Der Isolationswiderstand bei elektrischen Leitern in Elektro- und Hybridfahrzeugen kann sich über die Lebensdauer durch Parameter wie Temperatureinflüsse, Überspannungen und Überströme verändern. Ebenso spielen Umwelteinflüsse wie eindringende Feuchtigkeit und mechanischer Stress eine Rolle. Hinzu kommen Marderbisse im Kabelbaum.
Um einer Gefahr vorzubeugen, muss die elektrische Sicherheit in allen Betriebsphasen des Fahrzeugs sichergestellt werden. Während der Fahrt, wenn das Fahrzeug aus der Batterie versorgt wird, sind die Schutzmaßnahmen des Fahrzeugs wirksam. Während des Ladebetriebs, wenn die Hochvoltbatterie über eine externe Versorgung aufgeladen wird, ist eine Koordination der Schutzmaßnahmen und der Netzformen erforderlich. Im Servicefall, bei Reparaturen oder nach einem Unfall sind meist zusätzliche Maßnahmen notwendig, um die elektrische Sicherheit des Personals zu gewährleisten.
Bei der Bestimmung des Isolationswiderstandes wird zwischen Isolationsmessung, die im End-of-Line-Test des Fahrzeugs sowie nach Reparaturen durchgeführt wird, sowie der Isolationsüberwachung unterschieden, welche kontinuierlich den Isolationswiderstand zwischen aktiven Leitern und elektrischem Chassis überwacht. Um den Isolationswiderstand zu überwachen, gibt es unterschiedliche Verfahren. Früher wurden in den ersten Netzen Glühlampen eingesetzt, die über den Helligkeitsgrad aufzeigten, welche Leitungen einen Erdschluss aufweisen. Da bei diesem Verfahren geringe Spannungsunterschiede nur zu geringen Helligkeitsunterschieden führten, eignen diese sich nicht, um sich anbahnende Isolationsfehler zu erkennen. Durch die Weiterentwicklung des Messverfahrens wurden die Glühlampen durch Voltmeter ersetzt, welche durch den Zeigerausschlag eine einfachere Fehlererkennung ermöglichen. Jedoch sind auch hier nur große Unterschiede der Spannung erkennbar, sodass kleinere Isolationsfehler unerkannt bleiben.
Kleine Unterschiede erkennen
Eine weitere Messmöglichkeit bietet das Gleichspannungsüberlagerungsverfahren, welches über eine abgestimmte Brücke die Spannungen HV+ und HV- misst. Hierbei können auch niederohmige Isolationsfehler erkannt werden. Dieses Messverfahren eignet sich jedoch nicht um symmetrische Fehler zu erkennen. In einer Optimierung des Verfahrens wird zusätzlich die Spannung zwischen HV+ und HV- gemessen und die Widerstände in der abgestimmten Brücke geschaltet. Über eine geeignete Steuerung und Auswertung können somit auch symmetrische Fehler ermittelt werden. Nachteil dieses Verfahren ist jedoch, dass es nur bei Systemen unter Spannung einsetzbar ist.
Neben den zuvor genannten passiven Isolationsüberwachungsverfahren kann auch ein aktives Verfahren zur Messung verwendet werden. Hierbei werden Testimpulse hochohmig eingekoppelt und die Impulsantwort des Systems gemessen. Aus der Impulsantwort lässt sich dann der Isolationswiderstand berechnen. Ein aktives Isolationsüberwachungsverfahren ermöglicht zudem auch die Diagnose von spannungslosen Systemen und erkennt symmetrische sowie asymmetrische Fehler mit einer hohen Genauigkeit. Alle galvanisch verbundenen Komponenten werden von der Batterie bis hin zu den Motoren oder HV-Verbrauchern überwacht. Zusätzlich kann der Isolationswächter Kurzschlüsse 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.
