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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bordnetz für ein Fahrzeug. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und/oder eine entsprechende Steuereinheit zur Absicherung bzw. zum Schutz eines elektrischen Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs.
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Ein Fahrzeug umfasst eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern, die über ein elektrisches Bordnetz des Fahrzeugs mit Strom versorgt werden. Ein Defekt eines elektrischen Verbrauchers kann zu einem Kurzschluss auf der elektrischen Leitung zu dem elektrischen Verbraucher führen, wobei auch das restliche Bordnetz durch den Kurzschluss beeinträchtigt werden könnte. Zum Schutz des Bordnetzes sind auf den einzelnen Leitungen zu den einzelnen elektrischen Verbrauchern, insbesondere in ein oder mehreren Stromverteilern, typischerweise Schmelzsicherungen angeordnet, die ausgebildet sein, infolge eines Kurzschlusses den elektrischen Verbraucher von dem restlichen Bordnetz zu trennen.
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Schmelzsicherungen weisen typischerweise eine relativ große Toleranz und eine relativ hohe Reaktionszeit auf. Des Weiteren müssen ausgelöste Schmelzsicherungen händisch ausgetauscht werden. Daher können anstelle von Schmelzsicherungen halbleiterbasierte Schaltelemente (z.B. MOSFETs) verwendet werden, um die einzelnen elektrischen Verbraucher von dem Bordnetz eines Fahrzeugs zu trennen.
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Halbleiterbasierte Schaltelemente können jedoch Fehlfunktionen aufweisen, die z.B. dazu führen können, dass ein Schaltelement dauerhaft geschlossen bzw. „ON“ ist, und nicht mehr geöffnet werden kann. In einem solchen Fall kann durch das defekte Schaltelement keine Schutzfunktion für das Bordnetz bereitgestellt werden.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, in effizienter Weise die Sicherheit eines elektrischen Bordnetzes infolge eines Ereignisses auf einer elektrischen Versorgungsleitung des Bordnetzes zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird elektrisches Bordnetz für ein Kraftfahrzeug beschrieben. Das Bordnetz umfasst zumindest einen Stromverteiler, der eingerichtet ist, einen Teilbereich des Bordnetzes mit Strom zu versorgen. Typischerweise umfasst ein Bordnetz mehrere unterschiedliche Stromverteiler für unterschiedliche Teilnetze bzw. Teilbereiche des Bordnetzes.
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Außerdem umfasst das Bordnetz eine Mehrzahl von ersten Leitungen, die eingerichtet sind, eine entsprechende Mehrzahl von elektrischen Komponenten mit dem Stromverteiler zu verbinden. Mit anderen Worten, der Teilbereich des Bordnetzes, der über den Stromverteiler mit Strom versorgt wird, kann mehrere elektrische Komponenten (insbesondere Verbraucher) umfassen, die jeweils über eine elektrische Leitung mit dem Stromverteiler verbunden sind.
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Des Weiteren umfasst das Bordnetz eine Mehrzahl von halbleiterbasierten ersten Schaltelementen für die entsprechende Mehrzahl von elektrischen Komponenten bzw. für die entsprechende Mehrzahl von ersten Leitungen. Dabei kann ein bestimmtes erstes Schaltelement auf einer bestimmten ersten Leitung ausgebildet sein, die bestimmte erste Leitung zu unterbrechen. Insbesondere kann für jede erste Leitung (ggf. genau) ein erstes Schaltelement bereitgestellt werden, um die jeweilige erste Leitung bei Bedarf (z.B. bei einem Kurzschluss) aufzutrennen. Dabei kann das bestimmte erste Schaltelement für eine bestimmte erste Leitung ausgebildet sein, in einem fehlerfreien Betrieb automatisch zu öffnen, sobald der erste Strom durch das bestimmte erste Schaltelement einen ersten Strom-Schwellenwert überschreitet. Ein erstes Schaltelement kann ein oder mehrere unipolare und/oder bipolare Transistoren, z.B. einen metalloxide semiconductor (MOS) Transistor und/oder einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), umfassen.
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Das Bordnetz umfasst ferner eine zweite Leitung, die ausgebildet ist, den Stromverteiler mit dem Bordnetz zu verbinden. Der Stromverteiler kann derart ausgebildet sein, dass ein zweiter Strom auf der zweiten Leitung die Summe der Mehrzahl von ersten Strömen auf der entsprechenden Mehrzahl von ersten Leitungen umfasst oder der Summe der Mehrzahl von ersten Strömen entspricht. Insbesondere kann der Stromverteiler ausgebildet sein, den zweiten Strom auf die Mehrzahl von ersten Leitungen zu verteilen. Der zweite Strom auf der zweiten Leitung kann dem Strom für den durch den Stromverteiler gebildeten Teilbereich des Bordnetzes entsprechen.
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Des Weiteren umfasst das Bordnetz eine Begrenzungseinheit, die eingerichtet ist, den zweiten Strom auf der zweiten Leitung zu begrenzen oder zu unterbinden und/oder die zweite Spannung an der zweiten Leitung zu verändern. Die Begrenzungseinheit kann ein zweites Schaltelement (z.B. einen MOS Transistor oder ein IGBT) umfassen, das eingerichtet ist, die zweite Leitung zu unterbrechen, um den zweiten Strom zu unterbinden. Alternativ oder ergänzend kann die Begrenzungseinheit einen Wandler, insbesondere einen Gleichspannungswandler, umfassen, der eingerichtet ist, den zweiten Strom zu reduzieren und/oder zu unterbinden. Der Wandler kann z.B. als Energiequelle für das Bordnetz dienen.
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Außerdem umfasst das Bordnetz eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, zu bestimmen, dass das bestimmte erste Schaltelement nicht öffnet, obwohl der erste Strom durch das bestimmte erste Schaltelement den ersten Strom-Schwellenwert überschreitet. Es kann somit eine Fehlfunktion des bestimmten ersten Schaltelements detektiert werden. Zu diesem Zweck kann z.B. eine Strommesseinheit auf der bestimmten ersten Leitung verwendet werden, um den ersten Strom durch das bestimmte erste Schaltelement zu ermitteln. Die Steuereinheit kann dann auf Basis der Sensordaten der Strommesseinheit detektieren, dass das bestimmte erste Schaltelement nicht öffnet, obwohl der erste Strom-Schwellenwert überschritten wurde.
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Die Steuereinheit ist ferner eingerichtet, in Reaktion darauf, dass bestimmt wurde, dass das bestimmte erste Schaltelement nicht öffnet, die Begrenzungseinheit zu veranlassen, den zweiten Strom auf der zweiten Leitung zu begrenzen oder zu unterbinden und/oder die zweite Spannung an der zweiten Leitung zu reduzieren. Es kann somit eine Begrenzung bzw. eine Unterbrechung des Stroms auf einer höheren Ebene des Bordnetzes bewirkt werden, um den ersten Strom auf der bestimmten ersten Leitung (mit dem defekten ersten Schaltelement) zu begrenzen. So können in effizienter und zuverlässiger Weise Auswirkungen eines Fehlers in dem durch den Stromverteiler gebildeten Teilbereich des Bordnetzes auf den Rest des Bordnetzes begrenzt werden.
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Die Begrenzungseinheit kann einen übergeordneten Strom-Schwellenwert aufweisen, ab dem der zweite Strom auf der zweiten Leitung automatisch begrenzt oder unterbunden wird. Der übergeordnete Strom-Schwellenwert kann größer als der erste Strom-Schwellenwert sein (insbesondere um den Faktor 2 oder mehr, oder 5 oder mehr, oder 10 oder mehr größer als der erste Strom-Schwellenwert).
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Begrenzungseinheit zu veranlassen, den zweiten Strom auf der zweiten Leitung zu begrenzen oder zu unterbinden, auch dann, wenn der zweite Strom den übergeordneten Strom-Schwellenwert noch nicht erreicht hat. So kann ein besonders zuverlässiger Schutz des Bordnetzes bewirkt werden.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu veranlassen, dass Information in Bezug auf die bestimmte erste Leitung, auf der das bestimmte erste Schaltelement angeordnet ist; und/oder Information in Bezug auf eine bestimmte Komponente, die über die bestimmte erste Leitung an dem Stromverteiler angeschlossen ist; und/oder Information in Bezug auf eine Fehlerursache für den ersten Strom auf der bestimmten ersten Leitung in einen Fehlerspeicher für das Bordnetz gespeichert wird, bevor der zweite Strom auf der zweiten Leitung begrenzt oder unterbunden wird. So kann zuverlässig ermöglicht werden, dass der Fehler auf der bestimmten ersten Leitung zu einem späteren Zeitpunkt in effizienter und gezielter Weise behoben werden kann.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu veranlassen, dass zumindest eine Komponente der Mehrzahl von Komponenten (des durch den Stromverteiler gebildeten Teilbereichs des Bordnetzes) in einen sicheren Zustand überführt wird; und/oder zumindest eine Komponente der Mehrzahl von Komponenten mit einer alternativen Stromversorgung gekoppelt wird, bevor der zweite Strom auf der zweiten Leitung begrenzt oder unterbunden wird. So kann die Zuverlässigkeit des Betriebs des Bordnetzes weiter erhöht werden.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, auf Basis eines (ggf. maschinenerlernten) Prädiktionsmodells zu prädizieren, dass das bestimmte erste Schaltelement an einem vorausliegenden Zeitpunkt nicht öffnen wird, obwohl der erste Strom durch das bestimmte erste Schaltelement den ersten Strom-Schwellenwert überschreiten wird. Des Weiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, bereits im Vorfeld zu dem vorausliegenden Zeitpunkt ein oder mehrere Maßnahmen zu veranlassen, um eine Auswirkung der an dem vorausliegenden Zeitpunkten bewirkten Begrenzung oder Unterbrechung des zweiten Stroms auf das Bordnetz zu reduzieren. Durch die Prädiktion des Zeitpunkts des Fehlverhaltes des bestimmten ersten Schaltelements können die o.g. Schutzmaßnahmen in zuverlässiger Weise und bereits frühzeitig ausgeführt werden. So kann die Zuverlässigkeit des Betriebs des Bordnetzes weiter erhöht werden.
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Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Begrenzungseinheit zu veranlassen, den zweiten Strom auf der zweiten Leitung derart zu begrenzen, dass zumindest eine der Mehrzahl von elektrischen Komponenten weiterhin in einem degradierten Betriebsmodus betrieben werden kann. Durch eine Begrenzung des zweiten Stroms kann somit in effizienter Weise die Verfügbarkeit des Bordnetzes erhöht werden.
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Die Steuereinheit kann ggf. Teil des bestimmten ersten Schaltelements (und nicht Teil eines übergeordneten Steuergeräts) sein. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, ein Steuersignal an ein Steuermodul der Begrenzungseinheit zu senden, um das Steuermodul der Begrenzungseinheit zu veranlassen, die Begrenzungseinheit derart zu betreiben, dass der zweite Strom auf der zweiten Leitung begrenzt oder unterbunden wird. Es kann somit eine dezentrale Steuerung der ersten Schaltelemente und des Begrenzungselements erfolgen. So kann die Effizienz des Bordnetzes weiter erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das das in diesem Dokument beschriebene Bordnetz umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Schutz des in diesem Dokument beschriebenen elektrischen Bordnetzes beschrieben. Das Verfahren umfasst das Bestimmen, dass ein bestimmtes erstes Schaltelement einer von einem Stromverteiler wegführenden ersten Leitung nicht öffnet, obwohl der erste Strom durch das bestimmte erste Schaltelement einen ersten Strom-Schwellenwert überschreitet. Des Weiteren umfasst das Verfahren, in Reaktion darauf, das Veranlassen, dass der zweite Strom auf einer zweiten Leitung, die zu dem Stromverteiler hinführt, begrenzt oder unterbunden wird, und/oder dass die zweite Spannung an der zweiten Leitung reduziert wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1a ein beispielhaftes Fahrzeug mit beispielhaften elektrischen Verbrauchern;
- 1b einen Ausschnitt eines beispielhaften elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs;
- 1c einen beispielhaften Stromverteiler mit Schmelzsicherungen;
- 2a einen beispielhaften Stromverteiler mit halbleiterbasierten Schaltelementen;
- 2b und 2c beispielhafte Reaktionen eines Stromverteilers auf ein Ereignis auf einer ersten Versorgungsleitung;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Absicherung eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines weiteren beispielhaften Verfahrens zur Absicherung eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Erhöhung der Sicherheit eines elektrischen Bordnetzes eines Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt 1a ein beispielhaftes Fahrzeugs 100 mit unterschiedlichen elektrischen Verbrauchern 101, 102, 103. Beispielhafte elektrische Verbraucher sind Sensoren 102, Aktoren 103 und/oder Steuergeräte 101.
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1b zeigt einen Ausschnitt eines beispielhaften Bordnetzes 150 eines Fahrzeugs 100. Das Bordnetz 150 umfasst zumindest eine Energiequelle 151, die eingerichtet ist, elektrische Energie in dem Bordnetz 150 bereitzustellen. Beispielhafte Energiequellen 151 sind: ein (elektrochemischer) Energiespeicher, ein Spannungswandler und/oder ein Generator.
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Das Bordnetz 150 kann ein oder mehrere Stromverteiler 152 aufweisen, die eingerichtet sind, die einzelnen elektrischen Verbraucher 153, 101, 102, 103 über einzelne erste Versorgungsleitungen 154 mit Strom aus der Energiequelle 151 zu versorgen. Die Energiequelle 151 kann über eine zweite Leitung 155 mit dem Stromverteiler 152 verbunden sein.
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Ein Stromverteiler 152 kann, wie in 1c dargestellt, Schmelzsicherungen 164, 165 auf den einzelnen Leitungen 154, 155 umfassen, um bei einem Kurzschluss auf den einzelnen Leitungen 154, 155 die einzelnen Leitungen 154, 155 unterbrechen zu können.
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Schmelzsicherungen 164, 165 weisen typischerweise eine relativ große Toleranz auf, reagieren relativ langsam und sind irreversibel (so dass sie händisch getauscht werden müssen). Die Schmelzsicherungen 164, 165 können, wie in 2a dargestellt, durch Halbleiterschalter 205, 204 mit Sicherungsfunktion ersetzt werden. So können Präzision, Geschwindigkeit und Reversibilität verbessert werden. Außerdem können durch die Verwendung von halbleiterbasierten Schaltelementen 204, 205 Schutz- und Diagnosefähigkeiten bereitgestellt werden.
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Ein halbleiterbasiertes Schaltelement 204, 205 kann ggf. ausfallen und/oder einen Defekt aufweisen. Beispielsweise kann eine intrinsische Defektdichte zu einem erhöhten Leckstrom führen, wodurch die Sperreigenschaften des Schaltelements 204, 205 beeinträchtigt werden können und/oder wodurch ein Einschalten des Schaltelements 204, 205 bei Last ggf. nicht mehr vollständig bewirkt werden kann. Eine Überlastung eines Schaltelements 204, 205 kann zu einer dauerhaften Unterbrechung oder zu einem dauerhaften Kurzschluss des Schaltelements 204, 205 führen.
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Fällt ein Halbleiterschalter 204 mit Sicherungsfunktion mit einem dauerhaften Kurzschluss „permanent on“ aus, kann der Pfad 154 des Halbleiterschalters 204 nicht mehr abgeschaltet werden. Eine Sicherungsfunktion des Halbleiterschalters 204 kann somit nicht mehr gewährleistet werden.
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Wie in 2a dargestellt, kann eine hierarchische Anordnung von Schaltelementen 204, 205 auf unterschiedlichen Hierarchiestufen vorliegen. Die nächst höhere Hierarchiestufe in der Stromverteilung weist jedoch typischerweise einen deutlich höheren Sicherungs-Schwellenwert auf, als ein Schaltelemente 204 auf der darunter liegenden Hierarchiestufe. Es kann somit sein, dass bei einem Kurzschlussfall auf einer untergeordneten (ersten) Leitung 154 die Sicherungsfunktion der höheren Ebene nicht ausgelöst wird. Es erfolgt dann keine Abtrennung des Stromverteilers 152 von dem Bordnetz 150.
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Alternativ oder ergänzend kann zur Bereitstellung einer Redundanz eine Verdoppelung der einzelnen Halbleiterschalter 204, 205 (z.B. ein „+Schalter‟ und ein „-Schalter“) durchgeführt werden. Dies führt jedoch zu einer Verdoppelung des Aufwands und/oder der Kosten sowie zu einem Absenken der Verfügbarkeit.
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Die einzelnen Schaltelemente 204, 205 können, wie in 2a dargestellt, miteinander über ein Kommunikationsnetz miteinander verbunden werden. Insbesondere kann es einer Steuereinheit 201 eines ersten Schaltelements 204 einer ersten Ebene ermöglicht werden, mit einem zweiten Schaltelemente 205 einer darüber liegenden zweiten Ebene zu kommunizieren. Insbesondere kann es der Steuereinheit 201 des ersten Schaltelements 204 ermöglicht werden, das zweite Schaltelement 205 zu steuern, z.B. um das zweite Schaltelement 205 zu öffnen.
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Wie in 2b dargestellt, kann z.B. an dem ersten Schaltelement 204 ein Ereignis 214 detektiert werden, durch das das Schalten des ersten Schaltelements 204 beeinträchtigt wird. Insbesondere kann detektiert werden, dass das erste Schaltelement 204 nicht öffnet und daher die erste Leistung 154 nicht auftrennen kann, obwohl ein bestimmter erster Strom-Schwellenwert überschritten wird. Die Steuereinheit 201 des ersten Schaltelements 204 kann daraufhin ein Steuersignal 211 an das zweite Schaltelement 204 senden (insbesondere ein Steuermodul des zweiten Schaltelements 204), um das zweite Schaltelement 204 zu öffnen. Das Öffnen des zweiten Schaltelements 204 kann dabei ggf. bewirkt werden, obwohl der zweite Strom-Schwellenwert für den zulässigen Strom durch das zweite Schaltelement 205 noch nicht erreicht wurde. So kann durch Abtrennen des Stromverteilers 152 ein zuverlässiger Schutz des Bordnetzes 150 bewirkt werden.
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Das zweite Schaltelement 205 kann Teil eines Wandlers 215, insbesondere eines DC/DC bzw. Gleichspannungswandlers, sein. Wie in 2c dargestellt, kann die Steuereinheit 201 des ersten Schaltelements 204 eingerichtet sein, in Reaktion auf ein erkanntes Ereignis 214 den Wandler 215 zu veranlassen, den Strom auf der zweiten Leitung 155 zu reduzieren. So können die Auswirkungen des Ereignisses 214 auf den Rest des Bordnetzes 150 begrenzt werden. Der Wandler 215 und das zweite Schaltelement 205 sind Beispiele für eine Begrenzungseinheit zur Begrenzung und/oder zur Unterbrechung des zweiten Stroms durch die zweite Leitung 155.
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Die Sicherungsfunktion 201 mit der ausgefallenen Endstufe bzw. mit dem ausgefallenen Halbleiterschalter 204 kann somit informell mit einer übergeordneten Sicherungsfunktion vernetzt werden, um einen Sicherungsfall bzw. ein Ereignis 214 anzuzeigen. In Reaktion darauf kann die übergeordnete Sicherungsfunktion ausgelöst werden, auch dann, wenn der Strom-Schwellenwert der übergeordneten Sicherungsfunktion nicht überschritten wurde.
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2b veranschaulicht den Ausfall einer Halbleiterschaltereinheit 204 des Stromverteilers 152 und die Übertragung des detektierten Ereignisses 214 an die Halbleiterschaltereinheit 205 des Stromverteilers 152 mit dem Befehl 211, die Stromversorgung zu unterbrechen bzw. zu deaktivieren. 2c veranschaulicht den Ausfall einer Halbleiterschaltereinheit 204 des Stromverteilers 152 und die Übertragung des detektierten Ereignisses 214 an den DC/DC-Wandler 215 für den Stromverteiler 152 mit dem Befehl 211, die Stromversorgung zu degradieren bzw. zu deaktivieren.
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Alternativ oder ergänzend zu einer höheren Sicherungsebene kann ggf. ein Gleichspannungswandler als Energiequelle 151 verwendet werden. Die Energiequelle 151 kann z.B. durch eine Steueranweisung 211 veranlasst werden, die Ausgangsspannung abzusenken oder den Ausgang vollständig abzuschalten. Die Absenkung der Spannung kann z.B. derart erfolgen, dass weiterhin eine Restfunktion von einzelnen Verbrauchern 153 ermöglicht wird (z.B. für einen bestimmten Zeitraum) und dass die Auswirkungen des Kurzschlussfalls reduziert, insbesondere minimiert, werden.
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Die einzelnen Sicherungsfunktionen können modellbasiert implementiert sein, z.B. um einen Fehlerfall bzw. ein Ereignis 214 zu prädizieren. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, die verfügbare Verzögerungszeit für eine Auslösung zu erhöhen bzw. zu maximieren. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in dem abzuschaltenden Versorgungsabschnitt die restlichen Verbraucher, Erzeuger, etc. 153 informiert bzw. deaktiviert werden müssen.
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Die Steuereinheit 201 kann eingerichtet sein, Diagnose und Fehlerspeicherung zu dokumentieren, so dass die Fehlerursache für das Ereignis 214 eingegrenzt werden kann. So kann ein effizienter Austausch von einzelnen fehlerhaften Komponenten bewirkt werden. Insbesondere kann so der fälschliche Austausch einer deaktivierten, funktionsfähigen Komponente vermieden werden.
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Die in diesem Dokument beschriebene hierarchische Sicherung kann angewendet werden: auf ein Teilnetz des Bordnetzes 150; auf ein Segment einer Versorgungsschiene; und/oder auf ein Segment einer Bordnetz-Ringstruktur. Die Abschaltung kann z.B. aufgrund einer funktional begründeten Abschaltung eines elektrischen Teilpfades 154 bzw. einer Komponente 153 erfolgen.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zur Absicherung eines Bordnetzes 150. Es kann ein Ereignis 214 detektiert werden (Schritt 301), und es kann basierend darauf ein Fehler erkannt werden (Schritt 302). In Reaktion darauf, kann eine höhere Sicherungsebene über den erkannten Fehler informiert werden (Schritt 303), und es kann überprüft werden, ob ein sofortiges Auslösen erforderlich ist (Schritt 304).
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Falls kein sofortiges Auslösen erforderlich ist, kann der Sicherungsfall innerhalb des betroffenen Teilbereichs des Bordnetzes 150 kommuniziert werden, z.B. damit ein Verbraucher mit doppelter Energieversorgung umschaltet werden kann (Schritt 305) und/oder damit ein Verbraucher über die anstehende Unterbrechung der Stromversorgung informiert wird. Ferner kann ggf. eine kontrollierte Deaktivierung und/oder Degradierung von ein oder mehreren Systemen erfolgen (Schritt 306).
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Wenn ein sofortiges Auslösen erforderlich ist oder nachdem die o.g. Schritte 305, 306 durchgeführt wurden, kann die Abschaltung des betroffenen Teilbereichs des Bordnetzes 150 erfolgen (Schritt 307). Des Weiteren kann eine Diagnose und/oder der Eintrag von Fehlern in einen Fehlerspeicher durchgeführt werden. (Schritt 308). Des Weiteren kann eine Fehlermeldung an einen Nutzer des Fahrzeugs 100 bewirkt werden (Schritt 309). Außerdem kann ein Notlauf des Fahrzeugs 100 (ohne den betroffenen und/oder abgetrennten Teilbereich des Bordnetzes 150) bewirkt werden (Schritt 310).
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines weiteren Verfahrens 400 zum Schutz eines elektrischen Bordnetzes 150 eines Kraftfahrzeugs 100. Das Verfahren 400 kann durch eine Steuereinheit 201 ausgeführt werden.
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Das Bordnetz 150 umfasst einen Stromverteiler 152 und eine Mehrzahl von ersten Leitungen 154, die eingerichtet sind, eine entsprechende Mehrzahl von elektrischen Komponenten 153 (insbesondere Verbraucher 101, 102, 103) mit dem Stromverteiler 152 zu verbinden. Des Weiteren umfasst das Bordnetz 150 eine Mehrzahl von halbleiterbasierten ersten Schaltelementen 204 für die entsprechende Mehrzahl von elektrischen Komponenten 153 bzw. für die entsprechende Mehrzahl von ersten Leitungen 154. Dabei kann ein erstes Schaltelement 204 auf einer ersten Leitung 154 ausgebildet sein, die jeweilige erste Leitung 154 zu unterbrechen (und damit die jeweilige Komponente 153 von dem Stromverteiler 152 zu trennen). Die einzelnen Komponenten 153 können somit jeweils mit einem Schaltelement 204 von dem Stromverteiler 152 getrennt (durch Öffnen des Schaltelements 204) oder verbunden (durch Schließen des Schaltelements 204) werden.
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Das Bordnetz 150 umfasst ferner eine zweite Leitung 155, die ausgebildet ist, den Stromverteiler 152 mit dem Bordnetz 150 zu verbinden. Der Stromverteiler 152 kann ausgebildet sein, den zweiten Strom auf der zweiten Leitung 155 auf die Mehrzahl von ersten Leitungen 154 aufzuteilen.
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Außerdem umfasst das Bordnetz 150 eine Begrenzungseinheit 205, 215, 151 (z.B. ein zweites Schaltelement 205 und/oder einen Wandler 215, 151), die eingerichtet ist, den zweiten Strom auf der zweiten Leitung 155 zu begrenzen oder zu unterbinden und/oder eine zweite Spannung auf der zweiten Leitung 155 zu verändern.
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Das Verfahren 400 umfasst das Bestimmen 401, dass ein bestimmtes erstes Schaltelement 204 nicht öffnet, obwohl der erste Strom durch das bestimmte erste Schaltelement 204 einen ersten Strom-Schwellenwert (bei dem das bestimmte erste Schaltelement 204 öffnen sollte) überschreitet. Des Weiteren umfasst das Verfahren 400, in Reaktion darauf, das Veranlassen 402 der Begrenzungseinheit 205, 215, 151, den zweiten Strom auf der zweiten Leitung 155 zu begrenzen oder zu unterbinden und/oder die zweite Spannung an der zweiten Leitung 155 zu reduzieren. So kann auch bei einem defekten ersten Schaltelement 204 ein zuverlässiger Schutz für das restliche Bordnetz 150 bereitgestellt werden.
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Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen wird es ermöglicht, ein sicherheitskritisches Ereignis 311 in einem Teilbereich eines Bordnetzes 150 ohne zusätzliche Schaltungsmittel abzufangen (ggf. allein auf Basis von Software). So können die Kosten, das Gewicht und der erforderliche Bauraum eines Fahrzeugs 100 reduziert werden. Des Weiteren kann die Verfügbarkeit eines Bordnetzes 150 erhöht werden. Ferner können in zuverlässiger und effizienter Weise eine Diagnose, eine Fehlerlokalisierung und ggf. ein Notlauf einzelnen Komponenten 153 des Bordnetzes 150 zugeordnet werden. Insbesondere können Fehlermeldungen und ein erforderlicher Komponententausch eindeutig einer betroffenen Komponente 153 zugeordnet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
