Spannungsteiler mit galvanischer Trennung

Ipetronik hat mit SAM-HViso DC 1000 einen Spannungsteiler mit echter galvanischer Trennung entwickelt, der in Elektro- und Hybridfahrzeugen eine sichere Spannungsmessung an Akkus und DC-Laststromkreisen ermöglicht.

Der Spannungsteiler von Ipetronik besteht aus zwei Komponenten, die sich als Vorschaltmodule für die Messung an Hochspannungssystemen einsetzen lassen. Die erste Komponente, der ISO Voltage Devider, ist ein galvanisch isolierender Trennverstärker, der sich als Vorsatz für normale Spannungsmessmodule verwenden lässt. Mit ihm ist außerdem die Weiterverwendung der bestehenden Messtechnik möglich. Der zweite Teil ist eine eigensichere Messleitung mit Strombegrenzungswiderständen an den Klemmstellen. Die Werte für diese Widerstände sind so gewählt, dass bei Beschädigung der Messleitung die Höhe des Fehlerstroms unterhalb der Gefährdungsgrenze für Personen bleibt.

Der ISO Voltage Devider ist in einem 100 x 51 x 25 mm großen Gehäuse untergebracht und entspricht der Schutzklasse IP67. Sein Temperaturbereich reicht von –40  bis +85 °C, sein Standardmessbereich liegt bei ±1000 V (optional andere Bereiche), seine Dauerisolationsspannung bei ±1400 V, seine Testisolationsspannung (1 s) bei ±2500 V sowie seine Pulsisolationsspannung (1 s) bei ±6000 V. Die Verstärkerimpedanz beträgt 20 MΩ//20pF und die Messeingangsimpedanz 21 MΩ//(20 pF + ca. 100 pF/m). Die Signalfrequenz liegt bei ca. 2 kHz bei einem Meter Messleitungslänge.

Die stetig steigende Zahl elektrisch angetriebener Fahrzeuge steigert den Bedarf an entsprechender Messtechnik für den mobilen Einsatz. Die Verlegung der Messkabel im räumlich beengten Motorraum gefährdet die Kabelisolation durch vibrationsbedingte Reibung, scharfkantige Bauteile oder Quetschung durch bewegte Teile bzw. einen Unfall. Kommt es dazu, dass Messleitungen abgeschert werden, ist ein Kurzschluss unvermeidbar. Handelt es sich bei den Leitungen um die Anschlüsse der Hochvoltbatterie, kann dies dramatische Auswirkungen haben.

Eine Hybridauto- oder Elektroauto-Batterie stellt Gleichspannungen von 140 bis über 500 V bei Strömen bis zu 1000 A zur Verfügung. Daher ist eine Absicherung in herkömmlicher Art (Schmelzsicherung) nicht ausreichend sicher. Durch die hohen Spannungen und Ströme zusammen mit den Leitungsinduktivitäten bildet sich an der Trennstelle ein Lichtbogen, der auch größere Distanzen überbrücken kann. Schließlich kann der Lichtbogen zu einem Fahrzeugbrand führen.

Außerdem stellt dies ein großes Gefahrenpotenzial für Personen beim Umgang mit den Messleitungen dar. Da sich der Batteriekreis nicht immer trennen lässt, kann die Berührung des Hochvoltkreises lebensbedrohlich sein, wenn der Fehlstrom über gewisse Grenzen liegt. Im Wechselspannungskreis muss der Strom unterhalb der Grenze liegen, bei der Herzrhythmusstörungen verursacht werden können und im Gleichstromkreis darf die Stromhöhe die so genannte Beharrungsberührungs-Stromgrenze nie erreichen. Aus diesem Grund begrenzt der SAM-HViso DC 1000  von Ipetronik den Strom im Fehlerfall unter die Beharrungsberührungs-Stromgrenze, sodass eine Personengefährdung ausgeschlossen ist.