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Elektrofahrzeuge oder Fahrzeuge mit Hybridantrieb umfassen einen elektrischen Antrieb, der mit Strom gespeist wird. Um eine höhere Leistung zu erreichen bzw. den Leiterquerschnitt in gewissen Grenzen zu halten, werden üblicherweise höhere Spannungen als die für das sonstige Bordnetz übliche Spannung von ca. 12 Volt verwendet. Andere Komponenten, etwa Fahrerassistenzsysteme, Entertainmentsysteme, oder auch die Beleuchtungskomponenten, werden jedoch mit der niedrigeren Spannung (von 12 V) betrieben. Es bestehen somit zwei Bordnetzzweige in derartigen Fahrzeugen, wobei jeder Bordnetzzweig Verbraucher, Akkumulatoren und/oder Generatoren aufweist.
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Es ist üblich, dass nicht jeder Bordnetzzweig mit einem eigenen Generator ausgestattet ist oder mit einer eigenen Ladeschnittstelle, so dass ein Gleichspannungswandler zur Energieübertragung oder aus Sicherheitsgründen (Redundanz) erforderlich ist. Ein derartiger Gleichspannungswandler verbindet den ersten Bordnetzzweig und den zweiten Bordnetzzweig, so dass zum Laden eines der beiden Bordnetzzweige der andere Bordnetzzweig an eine externe Spannungsquelle angeschlossen werden kann. Der Gleichspannungswandler überträgt dann die Ladeleistung an den Bordnetzzweig, der nicht an die externe Spannungsquelle angeschlossen ist. Der Gleichspannungswandler dient dann dazu, den Bordnetzzweig, der nicht direkt an die externe Spannungsquelle angeschlossen ist, aufzuladen, wobei der Gleichspannungswandler zur Energieübertragung zwischen den Bordnetzzweigen dient.
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Ferner besteht die Notwendigkeit, dass bei Hochvoltbordnetzen eine Gefährdung durch eine erhöhte Berührspannung ausgeschlossen wird. Dies wird üblicherweise erreicht, indem der Bordnetzzweig, der eine hohe Spannung aufweist (vor der zu schützen ist), mit einem Isolationsmonitor ausgestattet ist. Dieser hat die Funktion, zu ermitteln, ob die Isolation mangelhaft ist, um beispielsweise einen vorgesehenen Ladevorgang unterdrücken, wodurch verhindert wird, dass aufgrund der mangelhaften Isolation (zu geringer Isolationswiderstand) beim Laden eine zu hohe Berührspannung am Chassis des Fahrzeugs entsteht.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich ein Fahrzeugbordnetz mit zwei unterschiedlichen Bordnetzzweigen darstellen lässt, bei dem insbesondere die Funktion des Isolationsüberwachers kostengünstig umgesetzt ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Weitere Vorteile, Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen sowie mit der Beschreibung und der Figur.
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Es wird vorgeschlagen, als Spannungsquelle für den Isolationsmonitor den Gleichspannungswandler zu verwenden, der zwischen dem ersten und zweiten Bordnetzzweig ohnehin vorhanden ist, um den ersten Bordnetzzweig über den Gleichspannungswandler ausgehend vom zweiten Bordnetzzweig zu laden. Dadurch ist es nur notwendig, eine Ladeschnittstelle bzw. einen Generator im zweiten Bordnetzzweig vorzusehen, der erste Bordnetzzweig erhält die betreffende Energie über den Gleichspannungswandler. Ist im ersten Bordnetzzweig bereits ein Generator vorhanden, dann dient der Gleichspannungswandler zur redundanten Stromversorgung, wodurch die Sicherheit erhöht ist.
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Es ist vorgesehen, dass zum einen der Gleichspannungswandler eingerichtet ist zur Übertragung von Energie von den zweiten Bordnetzzweig an den ersten Bordnetzzweig, etwa um einen Akkumulator im ersten Bordnetzzweig aufzuladen oder den ersten Bordnetzzweig zu versorgen, wobei ferner vorgesehen ist, dass dieser Gleichspannungswandler auch die Spannung des ersten Bordnetzzweigs nutzen kann, um diese zu wandeln und die gewandelte Spannung zur Isolationsüberwachung im zweiten Bordnetzzweig zu verwenden. Damit kann ein Isolationsmonitor vorgesehen werden, der eine bereits vorhandene Spannungsquelle in Form des Gleichspannungswandlers verwendet, so dass der Isolationsmonitor keine eigene Spannungsquelle etwa in Form eines weiteren Wandlers erfordert. Vielmehr kann der Isolationsmonitor auf einfache Weise dargestellt werden, beispielsweise nur mit passiven Bauelementen (zur Erfassung etwa eines Potentials oder einer Spannung, aus der sich der Isolationswiderstand ableiten lässt), und ggf. mit einem passiv agierenden Messgerät, beispielsweise einer Spannungsmesseinrichtung, um die betreffende Spannung auswerten zu können. Zum Messen (mindestens) eines Isolationswiderstands kann so der Gleichspannungswandler als Spannungsquelle verwendet werden. Es kann vorgesehen sein, dass hiernach (ggf. nach Erfassen eines Isolationswiderstands größer als ein Schwellenwert) eine Spannungsquelle des zweiten Bordnetzzweigs in Form eines Akkumulators zugeschaltet wird, und der Isolationswiderstand nochmals mittels der Spannung des Akkumulators gemessen wird (und mit einem Schwellenwert verglichen wird).
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Es wird ein Fahrzeugbordnetz vorgeschlagen mit einem ersten Bordnetzzweig und einem zweiten Bordnetzzweig. Das Fahrzeugbordnetz umfasst einen galvanisch trennenden Gleichspannungswandler. Ein derartig galvanischer trennender Gleichspannungswandler umfasst einen Transformator und ermöglicht die Übertragung von Energie zwischen dem ersten und dem zweiten Bordnetzzweig ohne diese jedoch hinsichtlich des Potentials miteinander verbinden zu müssen. Der Gleichspannungswandler ist eingerichtet, Leistung von dem zweiten Bordnetzzweig an den ersten Bordnetzzweig zu übertragen. Der zweite Bordnetzzweig kann hierbei eine Ladeschnittstelle oder einen Generator oder beides aufweisen, so dass Energie eingebracht oder erzeugt werden kann, wobei der Gleichspannungswandler zur Übertragung der Energie vom zweiten in den ersten Bordnetzzweig dient.
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Das Fahrzeugbordnetz umfasst ferner einen Isolationsmonitor. Dieser ist mit dem zweiten Bordnetzzweig verbunden. Der Isolationsmonitor ist insbesondere mit einem oder mehreren Versorgungspotentialen des zweiten Bordnetzzweigs verbunden. Der Isolationsmonitor ist eingerichtet, Isolationswiderstände im zweiten Bordnetzzweig zu erfassen, insbesondere mindestens einen Isolationswiderstand des zweiten Bordnetzzweigs gegenüber dem Chassis bzw. einem Massepotential des Fahrzeugbordnetzes. Der Isolationsmonitor weist eine Spannungsquelle auf. Mittels dieser Spannungsquelle kann Spannung am zweiten Bordnetzzweig angelegt werden, um so anhand des fließenden Stroms direkt oder indirekt auf den mindestens einen Isolationswiderstand schließen zu können. Der Isolationsmonitor ist eingerichtet, mittels der Spannungsquelle mindestens einen Isolationswiderstand in den zweiten Bordnetzzweig zu erfassen. Wie erwähnt hat hierbei der Isolationsmonitor keine dedizierte Spannungsquelle, sondern nutzt den Gleichspannungswandler, der den ersten Bordnetzzweig mit dem zweiten Bordnetzzweig verbindet. Der Isolationsmonitor weist als Spannungsquelle (zur Isolationswiderstandserfassung) den Gleichspannungswandler auf.
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Der Isolationsmonitor ist somit eingerichtet zum Anlegen einer Spannung an den zweiten Bordnetzzweig, wobei die Spannung erzeugt wird durch Wandeln einer Spannung des ersten Bordnetzzweigs mittels des Gleichspannungswandlers. Der Isolationsmonitor kann mindestens einen Isolationswiderstand erfassen, insbesondere den Isolationswiderstand zwischen einem Massepotential und dem positiven Versorgungspotential des zweiten Bordnetzzweigs, dem zweiten Versorgungspotential des zweiten Bordnetzzweigs, oder kann eingerichtet sein zur Erfassung der Isolationswiderstände zwischen Masse und den Versorgungspotentialen des zweiten Bordnetzzweigs. Hierzu kann der Isolationsmonitor eingerichtet sein, einen Strom zu erfassen, der durch die Isolationswiderstände fließt, oder eine Spannung zu erfassen, die sich dadurch ergibt, dass an den mindestens einen Isolationswiderstand eine Spannung abfällt. Beispielsweise anhand dieser Größen kann der Isolationsmonitor der mindestens einen Isolationswiderstand innerhalb des zweiten Bordnetzzweigs erfassen.
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Der Gleichspannungswandler ist vorzugsweise bidirektional ausgebildet. Der Gleichspannungswandler ist eingerichtet, eine Spannung des zweiten Bordnetzzweigs in eine Spannung des zweiten Bordnetzzweigs zu wandeln. Hierbei fließt Strom, so dass der Gleichspannungswandler eingerichtet ist, Leistung von dem zweiten Bordnetzzweig an den ersten Bordnetzzweig zu übertragen. Die Übertragung ist wie erwähnt galvanisch isolierend. Das Verhältnis der Spannung am zweiten Bordnetzzweig zur Spannung am zweiten Bordnetzzweig bei dieser Übertragungsrichtung kann einen ersten Wert aufweisen. Diese Übertragungsrichtung dient zur Übertragung von Leistung, die in den ersten Bordnetzzweig eingespeist wird oder vom zweiten Bordnetzzweig stammt, und die an den ersten Bordnetzzweig übertragen wird. Zur Realisierung der Spannungsquelle des Isolationsmonitors ist der Gleichspannungswandler ferner ausgebildet, eine Spannung des ersten Bordnetzzweigs an den zweiten Bordnetzzweig spannungsgewandelt zu übertragen. Hierbei bildet der Gleichspannungswandler die hier genannte Spannungsquelle des Isolationsmonitors. In dieser Übertragungsrichtung, d. h. vom ersten zum zweiten Bordnetzzweig, kann das Verhältnis der Spannung am zweiten Bordnetzzweig zur Spannung am ersten Bordnetzzweig einen zweiten Wert aufweisen. Der zweite Wert kann kleiner als der erste Wert sein. Insbesondere kann der zweite Wert weniger als 50%, 25%, 20% oder 15% des ersten Werts betragen. Mit anderen Worten ist das Übertragungsverhältnis über den Gleichspannungswandler vom zweiten Bordnetzzweig zum ersten Bordnetzzweig größer als das Spannungsverhältnis in der anderen Richtung. Dadurch kann bei der Übertragung vom zweiten Bordnetzzweig in den ersten Bordnetzzweig eine hohe Spannung verwendet werden (des zweiten Bordnetzzweigs), etwa um so eine hohe Leistung zu übertragen. In umgekehrter Richtung ist keine hohe Leistung erforderlich, sodass zum einen der Gleichspannungswandler in dieser Richtung Nennleistung ausgebildet sein kann als in umgekehrter Richtung.
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Das Fahrzeugbordnetz umfasst ferner vorzugsweise eine Steuerung, die ansteuernd mit dem Gleichspannungswandler verbunden ist. Die Steuerung ist eingerichtet, in einem Ladezustand den Gleichspannungswandler anzusteuern, Leistung von dem zweiten Bordnetzzweig an den ersten Bordnetzzweig zu übertragen. Dies entspricht der erstgenannten Übertragungsrichtung. In einem Isolationsmonitorzustand ist die Steuerung eingerichtet, den Gleichspannungswandler derart anzusteuern, dass eine Spannung des ersten Bordnetzzweigs und eine Spannung des zweiten Bordnetzzweigs gewandelt wird, das heißt eine Spannung zu wandeln, die an den zweiten Bordnetzzweig angelegt wird (von dem Gleichspannungswandler). Da hier lediglich der Isolationswiderstand zu messen ist und somit nur eine vergleichsweise kleine Leistung bzw. ein kleiner Strom erforderlich ist, steht in dieser Übertragungsrichtung die Spannungswandlung im Vordergrund. In der umgekehrten Richtung steht die Übertragung der Leistung im Vordergrund, wobei hierbei auch die Spannung zur Anpassung unterschiedlicher Spannungsniveaus gewandelt wird. Der erste Bordnetzzweig weist eine geringere Nennspannung als der zweite Bordnetzzweig auf. Der Gleichspannungswandler kann vom zweiten Bordnetzzweig zum ersten Bordnetzzweig hin ein Übertragungsverhältnis von beispielsweise zwischen 50 und 20, insbesondere zwischen 40 und 35 aufweisen. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass dieser Wert doppelt so hoch ist wie vorangehend angegeben ist. In umgekehrter Richtung kann das Übertragungsverhältnis weniger als 10, 8, 6 oder 5 sein. Das Übertragungsverhältnis ausgehend vom zweiten Bordnetzzweig zum ersten Bordnetzzweig ist größer als der Kehrwert des Übertragungsverhältnisses vom ersten Bordnetzzweig zum zweiten Bordnetzzweig.
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Der Isolationsmonitor kann einen Spannungsteiler aufweisen. Dieser Spannungsteiler umfasst mindestens zwei in Reihe geschaltete Widerstände. Der Spannungsteiler bzw. die sich ergebende Reihenschaltung der Widerstände ist parallel zum zweiten Bordnetzzweig angeschlossen, insbesondere an die beiden Versorgungspotentiale (HV+, HV-, siehe 1) des zweiten Bordnetzzweigs. Der Isolationsmonitor weist eine Spannungsmesseinrichtung auf, um mindestens ein Potential innerhalb des Spannungsteilers bzw. der genannten Widerstände zu erfassen. Die Spannungsmesseinrichtung ist beispielsweise an einen Verknüpfungspunkt des Spannungsteilers angeschlossen, insbesondere an einen Verknüpfungspunkt, der über mindestens einen Widerstand mit dem betreffenden Versorgungspotential verbunden ist. Die Spannungsmesseinrichtung kann ferner an ein Bezugspotential angeschlossen sein. Die Spannungsmesseinrichtung kann vorgesehen sein, die Potentialdifferenz, das heißt die Spannung zwischen dem Verknüpfungspunkt des Spannungsteilers bzw. der mindestens zwei Widerstände und dem Bezugspotential zu erfassen. Hierzu kann die Spannungsmesseinrichtung zwei Anschlüsse aufweisen. Einer der Anschlüsse ist mit dem Bezugspotential verbunden, während der andere Anschluss an den Verknüpfungspunkt angeschlossen ist. Vorzugsweise besteht ferner eine Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen der Spannungsmesseinrichtung bzw. zwischen dem Verknüpfungspunkt und dem Bezugspotential. Diese Verbindung umfasst mindestens einen Widerstand (der in Reihe geschaltet ist). Die Spannungsmesseinrichtung erfasst insbesondere die Spannung an diesem Widerstand. Das Bezugspotential ist insbesondere Masse, beispielsweise das Potential des Fahrzeugchassis des Fahrzeuges, in dem das Fahrzeugbordnetz eingebaut ist.
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Der Spannungsteiler ist vorzugsweise schaltbar. Insbesondere ist die Verbindung zu den jeweiligen Versorgungspotentialen des zweiten Bordnetzes schaltbar. Es können Schalter vorgesehen sein, die individuell schaltbar sind, wobei ein erster Schalter einen ersten Widerstand schaltbar mit einem ersten der beiden Versorgungspotentiale des zweiten Bordnetzzweigs verbindet und ein zweiter Schalter einen zweiten Widerstand schaltbar mit einem zweiten Bordnetzzweig verbindet. Die beiden Widerstände sind vorzugsweise gleich groß. Die beiden Widerstände sind zu unterschiedlichen Seiten eines Verknüpfungspunkts zwischen den Widerständen ausgebildet, wobei der Verknüpfungspunkt mit einem Bezugspotential wie Masse verbunden ist. Das Bezugspotential kann ein Versorgungspotential des ersten Bordnetzzweigs sein, insbesondere die Masse des ersten Bordnetzzweigs. Dieses Bezugspotential ist das gleiche Potential, gegenüber dem die Isolationswiderstände gemessen werden. Das Bezugspotential ist insbesondere mit dem Fahrzeugchassis verbunden.
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Es kann vorgesehen sein, dass in dem ersten Bordnetzzweig ein Akkumulator vorgesehen ist. Der Akkumulator in dem ersten Bordnetzzweig ist vorzugsweise ein Traktionsakkumulator. Der Akkumulator im ersten Bordnetzzweig hat eine Nennspannung von beispielsweise ca. 12 Volt, 13 Volt, 14 Volt, 24 Volt, 36 Volt, 42 Volt oder 48 Volt. Alternativ oder in Kombination hierzu kann im zweiten Bordnetzzweig ein Akkumulator vorgesehen sein. Dieser ist beispielsweise ein Lithiumakkumulator. Der Akkumulator im zweiten Bordnetzzweig kann ein Traktionsakkumulator eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs sein, in dem das Fahrzeugbordnetz vorgesehen ist. Insbesondere ist der Akkumulator, der in dem zweiten Bordnetzzweig vorgesehen ist, ein Traktionsakkumulator des Fahrzeugbordnetzes, insbesondere des zweiten Bordnetzzweigs. Der Akkumulator im zweiten Bordnetzzweig ist insbesondere ein Hochvoltakkumulator. Mit der Vorsilbe „Hochvolt“ werden Komponenten bezeichnet, die eine Nennspannung von mehr als 60 Volt oder mindestens 100 Volt, 150 Volt, 200 Volt, 400 Volt, 600 Volt oder 800 Volt aufweisen. Im Vergleich hierzu ist der Akkumulator im ersten Bordnetzzweig ein Niedervoltakkumulator mit einer Nennspannung von weniger oder nicht mehr als 60 Volt. In einer Ausführungsform ist der Akkumulator des ersten Bordnetzzweigs ein 12 Volt-Akkumulator und der erste Bordnetzzweig hat eine Nennspannung von 12 Volt. In einer weiteren Ausführungsform, die hiermit kombinierbar ist, hat der Akkumulator im zweiten Bordnetzzweig eine Nennspannung von 400 Volt oder 800 Volt. Der zweite Bordnetzzweig hat eine Nennspannung von 400 oder 800 Volt, wobei diese Werte rein exemplarisch sind. Der Akkumulator des zweiten Bordnetzzweigs ist zuschaltbar. Es kann vorgesehen sein, dass dieser während der Erfassung des Isolationswiderstands nicht zugeschaltet ist und erst dann zugeschaltet wird, wenn der ermittelte Isolationswiderstand über einem Schwellenwert liegt. Auch nach Zuschalten des Akkumulators des zweiten Bordnetzzweigs kann eine (weitere) Isolationswiderstandsmessung durchgeführt werden, wobei diesmal der (dann zugeschaltete) Akkumulator des zweiten Bordnetzzweigs als Spannungsquelle für den Isolationsmonitor dient. Es kann vorgesehen sein, dass erst nach erfolgreichem zweiten Isolationstest weitere Komponenten zugeschaltet werden, beispielsweise eine Ladebuchse zum konduktiven Laden. Die Steuerung oder der Isolationsmonitor kann eingerichtet sein, dies auszuführen und insbesondere den Akkumulator und/oder die genannte Komponente zuzuschalten.
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Wie erwähnt kann der erste Bordnetzzweig eine Nennspannung aufweisen, die kleiner ist als die Nennspannung des zweiten Bordnetzzweigs. Die Nennspannung des ersten Bordnetzzweigs kann weniger als 25%, 20%, 10% oder 8% der Nennspannung des zweiten Bordnetzzweigs betragen. Entsprechend ist der Gleichspannungswandler mit einem Übersetzungsverhältnis vorgesehen, der ein entsprechendes Verhältnis der Nennspannungen ausgehend vom zweiten Bordnetzzweig zum ersten Bordnetzzweig überbrücken kann.
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Der Gleichspannungswandler ist in der Richtung vom zweiten Bordnetzzweig zum ersten Bordnetzzweig hin abwärtswandelnd ausgebildet. In umgekehrter Richtung ist der Gleichspannungswandler aufwärtswandelnd ausgebildet. Der Gleichspannungswandler kann somit ein Synchronwandler sein. Der Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses vom zweiten Bordnetzzweig und vom ersten Bordnetzzweig kann sich von dem Übertragungsverhältnis vom ersten Bordnetzzweig zum zweiten Bordnetzzweig unterscheiden. Übertragungsverhältnis vom ersten Bordnetzzweig zum zweiten Bordnetzzweig kann kleiner sein als der Kehrwert des Übersetzungsverhältnisses ausgehend vom zweiten Bordnetzzweig zum ersten Bordnetzzweig.
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Vorzugsweise sind die Spannungsmessvorrichtung und der Gleichspannungswandler in einem gemeinsamen Gehäuse vorgesehen. Der Gleichspannungswandler bzw. die Spannungsmessvorrichtung können somit im gleichen Modul angeordnet sein. Der Gleichspannungswandler muss insbesondere nicht im gleichen Gehäuse wie der Akkumulator des zweiten Bordnetzzweigs angeordnet sein.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der zweite Bordnetzzweig ein Akkumulator aufweist, der in einem ersten Gehäuse untergebracht ist. Hierbei ist der Isolationsmonitor in einem zweiten, davon verschiedenen Gehäuse untergebracht. Insbesondere ist die Spannungsquelle des Isolationsmonitors nämlich der Gleichspannungswandler, in einem anderen Gehäuse untergebracht als der Akkumulator des zweiten Bordnetzes. Zudem kann die Spannungsmesseinrichtung und der Gleichspannungswandler im gleichen Gehäuse, insbesondere im selben Modul untergebracht sein, beispielsweise auf derselben Platine. Diese Platine kann eine andere Platine sein als eine Platine, auf der eine Batterieüberwachungseinheit des Akkumulators des zweiten Bordnetzzweigs ausgebildet ist. Die Erfindung erlaubt eine Anordnung des Isolationsmonitors außerhalb des Akkumulators. Diese räumliche Trennung ermöglicht eine weitere Flexibilität beim Aufbau des Fahrzeugbordnetzes.
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Der Isolationsmonitor kann zusammen mit einem weiteren Gleichspannungswandler, mit einem Leistungsfaktorkorrekturfilter, mit einer Ladeschaltung, mit einem Trennschalter und/oder mit einem elektrischen Heizelement in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. In diesem Gehäuse ist insbesondere der Akkumulator des zweiten Bordnetzes nicht untergebracht. Das gemeinsame Gehäuse unterscheidet sich von dem Gehäuse, in dem der Akkumulator des zweiten Bordnetzes vorgesehen ist. Der weitere Gleichspannungswandler kann im zweiten Bordnetzzweig vorgesehen sein, insbesondere zwischen dem Akkumulator des zweiten Bordnetzzweigs und dem Gleichspannungswandler, welcher den ersten mit dem zweiten Bordnetzzweig verbindet. Der weitere Gleichspannungswandler kann somit zur Anpassung eines Spannungsniveaus vorgesehen sein. Das gemeinsame Gehäuse kann Anschlüsse aufweisen, an die sich der Leistungsfaktorkorrekturfilter und/oder der Trennschalter anschließt. Das elektrische Heizelement kann ein Heizelement eines Kühlkreislaufs sein, wobei an dem Gehäuse Anschlüsse für den Kühlkreislauf vorgesehen sind. Die Ladeschaltung ist insbesondere eine Ladeschaltung eingerichtet zum Aufladen des Akkumulators des zweiten Bordnetzzweigs mit einer externen Spannungsquelle. Die Ladeschaltung ist insbesondere für die Nennspannung des Akkumulators des zweiten Bordnetzzweigs ausgelegt. Die Ladeschaltung ist beispielsweise ausgelegt für Ladeleistungen von mindestens 10 kW, mindestens 22 kW oder mindestens 40 kW. Dies betrifft insbesondere die Dauerleistung.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Isolationswächter oder zumindest dessen Spannungsmesseinrichtung in einem Gehäuse untergebracht ist, wobei dieses Gehäuse in einem Hochvolt-Gehäuse vorliegt, wobei in dem Hochvolt-Gehäuse zudem der Gleichspannungswandler, der weitere Gleichspannungswandler der Leistungsfaktorkorrekturfilter, die Ladeschaltung, der Trennschalter und/oder das Heizelement vorgesehen ist. Insbesondere ist der Akkumulator des zweiten Bordnetzes in einem Gehäuse untergebracht, das sich von dem Hochvoltgehäuse unterscheidet. Der Akkumulator des zweiten Bordnetzes ist somit nicht in dem Hochvoltgehäuse vorgesehen.
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- Die 1 dient zur näheren Erläuterung des hier beschriebenen Fahrzeugbordnetzes.
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Die 1 zeigt ein Fahrzeugbordnetz FB mit einem ersten Bordnetzzweig NB und einem zweiten Bordnetzzweig HB. Der erste Bordnetzzweig und der zweite Bordnetzzweig sind miteinander verbunden mittels eines Gleichspannungswandlers W. Dieser ist galvanisch trennend ausgebildet. Eine Steuerung ST ist ansteuernd mit dem Gleichspannungswandler W verbunden, wie es symbolhaft dargestellt ist. Die Steuerung ST ist zusammen mit dem Wandler W eingerichtet, Leistung von dem zweiten Bordnetzzweig HB zu dem ersten Bordnetzzweig zu übertragen. Dies kann beispielsweise dazu dienen, die Leistung von dem Akkumulator A des zweiten Bordnetzzweigs an den Akkumulator B des ersten Bordnetzzweigs zu übertragen. Der zweite Bordnetzzweig umfasst eine erste Last L1. Das Fahrzeugbordnetz FB umfasst ferner eine zweite Last L2, die sich in dem ersten Bordnetzzweig NB befindet. Mittels des Wandlers kann somit Leistung von dem Akkumulator A an die Last L2 übertragen werden oder an den Akkumulator B des ersten Bordnetzzweigs. Der Akkumlator A ist zuschaltbar angebunden. Ein Schalter S verbindet den Akkumulator A mit dem Versorgungspotential HV+. Die Steuerung ST kann ansteuerbar mit diesem Schalter S verbunden sein.
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Es ist vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler W auch in umgekehrter Richtung übertragend wirken kann. Der Gleichspannungswandler W ist mittels der Steuerung ST ausgebildet, um eine Spannung, die im ersten Bordnetzzweig NB anliegt, an den zweiten Bordnetzzweig HB anzulegen. Dies dient zur Darstellung einer Spannungsquelle eines Isolationsmonitors IM.
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Der Isolationsmonitor IM umfasst den Gleichspannungswandler W als Spannungsquelle zur Erfassung eines Isolationswiderstands im zweiten Bordnetzzweig HB. Der Bordnetzzweig HB weist als Eigenschaft Isolationswiderstände auf, die symbolhaft als Ersatzwiderstände R1 und R2 dargestellt sind. Diese sind zwischen Versorgungspotential HV-, HV+ und einem Bezugspotential, hier Masse, angeordnet. Das hier dargestellte Ersatzschaubild umfasst somit die Widerstände R1 und R2, die die beiden Versorgungspotentiale HV+, HV- mit Masse verbinden. Das Massezeichen steht beispielsweise für das Potential des Chassis. Um die Isolationswiderstände zu erfassen bzw. deren Werte zu ermitteln, ist ein Spannungsteiler aus den (realen dezidierten) Widerständen M1, M2 vorgesehen. Die Widerstände M1 und M2 bilden einen Spannungsteiler. Die Widerstände M1 und M2 sind als Widerstandsbauelemente (ggf. mit Schaltern) ausgebildet. Dies unterscheidet sich von den Ersatzwiderständen R1 und R2, die nur die Eigenschaft innerhalb des zweiten Bordnetzzweigs HB wiedergeben, welche die Isolation der Versorgungspotentiale HV+, HV- bzw. des zweiten Bordnetzzweigs gegenüber Chassis bzw. Bezugspotential darstellt. Die Widerstände M1, M2 sind über einen Verbindungspunkt VP miteinander verbunden. An diesem Verbindungspunkt VP ist ein Ableitungswiderstand E angeschlossen, der den Verbindungspunkt mit dem Bezugspotential (hier Masse) verbindet. Der Ableitwiderstand kann auch als Innenwiderstand einer Spannungsmesseinrichtung SM angesehen werden. Es wird die Spannung ermittelt, die an dem Widerstand E abfällt, wobei dies mindestens einen Isolationswiderstand wiedergibt.
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Die Widerstände M1, M2 sind vorzugsweise jeweils schaltbar ausgebildet. Dies ist symbolhaft mit dem Schaltersymbol in den Schaltsymbolen der Widerstände M1, M2 dargestellt. Es kann somit ein Schalter in Reihe mit dem Widerstand M1 vorgesehen sein, wobei der Verbindungspunkt über den Schalter und den Widerstand M1 mit dem einen Versorgungspotential, hier HV+, verbunden ist. Gleiches gilt für den Widerstand M2. Auch dieser kann schaltbar ausgebildet sein. Hierbei kann der Widerstand M2 über einen (weiteren) Schalter an ein Versorgungspotential des zweiten Fahrzeugbordnetzzweigs HB verbunden sein. Der Verbindungspunkt VP ist über den Widerstand M2 und den (weiteren) Schalter mit dem anderen Versorgungspotential (hier HV-) verbunden. Die Schalter können wechselweise oder gleichzeitig geschaltet werden. Dadurch können die Widerstandswerte der Ersatzwiderstände R1 und R2 einzeln ermittelt werden. Es wird jeweils die Spannung erfasst, die zwischen dem Versuchspotential (hier Masse) und dem Versorgungspotential VP abfällt, wobei dies der Spannung entspricht, die an dem Ableitwiderstand E anliegt. Diese Spannung wird auch als Spannung U bezeichnet.
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Die Spannungsmesseinrichtung SM kann diese Spannung U, das heißt das Potential am Verbindungspunkt VP, auswerten. Hierbei kann die Spannungsmesseinrichtung SM einen Vergleicher umfassen, der eingerichtet ist, die Spannung U mit einem oder mehreren Schwellenwerten zu vergleichen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Spannungsmesseinrichtung anhand der vorgegebenen Werte der Widerstände M1, M2 und E einen Isolationswiderstand oder zwei Isolationswiderstandswerte erfasst. Vorzugsweise erfasst die Spannungsmesseinrichtung den Isolationswiderstand R1 zwischen dem einen Versorgungspotential (HV-) und Masse, sowie den Widerstand R2 zwischen dem anderen Versorgungspotential HV+ und Masse. Dieser Wert kann mit einem Schwellenwert verglichen werden. Der Schwellenwert kann in der Spannungsmesseinrichtung vorgesehen sein. Der Schwellenwert kann beispielsweise 20 kΩ, 100 kΩ oder vorzugsweise 50 kΩ betragen. Dies sind jedoch nur Beispiele, die insbesondere von der Nennspannung des zweiten Bordnetzzweigs und einer zulässigen Berührspannung abhängen. Liegt einer der beiden so ermittelten Widerstände R1 und R1 unter dem Schwellenwert (beispielsweise von 50 kΩ), dann kann vorgesehen sein, dass der Isolationsmonitor oder die Spannungsmesseinrichtung ein Signal abgibt, das einen zu niedrigen Isolationswiderstand darstellt. Insbesondere kann ein Alarmsignal abgegeben werden, wobei dieses Alarmsignal genutzt werden kann, um den Start eines Ladevorgangs zu unterdrücken. Die Spannungsmesseinrichtung oder der Isolationsmonitor IM kann ausgeschaltet sein, um die Widerstände R1 und R2 zu erfassen und sie mit einem Mindestwert zu vergleichen. Ferner kann die Spannungsmesseinrichtung oder der Isolationsmonitor eingerichtet sein, bei einem Unterschreiten des Widerstandswert durch den Widerstand R1 oder R2 ein Alarmsignal abzugeben oder einen Befehl, der einen zu geringen Isolationswiderstand wiedergibt. Hierzu kann die Spannungsmesseinrichtung SM oder der Isolationsmonitor IM einen Signalausgang aufweisen, an den ein Signal abgegeben werden kann, welches den Isolationswert selbst (insbesondere den minimalen) oder ein Vergleichsergebnis der Isolationswiderstände mit einem Sollwert wiedergibt. Liegen die Werte der Isolationswiderstände R1, R2 über dem Schwellenwert, kann vorgesehen sein, dass die Steuerung ST den Schalter S schließt. Der Schalter S ist offen, wenn eine Spannung ausgehend vom ersten Bordnetzzweig NB vom Gleichspannungswandler W an den zweiten Bordnetzzweig HB übertragen wird. Die Steuerung ST kann ansteuernd mit dem Schalter S verbunden sein, und eingerichtet sein, dies auszuführen. Die Steuerung ST kann ferner ausgebildet sein, den Schalter S zu schließen, wenn der Schwellenwert nicht überschritten wird. Dann wird durch das Schließen des Schalters S der Akkumulator A an die Versorgungspotentiale HV+, HV- angelegt und dient als (zweite) Spannungsquelle des Isolationsmonitors. Der Isolationsmonitor IM kann dann anhand dieser zweiten Spannungsquelle die Erfassung der Isolationswiderstände R1, R2 widerholen. Der Isolationsmonitor IM und/oder die Steuerung ST und/oder die Spannungsmessvorrichtung SM kann hierzu eingerichtet sein. Es kann vorgesehen sein, dass erst dann der Schalter S geschlossen wird, wenn ein Zwischenkreiskondensator innerhalb des zweiten Bordnetzzweigs HB im Wesentlichen vollständig geladen ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Isolationsmonitor erst dann eine Spannung erfasst, einen Isolationswiderstand ermittelt oder auswertet, wenn ein Zwischenkreiskondensator innerhalb des zweiten Bordnetzzweigs HB im Wesentlichen vollständig geladen ist. Der Wandler W kann somit wie erwähnt auch zu Vorladung eines derartigen Kondensators dienen.
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In einem ein konkreten Beispiel ist der erste Bordnetzzweig für eine Bordnetzspannung von 12 oder 13 Volt ausgelegt, wobei die Batterie B beispielsweise ein Bleiakkumulator mit einer Nennspannung von 12 Volt ist. Der Akkumulator A kann als 400 Volt-Akkumulator oder 800 Volt-Akkumulator ausgebildet sein. Dies entspricht der im Rahmen eines Beispiels der Nennspannung des zweiten Bordnetzzweigs. Der Wandler W kann eingerichtet sein, um eine Leistung von dem Bordnetzzweig HB an den ersten Bordnetzzweig NB zu übertragen, beispielsweise eine Ladeleistung für den 12 Volt-Akkumulator B in Höhe von beispielsweise 100 W, 1 kW, 2 kW oder 5 kW. Es können jedoch auch geringere Leistungen vorgesehen sein, beispielsweise 20 W oder als Maximalleistung für den Wandler W oder auch nur 10 W. Die Steuerung ST und der Wandler W können eingerichtet sein, aus den 12 V der Batterie B eine Spannung von 48 Volt oder 60 Volt zu erzeugen, die an den zweiten Bordnetzzweig HB abgegeben wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn ein Schalter, über den der Akkumulator A angeschlossen ist, in offenem Zustand ist. Es kann vorgesehen sein, dass nur dann dieser Schalter geschlossen wird, wenn sich Isolationswiderstände R1, R2 ergeben, die größer als ein Schwellenwert sind.
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Somit kann der Akkumulator schaltbar sein, insbesondere über eine schaltbare Verbindung mit dem verbleibenden zweiten Bordnetzzweig HB verbunden sein. Dieser Schalter kann abhängig von der Auswertung der Isolationswiderstände R1, R2 geschlossen werden. Während der Wandlung von Spannung aus dem ersten Bordnetzzweig zur Abgabe an den zweiten Bordnetzzweig ist der Akkumulator A vorzugsweise getrennt. Die Widerstände M1 und M2 können ferner schaltbar ausgebildet sein, indem entsprechende Widerstandsbauelemente in Reihe mit einem entsprechenden Schalter, beispielsweise einem Transistorschalter, angeschlossen sind. Dadurch lassen sich die einzelnen Widerstände R1, R2 einzeln ermitteln. Da die Isolationswiderstände R1 und R2 nur im Rahmen eines Ersatzschaltbildes vorgesehen sind (und keine dezidierten Bauelemente umfasst), sind diese gestrichelt dargestellt.
