anhand eines berechneten Isolationswiderstands zwischen der Hochspannungsbatterie und Masse, beispielsweise dem Chassis eines elektrischen Fahrzeugs, nach dem Anlegen einer hohen Spannung bei einem geringen Strom. Für die zuverlässige Berechnung ist erforderlich, dass eine stabile Spannung, also eine Spannungssättigung, gemessen wird, welche jedoch erst nach einer längeren Zeit eintritt, beispielsweise nach etwa 7 bis 10 Sekunden. Entsprechend kann die Überprüfung insbesondere, wenn diese für mehrere Anschlüsse oder Leitungen der Hochspannungsbatterie erfolgt, und je nach Konfiguration der Hochspannungsbatterie und der Hardware- und Softwareebene, bis 30 Sekunden oder sogar mehr benötigen. Eine so lange Zeit zum Starten eines Fahrzeugs ist unerwünscht. Das Verkürzen dieser Überprüfungszeit für einen jeweiligen Anschluss beeinträchtigt aber dabei die Genauigkeit und den messbaren Bereich des berechneten Widerstands. Gleichwohl gilt, dass es für den Benutzer der Hochspannungsbatterie beziehungsweise eines elektrischen Fahrzeugs grundsätzlich unerwünscht ist, längere Überprüfungszeiten zum Bestimmen des Isolationszustands abzuwarten, da dies zu einem (erheblichen) Verzug der jeweiligen Verwendung der Hochspannungsbatterie und damit der Verwendung des Fahrzeugs führt. Aus US 2012/0206152 A1 ist eine Vorrichtung zum Erfassen einer elektrischen Leckage bekannt, wobei eine gemessene absolute Spannung eines eingekoppelten Pulses mit einem Schwellenwert verglichen wird. Es besteht somit ein Bedarf, die Sicherheit des Benutzers zu gewährleisten und dennoch eine rasche Isolationsüberprüfung bereitzustellen. Darstellung der Erfindung Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Überprüfen eines Isolationszustands einer Batterie, sowie ein entsprechendes Überprüfungsmodul und ein entsprechendes System bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Überprüfen eines Isolationszustands einer Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Entsprechend wird ein Verfahren zum Überprüfen eines Isolationszustands einer Batterie, bevorzugt einer Batterie eines Batteriesystems und besonders bevorzugt einer Hochspannungsbatterie, vorgeschlagen, umfassend die Schritte: Messen einer elektrischen Spannung, U, zwischen einem Anschlusselement der Batterie und einer Masse über eine vorgegebene Zeit, t;Auswerten der gemessenen Spannung und Feststellen, ob zu einem Zeitpunkt, welcher einem vorgegebenen zeitlichen Schwellenwert entspricht, eine gemessene Spannungsänderung dU/ dt vorliegt; undAusgeben eines für den Isolationszustand kennzeichnenden Sicherheitssignals in Abhängigkeit des Feststellungsergebnisses. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die Sättigungszeit der Spannung von der vorhandenen Kapazität und dem vorhandenen Widerstand abhängig ist. Im Falle eines Isolationsfehlers, bei dem ein geringer Widerstand vorliegt, oder bei einer geringen parasitären Kapazität tritt eine rasche Spannungssättigung ein. Gleichermaßen gilt, dass wenn die Spannungssättigung eingetreten ist, keine Spannungsänderung mehr gemessen wird. Das vorgeschlagene V