DE102011100392B4

DE102011100392B4 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Sicherheitsstromkreises

Info

Publication number: DE102011100392B4
Application number: DE201110100392
Authority: DE
Inventors: Andreas Ortner; Kai Melhorn; Uwe Lachmund; Hans-Peter Arnold
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2012-11-15
Anticipated expiration: 2031-05-05
Also published as: DE102011100392A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Sicherheitssomkreises (2) zur Überwachung von Hochvoltkomponenten in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, wobei der Sicherheitsstromkreis (2) eine Anzahl zu überwachender Hochvoltkomponenten verbindet, wobei der Sicherheitsstromkreis (2) einen ersten und einen zweiten Endanschluss (3, 4) aufweist, wobei die Schaltungsanordnung (1) mindestens ein erstes Vergleichsmittel (5) umfasst, wobei in dem Sicherheitsstromkreis (2) Widerstandselemente (R1, R2, ... Rn) mit vorbestimmten Widerstandswerten angeordnet sind, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels (5) eine an dem ersten Endanschluss (3) des Sicherheitsstromkreises (2) anliegende Stromkreisspannung mit einer ersten Referenzspannung (U1) vergleichbar ist, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels (5) ein erstes Ausgangssignal (K1) erzeugbar ist, wobei das erste Ausgangssignal (K1) ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls die Stromkreisspannung größer als die erste Referenzspannung (U1) ist, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels (5) oder eines weiteren Vergleichsmittels die Stromkreisspannung mit einer zweiten Referenzspannung (U2) vergleichbar ist, wobei die zweite Referenzspannung (U2) kleiner als die erste Referenzspannung (U1) ist, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels (5) oder des weiteren Vergleichsmittels ein zweites Ausgangssignal (K2) erzeugbar ist, wobei das zweite Ausgangssignal (K2) ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls die Stromkreisspannung kleiner als die zweite Referenzspannung (U2) ist, wobei die Schaltungsanordnung (1) mindestens ein erstes Verknüpfungsmittel (7) umfasst, wobei mittels des ersten Verknüpfungsmittels (7) das erste Ausgangssignal (K1) und das zweite Ausgangssignal (K2) verknüpfbar und ein Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels (7) erzeugbar ist, wobei das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels (2) ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls das erste Ausgangssignal (K1) ein Fehler-Ausgangssignal und/oder das zweite Ausgangssignal (K2) ein Fehler-Ausgangssignal ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Sicherheitsstromkreises, insbesondere eines Sicherheitsstromkreises zur Überwachung von Hochvoltkomponenten in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug.
In Elektro- oder Hybridfahrzeugen wird elektrische Energie, die beispielsweise in einer so genannten Traktionsbatterie oder Hochvolt-Batterie gespeichert ist, mittels leistungselektronischer Elemente und einer Elektromaschine in mechanische Antriebsenergie umgewandelt. Diese Elektro- oder Hybridfahrzeuge verfügen daher über ein so genanntes Hochvolt-System, welches wiederum so genannte Hochvolt-Komponenten, beispielsweise einen Wechselrichter, einen elektrischen Klimakompressor, einen Gleichstromwandler, eine PTC-Heizung, eine Traktionsbatterie und eine Elektromaschine, umfasst. Neben einem solchen Hochvolt-System umfasst das Elektro- oder Hybridfahrzeug in der Regel auch ein oder mehrere so genannte Niedervolt-Systeme, beispielsweise ein so genanntes Bordnetz, an welchem z. B. Steuergeräte des Elektro- oder Hybridfahrzeugs angeschlossen sind.
Es ist bekannt, dass das Hochvolt-System mittels einer so genannten Sicherheitslinie oder einem Sicherheitsstromkreis überwacht wird, wobei dieser nachfolgend ausschließlich als Sicherheitsstromkreis bezeichnete Stromkreis durch z. B. steckbare und abnehmbare Teile, die sicherheitsrelevant hohe Spannungen führen, verlegt wird. An den Sicherheitsstromkreis selbst werden Spannungen im Niedervoltbereich angelegt. Als sicherheitsrelevant hohe Spannungen gelten alle Spannungen der Spannungsklasse B (DC: 60 V < U < 1.500 V oder AC: 25 V < U < 1.000 V). Mittels einer Überwachung der an dem Sicherheitsstromkreis anliegenden Spannung, nachfolgend als auch Stromkreisspannung bezeichnet, kann ein fehlerhaftes bzw. unvollständig montiertes Hochvoltsystem erkannt werden sowie ein zusätzlicher Schutzmechanismus bei z. B. einem gewünschten Zugang zu aktiven Hochvolt-Komponenten ausgelöst werden. Als aktive Hochvolt-Komponenten werden Komponenten bezeichnet, die sicherheitsrelevant hohe Spannungen wie vorhergehend definiert führen.
Die DE 10 2008 021 542 A1 offenbart eine Überwachungsvorrichtung zum Berührungsschutz eines Hybridfahrzeugs mit einer Anzahl von Hochvoltkomponenten und mit einer an eine Niedervolt-Bordnetzbatterie angeschlossenen elektronischen Steuerungseinheit, deren Leistungsstellglieder über einen Leistungsschalter an eine Hochvoltbatterie angeschlossen sind und mindestens eine elektrische Maschine ansteuern. Hierbei sind die Hochvoltkomponenten mittels einer Leitungsschleife überwacht und bei geöffneter Leitungsschleife deaktiviert. Weiter ist ein magnetfeldsensitiver Sensor einer lösbaren Kontaktverbindung der elektrischen Maschine und/oder der elektronischen Steuerungseinheit derart an die Leitungsschleife angebunden, dass ein Steuerbaustein der elektronischen Steuerungseinheit in Abhängigkeit eines beim Lösen der Kontaktverbindung vom Sensor erzeugten Sensorsignals eine Entladungseinheit zur berührungssicheren Entladung eines Energiespeichers aktiviert.
Aus der DE 40 12 109 C2 ist eine Vorrichtung zur Funktionsüberwachung eines elektrischen/elektronischen Schaltmittels, seines angeschlossenen Verbrauchers, seiner Ansteuerung und seiner Verbindungsleitung bekannt, mit wenigstens einer parallel zum Schaltmittel geschalteten Fehlererfassungslogik, wobei der Verbindungspunkt zwischen dem Schaltmittel und dem Verbraucher mit einem Bezugspotential beaufschlagt wird, an die Fehlererfassungslogik die Potentiale der Eingangs- und Ausgangsklemme des Schaltmittels sowie das Bezugspotential anlegbar sind, wobei die Fehlererfassungslogik ausgehend von den anliegenden Potentialen zwischen den Fehlern Kurzschluss nach Pluspol, Lastabfall und Kurzschluss nach Masse unterscheidet. Dabei arbeitet die Fehlererfassungslogik als Fensterkomparator.
Es stellt sich das technische Problem, eine Schaltungsanordnung sowie ein Verfahren zur Überwachung eines Sicherheitsstromkreises, insbesondere eines Sicherheitsstromkreises zur Überwachung von Hochvoltkomponenten in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, zu schaffen, welche eine einfach zu implementierende, zeitlich schnelle Detektion und Klassifikation eines Fehlers in einem Hochvoltsystem, insbesondere eine Detektion eines internen Kurzschlusses, ermöglichen.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenständen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorgeschlagen wird eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Sicherheitsstromkreises, insbesondere eines Sicherheitsstromkreises zur Überwachung von Hochvoltkomponenten in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Der Sicherheitsstromkreis verbindet eine Anzahl zu überwachender Hochvoltkomponenten, beispielsweise eine Traktionsbatterie, einen elektrischen Klimakompressor, einen Gleichstromwandler, eine PTC-Heizung, einen Wechselrichter und eine Elektromaschine zum Antrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Der Sicherheitsstromkreis weist einen ersten und einen zweiten Endanschluss auf. Weiter umfasst die Schaltungsanordnung mindestens ein erstes Vergleichsmittel.
Erfindungsgemäß sind in dem Sicherheitsstromkreis Widerstandselemente mit vorbestimmten Widerstandswerten angeordnet. Die Widerstandselemente sind in den zu überwachenden Hochvoltkomponenten, beispielsweise in einem Gehäuse in einem Zugangsdeckel oder in einem Stecker der zu überwachenden Hochvoltkomponenten, angeordnet.
Das Elektro- oder Hybridfahrzeug weist weiter einen Masseanschluss auf, an welchem beispielsweise die Fahrzeugsmasse anliegt.
Mittels des ersten Vergleichsmittels ist eine an dem ersten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises anliegende Stromkreisspannung mit einer ersten Referenzspannung vergleichbar. Nachfolgend bezeichnet die Stromkreisspannung eine zwischen dem ersten Endanschluss und dem vorhergehend angeführten Masseanschluss, also der Fahrzeugmasse anliegende Spannung. Hierbei ist mittels des ersten Vergleichsmittels ein erstes Ausgangssignal erzeugbar, wobei das erste Ausgangssignal ein Fehler Ausgangssignal ist, falls die Stromkreisspannung größer als die erste Referenzspannung ist.
Das erste Vergleichsmittel weist hierbei eine Komparator-Funktion auf.
Weiter kann die Stromkreisspannung mittels des ersten Vergleichsmittels mit einer zweiten Referenzspannung vergleichbar sein, wobei die zweite Referenzspannung kleiner als die erste Referenzspannung ist. Mittels des ersten Vergleichsmittels ist ein zweites Ausgangssignal erzeugbar, wobei das zweite Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls die Stromkreisspannung kleiner als die zweite Referenzspannung ist. In diesem Fall ist also mittels des ersten Vergleichsmittels die Stromkreisspannung mit der ersten und der zweiten Referenzspannung vergleichbar. Das erste Vergleichsmittel weist hierbei eine Fensterkomparator-Funktion auf.
Alternativ kann die Stromkreisspannung mittels eines weiteren Vergleichsmittels mit der zweiten Referenzspannung vergleichbar sein. Das weitere Vergleichsmittel ist hierbei von dem ersten Vergleichsmittel verschieden. Mittels des weiteren Vergleichsmittels ist ein zweites Ausgangssignal erzeugbar, wobei das zweite Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls die Stromkreisspannung kleiner als die zweite Referenzspannung ist.
Wird die Stromkreisspannung mittels eines weiteren Vergleichsmittels mit der zweiten Referenzspannung verglichen, so weist auch das weitere Vergleichsmittel eine Komparator-Funktion auf.
Wesentlich ist, dass die Stromkreisspannung erfindungsgemäß mit der ersten Referenzspannung und mit der zweiten Referenzspannung verglichen wird und in Abhängigkeit des jeweiligen Vergleichsergebnis ein Ausgangssignal erzeugt wird.
Die Stromkreisspannung und die Referenzspannungen weisen hierbei Größenordnungen einer Spannungsamplitude im Niedervoltbereich auf. Beispielsweise ist eine maximale Höhe der Stromkreisspannung auf +/–24 V oder +/–12 V begrenzt.
Weiter erfindungsgemäß umfasst die Schaltungsanordnung mindestens ein erstes Verknüpfungsmittel, wobei mittels des ersten Verknüpfungsmittels das erste Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal verknüpfbar und ein Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels erzeugbar ist. Das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels ist ein Fehler-Ausgangssignal, falls das erste Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal und/oder das zweite Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal ist.
Das erste Verknüpfungsmittel weist hierbei eine logische UND-Funktionalität auf. Beispielsweise kann das erste Verknüpfungsmittel als UND-Gatter ausgeführt sein. Das UND-Gatter kann hierbei eine analoge oder digitale Schaltungsanordnung sein.
Beispielsweise kann das erste Vergleichsmittel einen ersten Spannungseingang und mindestens einen zweiten Spannungseingang und einen ersten Spannungsausgang aufweisen. Der erste Spannungseingang kann beispielsweise mit dem ersten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises elektrisch verbunden sein. Weiter kann an dem zweiten Spannungseingang die erste Referenzspannung anliegen. An dem ersten Spannungsausgang kann dann das erste Ausgangsignal, welches beispielsweise ein Spannungssignal sein kann, erzeugt werden.
Beispielsweise ist das erste Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal, falls das erste Ausgangssignal einen Low-Pegel aufweist. Ein Low-Pegel bezeichnet hierbei eine Spannung, die 0 V beträgt oder kleiner als ein vorbestimmter niedriger Schwellwert, beispielsweise 0,5 V, ist. Weist das erste Ausgangssignal einen High-Pegel auf, so ist das erste Ausgangssignal ein Normalbetrieb-Ausgangssignal. Ein High-Pegel kann hierbei beispielsweise eine Spannungshöhe von 5 V oder eine Spannungshöhe, die größer als ein vorbestimmter Schwellwert, beispielsweise 4,5 V, ist, bezeichnen.
Beispielsweise kann das erste Ausgangssignal ein Low-Pegel aufweisen, falls die Stromkreisspannung größer als die erste Referenzspannung ist. Andernfalls weist das erste Ausgangssignal einen High-Pegel auf.
Analog kann ein weiteres Vergleichsmittel einen ersten Spannungseingang und einen zweiten Spannungseingang aufweisen, wobei der erste Spannungseingang mit dem ersten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises elektrisch verbunden ist und an dem zweiten Spannungseingang die zweite Referenzspannung anliegt. Weiter weist das weitere Vergleichsmittel einen Spannungsausgang auf, an welchem das zweite Ausgangssignal anliegt.
Analog zu den vorhergehenden Ausführungen zum ersten Vergleichsmittel kann das zweite Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal sein, falls das zweite Ausgangssignal einen Low-Pegel aufweist. Falls das zweite Ausgangssignal einen High-Pegel aufweist, ist das zweite Ausgangssignal ein Normalbetrieb-Ausgangssignal. Insbesondere kann das zweite Ausgangssignal einen Low-Pegel aufweisen, falls die Stromkreisspannung kleiner als die zweite Referenzspannung ist.
Das erste Verknüpfungsmittel kann beispielsweise einen ersten Spannungseingang aufweisen, der mit dem Spannungsausgang des ersten Vergleichsmittels elektrisch verbunden ist, wodurch an dem ersten Spannungseingang des Verknüpfungsmittels das erste Ausgangssignal anliegt. Analog kann das erste Verknüpfungsmittel einen zweiten Spannungseingang aufweisen, der elektrisch mit dem Spannungsausgang des weiteren Verknüpfungsmittels elektrisch verbunden ist.
Weiter kann das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels ein Fehler-Ausgangssignal sein, falls das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels einen Low-Pegel aufweist. Weist das erste Verknüpfungsmittel eine logische UND-Funktion auf, so erzeugt das erste Verknüpfungsmittel ein Ausgangssignal mit einem Low-Pegel, falls das erste Ausgangssignal einen Low-Pegel aufweist und/oder das zweite Ausgangssignal einen Low-Pegel aufweist.
Alternativ kann das erste Vergleichsmittel mindestens drei Spannungseingänge und mindestens zwei Spannungsausgänge aufweisen. Ein erster Spannungseingang des ersten Vergleichsmittels ist mit dem ersten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises elektrisch verbunden. An einem zweiten Spannungseingang des ersten Vergleichsmittels liegt die erste Referenzspannung an und an einem dritten Spannungseingang des ersten Vergleichsmittels liegt die zweite Referenzspannung an. Weiter ist mittels des ersten Vergleichsmittels an einem ersten Spannungsausgang des ersten Vergleichsmittels das erste Ausgangssignal und an einem zweiten Spannungsausgang des ersten Vergleichsmittels das zweite Ausgangssignal erzeugbar. Hierbei weist das erste Vergleichsmittel eine so genannte Fensterkomparator-Funktion auf.
Das erste Vergleichsmittel und/oder das erste Verknüpfungsmittel können hierbei als analoge Schaltungsanordnungen ausgebildet werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zeitlich schnelle Erzeugung eines Fehler-Ausgangssignals in Abhängigkeit einer Stromkreisspannung, da z. B. keine Umwandlung von analogen Spannungssignalen in ein digitales Format notwendig ist.
Durch die Ausbildung des ersten Vergleichsmittels als Fensterkomparator kann in vorteilhafter Weise ein separates Vergleichsmittel zum Vergleich der Stromkreisspannung mit der zweiten Referenzspannung eingespart werden, wodurch sich Bauraumanforderungen und Produktionskosten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verringern.
Allgemein ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass mittels der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung vier Fehlerarten detektierbar sind. Weiter ergibt sich vorteilhaft, dass ein detektierter Fehler einer Untergruppe zuordenbar ist, die zwei der vier Fehlerarten umfasst.
Eine erste Fehlerart bezeichnet eine Unterbrechung des Sicherheitsstromkreises. In diesem Fall ist das erste Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal ein Normalbetrieb-Ausgangssignal.
Eine zweite Fehlerart bezeichnet einen Kurzschluss des Sicherheitsstromkreises oder eines der mittels des Sicherheitsstromkreises verbundenen Hochvoltkomponenten gegen eine Bordnetzbatterie, beispielsweise einen Pluspol der Bordnetzbatterie, z. B. an beliebiger Stelle entlang des Sicherheitsstromkreises. Die Bordnetzbatterie weist hierbei beispielsweise eine Ausgangsspannung von 24 V auf. In diesem Fall ist das erste Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal ein Normalbetrieb-Ausgangssignal.
Die erste und die zweite Fehlerart bilden hierbei eine vorhergehend erwähnte Untergruppe der vier Fehlerarten.
Eine dritte Fehlerart bezeichnet einen Kurzschluss des Sicherheitsstromkreises gegen Masse. In diesem Fall ist das erste Ausgangssignal ein Normalbetrieb-Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal. Es kann erforderlich sein, dass eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Sicherheitsstromkreises hinsichtlich einer Detektion eines Kurzschlusses gegen eine Fahrzeugmasse einen Masseversatz von +/–1 V berücksichtigt werden muss. Auch in diesem Fall, also falls eine Stromkreisspannung im Kurzschlussfall größer als –1 V, aber kleiner als 1 V ist, ist das erste Ausgangssignal ein Normalbetrieb-Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal.
Im Unterschied zur DE 10 2008 021 542 A1 ermöglicht die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung jedoch auch die Detektion und Klassifikation einer vierten Fehlerart, nämlich eines internen Kurzschlusses. Ein interner Kurzschluss bezeichnet hierbei einen innerhalb des Sicherheitsstromkreises auftretenden, unerwünschten Kurzschluss. Beispielsweise kann ein interner Kurzschluss auftreten, falls eine elektrische Überbrückung mehrerer Hochvoltkomponenten oder eine elektrische Überbrückung mehrerer jeweils einzelnen Hochvoltkomponenten zugeordneter Widerstände auftritt. Auch kann ein interner Kurzschluss auftreten, falls innerhalb einer einzelnen Hochvoltkomponente ein Kurzschluss auftritt, der zur Überbrückung beispielsweise eines dieser Hochvoltkomponente zugeordneten Widerstandselements mit einem vorbestimmten Widerstandswert führt. Interne Kurzschlüsse gehören hierbei zu so genannten schlafenden Fehlern. Sie können beispielsweise entstehen, wenn sich niederohmige Verbindungen zwischen dem ersten Endanschluss und dem zweiten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises oder im Inneren einer Hochvoltkomponente bilden, wobei derartig interne Kurzschlüsse einen intakten Sicherheitsstromkreis vortäuschen, der in Wirklichkeit nicht existiert.
Hierzu sind, wie vorhergehend ausgeführt, erfindungsgemäß Widerstandselemente mit vorbestimmten Widerstandswerten in dem Sicherheitsstromkreis angeordnet. Ein interner Kurzschluss führt hierbei zu einer Überbrückung eines oder mehrerer dieser Widerstandselemente mit vorbestimmten Widerstandswerten. Eine Stromkreisspannung wird sich in Folge eines internen Kurzschlusses verringern, insbesondere dann, wenn der Sicherheitsstromkreis mit einem konstanten Eingangsstrom gespeist wird. Vorzugsweise sind die vorbestimmten Widerstandswerte derart dimensioniert, dass bei Überbrückung nur eines Widerstandselements, also einem internen Kurzschluss, die Stromkreisspannung kleiner als die zweite Referenzspannung wird, jedoch größer als 0 V oder der erwähnte Masseversatz bleibt. Somit ist im Fehlerfall eines internen Kurzschlusses das erste Ausgangssignal ein Normalbetrieb-Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal. In vorteilhafter Weise ist somit mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nicht nur ein Kurzschluss gegen Masse sondern auch ein interner Kurzschluss detektierbar.
Die dritte und die vierte Fehlerart bilden hierbei eine weitere Untergruppe der vier Fehlerarten.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Sicherheitsstromkreis mit einem vorbestimmten, vorzugsweise konstanten, Eingangsstrom gespeist. Die erste Referenzspannung ist herbei größer als ein Produkt des vorbestimmten Eingangsstromes und der Summe der Widerstandswerte aller zwischen dem ersten Endanschluss und einem Masseanschluss angeordneten Widerstandselementen. Weiter ist die zweite Referenzspannung kleiner als ein Produkt des vorbestimmten Eingangsstromes und der Summe der Widerstandswerte aller zwischen dem ersten Endanschluss und dem Masseanschluss angeordneten Widerstandselementen.
Hierbei ist der zweite Endanschluss über mindestens ein Widerstandselement, vorzugsweise mit einem vorbestimmten Widerstandswert, mit dem Masseanschluss verbunden. Das Widerstandselement kann auch als Erdungswiderstand bezeichnet werden. Dieser Erdungswiderstand ist notwendig, um einen Kurzschluss gegen Masse, auch bei einem möglicherweise geforderten Masseversatz, zu detektieren. Auch kann der zweite Endanschluss über mindestens ein Schaltelement und den Erdungswiderstand mit dem Masseanschluss verbunden sein.
Im fehlerfreien Fall ergibt sich die Stromkreisspannung als Produkt des vorbestimmten Eingangsstromes mit der Summe aller zwischen dem ersten Endanschluss und dem Masseanschluss angeordneten Widerstandselementen. Sind der Eingangsstrom und die Widerstandswerte der Widerstandselemente vorbekannt, so kann somit die Stromkreisspannung im fehlerfreien Fall berechnet werden. In einem der vorhergehend genannten vier Fehlerarten, insbesondere im Fall eines internen Kurzschlusses, ändert sich jedoch die Stromkreisspannung. Im Fall eines internen Kurzschlusses bestimmt sich die Stromkreisspannung nunmehr als Produkt des vorbestimmten Eingangsstromes mit den noch verbleibenden und nicht überbrückten Widerstandselementen.
Durch die Einspeisung eines vorbestimmten Eingangsstromes in den Sicherheitsstromkreis ergibt sich in vorteilhafter Weise ein definierter und vorbestimmbarer Abfall bzw. eine vorbestimmbare Verringerung der Stromkreisspannung, insbesondere im Fall eines internen Kurzschlusses. Aus einer Höhe einer Differenz zwischen der Stromkreisspannung im fehlerfreien Fall und einer Stromkreisspannung im Fall eines internen Kurzschlusses kann unter Kenntnis der Widerstandswerte der Widerstandselemente, insbesondere wenn die Widerstandswerte aller Widerstandselemente verschieden sind, auf einen Fehlerort geschlossen werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Fehler-Ausgangssignal nur dann erzeugt, falls eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Fehler-Ausgangssignal, welches u. a. zum Öffnen von Leistungsschützen dient, nur dann erzeugt wird, wenn eine Betriebssicherheit des fahrenden Elektro- oder Hybridfahrzeuges durch die Abschaltung nicht gefährdet ist. Hierbei bezeichnet das Fehler-Ausgangssignal ein Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels, falls dieses ein Fehler-Ausgangssignal ist.
Hierbei ist zu beachten, dass Hybridfahrzeuge neben dem Elektroantrieb über eine Verbrennungskraftmaschine verfügen. Bei einem Fehler während der Fahrt kann auf einen Antrieb mittels der Verbrennungskraftmaschine umgeschaltet werden und eine Abschaltung der Traktionsbatterie erfolgen. Bei reinen Elektrofahrzeugen, die ausschließlich über einen Elektroantrieb verfügen, kann eine solche Umschaltung nicht erfolgen. Daher ist bei Hybridfahrzeugen die geschwindigkeitsabhängige Erzeugung eines Fehler-Ausgangssignals nicht notwendig, wenn geeignete Maßnahmen zur Umschaltung vorhanden sind. Beispielsweise kann bei einem Hybridfahrzeug ein erzeugtes Fehlersignal bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit, die größer als Null oder größer als die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist als Umschaltsignal für eine Umschaltung auf einen Antrieb mittels einer Verbrennungskraftmaschine und gleichzeitig als Signal zur Abschaltung der Traktionsbatterie genutzt werden, während bei einem Elektrofahrzeug das erzeugte Fehler-Ausgangssignal nur dann zur Abschaltung der Traktionsbatterie führen darf, falls die die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Beispielsweise kann die Schaltungsanordnung ein weiteres Verknüpfungsmittel umfassen, wobei mittels des weiteren Verknüpfungsmittels das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels und ein Spannungssignal, welches einen Fahrzustand, insbesondere eine Fahrgeschwindigkeit des Elektro- oder Hybridfahrzeuges, repräsentiert, verknüpfbar und ein Ausgangssignal des weiteren Verknüpfungsmittels erzeugbar ist, wobei das Ausgangssignal des weiteren Verknüpfungsmittels ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels ein Fehler-Ausgangssignal ist und das Spannungssignal einen Fahrzustand, insbesondere eine Fahrgeschwindigkeit, repräsentiert, in welchem eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Das weitere Verknüpfungsmittel kann hierbei beispielsweise eine logische ODER-Funktion aufweisen. Beispielsweise kann das den Fahrzustand repräsentierende Spannungssignal einen High-Pegel aufweisen, falls die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit größer oder gleich der vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Folglich kann das den Fahrzustand repräsentierende Spannungssignal einen Low-Pegel aufweisen, falls die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Wird das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels, welches beispielsweise im Fehlerfall einen Low-Pegel aufweist, mit dem vorhergehend beschriebenen Spannungssignal, welches einen Fahrzustand des Elektro- oder Hybridfahrzeugs repräsentiert, unter Anwendung einer ODER-Operation verknüpft, so weist ein Ausgangssignal des weiteren Verknüpfungsmittels nur dann einen Low-Pegel auf, falls das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels und das Spannungssignal, welches den aktuellen Fahrzustand repräsentiert, einen Low-Pegel aufweisen. Dieses Ausgangssignal dieses weiteren Verknüpfungsmittels kann dann zur Ansteuerung eines Leistungsschützes, insbesondere zur Einstellung eines Schaltzustandes eines Leistungsschützes, verwendet werden. Beispielsweise kann ein Leistungsschütz, welches eine Traktionsbatterie von einem Hochvoltsystem des Elektro- oder Hybridfahrzeugs elektrisch trennt, in Abhängigkeit des Ausgangssignals des weiteren Verknüpfungsmittels angesteuert werden, wobei das Leistungsschütz geöffnet wird, falls das Ausgangssignal des weiteren Verknüpfungsmittels ein Fehler-Ausgangssignal ist.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine elektrische Trennung der Traktionsbatterie von einem Hochvoltsystem nur bei niedrigen Geschwindigkeiten erfolgen kann, wobei eine niedrige Geschwindigkeit den Fall einschließt, dass die Geschwindigkeit 0 km/h beträgt.
Ist eine Abhängigkeit einer Ansteuerung des Leistungsschützes von einer Fahrzeuggeschwindigkeit nicht gewünscht, so kann selbstverständlich auch das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels zur Einstellung eines Schaltzustandes des Leistungsschützes verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung eine Verzögerungsschaltung, die ein Fehler-Ausgangssignal um eine vorbestimmte Zeitdauer verzögert weiterleitet. Die Verzögerungsschaltung kann beispielsweise ein Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels oder ein Ausgangssignal des weiteren Verknüpfungsmittels zeitverzögert weiterleiten. In Abhängigkeit des zeitverzögert weitergeleiteten Fehler-Ausgangssignals kann beispielsweise ein Schaltzustand eines oder mehrerer Leistungsschütze eingestellt werden. Durch die Zeitverzögerung ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass in einem Fehlerfall, in welchem eine softwaregestützte Trennung der Traktionsbatterie von dem Hochvoltsystem versagt, nach einer vorbestimmten Verzögerungszeit eine hardwaregestützte Abschaltung erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung einen Referenzzweig, wobei der Referenzzweig ein erstes und mindestens ein weiteres Widerstandselement mit vorbestimmten Widerstandswerten umfasst. Hierbei werden die erste und die zweite Referenzspannung von unterschiedlichen Abschnitten des Referenzzweiges abgegriffen. Der Referenzzweig kann auch als Widerstandskaskade bezeichnet werden. Der Referenzzweig kann über einen ersten Endanschluss und einen zweiten Endanschluss des Referenzzweiges verfügen, wobei zwischen den Endanschlüssen die vorhergehend erwähnten Widerstandselemente angeordnet sind. Der zweite Endanschluss kann beispielsweise direkt und unmittelbar mit einem Masseanschluss des Elektro- oder Hybridfahrzeuges verbunden sein. Eine Referenzzweigspannung bezeichnet eine Spannung zwischen dem ersten Endanschluss des Referenzzweiges und dem Masseanschluss. Die Referenzspannung kann hierbei beispielsweise vorbestimmt und konstant sein, beispielsweise durch Einspeisung eines vorbestimmten Eingangsstromes in den Referenzzweig. Die Widerstandselemente des Referenzzweiges bilden einen Spannungsteiler aus, wobei zwischen verschiedenen Widerständen dieses Spannungsteilers verschiedene Spannungen in Bezug auf den Masseanschluss anliegen. Diese können als erste oder zweite Referenzspannung abgegriffen werden. In vorteilhafter Weise ist die Referenzspannung und die Werte der im Referenzzweig angeordneten Widerstandselemente in Abhängigkeit der im fehlerfreien Fall anliegenden Stromkreisspannung und den in dem Sicherheitsstromkreis angeordneten Widerstandselementen gewählt. Selbstverständlich kann der Referenzzweig auf weitere Widerstandselemente zum Abgriff weiterer Referenzspannungen umfassen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhaftere Weise eine einfache Realisierung einer Schaltungsanordnung zur Bereitstellung der gewünschten Referenzspannungen.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein vorbestimmter Eingangsstrom des Sicherheitsstromkreises und/oder ein vorbestimmter Eingangsstrom des Referenzzweiges von einer Konstantstromquelle erzeugt. Die Konstantstromquelle kann hierbei beispielsweise von einer Bordnetzbatterie spannungsversorgt werden. Auch kann die Konstantstromquelle, z. B. mittels eines Schaltsignals, welches an einem Schalteingang der Konstantstromquelle anliegt, ein- und ausgeschaltet werden. Vorzugsweise werden die Eingangsströme des Sicherheitsstromkreises und des Referenzzweiges von einer gemeinsamen internen Referenz der Konstantstromquelle abgeleitet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass temperatur- und/oder toleranzbedingte Änderungen bei der Erzeugung der Eingangsströme sich gleichermaßen auf beide Ströme auswirken und somit die Spannungsverhältnisse gleichermaßen angepasst werden. Auch kann eine Höhe des vorbestimmten Eingangsstromes des Sicherheitsstromkreises und eine Höhe des vorbestimmten Eingangsstromes des Referenzzweiges gleich sein.
Allgemein ergibt sich durch die Erzeugung der Eingangsströme mittels einer Konstantstromquelle eine einfache Detektion von Fehlern, da keine sich verändernden Stromverhältnisse bei einer Fehlerdetektion berücksichtigt werden müssen.
Die Schaltungsanordnung umfasst ein zweites Vergleichsmittel, wobei mittels des zweiten Vergleichsmittels eine an dem zweiten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises anliegende Spannung mit einer dritten Referenzspannung vergleichbar ist. Alternativ ist eine zwischen einem Erdungswiderstand und einem Schaltelement anliegende Spannung mit der dritten Referenzspannung vergleichbar, wobei der zweite Endanschluss über das Schaltelement und den Erdungswiderstand der Fahrzeugphase verbunden ist. Weiter ist mittels des zweiten Vergleichsmittels ein Ausgangssignal des zweiten Vergleichsmittels erzeugbar, wobei das Ausgangssignal des zweiten Vergleichsmittels ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls die an dem zweiten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises anliegende Spannung kleiner als die dritte Referenzspannung ist. Analog den vorherigen Ausführungen kann ein Ausgangssignal einen Low-Pegel aufweisen, falls das Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal ist.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass in Abhängigkeit des ersten Ausgangssignals, des zweiten Ausgangssignals und des Ausgangssignals des zweiten Vergleichsmittels die Fehlerart genau klassifizierbar ist. Vorhergehend wurde erläutert, dass jeweils zwei Fehlerarten die gleiche Kombination des ersten und des zweiten Ausgangssignals aufweisen. So weist z. B. eine Unterbrechung des Sicherheitsstromkreises die gleiche Kombination des ersten und des zweiten Ausgangssignals auf wie ein Kurzschluss des Sicherheitsstromkreises gegenüber einer Versorgungsspannung des Sicherheitsstromkreises, insbesondere gegenüber einer Bordnetzbatterie. Auch weist ein Kurzschluss gegen Masse sowie ein interner Kurzschluss die gleiche Kombination von Ausgangssignalen auf.
Insbesondere ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine Fehlerart in Abhängigkeit ausschließlich des ersten Ausgangssignals (des ersten Vergleichsmittels) und des Ausgangssignals des zweiten Vergleichsmittels klassifizierbar ist. So ist das erste Ausgangssignal des ersten Vergleichsmittels bei einer Unterbrechung des Sicherheitsstromkreises ein Fehler-Ausgangssignal und das Ausgangssignal des zweiten Vergleichsmittels ebenfalls ein Fehler-Ausgangssignal. Bei einem Kurzschluss des Sicherheitsstromkreises gegen eine Versorgungsspannung, insbesondere eine Bordnetzbatterie, ist das erste Ausgangssignal des ersten Vergleichsmittels ein Fehler-Ausgangssignal, während das Ausgangssignal des zweiten Vergleichsmittels ein Normalbetrieb-Ausgangssignal ist. Bei einem Kurzschluss gegen Masse ist das erste Ausgangssignal des ersten Vergleichsmittels ein Normalbetrieb-Ausgangssignal, während das Ausgangssignal des zweiten Vergleichsmittels ein Fehler-Ausgangssignal ist. Bei einem internen Kurzschluss ist sowohl das erste Ausgangssignal des ersten Vergleichsmittels als auch das Ausgangssignal des zweiten Vergleichsmittels ein Normalbetrieb-Ausgangssignal. Somit kann das Vorliegen eines Fehlers durch Auswertung ausschließlich der Ausgangssignale des ersten und gegebenenfalls des weiteren Vergleichsmittels (erstes und zweites Ausgangssignal) detektiert werden, wobei eine genaue Fehlerart dann durch Auswertung ausschließlich des ersten Ausgangssignals des ersten Vergleichsmittels und des Ausgangssignals des zweiten Vergleichsmittels klassifiziert wird.
Die dritte Referenzspannung ist kleiner als die zweite Referenzspannung.
Beispielsweise kann das zweite Vergleichsmittel mindestens zwei Spannungseingänge aufweisen, wobei ein erster Spannungseingang des zweiten Vergleichsmittels mit dem zweiten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises oder mit dem zwischen einem Schaltelement und einem Erdungswiderstand liegenden Leitungsabschnitt elektrisch verbunden ist. An einem zweiten Spannungseingang des zweiten Vergleichsmittels liegt die dritte Referenzspannung an. Mittels des zweiten Vergleichsmittels ist an einem ersten Spannungsausgang des zweiten Vergleichsmittels ein Ausgangssignal, beispielsweise in Form einer Ausgangsspannung, des zweiten Vergleichsmittels erzeugbar. Auch die dritte Referenzspannung kann von dem vorhergehend erwähnten Referenzzweig abgegriffen werden.
Ein Fehler ist hierbei in Abhängigkeit zumindest des ersten Ausgangssignals und des zweiten Ausgangssignals detektierbar. Weiter ist ein Fehler in Abhängigkeit zumindest des ersten Ausgangssignals und des Ausgangssignals des zweiten Vergleichsmittels klassifizierbar, also einem der vier Fehlerarten zuordenbar. Weiter kann in Abhängigkeit der Stromkreisspannung ein Fehlerort lokalisierbar sein, insbesondere im Fall eines internen Kurzschlusses. Hierzu ist eine geeignete Abstufung der Widerstandswerte der Widerstandselemente im Sicherheitsstromkreis zu wählen, so dass sich vorbestimmte, eindeutige Stromkreisspannungen oder vorbestimmte, eindeutige Spannungen zwischen dem ersten und dem zweiten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises ergeben, falls eines oder mehrere der Widerstandselemente kurzgeschlossen sind.
Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine zeitlich schnelle Detektion und/oder Klassifikation und/oder Lokalisation mindestens vier verschiedener Fehlerarten in einem Sicherheitsstromkreis.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung eine Steuer- und Auswerteeinrichtung, wobei mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung ein Schaltzustand eines zwischen dem zweiten Endanschluss und einem Masseanschluss angeordneten Schaltelements in Abhängigkeit einer an dem zweiten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises anliegenden Spannung oder in Abhängigkeit von Schaltsignalen steuerbar ist. Die Schaltsignale bezeichnen hierbei Eingangssignale der Steuer- und Auswerteeinrichtung. Im Normalbetrieb ist das vorgeschlagene Schaltelement geschlossen, um den zweiten Endanschluss des vorgeschlagenen Sicherheitsstromkreises mit einem Masseanschluss zu verbinden.
Es kann aus mehreren Gründen wünschenswert sein, das Schaltelement zu öffnen. Erstens kann hierdurch eine Diagnose einer Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Sicherheitsstromkreises durchgeführt werden, wobei ein Öffnen des Schaltelements eine Unterbrechung des Sicherheitsstromkreises simuliert.
Zweitens kann durch ein Öffnen des Schaltelements eine Überlastung des Sicherheitsstromkreises und/oder des vorhergehend beschriebenen Erdungswiderstandes bei z. B. Kurzschluss zu einer Versorgungsspannung vermieden werden.
Die vorhergehend beschriebenen Vergleichs- und Verknüpfungsmittel können hierbei als analoge Schaltungsanordnungen oder digitale Schaltungen ausgeführt werden. Im Falle von digitalen Schaltungen können die an dem ersten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises und/oder zwischen dem Schaltelement und dem Erdungswiderstand anliegende Spannung und/oder dem zweiten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises und/oder an dem Referenzzweig anliegenden Spannungen zusätzlich digitalisiert werden. Die logischen Funktionalitäten der beschriebenen Vergleichs- und Verknüpfungsmittel können hardwareseitig, d. h. durch geeignete Verschaltung logischer analoger und/oder logischer digitaler Bauelemente, implementiert werden, beispielsweise durch Entwurf von FPGA (field programmable gate array). Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein schnelles dynamisches Laufzeitverhalten. Auch können einzelne oder alle logischen Funktionalitäten softwareseitig implementiert werden.
Die Steuer- und Auswerteeinrichtung kann beispielsweise vier Spannungseingänge und mindestens einen Schaltausgang umfassen. An einem ersten Spannungseingang der Steuer- und Auswerteeinrichtung kann der zweite Endanschluss des Sicherheitsstromkreises angeschlossen sein. An einem zweiten Spannungseingang der Steuer- und Auswerteeinrichtung kann eine Referenzspannung anliegen. An einem dritten Spannungseingang der Steuer- und Auswerteeinrichtung kann ein Schließsignal anlegbar sein. An einem vierten Spannungseingang der Steuer- und Auswerteeinrichtung kann ein Öffnungssignal anlegbar sein. An dem Schaltausgang kann ein Schaltsignal zum Öffnen oder Schließen des Schaltelements erzeugt werden, beispielsweise falls eine Spannung, die am ersten Spannungseingang anliegt, größer als die Referenzspannung ist. Auch kann ein Schaltsignal zum Öffnen des Schaltelements erzeugt werden, falls an dem dritten Spannungseingang ein Schließsignal anliegt. Ein Signal zum Öffnen des Schaltelements kann erzeugt werden, falls an dem vierten Spannungseingang ein Öffnungssignal anliegt.
Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Detektion eines Fehlers in einem Sicherheitsstromkreis, insbesondere in einem Sicherheitsstromkreis zur Überwachung von Hochvoltkomponenten in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Der Sicherheitsstromkreis verbindet eine Anzahl zu überwachender Hochvoltkomponenten, wobei der Sicherheitsstromkreis einen ersten und einen zweiten Endanschluss aufweist. Die Schaltungsanordnung umfasst mindestens ein erstes Vergleichsmittel.
Erfindungsgemäß sind in dem Sicherheitsstromkreis Widerstandselemente mit vorbestimmten Widerstandswerten angeordnet, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels eine an dem ersten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises anliegende Stromkreisspannung mit einer ersten Referenzspannung verglichen wird. Mittels des ersten Vergleichsmittels wird ein erstes Ausgangssignal erzeugt, wobei das erste Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls die Stromkreisspannung größer als die erste Referenzspannung ist. Weiter wird mittels des ersten Vergleichsmittels oder eines weiteren Vergleichsmittels die Stromkreisspannung mit einer zweiten Referenzspannung verglichen, wobei die zweite Referenzspannung kleiner als die erste Referenzspannung ist, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels oder des weiteren Vergleichsmittels ein zweites Ausgangssignal erzeugt wird. Das zweite Ausgangssignal ist ein Fehler-Ausgangssignal, falls die Stromkreisspannung kleiner als die zweite Referenzspannung ist. Weiter umfasst die Schaltungsanordnung mindestens ein erstes Verknüpfungsmittel, wobei mittels des ersten Verknüpfungsmittels das erste Ausgangssignal und das zweite Ausgangssignal verknüpft und ein Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels erzeugt wird. Das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels ist ein Fehler-Ausgangssignal, falls das erste Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal oder das zweite Ausgangssignal ein Fehler-Ausgangssignal ist, wobei ein Fehler in Abhängigkeit des ersten Ausgangssignals und/oder des zweiten Ausgangssignals zumindest detektierbar ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein Verfahren, welches dynamisch schnell Fehlerarten, insbesondere auch einen internen Kurzschluss im Sicherheitsstromkreis, detektiert.
Die Schaltungsanordnung umfasst ein zweites Vergleichsmittel, wobei mittels des zweiten Vergleichsmittels eine an dem zweiten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises oder eine zwischen einem Schaltelement und einem Erdungswiderstand, über die der zweite Endanschluss mit einem Masseanschluss verbunden ist, anliegende Spannung mit einer dritten Referenzspannung vergleichbar ist. Mittels des zweiten Vergleichsmittels ist ein Ausgangssignal des zweiten Vergleichsmittels erzeugbar, wobei das Ausgangssignal des zweiten Vergleichsmittels ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls die an dem zweiten Endanschluss des Sicherheitsstromkreises anliegende Spannung kleiner als die dritte Referenzspannung ist. Ein Fehler ist hierbei in Abhängigkeit des ersten Ausgangssignals oder des zweiten Ausgangssignals detektierbar. In Abhängigkeit des ersten Ausgangssignals und des Ausgangssignals des zweiten Vergleichsmittels ist ein Fehler klassifizierbar. Hierdurch können insbesondere die vier vorhergehend genannten Fehlerarten direkt klassifiziert werden.
Mit der vorgeschlagenen technischen Lösungen können mit geringem Aufwand Nachteile von bekannten Schaltungsanordnungen zur Überwachung von Sicherheitsstromkreises beseitigt und eine universelle Anwendung für Hybrid- und Elektrofahrzeuge ermöglicht werden. Im Einzelnen sind folgende Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zu nennen.
Erstens kann eine sichere Erkennung eines Fehlers in einem Sicherheitsstromkreis bei den vorhergehend genannten Fehlerarten erfolgen. Zweitens kann, falls die Vergleichsmittel und Verknüpfungsmittel als analoge Schaltungsanordnungen ausgebildet sind, eine softwareunabhängige Generierung eines Fehlersignals für alle der vorhergehend genannten Fehlerarten als analoges Signal erzeugt werden, welches dann für eine Weiterverarbeitung und/oder eine Speicherung und/oder eine verzögerte Abschaltung von Leistungsschützen dienen kann. Drittens kann eine softwareunabhängige Klassifizierungen von Fehlerarten, insbesondere in Abhängigkeit der genannten Ausgangssignale, erfolgen, die wiederum weiterverarbeitet oder gespeichert werden können. Weiter kann eine geschwindigkeitsabhängige Unterdrückung einer Schützabschaltung erfolgen. Als letzter Vorteil ergibt sich, dass eine Selbstdiagnosefunktion mit Simulation einer Unterbrechung und ein Überlastungsschutz erreicht werden kann.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
1 ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
2 eine tabellarische Übersicht über Fehlerarten und ihnen zugeordnete Ausgangssignale,
3 ein schematischer Schaltplan einer Steuer- und Auswerteeinrichtung und
4 eine tabellarische Übersicht über Schaltsignale der in 3 dargestellten Steuer und Auswerteeinrichtung.
Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Eigenschaften.
In 1 ist ein schematischer Schaltplan einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung 1 dargestellt. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst einen Sicherheitsstromkreis 2 zur Überwachung von nicht dargestellten Hochvoltkomponenten in einem ebenfalls nicht dargestellten Elektro- oder Hybridfahrzeug. Der Sicherheitsstromkreis 2 weist einen ersten Endanschluss 3, der auch als Eingangsanschluss bezeichnet werden kann, und einen zweiten Endanschluss 4, der auch als Ausgangsanschluss bezeichnet werden kann, auf. Zwischen dem ersten Endanschluss 3 und dem zweiten Endanschluss 4 sind Widerstandselemente R1, R2, ... Rn mit vorbestimmten Widerstandswerten angeordnet.
Weiter umfasst die Schaltungsanordnung ein erstes Vergleichsmittel 5. Das erste Vergleichsmittel 5 weist einen ersten Spannungseingang auf, der elektrisch mit dem ersten Endanschluss 3 des Sicherheitsstromkreises 2 verbunden ist.
Weiter umfasst die Schaltungsanordnung 1 ein zweites Vergleichsmittel 6, ein erstes Verknüpfungsmittel 7, ein zweites Verknüpfungsmittel 8, eine Verzögerungsschaltung 9, eine Steuer- und Auswerteeinrichtung 11, eine Konstantstromquelle 12 und einen Referenzzweig 13 auf.
Der Referenzzweig 13 umfasst mehrere Widerstandselemente T1, T2, T3 mit vorbestimmten Widerstandswerten. Der Sicherheitsstromkreis 2 wird von der Konstantstromquelle 12 mit einem vorbestimmten und konstanten Eingangsstrom I1 gespeist. Der Referenzzweig 13 wird von der Konstantstromquelle 12 mit einem weiteren vorbestimmten konstanten Eingangsstrom I2 gespeist. An einem zweiten Spannungseingang des ersten Vergleichsmittels 5 liegt eine erste Referenzspannung U1 an, die von dem Referenzzweig 13 abgegriffen wird, wobei die erste Referenzspannung U1 eine Spannung bezeichnet, die über allen Widerstandselementen T1, T2, T3 des Referenzzweiges 13 gegenüber einer Fahrzeugmasse M abfällt. An einem dritten Spannungseingang des ersten Vergleichsmittels 5 liegt eine zweite Referenzspannung U2 an, die zwischen den Widerstandselementen T1, T2 des Referenzzweiges 13 abgegriffen wird und somit kleiner als die erste Referenzspannung U1 ist. Mittels des ersten Vergleichsmittels 5 ist ein erstes Ausgangssignal K1 erzeugbar, wobei das erste Ausgangssignal K1 einen Low-Pegel L (siehe 2) aufweist, falls eine an dem ersten Endanschluss 3 des Sicherheitsstromkreises 2 anliegende Stromkreisspannung größer als die erste Referenzspannung U1 ist. Ein Ausgangssignal, welches einen Low-Pegel L aufweist, bezeichnet hierbei ein Fehler-Ausgangssignal. Analog ist mittels des ersten Vergleichsmittels 5 die vorhergehend definierte Stromkreisspannung mit der zweiten Referenzspannung U2 vergleichbar, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels 5 ein zweites Ausgangssignal K2 erzeugbar ist, wobei das zweite Ausgangssignal K2 einen Low-Pegel L aufweist, falls die Stromkreisspannung kleiner als die zweite Referenzspannung U2 ist. Das erste Vergleichsmittel 5 bildet somit einen Fenster-Komparator aus. Mittels des ersten Verknüpfungsmittels 7 sind das erste Ausgangssignal K1 und das zweite Ausgangssignal K2 verknüpfbar und ein Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels 7 erzeugbar. Das erste Verknüpfungsmittel 7 ist hierbei als logische UND-Schaltung ausgebildet. Das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels 7 weist einen Low-Pegel L auf, falls das erste Ausgangssignal K1 und/oder das zweite Ausgangssignal K2 einen Low-Pegel L aufweist.
Mittels des zweiten Verknüpfungsmittels 8 ist das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels 7 mit einem Spannungssignal SS, welches einen Fahrzeugstand repräsentiert, verknüpfbar. Mittels des zweiten Verknüpfungsmittels 8 ist ein Ausgangssignal des zweiten Verknüpfungsmittels 8 erzeugbar, wobei das Ausgangssignal des zweiten Verknüpfungsmittels 8 einen Low-Pegel L aufweist, falls das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels 7 einen Low-Pegel L aufweist und das Spannungssignal SS einen Low-Pegel L aufweist, wobei ein Low-Pegel L des Spannungssignals SS einen Fahrzustand repräsentiert, in welchem eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Mittels der Verzögerungsschaltung 9 ist das von dem zweiten Verknüpfungsmittel 8 erzeugte Ausgangssignal, insbesondere ein Ausgangssignal mit einem Low-Pegel L um eine vorbestimmte Zeitdauer verzögert weiterleitbar. Hierbei kann ein Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 9 zur Ansteuerung von Leistungsschützen dienen, mittels derer eine nicht dargestellte Traktionsbatterie mit einem nicht dargestellten Hochvoltsystem elektrisch verbindbar sind.
Das zweite Vergleichsmittel 6 weist einen ersten Spannungseingang und einen zweiten Spannungseingang sowie einen Spannungsausgang auf. Der zweite Endanschluss 4 des Sicherheitsstromkreises 2 ist über ein Schaltelement 14 und einen Erdungswiderstand R mit der Fahrzeugmasse M elektrisch verbunden. An dem ersten Spannungseingang des zweiten Vergleichsmittels 6 liegt eine Spannung an, die über den Erdungswiderstand R hin zur Fahrzeugmasse abfällt. Hierzu ist ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Schaltelement 14 und dem Erdungswiderstand R elektrisch mit dem ersten Spannungseingang des zweiten Vergleichsmittels 6 elektrisch verbunden. An dem zweiten Spannungseingang des zweiten Vergleichsmittels 6 liegt eine dritte Referenzspannung U3 an, die kleiner als die zweite Referenzspannung U2 ist und zwischen zwei Widerstandselementen T2, T3 des Referenzzweiges 13 abgegriffen wird. Mittels des zweiten Vergleichsmittels 6 ist ein Ausgangssignal K3 des zweiten Vergleichsmittels 6 erzeugbar, wobei das Ausgangssignal K3 des zweiten Vergleichsmittels 6 einen Low-Pegel L aufweist, falls die über dem Erdungswiderstand R abfallende Spannung kleiner als die dritte Referenzspannung U3 ist.
In Abhängigkeit des Ausgangssignals des ersten Verknüpfungsmittels 7 ist detektierbar, ob eine Fehlerart der vorhergehend beschriebenen vier Fehlerarten vorliegt. In Abhängigkeit des ersten Ausgangssignals K1 und des Ausgangssignals K3 des zweiten Vergleichsmittels 6 ist eine genaue Fehlerart klassifizierbar. Dies ist näher in 2 erläutert.
Die Konstantstromquelle 12 ist mit einer Bordnetzbatterie elektrisch verbunden, die eine Ausgangsspannung U_Bat aufweist. Weiter dargestellt ist ein Schalteingang der Konstantstromquelle 12, mittels dessen die Konstantstromquelle 12 ein- und ausschaltbar ist. Weiter dargestellt ist die Steuer- und Auswerteeinrichtung 11, deren Funktion in 3 näher erläutert wird. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 weist einen ersten Spannungseingang auf, der elektrisch mit dem zweiten Endanschluss 4 des Sicherheitsstromkreises 4 verbunden ist. Weiter weist die Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 einen zweiten Spannungseingang für ein Schließsignal S_on und einen dritten Spannungseingang für ein Öffnungssignal S_off auf. In Abhängigkeit dieser Eingangssignale erzeugt die Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 ein Schaltsignal S für das Schaltelement 14.
In 2 ist eine tabellarische Übersicht über Fehlerarten und ihnen zugeordnete Pegel der Ausgangssignale K1, K2, K3 dargestellt. In einem Normalbetrieb N weist das erste Ausgangssignal K1, das zweite Ausgangssignal K2 und das Ausgangssignal K3 des in 1 dargestellten zweiten Vergleichsmittels 6 jeweils einen High-Pegel H auf. Bei einem vorliegenden Fehler einer ersten Fehlerart F1, der eine Unterbrechung des in 1 dargestellten Sicherheitsstromkreises 2 darstellt, weist das erste Ausgangssignal K1 und das Ausgangssignal K3 des zweiten Vergleichsmittels 6 jeweils einen Low-Pegel L auf. Das zweite Ausgangssignal K2 des ersten Vergleichsmittels 5 (siehe 1) weist einen High-Pegel H auf. Bei einem vorliegenden Fehler einer zweiten Fehlerart F2, der einen Kurzschluss des Sicherheitsstromkreises 2 gegen eine Versorgungsspannung beispielsweise gegen eine Bordnetzbatterie mit der Ausgangsspannung U_Bat (siehe 1) bedeutet, weist das erste Ausgangssignal K1 einen Low-Pegel L, die verbleibenden Ausgangssignale K2, K3 jeweils einen High-Pegel H auf. Bei einem vorliegenden Fehler einer dritten Fehlerart F3, der einen Kurzschluss gegen eine Fahrzeugmasse M (siehe 1) bedeutet, weist das erste Ausgangssignal K1 des ersten Vergleichsmittels 5 einen High-Pegel H auf, wobei die verbleibenden Ausgangssignale K2, K3 jeweils einen Low-Pegel L aufweisen. Hierbei kann ein möglicher Masseversatz von +1 V über einem Potential der Fahrzeugmasse M berücksichtigt werden. Bei einem Fehler einer vierten Fehlerart F4, der bei einem internen Kurzschluss des Sicherheitsstromkreises 2 vorliegt, weist das erste Ausgangssignal K1 des ersten Vergleichsmittels 5 und das Ausgangssignal K3 des zweiten Vergleichsmittels 6 jeweils einen High-Pegel H auf, während das zweite Ausgangssignal K2 des ersten Vergleichsmittels 5 einen Low-Pegel L aufweist.
In 3 ist ein schematischer Schaltplan einer in 1 dargestellten Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 dargestellt. Dargestellt sind ein erster Spannungseingang der Steuer- und Auswerteeinrichtung 11, der mit dem ebenfalls in 1 dargestellten zweiten Endanschluss 4 des Sicherheitsstromkreises 2 verbunden ist. Weiter ist ein zweiter Spannungseingang dargestellt, an den ein Schließsignal S_on anlegbar ist. Weiter dargestellt ist ein dritter Spannungseingang, an den ein Öffnungssignal S_off anlegbar ist. Die Signale S_on, S_off werden mittels Inverter A3, A4 invertiert. Mittels eines elektronischen Schaltelements 15, welches beispielsweise als Bipolar-Transistor ausgebildet sein kann, wird eine Referenzspannung, die beispielsweise eine vorbestimmte Basis-Emitter-Spannung oder Diffusionsspannung des Bipolar-Transistors sein kann, mit der an dem zweiten Endanschluss 4 des Sicherheitsstromkreises anliegenden Spannung verglichen. Zusätzlich weist die Schaltungsanordnung der Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 Widerstandselemente T auf. Die an dem zweiten Endanschluss 4 des Sicherheitsstromkreises 2 anliegende Spannung ist über ein solches Widerstandselement T mit einem Basis-Anschluss des elektronischen Schaltelements 15 verbunden. Ist das elektronische Schaltelement 15 z. B. bei einer Basis-Spannung, die kleiner als die Referenzspannung ist, sperrend, so weist ein kollektorseitiges Ausgangssignal des elektronischen Schaltelements 15 einen High-Pegel H auf. Dieses kollektorseitige Ausgangssignal sowie das invertierte Öffnungssignal S_off werden über eine Schaltungsanordnung A1, die eine logische NAND-Funktion aufweist, verknüpft. Ist das elektronische Schaltelement 15 aufgrund einer Basis-Spannung, die größer als die Referenzspannung ist, leitend geschaltet, so weist das kollektorseitige Ausgangssignal einen Low-Pegel L auf. Ein Ausgangssignal der Schaltungsanordnung A1 wird mit dem invertierten Schließsignal S_on mittels einer Schaltungsanordnung A2 verknüpft, die eine logische AND-Funktion aufweist. Ein Ausgangssignal dieser Schaltungsanordnung A2 ist ein Schaltsignal S für das in 1 dargestellte Schaltelement 14.
In 4 ist eine tabellarische Übersicht über ein Schaltsignal S der in 3 dargestellten Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 in Abhängigkeit der Pegel der Schaltsignale S_off, S_on und der an dem zweiten Endanschluss 4 des Sicherheitsstromkreises 2 anliegenden Spannung U4 dargestellt. Exemplarisch wird nur eine erste und zweite Zeile der in 4 dargestellten Tabelle beschrieben. Weist das Öffnungssignal S_off, das Schließsignal S_on und die an dem Endanschluss 4 anliegende Spannung U4 jeweils ein Low-Pegel-Signal L auf, so ist das Schaltsignal S ein Schließsignal und das in 1 dargestellte Schaltelement 14 wird geschlossen. Weist bei selber Konfiguration die an dem zweiten Endanschluss 4 anliegende Spannung U4 jedoch einen High-Pegel H auf, so ist das Schaltsignal S ein Öffnungssignal und das Schaltelement 14 wird geöffnet.
Das Schaltelement 14 ist normalerweise geschlossen. Es kann zu Diagnosezwecken, um z. B. eine Unterbrechung des Sicherheitsstromkreises 2 zu simulieren und zum Schutz der Schaltungsanordnung 1 vor Überlastung bei Kurzschluss zum Niedervolt-Bordnetz, geöffnet werden. Hierzu wird die Spannung U4 am zweiten Endanschluss 4 des Sicherheitsstromkreises 2 überwacht. Bei Überschreiten einer Referenzspannung D, beispielsweise einer vorbestimmten Basis-Emitter-Spannung oder Diffusionsspannung des Bipolar-Transistors oder durch ein Schaltsignal S_off wird das Schaltelement 14 geöffnet. Andererseits wird durch ein Schließsignal S_on das Schaltelement 14 geschlossen, unabhängig davon, welcher Zustand am ersten Spannungseingang der Steuer- und Auswerteeinrichtung 11 anliegt.
Die logischen Funktionen aller oder einzelner logischer Elemente können hardwareseitig oder softwareseitig implementiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Schaltungsanordnung
2: Sicherheitsstromkreis
3: erster Endanschluss
4: zweiter Endanschluss
5: erstes Vergleichsmittel
6: zweites Vergleichsmittel
7: erstes Verknüpfungsmittel
8: zweites Verknüpfungsmittel
9: Verzögerungsschaltung
11: Steuer- und Auswerteeinrichtung
12: Konstantstromquelle
13: Referenzzweig
14: Schaltelement
15: elektronisches Schaltelement
U_Bat: Ausgangsspannung einer Bordnetzbatterie
I1: erster vorbestimmter Eingangsstrom
I2: zweiter vorbestimmter Eingangsstrom
SS: Spannungssignal
U1: erste Referenzspannung
U2: zweite Referenzspannung
U3: dritte Referenzspannung
U4: Spannung an dem zweiten Endanschluss
R1, R2, ... Rn: Widerstandselemente im Sicherheitsstromkreis
T1, T2, T3: Widerstandselemente im Referenzzweig
M: Fahrzeugmasse
R: Erdungswiderstand
K1: erstes Ausgangssignal
K2: zweites Ausgangssignal
K3: Ausgangssignal des zweiten Vergleichsmittels
S: Schaltsignal
S_on: Schließsignal
S_off: Öffnungssignal
N: Normalbetrieb
H: High-Pegel
L: Low-Pegel
F1: erste Fehlerart
F2: zweite Fehlerart
F3: dritte Fehlerart
F4: vierte Fehlerart
T: Widerstandselement
A1: Schaltungsanordnung
A2: Schaltungsanordnung
A3: Inverter
A4: Inverter
D: Referenzspannung

Claims

Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Sicherheitsstromkreises (2), wobei der Sicherheitsstromkreis (2) eine Anzahl zu überwachender Hochvoltkomponenten verbindet, wobei der Sicherheitsstromkreis (2) einen ersten und einen zweiten Endanschluss (3, 4) aufweist, wobei die Schaltungsanordnung (1) mindestens ein erstes Vergleichsmittel (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sicherheitsstromkreis (2) Widerstandselemente (R1, R2, ... Rn) mit vorbestimmten Widerstandswerten angeordnet sind, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels (5) eine an dem ersten Endanschluss (3) des Sicherheitsstromkreises (2) anliegende Stromkreisspannung mit einer ersten Referenzspannung (U1) vergleichbar ist, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels (5) ein erstes Ausgangssignal (K1) erzeugbar ist, wobei das erste Ausgangssignal (K1) ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls die Stromkreisspannung größer als die erste Referenzspannung (U1) ist, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels (5) oder eines weiteren Vergleichsmittels die Stromkreisspannung mit einer zweiten Referenzspannung (U2) vergleichbar ist, wobei die zweite Referenzspannung (U2) kleiner als die erste Referenzspannung (U1) ist, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels (5) oder des weiteren Vergleichsmittels einzweites Ausgangssignal (K2) erzeugbar ist, wobei das zweite Ausgangssignal (K2) ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls die Stromkreisspannung kleiner als die zweite Referenzspannung (U2) ist, wobei die Schaltungsanordnung (1) mindestens ein erstes Verknüpfungsmittel (7) umfasst, wobei mittels des ersten Verknüpfungsmittels (7) das erste Ausgangssignal (K1) und das zweite Ausgangssignal (K2) verknüpfbar und ein Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels (7) erzeugbar ist, wobei das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels (7) ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls das erste Ausgangssignal (K1) ein Fehler-Ausgangssignal und/oder das zweite Ausgangssignal (K2) ein Fehler-Ausgangssignal ist, wobei die Schaltungsanordnung (1) ein zweites Vergleichsmittel (6) umfasst, wobei mittels des zweiten Vergleichsmittels (6) eine an dem zweiten Endanschluss (4) des Sicherheitsstromkreis (2) anliegende Spannung oder eine zwischen einem Erdungswiderstand (R) und einem Schaltelement (14) anliegende Spannung mit einer dritten Referenzspannung (U3) vergleichbar ist, wobei mittels des zweiten Vergleichsmittels (6) ein Ausgangssignal (K3) des zweiten Vergleichsmittels (6) erzeugbar ist, wobei das Ausgangssignal (K3) des zweiten Vergleichsmittels (6) ein Fehler-Ausgangsignal ist, falls die an dem zweiten Endanschluss (4) des Sicherheitsstromkreises (2) anliegende Spannung oder die zwischen dem Erdungswiderstand (R) und dem Schaltelement (14) anliegende Spannung kleiner als die dritte Referenzspannung (U3) ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsstromkreis (2) mit einem vorbestimmten Eingangsstrom (I1) gespeist wird, wobei die erste Referenzspannung (U1) größer als ein Produkt des vorbestimmten Eingangsstromes (I1) und der Summe der Widerstandswerte aller zwischen dem ersten Endanschluss (3) und einem Masseanschluss (M) angeordneten Widerstandselementen (R1, R2, ..., Rn, R) ist, wobei die zweite Referenzspannung (U2) kleiner als ein Produkt des vorbestimmten Eingangsstromes (I1) und der Summe der Widerstandswerte aller zwischen dem ersten Endanschluss (3) und dem Masseanschluss (M) angeordneten Widerstandselementen (R1, R2, ..., Rn, R) ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsstromkreis (2) zur Überwachung von Hochvoltkomponenten in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug dient und ein Fehler-Ausgangssignal nur dann erzeugt wird, falls eine aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung eine Verzögerungsschaltung (9) umfasst, die ein Fehler-Ausgangssignal um eine vorbestimmte Zeitdauer verzögert weiterleitet.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) einen Referenzzweig (13) umfasst, wobei der Referenzzweig (13) ein erstes und mindestens ein weiteres Widerstandselement (T1, T2, T3) mit vorbestimmten Widerstandswerten umfasst, wobei die erste und die zweite Referenzspannung (U1, U2) von unterschiedlichen Abschnitten des Referenzzweiges (13) abgegriffen werden.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorbestimmter Eingangsstrom (I1) des Sicherheitsstromkreises (2) und/oder ein vorbestimmter Eingangsstrom (I2) des Referenzzweiges (13) von einer Konstantstromquelle (12) erzeugt wird.
Schaltungsanordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (1) eine Steuer- und Auswerteeinrichtung (11) umfasst, wobei mittels der Steuer- und Auswerteeinrichtung (11) ein Schaltzustand eines zwischen dem zweiten Endanschluss (4) und einem Masseanschluss (M) angeordneten Schaltelements (14) in Abhängigkeit einer an dem zweiten Endanschluss (4) des Sicherheitsstromkreises (2) anliegenden Spannung oder in Abhängigkeit von Schaltsignalen (S_on, S_off) steuerbar ist.
Verfahren zur Detektion eines Fehlers in einem Sicherheitsstromkreis (2), wobei der Sicherheitsstromkreis (2) eine Anzahl zu überwachender Hochvoltkomponenten verbindet, wobei der Sicherheitsstromkreis (2) einen ersten und einen zweiten Endanschluss (3, 4) aufweist, wobei die Schaltungsanordnung (1) mindestens ein erstes Vergleichsmittel (5) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Sicherheitsstromkreis (2) Widerstandselemente (R1, R2, ..., Rn) mit vorbestimmten Widerstandswerten angeordnet sind, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels (5) eine an dem ersten Endanschluss (3) des Sicherheitsstromkreises (2) anliegende Stromkreisspannung mit einer ersten Referenzspannung (U1) verglichen wird, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels (5) ein erstes Ausgangssignal (K1) erzeugt wird, wobei das erste Ausgangssignal (K1) ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls die Stromkreisspannung größer als die erste Referenzspannung (U1) ist, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels (5) oder eines weiteren Vergleichsmittels die Stromkreisspannung mit einer zweiten Referenzspannung (U2) verglichen wird, wobei die zweite Referenzspannung (U2) kleiner als die erste Referenzspannung (U1) ist, wobei mittels des ersten Vergleichsmittels (5) oder des weiteren Vergleichsmittels ein zweites Ausgangssignal (K2) erzeugt wird, wobei das zweite Ausgangssignal (K2) ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls die Stromkreisspannung kleiner als die zweite Referenzspannung (U2) ist, wobei die Schaltungsanordnung (1) mindestens ein erstes Verknüpfungsmittel (7) umfasst, wobei mittels des ersten Verknüpfungsmittels (7) das erste Ausgangssignal (K1) und das zweite Ausgangssignal (K2) verknüpft und ein Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels (7) erzeugt wird, wobei das Ausgangssignal des ersten Verknüpfungsmittels (7) ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls das erste Ausgangssignal (K1) ein Fehler-Ausgangssignal und/oder das zweite Ausgangssignal (K2) ein Fehler-Ausgangssignal ist, wobei ein Fehler in Abhängigkeit des ersten Ausgangssignals (K1) und/oder des zweiten Ausgangssignals (K2) zumindest detektierbar ist, wobei die Schaltungsanordnung (1) ein zweites Vergleichsmittel (6) umfasst, wobei mittels des zweiten Vergleichsmittels (6) eine an dem zweiten Endanschluss (4) des Sicherheitsstromkreis (2) anliegende Spannung oder eine zwischen einem Erdungswiderstand (R) und einem Schaltelement (14) anliegende Spannung mit einer dritten Referenzspannung (U3) verglichen wird, wobei mittels des zweiten Vergleichsmittels (6) ein Ausgangssignal (K3) des zweiten Vergleichsmittels (6) erzeugt wird, wobei das Ausgangssignal (K3) des zweiten Vergleichsmittels (6) ein Fehler-Ausgangssignal ist, falls die an dem zweiten Endanschluss (4) des Sicherheitsstromkreises (2) anliegende Spannung oder die zwischen einem Erdungswiderstand (R) und einem Schaltelement (14) anliegende Spannung kleiner als die dritte Referenzspannung (U3) ist, wobei ein Fehler in Abhängigkeit des ersten Ausgangssignals (K1) und/oder des zweiten Ausgangssignals (K2) und/oder des Ausgangssignals (K3) des zweiten Vergleichsmittels (6) detektierbar und/oder klassifizierbar ist.