Elektrische Sicherheit in Elektro- und Hybrid-Nutzfahrzeugen

Für die Nutzung von Elektrofahrzeugen hat die elektrische Sicherheit sowohl im Fahrzeug selbst als auch in der Ladeinfrastruktur einen hohen Stellenwert. Wie in allen Bereichen des täglichen Lebens genießt hier der Schutz von Menschen vor den Gefährdungen durch den elektrischen Strom höchste Priorität.

Safety first!

Im Fahrzeug selbst sind Spannungen vorhanden, deren Beherrschung eine sorgfältige Abstimmung der Schutzmaßnahmen erfordert. Die Energieversorgung im Elektrofahrzeug, das sogenannte „Bordnetz der Spannungsklasse B“, ist im Fahrbetrieb als isoliert aufgebautes Stromversorgungssystem zu betrachten. Eine wesentliche Herausforderung dabei ist, Isolationsfehler im Voltage Class B-System (Bordnetz) frühzeitig zu erkennen und diese zu beseitigen. Die Ursachen für Isolationsfehler im normalen Betrieb können z. B. Verschmutzung, Salz, Feuchtigkeit defekte Steckverbindungen, mechanische Einwirkungen etc. sein.

Kontinuierliche Messungen

Die Anforderung aus der Norm ISO 6469-3:2011 „Der Mindestisolationswiderstand des Bordnetzes muss über die gesamte Lebensdauer und unter allen Betriebszuständen gewährleistet sein“ wird durch die ISOMETER® der Baureihe IR155 (Bild 1) perfekt gelöst. Das Isolationsüberwachungsgerät (Insulation Monitoring Device) überwacht kontinuierlich den Isolationswiderstand zwischen Hochvoltleitungen und dem Fahrzeugchassis bei einer maximalen Bordnetzspannung von 1.000 V. Hierbei wird anstelle des bekannten passiven Isolationsüberwachungsverfahrens ein aktives Verfahren zur Messung angewendet, bei welchem Testimpulse hochohmig eingekoppelt und die Impulsantwort des Systems gemessen werden. Aus der Impulsantwort lässt sich dann der Isolationswiderstand berechnen. Ein aktives Isolationsüberwachungsverfahren ermöglicht zudem die Diagnose von spannungslosen Systemen, z. B. vor dem Zuschalten der Hochvolt-(HV-)Batterie. Dabei werden symmetrische und asymmetrische Fehler mit einer hohen Genauigkeit erkannt sowie alle galvanisch verbundenen Komponenten, von der Batterie bis hin zu den einzelnen Motoren oder HV-Verbrauchern, überwacht (siehe Bild). Zusätzlich kann das Isolationsüberwachungsgerät Schlüsse von der HV-Seite auf die 12 V-Seite erkennen. Das aktive Messverfahren erhöht somit die elektrische Sicherheit in der Elektromobilität, indem Fehler nicht erst im Fahrzeugbetrieb, sondern bereits vor dem Start des Fahrzeuges erkannt werden. Bild Elektrische Sicherheit1

Robust, kompakt, leicht und sicher

Das nur 50 g leichte Isolationsüberwachungsgerät ISOMETER® der Baureihe IR155-3203/IR155-3204 bietet aufgrund geringen Platzbedarfes und optimierter Messtechnik eine optimale Lösung für den Einsatz in elektrischen Nutzfahrzeugen. Vorhandene Isolationsfehler werden zuverlässig gemeldet – auch bei hohen Störbeeinflussungen, die durch Motorsteuerungsprozesse (Beschleunigung, Energierückgewinnung etc.) verursacht werden können. Zudem erfüllt das IR155-3203/IR155-3204 die gerade bei Nutzfahrzeugen wichtigen erhöhten Anforderungen an die Umweltbedingungen der Fahrzeugindustrie wie z. B. Temperaturen (- 40 °C bis 105 °C), Erschütterungen sowie die strengen Anforderungen der elektromagnetischen Verträglichkeit und der Hochspannungsfestigkeit.

Fehlererkennung ein Muss

Die Fehlermeldungen, wie beispielsweise Isolationsfehler am HV-System oder bei Selbsttests festgestellte Anschluss- oder Gerätefehler,
werden über die galvanisch getrennte Schnittstelle zur Verfügung gestellt. Die Schnittstelle besteht aus einem Status- und einem Messwertausgang. Der Statusausgang signalisiert Fehler sowie den „Gutzustand“ des Systems. Der Messwertausgang gibt den aktuellen Isolationswiderstand aus. Weiterhin ist es möglich, am Messwertausgang zwischen unterschiedlichen Fehlermeldungen und Gerätezuständen zu unterscheiden, da diese in die Grundfrequenz codiert sind.

Alle Normen erfüllt

Das Gerät hat ein Automotive-Prüfverfahren in Kombination mit übergeordneten kundenspezifischen Anforderungen durchlaufen und ermöglicht die Einhaltung u. a. folgender Normen: ISO 6469-3:2011-11, IEC 61557-8:2007-01, IEC 60664-1:2004:04. Außerdem besitzt das Gerät eine EG-Fahrzeugtypgenehmigung des Kraftfahrbundesamtes (für Deutschland E1-Zulassung).

Autor: Frank Mehling, Produktmanager T-MIS
Bender GmbH & Co. KG
www.bender.de

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