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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Deaktivierung eines Hochspannungsnetzes mit einer zugeordneten Hochspannungsbatterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere durch eine Rettungsperson nach einem Unfall, sowie ein Kraftfahrzeug.
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Kraftfahrzeuge, die auch mittels elektrischer Energie betrieben werden können, sind bekannt, wobei sowohl Elektrokraftfahrzeuge, also solche, die ihre Antriebsenergie allein aus einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einer Hochspannungsbatterie, beziehen, als auch Hybridfahrzeuge, bei denen die Antriebsenergie neben der Hochspannungsbatterie auch aus anderen Energiequellen, insbesondere fossilen Energiequellen, gewonnen werden kann, bereits offenbart wurden.
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In solchen Kraftfahrzeugen ist es daher bekannt, parallel ein Niedrigspannungsnetz mit einer Niedrigspannungsbatterie, beispielsweise einer 12 V-Batterie, und ein Hochspannungsnetz mit einer Hochspannungsbatterie, wobei die Spannung des Hochspannungsnetzes höher als die Spannung des Niedrigspannungsnetzes ist, insbesondere größer als 50 V, beispielsweise im Bereich von 150 bis 270 V, zu betreiben. Das Hochspannungsnetz wird häufig mit dem Niedrigspannungsnetz über einen Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) gekoppelt, um einen Energieaustausch zu erlauben. An das Hochspannungsnetz angeschlossen ist ferner eine Elektromaschine, die sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden kann. Im generatorischen Betrieb speist die Elektromaschine elektrische Energie in Form von Hochspannung in das Hochspannungsnetz die zum Laden der Hochspannungsbatterie genutzt werden kann. Ferner kann meist ein Ladegerät an das Hochspannungsnetz angeschlossen werden, dass externe Energie zum Laden der Hochspannungsbatterie zur Verfügung stellt. Hochspannungsnetze, die weitere elektrische Verbraucher aufweisen, sind auch bereits bekannt, wobei beispielsweise eine Klimaanlage wenigstens teilweise über das Hochspannungsnetz angeschlossen werden kann.
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Üblicherweise sind den an die verschiedenen Bordnetze angeschlossenen Vorrichtungen Steuergeräte zugeordnet, die den Betrieb der Vorrichtungen steuern. Beispielsweise können den Batterien, einem Gleichspannungswandler, einem Elektromotor, einem Ladegerät bzw. einem Anschluss dafür, und weiteren Komponenten Steuergeräte zugeordnet sein. Ein solches Steuergerät kann auch eine Logik umfassen, die beispielsweise im Falle einer Hochspannungsbatterie deren Schütze steuert. Diese Steuergeräte werden üblicherweise aus dem Niedrigspannungsnetz heraus betrieben. Werden sie nicht weiter mit Energie versorgt, tritt meist ein Failsafe-Zustand ein, der die von ihnen gesteuerte Vorrichtung vom jeweiligen Netz trennt.
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Ein einfaches Beispiel sind gesteuerte Schalter, also beispielsweise Schütze oder Relais, die die Hochspannungsbatterie mit dem Hochspannungsnetz verbinden. Diese Schalter werden aus dem Niedrigspannungsnetz heraus betrieben und bleiben nur so lange geschlossen, wie sie bestromt sind, das bedeutet, wird die Niedrigspannungsversorgung der Schalter getrennt, öffnen die Schalter automatisch und trennen auch die Hochspannungsbatterie von dem Hochspannungsnetz.
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Insbesondere dann, wenn ein Unfall oder ein sonstiger Notfall vorliegt, ist ein schnelles Deaktivieren des Hochspannungssystems notwendig, um Gefährdungen für Rettungspersonen zu vermeiden. So sind Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen die Hochspannung des Hochspannungsnetzes über der gefährlichen Berührspannung liegt, so dass ein Kontakt vermieden werden sollte. Gemäß gängiger Rettungsleitfäden ist es derzeit bekannt, den Pluspol der Niedrigspannungsbatterie des Niedrigspannungsnetzes abzuklemmen, wobei ferner der Niedrigspannungs-Stecker der Hochspannungs-Batterie sowie der Niedrigspannungs-Stecker von Leistungselektronikkomponenten, insbesondere Umrichtern, abgeklemmt werden müssen. Dabei werden meistens die zuführenden Kabel abgetrennt. Dieses Vorgehen ist in vielerlei Hinsicht komplex, zeitaufwendig und nachteilhaft.
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So sind die relevanten Komponenten des Kraftfahrzeugs, insbesondere die Batterien, bei vielen Kraftfahrzeugen nur schwer zugänglich angeordnet und zudem an unterschiedlichen Stellen. Je nachdem, wie das Kraftfahrzeug beschädigt ist, kann es schwierig, gefährlich oder sogar unmöglich sein, die entsprechenden Komponenten zu erreichen. Weiterhin wird die Niedrigspannungsversorgung vollständig getrennt, das bedeutet, auch gegebenenfalls nützliche und noch benötigte Komponenten, wie beispielsweise eine Warnblinkanlage, Fensterheber und dergleichen könnten gegebenenfalls nicht mehr zur Verfügung stehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine dem gegenüber verbesserte Möglichkeit anzugeben, eine hinreichende Sicherheit bei Arbeiten an einem Kraftfahrzeug, insbesondere bei einem Unfall, im Hinblick auf das Hochspannungsnetz zu erreichen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass durch Betätigung eines insbesondere im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordneten Notfallbedienelements durch eine Veränderung im Betrieb eines Niedrigspannungsnetzes des Kraftfahrzeugs das Hochspannungsnetz spannungsfrei geschaltet wird.
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Die Erfindung schlägt also vor, ein zentrales Bedienelement zu verwenden, welches insbesondere auch standardisiert für mehrere Kraftfahrzeuge angeordnet werden kann. Nachdem das Notfallbedienelement auf dem Betrieb des Niedrigspannungsnetzes wirkt, kann es letztlich überall im Kraftfahrzeug verbaut werden, wobei eine möglichst zugängliche Position gewählt werden kann, bevorzugt im Innenraum des Kraftfahrzeugs. Es wird ein einheitliches Vorgehen zur Sicherung des Kraftfahrzeuges bezüglich der Hochspannung ermöglicht, nachdem lediglich noch das Notfallbedienelement, dessen Position idealer Weise bekannt und gut erreichbar ist, betätigt werden muss. Umständliches händisches Abschalten des Hochspannungssystems entfällt. Es ist eine sichere Variante gegeben, das Hochspannungssystem zu deaktivieren. Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Vorgehen auch dann, wenn mehrere Niedrigspannungs- oder Hochspannungsbatterien vorliegen, die ansonsten alle einzeln abgeklemmt werden müssten.
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In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Niedrigspannungsbatterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Betterie, zur Versorgung des Niedrigspannungsnetzes von dem Niedrigspannungsnetz abgetrennt wird. In diesem Fall wird also das gesamte Niedrigspannungsnetz deaktiviert, woraus auch eine Deaktivierung des Hochspannungsnetzes folgt, nachdem die Steuergeräte beziehungsweise die Logik des Hochspannungsnetzes und seiner Komponenten über das Niedrigspannungsnetz erfolgt und mithin bei Wegfall der Niedrigspannung zur Versorgung der Steuergeräte beziehungsweise der Logiken die entsprechenden Komponenten automatisch in einen Failsafe-Zustand überführt werden, der auf eine Deaktivierung des Hochspannungsnetzes, also mithin eine Spannungsfrei-Schaltung des Hochspannungsnetzes, abzielt. Besonders einfach kann ein derartiges Vorgehen bei Verwendung einer Lithium-Ionen-Batterie angewandt werden, nachdem diese ohnehin mit Schaltern, insbesondere einem Schütz, versehen ist, um eine Trennung vom Niedrigspannungsnetz zu ermöglichen. In anderen Fällen könnte ein entsprechender Schalter in dem Kraftfahrzeug nachgerüstet werden.
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Bevorzugt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch eine zweite Ausgestaltung, wonach die Stromversorgung wenigstens einer an das Niedrigspannungsnetz angeschlossenen Komponente des Kraftfahrzeugs, insbesondere wenigstens eines Steuergeräts und/oder wenigstens eines Schalters, unterbrochen wird. Auf diese Weise ist es also möglich, definierte Niedrigspannungsversorgungen von Komponenten abzuschalten, beispielsweise solchen, die in der Lage sind, Hochspannung in das Hochspannungsnetz zu induzieren. Damit ist ein planbarerer und flexiblerer Wirkungsspielraum möglich, nachdem beispielsweise auch nach einem Unfall noch nützliche Niedrigspannungskomponenten, beispielsweise Fensterheber oder dergleichen, aktiv und somit benutzbar gehalten werden können, dennoch aber nach dem Deaktivieren des Hochspannungsnetzes eine größere Sicherheit gegeben ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also aufgrund der unterbrochenen Niedrigspannungsversorgung wenigstens eine Komponente des Kraftfahrzeugs in einen Zustand gebracht, in dem sie weder direkt noch indirekt eine Einspeisung von Hochspannung in das Hochspannungsnetz bewirken kann und/oder von dem Hochspannungsnetz getrennt wird. Es werden mithin die von vornherein als sicher ausgelegten Failsafe-Zustände eingenommen.
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So kann konkret vorgesehen sein, dass durch die Änderung im Betrieb des Niedrigspannungsnetzes, insbesondere die Unterbrechung der Stromversorgung, wenigstens ein die Hochspannungsbatterie von dem Hochspannungsnetz trennender Schalter, insbesondere ein Relais oder ein Schütz, geöffnet wird. Derartige, eine Hochspannungsbatterie mit dem Hochspannungsnetz verbindende Schalter werden meist ohnehin so ausgelegt, dass bei Wegfall der zu ihrem Betrieb notwendigen Niedrigspannung die Schalter öffnen, das bedeutet, sie werden ständig durch die anliegende Niedrigspannung geschlossen gehalten. Wird nun die Spannungsversorgung der Schalter getrennt, so öffnen sich auch die Schalter und trennen voll automatisch die Hochspannungsbatterie von dem Hochspannungsnetz. Ferner kann wenigstens ein Umrichter in einen die Erzeugung von Hochspannung nicht erlaubenden Zustand gebracht werden. Es kann also auch die Niedrigspannungsversorgung der Leistungselektroniken abgeschaltet werden, beispielsweise eines zwischen dem Hochspannungsnetz und dem Niedrigspannungsnetz vorgesehenen Gleichspannungswandlers, eines einem Ladegerät zugeordneten oder zuordenbaren Wechselrichters und dergleichen. Hierdurch werden diese in den sicheren Zustand kommandiert und können keine Energie mehr auf die jeweils andere Seite wandeln, das bedeutet, es ist beispielsweise im Falle eines Gleichspannungswandlers keine Umwandlung von Hochspannung in Niedrigspannung und keine Umwandlung von Niedrigspannung in Hochspannung mehr möglich, ferner ist im Falle eines Wechselrichters keine Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung und umgekehrt mehr denkbar. In einem weiteren Beispiel ist es möglich, dass auch eine indirekte Spannungseinkopplung in das Hochspannungsnetz bewirkende Komponenten deaktiviert werden, beispielsweise eine Kraftstoffpumpe. Läuft nämlich der Verbrennungsmotor, so ist es möglich, dass eine Elektromaschine des Kraftfahrzeugs als Generator fungiert und mithin über Hochspannung Energie in das Hochspannungsnetz einkoppelt. Dies wird vermieden, indem beispielsweise die Kraftstoffpumpe abgeschaltet wird. Es sind jedoch auch noch andere Fälle denkbar, beispielsweise ein Abschalten oder Trennen der Elektromaschine selber und dergleichen. Schließlich ist es auch möglich, ein Ladegerät von dem Hochspannungsnetz zu trennen, wenn das Kraftfahrzeug gerade geladen wurde, während ein Unfall oder ein sonstiger Notfall eingetreten ist, der das Abschalten des Hochspannungsnetzes bedingt.
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In weiterer, besonders vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass zusätzlich wenigstens eine eine mögliche Gefährdung einer Rettungsperson nach einem Unfall darstellende Komponente des Kraftfahrzeugs, insbesondere eine Airbagvorrichtung, gezielt deaktiviert wird. Durch Betätigung des Notfallbedienelements ist es also nicht nur denkbar, das Hochspannungsnetz in einen sicheren Zustand zu überführen, sondern es ist auch möglich, wenigstens eine weitere, eine mögliche Gefährdung darstellende Komponente des Kraftfahrzeugs definiert mit auszuschalten. Ein Beispiel hierfür ist eine Airbagvorrichtung. Denn auch nach einem Unfall kann es vorkommen, dass ein Airbag, gegebenenfalls aufgrund einer Rettungsmaßnahme, noch auslöst und dabei möglicherweise eine Gefährdung darstellt. Entsprechend kann eine Airbagvorrichtung ebenso deaktiviert werden.
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Vorzugsweise ist das Notfallbedienelement benachbart eines Sicherungskastens und/oder eines Diagnoseanschlusses eines Fahrzeugbusses angeordnet. Sowohl ein Sicherungskasten als auch ein Diagnoseanschluss stellen letztlich verwandte Komponenten des Kraftfahrzeugs dar, die üblicherweise im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Ein Bedienelement kann in der Nähe dieser Komponenten angeordnet werden, um leicht auffindbar zu sein und auch einen Sinnzusammenhang mit diesen Komponenten aufzuweisen.
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In einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann ferner vorgesehen sein, dass als das Notfallbedienelement ein eine versehentliche Betätigung durch den Fahrer vermeidendes Bedienelement verwendet wird. Damit also der Fahrer nicht versehentlich das Bedienelement betätigt, kann dieses eine Ausgestaltung aufweisen, die es klar als Notfallbedienelement kennzeichnet, insbesondere auch bereits mechanisch ein versehentliches Betätigen ausschließt. So kann vorgesehen sein, dass als Notfallbedienelement ein Entriegelungsschalter und/oder ein Stecksystem verwendet werden. Selbstverständlich sind auch andere, gegen eine versehentliche Betätigung schützende Schalter, Knöpfe und dergleichen einsetzbar.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Hochspannungsnetz mit einer zugeordneten Hochspannungsbatterie sowie ein Niedrigspannungsnetz, wobei die Niedrigspannung des Niedrigspannungsnetzes niedriger als die Hochspannung des Hochspannungsnetzes ist, welches sich dadurch auszeichnet, dass das Kraftfahrzeug ein Notfallbedienelement zur Deaktivierung des Hochspannungsnetzes durch eine Veränderung des Betriebs des Niedrigspannungsnetzes umfasst. Samtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, welches um das zentrale Notfall-Bedienelement ergänzt ist, so dass auch mit diesem die Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht werden können. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Notfallbedienelement benachbart zu einem Sicherungskasten und/oder einem Diagnoseanschluss eines Fahrzeugbusses angeordnet ist und/oder das Notfallbedienelement ein eine versehentliche Betätigung durch den Fahrer vermeidendes Bedienelement, insbesondere ein Entriegelungsschalter und/oder ein Stecksystem, ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
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2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 1 weist zwei verschiedene Bordnetze auf, nämlich ein Niedrigspannungsnetz 2 und ein Hochspannungsnetz 3. Während das Niedrigspannungsnetz von einer Niedrigspannungsbatterie 4 gespeist wird, wird das Hochspannungsnetz durch eine Hochspannungsbatterie 5 mit elektrischer Energie versorgt, welche über wenigstens einen Schalter 6 mit dem Hochspannungsnetz 3 verbunden ist.
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Das Hochspannungsnetz 3 und das Niedrigspannungsnetz 2 sind über einen Gleichspannungswandler 7 (DC/DC-Wandler) aneinander gekoppelt, so dass beispielsweise die Niedrigspannungsbatterie 4 aus dem Hochspannungsnetz 3 geladen werden kann und dergleichen.
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Vorliegend umfasst das Kraftfahrzeug 1 ferner einen einem Ladeanschluss 8 benachbarten Umrichter 9, über den eine Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden der Hochspannungsbatterie 5 umgewandelt werden kann.
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An das Hochspannungsnetz 3 ist ferner eine Elektromaschine 10 angeschlossen, die sowohl im generatorischen wie auch im motorischen Betrieb betreibbar ist. Diese ist mechanisch gekoppelt mit einem Verbrennungsmotor 11 mit einer Kraftstoffpumpe 12, es handelt sich mithin bei dem Kraftfahrzeug 1 um ein sogenanntes Hybridfahrzeug, das sowohl auf Basis fossiler Brennstoffe als auch auf Basis von elektrischer Energie angetrieben werden kann.
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Im Innenraum des Kraftfahrzeugs 1 ist nun erfindungsgemäß ein Notfallbedienelement 13 vorgesehen, das vorliegend als ein Entriegelungsschalter 14 ausgebildet ist. Es können jedoch auch andere Bedienelemente verwendet werden, die eine versehentliche Betätigung vermeiden. Das Notfallbedienelement 13 ist benachbart zu einem Sicherungskasten 15 angeordnet.
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Alle hier gezeigten Komponenten des Kraftfahrzeugs 1 werden über ein zugeordnetes Steuergerät beziehungsweise eine zugeordnete Logik gesteuert, die über ein Bussystem, beispielsweise einen CAN-Bus oder auch mehrere Bussysteme, kommunizieren, was der Übersichtlichkeit halber hier nicht näher dargestellt ist.
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Das Kraftfahrzeug 1 umfasst ferner eine an das Niedrigspannungsnetz 2 angeschlossene Airbagvorrichtung 1a.
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Bei der Niedrigspannungsbatterie 4 kann es sich im Übrigen um eine Lithium-Ionen-Batterie handeln, die einen zugeordneten Schalter, insbesondere ein Schütz, aufweist, über den sie von dem Niedrigspannungsnetz 2 trennbar ist. in einer einfachen, nicht näher diskutierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass bei Betätigung des Notfallbedienelements 13 der Schalter der Lithium-Ionen-Batterie geöffnet wird und somit das gesamte Niedrigspannungsnetz 2 stromlos geschaltet wird, wodurch auch die Stromversorgung zu den Komponenten des Hochspannungsnetzes 5 unterbrochen wird, welches, wie im Folgenden noch näher beschrieben wird, dann auch in einen spannungsfreien Zustand überführt wird, mithin abgeschaltet wird.
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2 zeigt in Form eines Ablaufplans ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem nur ein Teil der an das Niedrigspannungsnetz 2 angeschlossenen Komponenten von der Niedrigspannungsversorgung definiert abgetrennt wird, um das Hochspannungsnetz 3 abzuschalten und eine an dem Kraftfahrzeug 1 arbeitende Person, insbesondere eine Rettungsperson nach einem Unfall, zu schützen.
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Dabei wird zunächst in einem Schritt 17 das Notfallbedienelement 13 tätig. Hierdurch wird ein Signal ausgelöst, das verschiedene Änderungen im Betrieb des Niedrigspannungsnetzes 2 zur Folge hat.
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Dabei wird in einem Schritt 19 die Stromversorgung der Airbagvorrichtung 16 getrennt, so dass diese abgeschaltet ist.
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In einem Schritt 18 jedoch wird die Stromversorgung für verschiedene Komponenten beziehungsweise deren Steuergeräte/Logik deaktiviert, was eine Deaktivierung des Hochspannungsnetzes 3 zur Folge hat. So wird in dem Schritt 18 die Stromversorgung für den wenigstens einen Schalter 6, den Gleichspannungswandler 7, den Umrichter 8 und die Kraftstoffpumpe 12, die allesamt aus dem Niedrigspannungsnetz 2 erfolgt, unterbrochen. Hieraus folgt aber, dass diese Komponenten gemäß Schritt 20 in einen Failsafe-Zustand übergehen.
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So öffnet der wenigstens eine Schalter 6 ohne Niedrigspannungsversorgung automatisch und trennt somit die Hochspannungsbatterie 5 vom Hochspannungsnetz 3. Durch die Kappung der Stromversorgung des Umrichters 9 und des Gleichspannungswandlers 7 sind diese nicht mehr in der Lage, Spannungen zwischen ihren beiden Eingängen zu wandeln, so dass hier keine Hochspannung im Hochspannungsnetz 3 mehr entstehen kann. Durch das Abschalten der Kraftstoffpumpe 12 wird eine indirekte Einkopplung von Hochspannung in das Hochspannungsnetz 3 durch den generatorischen Betrieb der Elektromaschine 10 vermieden. Es sei angemerkt, dass die Elektromaschine 10 selbstverständlich auch selbst zur Deaktivierung des generatorischen (und gegebenenfalls motorischen) Betriebs angesteuert werden kann. Somit ist in dem Kraftfahrzeug 1 das Hochspannungsnetz 3 stromfrei geschaltet, was gegebenenfalls durch eine Messeinrichtung, die hier nicht näher dargestellt ist, auch überprüft werden kann und an einer Anzeigevorrichtung im Kraftfahrzeug selbst ausgegeben werden kann.
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Durch die Deaktivierung der Airbagvorrichtung 16 ist eine weitere, eine mögliche Gefährdung darstellende Komponente ebenso ausgeschaltet, während andere Komponenten des Kraftfahrzeugs 1, die aus dem Niedrigspannungsnetz 2 betrieben werden und der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind, beispielsweise Fensterheber oder dergleichen, die auch in einem Notfall noch nützlich sein können, weiter ansprechbar und bedienbar sind.
