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Die Erfindung betrifft eine Schalteinrichtung für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit zumindest drei Schaltelementen, wobei jedes der Schaltelemente mit einer elektrischen Komponente verbindbar ist und die Schaltelemente in einem Sternpunkt elektrisch miteinander verbunden sind. Die Erfindung betrifft außerdem ein Bordnetz sowie ein Kraftfahrzeug.
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Heutzutage sind Kraftfahrzeuge mit einer Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen ausgestattet, welche einen Fahrer des Kraftfahrzeugs beim Führen des Kraftfahrzeugs unterstützen. Zukünftig sind weitere Fahrerassistenzfunktionen vorgesehen, beispielsweise das sogenannte pilotierte Fahren oder hochautomatisierte Fahren. Das pilotierte Fahren stellt einen Zwischenschritt zwischen dem assistierten Fahren, bei welchem der Fahrer durch zahlreiche Fahrerassistenzsysteme beim Fahren unterstützt wird, und dem autonomen Fahren, bei welchem das Kraftfahrzeug selbsttätig und ohne Zutun des Fahrers fährt, dar.
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Solche Fahrerassistenzsysteme, beispielsweise zum pilotierten Fahren oder zum autonomen Fahren, stellen besonders hohe Anforderungen an die Stabilität des Energiebordnetzes des Kraftfahrzeugs. Da der Fahrer in einem Modus, in dem das Kraftfahrzeug selbsttätig und ohne Einwirkung des Fahrers fährt, typischerweise keine Möglichkeit hat, bei einem Ausfall des Systems, insbesondere des Energiebordnetzes, rechtzeitig zu reagieren, muss die Verfügbarkeit des Energiebordnetzes, welches insbesondere als 12 V-Bordnetz ausgebildet ist, in jeder Situation sichergestellt sein.
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Bordnetzarchitekturen gemäß dem Stand der Technik können dies in der Regel nicht gewährleisten. Hier kann bereits eine losgelöste Klemme, beispielsweise ein losgelöster Plus- oder Minuspol, des 12 V-Energiespeichers zu einem Totalausfall des Systems führen. Im schlimmsten Fall kann der Ausfall des Bordnetzes zu einem Ausfall der Sensorik und Aktorik des pilotierten Kraftfahrzeugs führen. Dadurch kann das Kraftfahrzeug beispielsweise auf einer Landstraße von der Fahrbahn abkommen und in einen Frontalzusammenstoß mit dem Gegenverkehr geraten. Da der Fahrer zukünftig möglicherweise nicht mehr dazu verpflichtet sein wird, seine Hände auf dem Lenkrad oder seinen Fuß auf dem Bremspedal zu haben, kann nicht davon ausgegangen werden, dass er in der Lage sein wird, in dieser Situation einen wirksamen Eingriff durchzuführen, um das Fahrzeug in der Spur zu halten. Die Folgen eines Totalausfalls des Bordnetzes wären Gefahren für Leib und Leben der Verkehrsteilnehmer, Vertrauensverlust in das pilotierte Fahren, Schadensersatzforderungen und Rückrufaktionen sowie ein Imageverlust des Herstellers des Kraftfahrzeugs.
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Um dies zu verhindern, sind aus dem Stand der Technik Maßnahmen bekannt. Die
DE 10 2012 206 772 A1 schlägt dazu ein Kraftfahrzeug mit zwei Teilbordnetzen vor, welche an einem Knotenpunkt miteinander verbunden sind. Das erste Teilbordnetz weist dabei einen ersten Bordnetzspeicher und das zweite Teilbordnetz ein elektrisches Stützspeichermodul auf. Das Stützspeichermodul weist einen Mittelabgriff auf, welcher mit dem Knotenpunkt elektrisch verbunden ist. Die
DE 103 11 396 A1 beschreibt eine Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei welcher ein übergeordnetes Steuergerät gezielt Verbindungsmittel aktiviert und/oder deaktiviert, wenn ein erhöhter Energiebedarf, beispielsweise in fahrkritischen Situationen, angefordert wird.
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Die
DE 10 2012 017 674 A1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Mehrspannungsbordnetz. Das Kraftfahrzeug umfasst ein Niederspannungsnetz mit einem ersten elektrischen Energiespeicher und ein Hochspannungsnetz mit einem zweiten elektrischen Energiespeicher. Der zweite Energiespeicher ist dabei in zwei Teilenergiespeicher aufgeteilt, wobei einer der beiden Teilenergiespeicher dem ersten Energiespeicher parallel geschaltet ist. Auch die
DE 10 2007 014 383 A1 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einem Mehrspannungsbordnetz.
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Die
DE 10 2011 115 243 A1 zeigt ein Schutzelement mit einer Steuereinheit und einer Trenneinheit für ein Energieversorgungsnetz eines Transportmittels.
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In der
DE 10 2006 041 079 A1 ist ein Verfahren zur Verwaltung der Stromverteilung in auf Schaltern, beispielsweise Transistoren, basierenden Schaltkreisen beschrieben, wobei eine Gate-Source-Spannung der Transistoren gesteuert wird.
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In der
DE 10 2011 121 707 A1 ist ein Luftfahrzeug mit zwei Verbrauchern offenbart, welche über eine elektrische Sammelleitung mit zwei Invertern verbindbar sind, wobei die einzelnen Verbraucher über einen Lastschalter von der Sammelleitung getrennt werden können.
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Aus der
EP 2 001 169 A1 ist eine Vorrichtung zum Verbinden einer Komponente mit einer Busleitung bekannt. Die Vorrichtung kann beispielsweise ein Schaltelement aufweisen.
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Ein Verfahren sowie ein System mit einem intelligenten Leistungsmanagement sind in der
US 2004/0113494 A1 gezeigt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs möglichst ausfallsicher, zuverlässig und hochverfügbar gestaltet ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schalteinrichtung, ein Bordnetz sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Schalteinrichtung kann in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Die Schalteinrichtung umfasst zumindest drei Schaltelemente, wobei jedes der Schaltelemente mit einer elektrischen Komponente verbindbar ist. Darüber hinaus sind die Schaltelemente in einem Sternpunkt elektrisch miteinander verbunden, wobei die Schaltelemente jeweils eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer elektrischen Energieflussgröße aufweisen, wobei die Sensoreinrichtungen dazu ausgelegt sind, einen durch das jeweilige Schaltelement fließenden elektrischen Strom und eine Richtung des durch das jeweilige Schaltelement fließenden Stroms zu erfassen, und die Schalteinrichtung zumindest eine Kommunikationseinrichtung zum Empfangen von Daten der an das jeweilige Schaltelement anschließbaren elektrischen Komponente und/oder zum Senden von Zustandssignalen der Schaltelemente an die an das jeweilige Schaltelement anschließbare elektrische Komponente und eine Steuereinrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit der Daten der Kommunikationseinrichtung und/oder in Abhängigkeit der durch die jeweilige Sensoreinrichtung erfassten Energieflussgröße das jeweilige Schaltelement zum Öffnen und/oder zum Schließen anzusteuern.
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Die erfindungsgemäße Schalteinrichtung kann auch als Energieweiche, insbesondere als intelligente Energieweiche, bezeichnet werden. Die Energieweiche umfasst hier drei Anschlüsse bzw. Ausgänge, wobei an jeden Anschluss bzw. Ausgang zumindest eine elektrische Komponente des Kraftfahrzeugs anschließbar ist. Die drei Anschlüsse sind elektrisch mit jeweils einem der Schaltelemente, welche insbesondere als steuerbare Schaltelemente ausgebildet sind, verbunden. Wenn ein Schaltelement geschlossen ist, so kann ein Energiefluss über das Schaltelement bzw. durch das Schaltelement hindurch stattfinden. Bei einem geöffneten Schaltelement wird ein Energiefluss über das Schaltelement bzw. durch das Schaltelement hindurch unterbrochen.
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Die drei Schaltelemente sind über einen gemeinsamen Punkt, einen sogenannten Sternpunkt, miteinander verbunden. Dies bedeutet, dass bei zwei geschlossenen Schaltelementen und einem geöffneten Schaltelement ein Energiefluss zwischen den Anschlüssen der geschlossenen Schaltelemente stattfinden kann. Es kann also ein Energiefluss von einem Anschluss eines geschlossenen Schaltelementes über den Knotenpunkt zu dem Anschluss eines anderen geschlossenen Schaltelementes stattfinden. Zu dem Anschluss des geöffneten Schaltelementes findet idealerweise kein Energiefluss statt.
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Mit anderen Worten bedeutet dies, dass über die Schalteinrichtung bzw. durch die Schalteinrichtung hindurch immer dann ein Energiefluss stattfinden kann, wenn zumindest zwei der Schaltelemente der Schalteinrichtung geschlossen sind. Dabei kann also ein Energiefluss zwischen einem ersten der Anschlüsse und einem zweiten der Anschlüsse, ein Energiefluss zwischen dem ersten der Anschlüsse und einem dritten der Anschlüsse und ein Energiefluss zwischen dem zweiten der Anschlüsse und dem dritten der Anschlüsse erfolgen. Die Schalteinrichtung weist also die Funktion einer Weiche auf, welche einen Energieflusspfad durch Schließen der jeweiligen Schaltelemente steuern kann.
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Außerdem weist die Schalteinrichtung Sensoreinrichtungen auf, welche eine Energieflussgröße, beispielsweise eine Stärke bzw. Amplitude des Energieflusses, des jeweiligen Schaltelementes ermitteln bzw. messen können. Diese Messgrößen können der Steuereinrichtung bereitgestellt werden. Zur Erfassung des Stroms und der Stromrichtung können an sich bekannte Stromsensoren vorgesehen sein. Dabei kann eine Höhe bzw. Amplitude des Stroms, der durch das jeweilige Schaltelement fließt, ermittelt werden. Außerdem kann mittels der Stromsensoren ermittelt werden, ob ein Strom von dem Anschluss über das Schaltelement in Richtung des Sternpunktes oder von dem Sternpunkt über das Schaltelement in Richtung des Anschlusses fließt. Zusätzlich können der Steuereinrichtung Daten, welche über die Kommunikationseinrichtung von den anschließbaren elektrischen Komponenten empfangen werden, bereitgestellt werden. Außerdem können auch Zustandssignale der Schaltelemente von der Kommunikationseinrichtung an die anschließbaren elektrischen Komponenten versendet werden. Diese Zustandssignale werden bevorzugt aus den von den Sensoreinrichtungen erfassten Energieflussgrößen ermittelt.
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Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, ein jeweiliges Schaltelement zum Öffnen und/oder zum Schließen in Abhängigkeit der ermittelten Energieflussgröße des jeweiligen Schaltelements und/oder in Abhängigkeit der Daten der Kommunikationseinrichtung anzusteuern. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise als ein autonomes und ausfallsicheres Steuergerät ausgebildet. Um das Steuergerät ausfallsicher zu gestalten, kann das Steuergerät durch mehrere Energiequellen bzw. Spannungsquellen und/oder über einen Pufferspeicher, welcher in die Schalteinrichtung integriert sein kann, mit elektrischer Energie versorgt werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass die Energieweiche bzw. die Schalteinrichtung jederzeit funktionstüchtig ist und nicht ausfällt, wenn beispielsweise eine Komponente des Bordnetzes, in welchem die Energieweiche vorgesehen ist, ausfällt. Die Schalteinrichtung ist somit besonders ausfallsicher und hochverfügbar gestaltet.
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Besonders bevorzugt sind die Schaltelemente als bidirektionale Halbleiterschaltelemente ausgebildet. Solche bidirektionalen Halbleiterschaltelemente sind an sich bekannt und können beispielsweise IGBTs, MOSFETs, Bipolartransistoren und/oder Thyristoren sein. Diese Halbleiterschaltelemente können auf besonders einfache Weise angesteuert werden. Damit ist die Schalteinrichtung besonders zuverlässig gestaltet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Sensoreinrichtungen dazu ausgelegt, als die zumindest eine elektrische Energieflussgröße eine an dem jeweiligen Schaltelement anliegende elektrische Spannung zu erfassen. Zur Erfassung der Spannung können an sich bekannte Spannungssensoren vorgesehen sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung und/oder die Sensoreinrichtungen dazu ausgelegt sind, in Abhängigkeit der zumindest einen ermittelten Energieflussgröße das Zustandssignal bereitzustellen, wobei das Zustandssignal einen ersten Wert aufweist, wenn der ermittelte Strom einen vorbestimmten Stromwert unterschreitet, das Zustandssignal einen zweiten Wert aufweist, wenn der ermittelte Strom den vorbestimmten Stromwert zumindest überschreitet und wenn der ermittelte Strom in eine erste Richtung fließt, und das Zustandssignal einen dritten Wert aufweist, wenn der ermittelte Strom den vorbestimmten Stromwert zumindest überschreitet und wenn der ermittelte Strom in eine von der ersten Richtung unterschiedliche zweite Richtung fließt. Der vorbestimmte Wert des Stroms ist insbesondere so gewählt, dass ein Überschreiten dieses vorbestimmten Werts auf einen Kurzschluss hinweist. Ein Kurzschluss ist in der Regel ein unerwünschter Zustand und deutet üblicherweise auf einen Fehler, beispielsweise auf einen Ausfall des Bordnetzes, in welchem die Schalteinrichtung vorgesehen ist, hin. Es kann als ein möglicher Fehler im Bordnetz auch beispielsweise ein Spannungseinbruch auftreten. Hierbei kann anstelle des Stromes oder zusätzlich zum Strom auch die Spannung gemessen werden. Zum Erfassen des Spannungseinbruchs kann gemessen werden, ob die ermittelte Spannung einen vorbestimmten Spannungswert unterschreitet.
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Die Sensoreinrichtungen, welche hier insbesondere als Stromsensoren ausgebildet sind, können also ermitteln, ob ein Kurzschluss an dem jeweiligen Anschluss vorliegt bzw. ob ein Kurzschlussstrom über das jeweilige Schaltelement fließt. Falls kein Kurzschluss vorliegt, so nimmt das Zustandssignal den ersten Wert an. Falls ein Kurzschlussstrom fließt, also falls der ermittelte Strom den vorbestimmten Wert überschreitet, wird zusätzlich die Richtung des Kurzschlussstroms ermittelt. Fließt der Kurzschlussstrom in die erste Richtung, beispielsweise von dem jeweiligen Anschluss zum Sternpunkt hin, so nimmt das Zustandssignal den zweiten Wert an. Fließt der Kurzschlussstrom in die zweite Richtung, beispielsweise vom Sternpunkt zu dem jeweiligen Anschluss hin, so nimmt das Zustandssignal den dritten Wert an. Basierend auf den Werten der Zustandssignale der Schaltelemente kann die Steuereinrichtung besonders einfach und schnell, beispielsweise mittels eines einfachen Logikbausteins, eine Entscheidung darüber treffen, ob eines oder mehrere der Schaltelemente geöffnet und/oder geschlossen werden müssen, und falls ja, welches oder welche.
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Vorzugsweise ist das Zustandssignal ein analoges und/oder digitales Spannungssignal, wobei jedem der drei Werte des Zustandssignals jeweils ein Spannungswert zugeordnet ist. Insbesondere im Falle eines Kurzschlusses soll die Steuereinrichtung besonders schnell reagieren können. Tritt beispielsweise ein Kurzschluss an dem ersten der Schaltelemente auf, so kann dies mittels der Sensoreinrichtung erfasst werden, welche daraufhin als Zustandssignal ein analoges Spannungssignal mit dem entsprechenden Spannungswert an die Steuereinrichtung und/oder die Kommunikationseinrichtung versendet. Da das Zustandssignal als analoges Spannungssignal ausgebildet ist, kann die Kommunikation zwischen den Schaltelementen und der Steuereinrichtung besonders schnell geschehen, sodass die Steuereinrichtung bzw. die Schaltelemente extrem schnell reagieren können, um den Kurzschluss abfangen zu können. Das analoge Spannungssignal kann auch der Kommunikationseinrichtung, insbesondere direkt von der jeweiligen Sensoreinrichtung, auf besonders schnelle Weise bereitgestellt werden.
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Das Zustandssignal ist vorzugsweise dann ein digitales Spannungssignal, wenn es der Kommunikationseinrichtung von der Steuereinrichtung zum Versenden an die anschließbaren Komponenten bereitgestellt wird. Dabei kann das digitale Spannungssignal beispielsweise über ein Bussystem, beispielsweise CAN oder Flexray, versendet und/oder empfangen werden.
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Zur Erfindung gehört außerdem ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einem ersten elektrischen Energiespeicher, einem zweiten elektrischen Energiespeicher, einer ersten elektrischen Komponente und einer Schalteinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste elektrische Energiespeicher mit einem ersten der Schaltelemente der Schalteinrichtung elektrisch verbunden ist, der zweite elektrische Energiespeicher mit einem zweiten der Schaltelemente der Schalteinrichtung elektrisch verbunden ist und die erste elektrische Komponente mit einem dritten der Schaltelemente der Schalteinrichtung elektrisch verbunden ist. Der erste elektrische Energiespeicher kann als eine erste Batterie, beispielsweise als eine 12 V-Batterie, ausgebildet sein. Die erste Batterie ist - bei geschlossenem ersten Schaltelement der Schalteinrichtung und geschlossenem dritten Schaltelement der Schalteinrichtung - über das erste Schaltelement und das dritte Schaltelemente mit der ersten elektrischen Komponente verbunden. Es wird also ein Energieflusspfad von der ersten Batterie über das geschlossene erste und das geschlossene dritte Schaltelement zu der ersten elektrischen Komponente gebildet, wobei die erste elektrische Komponente von der ersten Batterie mit elektrischer Energie versorgt wird. Zusätzlich weist das Bordnetz einen zweiten elektrischen Energiespeicher, beispielsweise eine zweite Batterie auf, an welchen beispielsweise weitere elektrische Komponenten anschließbar und von der elektrischen Energie des zweiten elektrischen Energiespeichers versorgbar sind. Insbesondere kann eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie der zweiten Batterie versorgt werden. Der zweite elektrische Energiespeicher kann aber auch die erste elektrische Komponente mit elektrischer Energie versorgen. Dazu ist der zweite elektrische Energiespeicher mit dem zweiten Schaltelement der Schalteinrichtung verbunden. Wenn die erste elektrische Komponente mit Energie aus der ersten Batterie versorgt wird, kann das zweite Schaltelement geöffnet sein, sodass kein Energieflusspfad von der zweiten Batterie über das geöffnete zweite Schaltelement und das geschlossene dritte Schaltelement gebildet werden kann. Falls von der Sensoreinrichtung ein Kurzschlussstrom an dem ersten Schaltelement erfasst wird, welcher beispielsweise von einem Kurzschluss an der Batterie verursacht wird, so kann der Steuereinrichtung ein entsprechendes Zustandssignal bereitgestellt werden. In Abhängigkeit dieses Zustandssignals des ersten Schaltelementes kann die Steuereinrichtung der Schalteinrichtung das erste Schaltelement zum Öffnen und das zweite Schaltelement zum Schließen ansteuern. Dabei entsteht ein Energieflusspfad von der zweiten Batterie über das geschlossene zweite Schaltelement und das geschlossene dritte Schaltelement zu der ersten elektrischen Komponente. Die erste elektrische Komponente kann also sowohl mit elektrischer Energie aus der ersten Batterie als auch mit elektrischer Energie aus der zweiten Batterie versorgt werden. Somit ist das Bordnetz besonders ausfallsicher gestaltet, da über die Schalteinrichtung bzw. die Energieweiche Störungen, beispielsweise Kurzschlüsse, erkannt werden können, welche nicht zu einer Unterbrechung der Versorgung der elektrischen Komponente führen.
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Es kann aber auch vorgesehen sein, dass alle Schaltelemente der Schalteinrichtung geschlossen sind. Somit kann zu jeder Zeit, selbst wenn sich beispielsweise eine elektrische Verbindung seitens der ersten Batterie löst, eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gewährleistet werden, da die elektrische Komponente von der zweiten Batterie mit elektrischer Energie versorgt werden kann.
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Im Fehlerfall, beispielsweise bei einem Kurzschluss seitens der ersten Batterie, kann das erste Schaltelement geöffnet werden, um die erste Batterie und damit den Kurzschluss von der Schalteinrichtung abzutrennen. Da die erste elektrische Komponente jedoch über das bereits geschlossene zweite Schaltelement und das geschlossene dritte Schaltelement mit elektrischer Energie aus der zweiten Batterie versorgt wird, kann eine unterbrechungsfreie Energieversorgung realisiert werden.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der zweite elektrische Energiespeicher einen Spannungsabgriff aufweist, welcher mit dem zweiten Schaltelement elektrisch verbunden ist. Der zweite elektrische Energiespeicher weist hier eine Spannung auf, welche insbesondere höher ist als eine Spannung, welche von dem ersten elektrischen Energiespeicher bereitgestellt wird. Der erste elektrische Energiespeicher kann als 12 V-Batterie ausgeführt sein und ein Niedervoltteilbordnetz des Bordnetzes, welches die erste elektrische Komponente umfasst, mit elektrischer Energie versorgen. Der zweite elektrische Energiespeicher kann als 48 V-Batterie ausgeführt sein, welche weitere Verbraucher des Bordnetzes mit elektrischer Energie versorgt.
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Um bei Ausfall des ersten elektrischen Energiespeichers die erste elektrische Komponente bzw. das Niedervoltteilbordnetz mit elektrischer Energie zu versorgen, kann der zweite elektrische Energiespeicher über die Energieweiche an die erste elektrische Komponente bzw. an das Niedervoltteilbordnetz geschaltet werden. Um der ersten elektrischen Komponente eine elektrische Spannung bereitzustellen, welche im Wesentlichen der Höhe der ersten elektrischen Spannung, beispielsweise 12 V, entspricht, weist der zweite elektrische Energiespeicher einen Spannungsabgriff bzw. einen Mittelabgriff auf. An dem Spannungsabgriff fällt eine Teilspannung der zweiten elektrischen Spannung ab, welche insbesondere der Höhe der ersten elektrischen Spannung entspricht. Im vorliegenden Fall bedeutet dies, dass von den 48 V der 48 V-Batterie im Wesentlichen 12 V zur Versorgung des Niedervoltbordnetzes bzw. der ersten elektrischen Komponente abgegriffen werden können. Der Mittelabgriff ist mit dem zweiten Schaltelement der Schalteinrichtung verbunden. Falls die erste Batterie ausfällt, kann der ersten elektrischen Komponente über das zweite geschlossene Schaltelement die Teilspannung der zweiten Batterie bereitgestellt werden. Somit kann in vorteilhafter Weise ein Notlauf für das Niedervoltbordnetz bereitgestellt werden.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Bordnetz zumindest eine zweite Schalteinrichtung und zumindest eine zweite elektrische Komponente aufweist, wobei der erste elektrische Energiespeicher mit dem ersten Schaltelement der ersten Schalteinrichtung elektrisch verbunden ist, die erste elektrische Komponente mit dem dritten Schaltelement der ersten Schalteinrichtung elektrisch verbunden ist, das zweite Schaltelement der ersten Schalteinrichtung mit einem ersten Schaltelement der zumindest einen zweiten Schalteinrichtung verbunden ist, ein zweites Schaltelement der zumindest einen zweiten Schalteinrichtung mit dem zweiten elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden ist und ein drittes Schaltelement der zumindest einen zweiten Schalteinrichtung mit der zumindest einen zweiten elektrischen Komponente elektrisch verbunden ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Schalteinrichtungen bzw. die Energieweichen eine Kaskade bilden, wobei an die erste Schalteinrichtung der erste Energiespeicher ist und an die zumindest eine zweite Schalteinrichtung der zweite Energiespeicher angeschlossen ist. Die an die Schalteinrichtungen angeschlossenen elektrischen Komponenten können von jeder der Energiequellen mit elektrischer Energie versorgt werden. Wenn beispielsweise alle Schaltelemente der ersten Schalteinrichtung und das erste und das dritte Schaltelement der zumindest einen zweiten Schalteinrichtung geschlossen sind und das zweite Schaltelement der zumindest einen zweiten Schalteinrichtung geöffnet ist, so werden die erste und die zumindest eine zweite elektrische Komponente nur mit elektrischer Energie aus dem ersten Energiespeicher versorgt. Die Kaskade kann dabei mehr als zwei Schalteinrichtungen bzw. Energieweichen aufweisen.
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Bevorzugt sind die Kommunikationseinrichtung der ersten Schalteinrichtung und die Kommunikationseinrichtung der zweiten Schalteinrichtung über zumindest eine Kommunikationsleitung miteinander verbunden, wobei die zumindest eine Kommunikationsleitung dazu ausgelegt ist, ein Zustandssignal des zweiten Schaltelementes der ersten Schalteinrichtung an die Kommunikationseinrichtung der zweiten Schalteinrichtung zu versenden und/oder ein Zustandssignal des ersten Schaltelementes der zumindest einen zweiten Schalteinrichtung an die Kommunikationseinrichtung der ersten Schalteinrichtung zu versenden. Dabei empfängt die erste Schalteinrichtung das Zustandssignal der zweiten Schalteinrichtung als die Daten, welche von der Steuereinrichtung der ersten Schalteinrichtung zum Schließen und/oder Öffnen der Schaltelemente der ersten Schalteinrichtung berücksichtigt werden. Ebenso empfängt die zweite Schalteinrichtung das Zustandssignal der ersten Schalteinrichtung als die Daten, welche von der Steuereinrichtung der zweiten Schalteinrichtung zum Schließen und/oder Öffnen der Schaltelemente der zweiten Schalteinrichtung berücksichtigt werden. Eine Kommunikation zwischen den Schalteinrichtungen kann auch drahtlos erfolgen.
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Innerhalb der Kaskade, also der seriellen Verschaltung der Schalteinrichtungen bzw. der Energieweichen, können die jeweiligen Schalteinrichtungen Zustandssignale mit der in der Kaskade benachbarten Schalteinrichtung austauschen. So kann beispielsweise bei einer Kaskade aufweisend drei Schalteinrichtung im Falle eines Kurzschlusses an einer der äußeren Schalteinrichtungen die mittlere Schalteinrichtung über den Zustandssignalaustausch mit den zwei äußeren Schalteinrichtung erkennen, an welcher der äußeren Schalteinrichtungen ein Kurzschluss vorliegt und dementsprechend reagieren. Auch kann jede der Schalteinrichtungen im Falle eines Kurzschlusses erkennen, ob bereits eine benachbarte Schalteinrichtung ausgelöst hat, also den Kurzschlussstrom blockiert hat, sodass sie selbst nicht mehr auslösen muss. Somit kann auch im Falle eines Kurzschlusses die Energieversorgung der Bordnetzkomponenten gewährleistet werden, wodurch das Bordnetz besonders ausfallsicher und zuverlässig gestaltet ist.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Bordnetz. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Schalteinrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Bordnetz sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Im Folgenden wird die Erfindung nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schalteinrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes;
- 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bordnetzes mit drei erfindungsgemäßen Schalteinrichtungen; und
- 4 - 6 schematische Darstellungen verschiedener Fehlerfälle eines erfindungsgemäßen Bordnetzes mit drei erfindungsgemäßen Schalteinrichtungen.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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1 zeigt eine Schalteinrichtung V1, welche auch als Energieweiche bezeichnet werden kann. Die Schalteinrichtung V1 kann in einem in 1 nicht gezeigten Bordnetz BN eines Kraftfahrzeugs angeordnet werden. Die Schalteinrichtung V1 umfasst vorzugsweise drei Schaltelemente, ein erstes Schaltelement S1, ein zweites Schaltelement S2 und ein drittes Schaltelement S3. Die Schaltelemente S1, S2, S3 können als Halbleiterschalter, beispielsweise IGBTs oder Transistoren, ausgebildet sein. Die drei Schaltelemente S1, S2, S3 sind in einem gemeinsamen Punkt, einem sogenannten Sternpunkt P, elektrisch miteinander verbunden.
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Das erste Schaltelement S1 ist mit einem ersten Anschluss Y1 bzw. einem ersten Ausgang elektrisch verbunden, an welchen eine erste elektrische Komponente anschließbar ist. Das zweite Schaltelement S2 ist mit einem zweiten Anschluss Y2 bzw. einem zweiten Ausgang elektrisch verbunden, an welchen eine zweite elektrische Komponente anschließbar ist. Das dritte Schaltelement S3 ist mit einem dritten Anschluss Y3 bzw. einem dritten Ausgang elektrisch verbunden, an welchen eine dritte elektrische Komponente anschließbar ist. Die Schalteinrichtung V1 weist außerdem Sensoreinrichtungen F1, F2, F3 auf, welche in die Schaltelemente S1, S2, S3 integriert sein können. Dabei kann eine erste Sensoreinrichtung F1 dem ersten Schaltelement S1, eine zweite Sensoreinrichtung F2 dem zweiten Schaltelement S2 und eine dritte Sensoreinrichtung F3 dem Schaltelement S3 zugeordnet sein. Die Sensoreinrichtungen F1, F2, F3 können als Strommesssensoren und/oder als Spannungsmesssensoren ausgebildet sein.
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Die erste Sensoreinrichtung F1 kann einen Strom 11 durch das erste Schaltelement S1 und/oder eine Spannung U1 an dem ersten Schaltelement S1 und/oder eine Stromrichtung D1 des Stroms 11 durch das erste Schaltelement S1 messen. Die zweite Sensoreinrichtung F2 kann einen Strom 12 durch das zweite Schaltelement S2 und/oder eine Spannung U2 an dem zweiten Schaltelement S2 und/oder eine Stromrichtung D2 des Stroms 12 durch das zweite Schaltelement S2 messen. Eine dritte Sensoreinrichtung F3 kann einen Strom 13 durch das dritte Schaltelement S3 und/oder eine Spannung U3 an dem dritten Schaltelement S3 und/oder eine Stromrichtung D3 des Stroms 13 durch das dritte Schaltelement S3 messen. Die Sensoreinrichtungen F1, F2, F3 sind insbesondere dazu ausgelegt, einen Kurzschluss und/oder einen Spannungsausfall zu erkennen.
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Die von den Sensoreinrichtungen F1, F2, F3 ermittelten Messgrößen 11, 12, 13, U1, U2, U3, D1, D2, D3 können einer Steuereinrichtung µC bzw. einem Steuergerät der Schalteinrichtung V1 bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung µC kann die ermittelten Messgrößen 11, U1, D1 als ein Zustandssignal A1, die ermittelten Messgrößen 12, U2, D2 als ein Zustandssignal A2 und die ermittelten Messgrößen 13, U3, D3 als ein Zustandssignal A3 einer Kommunikationseinrichtung 10 der Schalteinrichtung V1 bereitstellen. Die Zustandssignale A1, A2, A3 sind vorzugsweise analoge Spannungssignale.
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Die Kommunikationseinrichtung 10 kann mit der Steuereinrichtung µC und/oder den anschließbaren elektrischen Komponenten kommunizieren. Dazu kann eine Kommunikationsverbindung über die Vernetzung des Fahrzeugs, beispielsweise über Flexray oder CAN, vorgesehen sein. Über diese Kommunikationsverbindung können beispielsweise Fehler in dem Bordnetz BN des Kraftfahrzeugs festgestellt werden.
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Zusätzlich werden der Steuereinrichtung µC und/oder der Kommunikationseinrichtung 10 bzw. dem Kommunikationssystem Daten E1, E2, E3 der anschließbaren Komponenten bereitgestellt. Die Daten E1 sind Daten der an das erste Schaltelement S1 anschließbaren elektrischen Komponente, die Daten E2 sind Daten der an das zweite Schaltelement S2 anschließbaren elektrischen Komponente und die Daten E3 sind Daten der an das dritte Schaltelement S3 anschließbaren elektrischen Komponente.
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Zusätzlich weist die Schalteinrichtung V1 hier eine notlaufstabile Logikversorgung 12 auf, welche dafür sorgen kann, dass die Schalteinrichtung V1, insbesondere die Steuereinrichtung µC, ausfallsicher ist. Die ausfallsichere Steuereinrichtung µC kann beispielsweise über einen Pufferspeicher C_Stab der Schalteinrichtung µC mit Energie versorgt werden.
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Die Schalteinrichtung V1 bzw. die Energieweiche ist insbesondere autonom, d.h. sie wird nicht durch ein zentrales Steuergerät verwaltet, da die Kommunikation zu diesem Steuergerät ebenfalls ein Ausfallrisiko hätte. Die Überwachung der Schalteinrichtung V1 geschieht insbesondere über die schalteinrichtungsinterne Steuereinrichtung µC.
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2 zeigt ein Bordnetz BN mit einer Schalteinrichtung V1. Das Bordnetz BN weist einen ersten elektrischen Energiespeicher 14 und einen zweiten elektrischen Energiespeicher 16 auf. Der erste elektrische Energiespeicher 14 ist hier als eine 12 V-Batterie ausgebildet und der zweite elektrische Energiespeicher als eine 48 V-Batterie ausgebildet.
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Das Bordnetz BN weist außerdem eine erste elektrische Komponente 18 und eine zweite elektrische Komponente 20 sowie eine elektrische Maschine 22 auf. Die erste elektrische Komponente 18 ist über die Schalteinrichtung V1 mit dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 verbunden. Von der Schalteinrichtung V1 sind der Übersichtlichkeit halber hier lediglich die Schaltelemente S1, S2 und S3 dargestellt.
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Dabei ist die erste elektrische Komponente 18 mit dem dritten Schaltelement S3 der ersten Schalteinrichtung V1 und der erste elektrische Energiespeicher mit dem ersten Schaltelement S1 der ersten Schalteinrichtung V1 elektrisch verbunden. Wenn die Schaltelemente S1 und S3 geschlossen sind, kann die erste elektrische Komponente 18 mit elektrischer Energie des ersten elektrischen Energiespeichers 14 versorgt werden. Es wird also ein Energieflusspfad von dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 über das erste Schaltelement S1, den Sternpunkt P, und das dritte Schaltelement S3 zu der ersten elektrischen Komponente 18 gebildet.
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Die erste elektrische Komponente 18 sowie der erste elektrische Energiespeicher sind hier Komponenten eines Niedervoltteilbordnetzes bzw. eines 12 V-Teilbordnetzes des Bordnetzes BN.
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Die zweite elektrische Komponente 20 sowie die elektrische Maschine 22 sind parallel zum zweiten elektrischen Energiespeicher 16 geschaltet und werden von diesem mit elektrischer Energie versorgt. Die zweite elektrische Komponente 20, die elektrische Maschine 22 und der zweite elektrische Energiespeicher 16 sind hier Komponenten eines 48 V-Teilbordnetzes des Bordnetzes BN. Das Bordnetz BN umfasst also hier das 12 V-Teilbordnetz und das 48 V-Teilbordnetz. Das 12 V-Teilbordnetz und das 48 V-Teilbordnetz sind hier über einen DC/DC-Wandler 24 miteinander gekoppelt.
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Außerdem weist der zweite elektrische Energiespeicher 16 einen Mittelabgriff 26 auf, an welchem eine Teilspannung der elektrischen Spannung des zweiten elektrischen Energiespeichers 16 abgreifbar ist. Im vorliegenden Fall entspricht die abgegriffene Teilspannung der elektrischen Spannung des ersten elektrischen Energiespeichers 14, nämlich 12 V. Der Mittelabgriff 26 ist elektrisch mit dem zweiten Schaltelement S2 verbunden. Wenn die erste elektrische Komponente 18 mit elektrischer Energie aus dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 versorgt wird, dann sind die Schaltelemente S1 und S3 geschlossen und das Schaltelement S2 geöffnet.
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Falls nun ein Kurzschluss an dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 auftritt, welcher hier (2) durch das Kreuz 27 visualisiert ist, so kann dieser durch die Sensoreinrichtungen F1, F2, F3 der Schalteinrichtung V1 erfasst werden. Dabei kann der Kurzschluss sowie insbesondere eine Richtung des Kurzschlussstroms von den Sensoreinrichtungen F1 und F3 der geschlossenen Schaltelemente S1 und S3 erfasst werden. In Abhängigkeit des Kurzschlusses sowie der Richtung des Kurzschlussstroms kann die Steuereinrichtung µC erkennen, welches der Schaltelemente geöffnet werden muss, um den Kurzschluss von den restlichen Komponenten des Bordnetzes BN abzutrennen. Im vorliegenden Beispiel muss nur das Schaltelement S1 geöffnet werden, um den seitens des ersten elektrischen Energiespeichers 14 auftretenden Kurzschluss von der Schalteinrichtung V1, insbesondere der ersten elektrischen Komponente 18, abzutrennen.
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Dazu steuert die Steuereinrichtung µC das erste Schaltelement S1 zum Öffnen an. Das Schaltelement S3 kann geschlossen bleiben, ohne dass die erste elektrische Komponente 18 dabei einen Schaden nimmt. Um die erste elektrische Komponente 18 dennoch mit elektrischer Energie zu versorgen, so kann die Steuereinrichtung µC das zweite Schaltelement S2 zum Schließen ansteuern, sodass ein Energieflusspfad von dem zweiten elektrischen Energiespeicher über das zweite Schaltelement S2 und das dritte Schaltelement S3 zu der ersten elektrischen Komponente 18 gebildet wird und die erste elektrische Komponente 18 mit der Teilspannung des zweiten elektrischen Energiespeichers 16, also mit 12 V, versorgt wird.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Bordnetzes BN, welches hier drei erfindungsgemäße Schalteinrichtungen V1, V2 und V3 aufweist. Außerdem weist das Bordnetz einen ersten elektrischen Energiespeicher 14 und einen zweiten elektrischen Energiespeicher 16 auf. Die elektrischen Energiespeicher 14 und 16 liefern hier die gleiche elektrische Spannung. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die elektrischen Energiespeicher 14 und 16 unterschiedliche Spannungen liefern, wobei beispielsweise der zweite elektrische Energiespeicher 16 dann einen Spannungsabgriff bzw. Mittelabgriff, wie er in 2 beschrieben ist, aufweisen kann.
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Die Schalteinrichtungen V1, V2, V3 bilden hier eine Kaskade 28, wobei die Schalteinrichtungen V1, V2, V3 seriell verschaltet sind. Der erste elektrische Energiespeicher 14 ist mit dem ersten Schaltelement S1 der ersten Schalteinrichtung V1 elektrisch verbunden, der zweite elektrische Energiespeicher 16 ist mit dem zweiten Schaltelement S2 der dritten Schalteinrichtung V3 elektrisch verbunden. Das zweite Schaltelement S2 der ersten Schalteinrichtung V1 ist mit dem ersten Schaltelement S1 der zweiten Schalteinrichtung V2 sowie das zweite Schaltelement S2 der zweiten Schalteinrichtung V2 mit dem ersten Schaltelement S1 der dritten Schalteinrichtung V3 elektrisch verbunden. Die dritten Schaltelemente S3 der Schalteinrichtungen V1, V2, V3 sind jeweils mit einer elektrischen Komponente 18, 20, 30 elektrisch verbunden.
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Innerhalb der Kaskade 28 kommunizieren insbesondere die benachbarten Schalteinrichtungen V1 und V2 sowie die benachbarten Schalteinrichtung V2 und V3 miteinander. Dabei können die Schalteinrichtungen V1 und V2 über zumindest eine Kommunikationsleitung miteinander verbunden sein. Dabei kommuniziert die erste Schalteinrichtung V1, insbesondere das zweite Schaltelement S2 der ersten Schalteinrichtung V1, ein Zustandssignal A2 des zweiten Schaltelements der ersten Schalteinrichtung V1 an die zweite Schalteinrichtung V2. Die zweite Schalteinrichtung empfängt das Zustandssignal A2 des zweiten Schaltelements S2 der ersten Schalteinrichtung V1 als Daten E1. Zusätzlich kommuniziert die zweite Schalteinrichtung V2, insbesondere das erste Schaltelement S1 der zweiten Schalteinrichtung V2, ein Zustandssignal A1 des ersten Schaltelements S1 der zweiten Schalteinrichtung V2 an die erste Schalteinrichtung V1. Die erste Schalteinrichtung V1 empfängt das Zustandssignal A1 des ersten Schaltelements S1 der zweiten Schalteinrichtung V2 als Daten E2. In Abhängigkeit der Daten E2 und des Zustandssignals A2 steuert die Steuereinrichtung µC der ersten Schalteinrichtung V1 die entsprechenden Schaltelemente S1, S2, S3 der ersten Schalteinrichtung V1 zum Öffnen und/oder Schließen an.
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Genauso können die Schalteinrichtungen V2 und V3 über eine weitere Kommunikationsleitung miteinander verbunden sein. Dabei kommuniziert die zweite Schalteinrichtung V2, insbesondere das zweite Schaltelement S2 der zweiten Schalteinrichtung V2, ein Zustandssignal A2 des zweiten Schaltelements an die dritte Schalteinrichtung V3. Die dritte Schalteinrichtung empfängt das Zustandssignal A2 des zweiten Schaltelements S2 der zweiten Schalteinrichtung V2 als Daten E1. Zusätzlich kommuniziert die dritte Schalteinrichtung V3, insbesondere das erste Schaltelement S1 der dritten Schalteinrichtung V3, ein Zustandssignal A1 des ersten Schaltelements S1 der dritten Schalteinrichtung V3 an die zweite Schalteinrichtung V2. Die zweite Schalteinrichtung V2 empfängt das Zustandssignal A1 des ersten Schaltelements S1 der dritten Schalteinrichtung V3 als Daten E2. In Abhängigkeit der Daten E1 und des Zustandssignals A1 steuert die Steuereinrichtung µC der zweiten Schalteinrichtung V2 die entsprechenden Schaltelemente S1, S2, S3 der zweiten Schalteinrichtung V2 zum Öffnen und/oder Schließen an.
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Nachfolgende Tabelle veranschaulicht beispielhaft, welche Zustandssignale
A1,
A2,
A3 bzw. welche Werte der Zustandssignale
A1,
A2,
A3 von einer der Schalteinrichtungen
V1,
V2,
V3, beispielsweise der Schalteinrichtung
V1, bereitgestellt bzw. kommuniziert werden können.
| Schaltelement | Ermittelte Energieflussgröße | Zustandssignal | Wert |
| S1 | Kein Kurzschluss festgestellt | A1 | 0 |
| S1 | Kurzschlussstrom über S1, Stromrichtung zum Sternpunkt P hin | A1 | -1 |
| S1 | Kurzschlussstrom über S1, Stromrichtung vom Sternpunkt P weg | A1 | 1 |
| S2 | Kein Kurzschluss festgestellt | A2 | 0 |
| S2 | Kurzschlussstrom über S2, Stromrichtung zum Sternpunkt P hin | A2 | -1 |
| S2 | Kurzschlussstrom über S2, Stromrichtung vom Sternpunkt P weg | A2 | 1 |
| S3 | Kein Kurzschluss festgestellt | A3 | 0 |
| S3 | Kurzschlussstrom über S3, Stromrichtung zum Sternpunkt P hin | A3 | -1 |
| S3 | Kurzschlussstrom über S3, Stromrichtung vom Sternpunkt P weg | A3 | 1 |
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Basierend auf den in obiger Tabelle gezeigten Werten der Zustandssignale
A1,
A2,
A3 können die Schaltelemente
S1,
S2,
S3 der Schalteinrichtungen
V1,
V2,
V3 Schaltzustände annehmen, welcher in nachfolgender Tabelle veranschaulicht sind.
| Schalteinrichtung | Schaltelement | Zustands signal | Wert | Daten | Wert | Schaltzustand |
| V1 | S1 | A1 | -1 oder 0 | E1 | -1 oder 0 oder 1 | S1 bleibt geschlossen |
| V2 | S1 | A1 | 1 | E1 | -1 | S1 bleibt geschlossen |
| V3 | S1 | A1 | 1 | E1 | 0 oder 1 | S1 wird geöffnet |
| V1 | S2 | A2 | -1 oder 0 | E2 | -1 oder 0 oder 1 | S2 bleibt geschlossen |
| V2 | S2 | A2 | 1 | E2 | -1 | S2 bleibt geschlossen |
| V3 | S2 | A2 | 1 | E2 | 0 oder 1 | S2 wird geöffnet |
| V1 | S3 | A3 | -1 oder 0 | E3 | -1 oder 0 oder 1 | S3 bleibt geschlossen |
| V2 | S3 | A3 | 1 | E3 | -1 | S3 bleibt geschlossen |
| V3 | S3 | A3 | 1 | E3 | 0 oder 1 | S3 wird geöffnet |
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In 4 ist das Bordnetz BN aus 3 gezeigt. Hier tritt seitens des zweiten elektrischen Energiespeichers 16 ein Kurzschluss auf, welcher durch einen Blitz 32 visualisiert ist.
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Nachfolgende Tabelle veranschaulicht, welche Zustandssignale
A1,
A2,
A3 bzw. welche Werte der Zustandssignale
A1,
A2,
A3 von den Schalteinrichtungen
V1,
V2,
V3 im Falle des Kurzschlusses seitens des zweiten elektrischen Energiespeichers
16 bereitgestellt bzw. kommuniziert werden.
| Schalteinrichtung | Zustandssignal | Wert |
| V1 | A1 | -1 |
| V1 | A2 | 1 |
| V1 | A3 | 0 |
| V2 | A1 | -1 |
| V2 | A2 | 1 |
| V2 | A3 | 0 |
| V3 | A1 | -1 |
| V3 | A2 | 1 |
| V3 | A3 | 0 |
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Basierend auf den in obiger Tabelle gezeigten Werten nehmen die Schaltelemente
S1,
S2,
S3 der Schalteinrichtungen
V1,
V2,
V3 Schaltzustände an, welcher in nachfolgender Tabelle veranschaulicht sind.
| Schalteinrichtung | Schaltelement | Schaltzustand |
| V1 | S1 | geschlossen |
| V1 | S2 | geschlossen |
| V1 | S3 | geschlossen |
| V2 | S1 | geschlossen |
| V2 | S2 | geschlossen |
| V2 | S3 | geschlossen |
| V3 | S1 | geschlossen |
| V3 | S2 | öffnet |
| V3 | S3 | geschlossen |
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Im Falle des Kurzschlusses seitens des zweiten elektrischen Energiespeichers 16 öffnet also das zweite Schaltelement S2 der dritten Schalteinrichtung V3, um den Kurzschluss, insbesondere den zweiten elektrischen Energiespeicher 16, von den restlichen Komponenten des Bordnetzes BN abzutrennen. Die elektrischen Komponenten 18, 20, 30 werden über die Schalteinrichtungen V1, V2, V3 von dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 mit elektrischer Energie versorgt.
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In 5 ist das Bordnetz BN aus 3 gezeigt. Hier tritt auf einer elektrischern Verbindung zwischen der zweiten Schalteinrichtung V2 und der dritten Schalteinrichtung V3 ein Kurzschluss auf, welcher durch den Blitz 32 visualisiert ist.
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Nachfolgende Tabelle veranschaulicht, welche Zustandssignale
A1,
A2,
A3 bzw. welche Werte der Zustandssignale
A1,
A2,
A3 von den Schalteinrichtungen
V1,
V2,
V3 im Falle des Kurzschlusses zwischen der zweiten Schalteinrichtung
V2 und der dritten Schalteinrichtung
V3 bereitgestellt bzw. kommuniziert werden.
| Schalteinrichtung | Zustandssignal | Wert |
| V1 | A1 | -1 |
| V1 | A2 | 1 |
| V1 | A3 | 0 |
| V2 | A1 | -1 |
| V2 | A2 | 1 |
| V2 | A3 | 0 |
| V3 | A1 | 1 |
| V3 | A2 | -1 |
| V3 | A3 | 0 |
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Basierend auf den in obiger Tabelle gezeigten Werten nehmen die Schaltelemente
S1,
S2,
S3 der Schalteinrichtungen
V1,
V2,
V3 Schaltzustände an, welcher in nachfolgender Tabelle veranschaulicht sind.
| Schalteinrichtung | Schaltelement | Schaltzustand |
| V1 | S1 | geschlossen |
| V1 | S2 | geschlossen |
| V1 | S3 | geschlossen |
| V2 | S1 | geschlossen |
| V2 | S2 | öffnet |
| V2 | S3 | geschlossen |
| V3 | S1 | öffnet |
| V3 | S2 | geschlossen |
| V3 | S3 | geschlossen |
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Im Falle des Kurzschlusses zwischen der zweiten Schalteinrichtung V2 und der dritten Schalteinrichtung V3 öffnet also das zweite Schaltelement S2 der zweiten Schaleinrichtung V2 und das erste Schaltelement S1 der dritten Schalteinrichtung V3, um den Kurzschluss von den restlichen Komponenten des Bordnetzes BN abzutrennen. Die elektrischen Komponenten 18 und 20 werden über die Schalteinrichtungen V1 und V2 von dem ersten elektrischen Energiespeicher 14 mit elektrischer Energie versorgt. Die elektrische Komponente 30 wird über die dritte Schalteinrichtung V3 mit elektrischer Energie aus dem zweiten elektrischen Energiespeicher 16 versorgt.
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In 6 ist das Bordnetz BN aus 3 gezeigt. Hier tritt auf einer elektrischem Verbindung zwischen der zweiten Schalteinrichtung V2 und der daran angeschlossenen elektrischen Komponente 20 ein Kurzschluss auf, welcher durch den Blitz 32 visualisiert ist.
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Nachfolgende Tabelle veranschaulicht, welche Zustandssignale
A1,
A2,
A3 bzw. welche Werte der Zustandssignale
A1,
A2,
A3 von den Schalteinrichtungen
V1,
V2,
V3 im Falle des Kurzschlusses zwischen der zweiten Schalteinrichtung
V2 und der daran angeschlossenen elektrischen Komponente
20 bereitgestellt bzw. kommuniziert werden.
| Schalteinrichtung | Zustandssignal | Wert |
| V1 | A1 | -1 |
| V1 | A2 | 1 |
| V1 | A3 | 0 |
| V2 | A1 | -1 |
| V2 | A2 | -1 |
| V2 | A3 | 1 |
| V3 | A1 | 1 |
| V3 | A2 | -1 |
| V3 | A3 | 0 |
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Basierend auf den in obiger Tabelle gezeigten Werten nehmen die Schaltelemente
S1,
S2,
S3 der Schalteinrichtungen
V1,
V2,
V3 Schaltzustände an, welcher in nachfolgender Tabelle veranschaulicht sind.
| Schalteinrichtung | Schaltelement | Schaltzustand |
| V1 | S1 | geschlossen |
| V1 | S2 | geschlossen |
| V1 | S3 | geschlossen |
| V2 | S1 | geschlossen |
| V2 | S2 | geschlossen |
| V2 | S3 | öffnet |
| V3 | S1 | geschlossen |
| V3 | S2 | geschlossen |
| V3 | S3 | geschlossen |
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Im Falle des Kurzschlusses zwischen der zweiten Schalteinrichtung V2 und der daran angeschlossenen elektrischen Komponente 20 öffnet also das dritte Schaltelement S2 der zweiten Schaleinrichtung V2, um den Kurzschluss und damit die elektrische Komponente 20 von den restlichen Komponenten des Bordnetzes BN abzutrennen. Die elektrischen Komponenten 18 und 30 werden über die Schalteinrichtungen V1, V2 und V3 von den elektrischen Energiespeichern 14 und 16 mit elektrischer Energie versorgt. Die elektrische Komponente 20 wird hier nicht mehr mit elektrischer Energie versorgt.
