-
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Überwachung von Hochvolt-Sicherungen. Im Speziellen betrifft die Erfindung ein System zum Überwachen von Hochvolt-Sicherungen in Hochvolt-Bordnetzen.
-
Als Bordnetz wird die Gesamtheit aller elektrischen Komponenten in Fahrzeugen, wie beispielsweise in Kraftfahrzeugen (Kfz), Flugzeugen, Schiffen und bei der Eisenbahn bezeichnet. Der Begriff Bordnetz wird allgemein bei fast allen Fahrzeugen genutzt. Das Bordnetz ist für die Stromversorgung (Energiebordnetz) und den Informationsfluss zwischen Komponenten und Steuergeräten (Kommunikationsbordnetz) zuständig. Der Begriff Bordnetzspannung wird synonym für die elektrische Spannung bzw. die Nennspannung an Bord von Fahrzeugen verwendet. Zu den elektrischen Komponenten eines Bordnetzes zählen u. a. die Verkabelung, Steuergeräte, Sensoren, Anzeigeelemente (z. B. Warn- und Kontrollleuchten, Displays), Aktoren (z. B. Elektromotoren, Leuchten und Beleuchtungssysteme), Bussysteme, Energiespeicher (wie z. B. Batterien und Akkumulatoren) und Generatoren. Die Nennspannung üblicher Bordnetze von Personenkraftwagen (Pkw) liegt für gewöhnlich bei 12 Volt (12 V). Für Lastkraftwagen (Lkw) liegt die Nennspannung üblicher Bordnetze in Europa zumeist bei 24 Volt (24 V), in den USA hingegen bei 12 Volt (12 V). Mit einem 12-Volt-Bordnetz kann der Stromverbrauch, den moderne Kraftfahrzeuge für ihre Komfortsysteme benötigen, kaum mehr gedeckt werden. Seit einigen Jahren wird daher teilweise ein zweites Teilbordnetz mit einer Spannung von 48 Volt vorgesehen, welches das 12-Volt-Netz ergänzt.
-
Unter anderem für Hybrid- und Elektrofahrzeuge werden zusätzlich zu den genannten herkömmlichen Bordnetzen zunehmend Hochvolt-Bordnetze eingesetzt. Denn im Vergleich zu konventionellen Antrieben mit Verbrennungsmotoren werden bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen elektrische Leistungen im Bereich von 50 kW und mehr benötigt. Beispielsweise benötigt ein „Elektrifizierter Antrieb“ ein Hochvolt-Bordnetz. Ein solches Hochvolt-Bordnetz ist keine bloße Weiterentwicklung des herkömmlichen 12-Volt-Bordnetzes sondern ein eigenständiges System. Das Hochvolt-Bordnetz stellt als Energieverteiler des Fahrzeuges Leistungen von 50 kW und mehr bereit.
-
Zur Absicherung verschiedener Verbraucher (auch als Lasten bezeichnet) in einem Fahrzeug werden in Hochvolt-Bordnetzen sogenannte Hochvolt-Sicherungen eingesetzt. Diese Sicherungen sind üblicherweise als Schmelzsicherungen ausgebildet. Schmelzsicherungen, oftmals kurz auch nur als Sicherungen bezeichnet, werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt. Schmelzsicherungen dienen zum Schutz von Verbrauchern und Leitungen vor Überströmen, wie z. B. Kurzschlussströmen. Der Schutz von Leitungen und Geräten vor Überlastung und Kurzschluss wird erreicht, indem die Schmelzsicherung bei einer bestimmten Stromstärke den Stromfluss unterbricht. Die Schmelzsicherung ist daher als eine spezielle Überstromschutzeinrichtung anzusehen. Der Überstromschutz wird bei der Schmelzsicherung realisiert, indem durch das Abschmelzen eines hierfür vorgesehenen Schmelzkörpers, z. B. eines Schmelzleiters, der Stromkreis unterbrochen wird, wenn die Stromstärke des durch die Schmelzsicherung fließenden Stroms einen bestimmten Wert während einer ausreichenden Zeit überschreitet. Zu unterscheiden ist eine Schmelzsicherung von anderen Schutzeinrichtungen, wie Leitungsschutzschaltern, selbstrückstellenden Sicherungen und elektronischen Sicherungen. Im Gegensatz zu den genannten Schutzeinrichtungen können die meisten einmal ausgelösten Schmelzsicherungen nicht mehr verwendet werden und müssen ausgetauscht werden.
-
Generell ist es von Bedeutung, den Zustand von Sicherungen im Bordnetz zu überwachen. Dies gilt insbesondere bei Schmelzsicherungen, die oftmals als Einwegprodukt ausgebildet sind und in diesem Fall nach einmaligem Auslösen ausgetauscht werden müssen.
-
Zur Überwachung von Sicherungen wurde bislang die Verwendung von Optokopplern angedacht. Derartige Optokoppler melden die Spannung zwischen dem positiven Potential (HV+) und dem negativen Potential (HV-) nach den verwendeten Hochvolt-Sicherungen. Derartige Optokoppler sind nachteilig. Die Verwendung eines Überwachungssystems mit einem Optokoppler ist mit sehr hohen Verlustleistungen behaftet, da der Strom für die Leuchtdiode (LED) der Optokoppler aus der Hochvolt-Seite kommt und über große Vorwiderstände für die LED angepasst werden muss. Dies hat vor allem bei sehr hohen Systemspannungen große Verlustleistungen zur Folge.
-
Die
DE 10 2014 102 352 A1 bezieht sich auf ein Batteriespeichersystem mit einer wiederaufladbaren Batterieanordnung zur Speicherung und Bereitstellung von Energie und mit einem Schutzsystem, das eine Störlichtbogenschutzeinrichtung zum Schutz gegen Gefahren durch Störlichtbögen aufweist. Die Störlichtbogenschutzeinrichtung weist eine Überstromschutzeinheit, die Überstrombedingungen erfasst, die Störlichtbogenbedingungen im Falle einer geringen Impedanz der Batterieanordnung kennzeichnen, und eine Unterspannungsschutzeinheit auf, die Unterspannungsbedingungen erfasst, die Störlichtbogenbedingungen im Falle einer geringen Impedanz der Batterieanordnung kennzeichnen, wobei die Störlichtbogenschutzeinrichtung in dem Fall, dass sie die Überstrombedingungen und/oder die Unterspannungsbedingungen für eine minimale vorgegebene Zeitdauer erfasst, Schutzmaßnahmen einleitet, um einen weiteren Betrieb der Batterieanordnung zu verhindern. Ein Energieumwandlungssystem mit einem derartigen Batteriespeichersystem, das für stationäre und mobile Energieversorgungs- oder -verteilungsanwendungen verwendet werden kann, ist ebenfalls offenbart.
-
Die
DE 10 2016 210 058 A1 betrifft einen Stromverteiler für ein Fahrzeug, mit einem Eingang und mehreren Lastkanälen, welche den Eingang jeweils über eine Schmelzsicherung und eine Leitung mit einer angeschlossenen Last verbinden, sowie ein Sicherungssystem für ein Fahrzeug mit einem solchen Stromverteiler. Hierbei verbindet ein Ersatzkanal den Eingang über eine elektronische Sicherung mit den angeschlossenen Lasten, wobei eine Auswerte- und Steuereinheit die Schmelzsicherungen auf Funktionsfähigkeit überprüft und einen Halbleiterschalter der elektronischen Sicherung leitend schaltet und über den Ersatzkanal einen redundanten Strompfad zwischen dem Eingang und den angeschlossenen Lasten ausbildet, wenn zumindest eine der Schmelzsicherungen als ausgelöst erkannt ist.
-
Es besteht daher ein Bedarf nach einer verbesserten Überwachung von Hochvolt-Sicherungen in Hochvolt-Bordnetzen, insbesondere nach einer effizienten und dennoch zuverlässigen Überwachung von Hochvolt-Sicherungen in Hochvolt-Bordnetzen.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Überwachen von Hochvolt-Sicherungen in Hochvolt-Bordnetzen bereitgestellt. Das System weist ein Hochvolt-Bordnetz und eine Spannungsversorgungseinheit auf. Die Spannungsversorgungseinheit ist ausgebildet, eine Spannung von einem Bordnetz zu erhalten. Die Spannungsversorgungseinheit ist ausgebildet, aus der erhaltenen Spannung mehrere Referenzspannungen zu erzeugen.
-
Das Hochvolt-Bordnetz weist eine Hochvolt-Spannungsversorgung, einen ersten Verbraucherpfad, eine erste Detektionsschaltung, einen zweiten Verbraucherpfad und eine zweite Detektionsschaltung auf. Der erste Verbraucherpfad wird von der Hochvolt-Spannungsversorgung mit Spannung versorgt. Anders ausgedrückt, bei dem ersten Verbraucherpfad handelt es sich um einen ersten, von der Hochvolt-Spannungsversorgung mit Spannung versorgten Verbraucherpfad. Der erste Verbraucherpfad weist mindestens ein erstes Hochvolt-Sicherungs-Paar und einen ersten Verbraucher auf. Eine erste Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ist mit einem Eingang des ersten Verbrauchers und mit einem Eingang der ersten Detektionsschaltung verbunden. Eine zweite Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ist mit einem Ausgang des ersten Verbrauchers und mit einem Ausgang der ersten Detektionsschaltung verbunden.
-
Der zweite Verbraucherpfad wird von der Hochvolt-Spannungsversorgung mit Spannung versorgt. Anders ausgedrückt, bei dem zweiten Verbraucherpfad handelt es sich um einen zweiten, von der Hochvolt-Spannungsversorgung mit Spannung versorgten Verbraucherpfad. Der zweite Verbraucherpfad weist mindestens ein zweites Hochvolt-Sicherungs-Paar und einen zweiten Verbraucher auf. Eine erste Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ist mit einem Eingang des zweiten Verbrauchers und mit einem Eingang der zweiten Detektionsschaltung verbunden. Eine zweite Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ist mit einem Ausgang des zweiten Verbrauchers und mit einem Ausgang der zweiten Detektionsschaltung verbunden.
-
Die erste Detektionsschaltung ist ausgebildet, die von der Spannungsversorgungseinheit erzeugten mehreren Referenzspannungen zu erhalten. Die erste Detektionsschaltung ist ausgebildet, unter Berücksichtigung der mehreren Referenzspannungen zu detektieren, ob zumindest eine der ersten Hochvolt-Sicherung und der zweiten Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Dabei ist unter „unter Berücksichtigung der mehreren Referenzspannungen“ zu verstehen, dass die mehreren Referenzspannungen in irgendeiner Art und Weise bei der Detektion oder einer der Detektion zu Grunde liegenden Ermittlung verwendet werden. Das heißt, außer den mehreren Referenzspannungen können noch weitere Parameter und/oder Werte bei der Detektion oder einer der Detektion zu Grunde liegenden Ermittlung verwendet werden. Ferner bedeutet „unter Berücksichtigung der mehreren Referenzspannungen“ nicht zwingend, dass alle der mehreren Referenzspannungen berücksichtigt werden, um zu detektieren, dass die erste Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Ferner bedeutet „unter Berücksichtigung der mehreren Referenzspannungen“ nicht zwingend, dass alle der mehreren Referenzspannungen berücksichtigt werden, um zu detektieren, dass die zweite Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Unter „unter Berücksichtigung der mehreren Referenzspannungen“ ist lediglich zu verstehen, dass für die Detektion, ob die erste Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat, mindestens eine der mehreren Referenzspannungen berücksichtigt wird, und dass für die Detektion, ob die zweite Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat, mindestens eine andere der mehreren Referenzspannungen berücksichtigt wird, so dass für die Detektion, ob zumindest eine Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat, dann insgesamt alle der mehreren Referenzspannungen berücksichtigt werden.
-
Die zweite Detektionsschaltung ist ausgebildet, die von der Spannungsversorgungseinheit erzeugten mehreren Referenzspannungen zu erhalten. Die zweite Detektionsschaltung ist ausgebildet, unter Berücksichtigung der mehreren Referenzspannungen zu detektieren, ob zumindest eine der ersten Hochvolt-Sicherung und der zweiten Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Dabei ist unter „unter Berücksichtigung der mehreren Referenzspannungen“ zu verstehen, dass die mehreren Referenzspannungen in irgendeiner Art und Weise bei der Detektion oder einer der Detektion zu Grunde liegenden Ermittlung verwendet werden. Das heißt, außer den mehreren Referenzspannungen können noch weitere Parameter und/oder Werte bei der Detektion oder einer der Detektion zu Grunde liegenden Ermittlung verwendet werden. Ferner bedeutet „unter Berücksichtigung der mehreren Referenzspannungen“ nicht zwingend, dass alle der mehreren Referenzspannungen berücksichtigt werden, um zu detektieren, dass die erste Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Ferner bedeutet „unter Berücksichtigung der mehreren Referenzspannungen“ nicht zwingend, dass alle der mehreren Referenzspannungen berücksichtigt werden, um zu detektieren, dass die zweite Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Unter „unter Berücksichtigung der mehreren Referenzspannungen“ ist lediglich zu verstehen, dass für die Detektion, ob die erste Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat, mindestens eine der mehreren Referenzspannungen berücksichtigt wird, und dass für die Detektion, ob die zweite Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat, mindestens eine andere der mehreren Referenzspannungen berücksichtigt wird, so dass für die Detektion, ob zumindest eine Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat, dann insgesamt alle der mehreren Referenzspannungen berücksichtigt werden.
-
Auf diese Weise kann überwacht werden, ob eine oder mehrere der Hochvolt-Sicherungen des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars und/oder des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Mittels des Systems gemäß dem ersten Aspekt wird eine effiziente und zuverlässige Überwachung von Hochvolt-Sicherungen bereitgestellt. Es treten nur geringe Verluste auf und jedenfalls geringere Verluste als bei Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten Optokopplern, die von einer Hochvolt-Seite gespeist werden.
-
Bei den Hochvolt-Sicherungen kann es sich beispielsweise um Hochvolt-Schmelzsicherungen handeln.
-
Auch wenn hierin lediglich ein erster und ein zweiter Verbraucherpfad beschrieben werden, so ist die Erfindung nicht auf lediglich genau zwei Verbraucherpfade beschränkt. Es können auch drei oder mehr als drei Verbraucherpfade in dem System vorgesehen sein. Anders ausgedrückt kann das System mindestens zwei Verbraucherpfade aufweisen. Ferner kann eine der Anzahl von Verbraucherpfaden entsprechende Anzahl an Detektionsschaltungen vorgesehen sein. Anders ausgedrückt kann das System mindestens zwei Detektionsschaltungen aufweisen. Die Anzahl an Verbraucherpfaden und die Anzahl an Detektionsschaltungen können insbesondere aufeinander abgestimmt sein und sich beispielsweise entsprechen.
-
Die Spannungsversorgungseinheit stellt Referenzspannungswerte für die erste Detektionsschaltung und die zweite Detektionsschaltung und, falls vorhanden, weitere Detektionsschaltungen bereit. Es ist lediglich eine Spannungsversorgungseinheit notwendig, um Referenzspannungen für alle Detektionsschaltungen bereitzustellen. Dies erhöht die Effizienz des Systems, insbesondere bei zunehmender Anzahl von Verbraucherpfaden und Detektionsschaltungen.
-
Die Spannungsversorgungseinheit kann eine von dem Hochvolt-Bordnetz galvanisch getrennte Spannungsversorgungseinheit aufweisen. Beispielsweise kann die Spannungsversorgungseinheit als eine von dem Hochvolt-Bordnetz galvanisch getrennte Spannungsversorgungseinheit ausgebildet sein. Anders ausgedrückt, bei der Spannungsversorgungseinheit kann es sich um eine von dem Hochvolt-Bordnetz galvanisch getrennte Spannungsversorgungseinheit (oder kurz Spannungsversorgung) handeln.
-
Die erste Detektionsschaltung kann eine erste Spannungsteilerschaltung aufweisen. Die erste Detektionsschaltung kann eine erste Vergleicherschaltung aufweisen. Die erste Vergleicherschaltung ist ausgebildet, unter Berücksichtigung von an der ersten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerten und Referenzspannungswerten der mehreren Referenzspannungen zu detektieren, ob zumindest eine der ersten Hochvolt-Sicherung und der zweiten Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat.
-
Die zweite Detektionsschaltung kann eine zweite Spannungsteilerschaltung aufweisen. Die zweite Detektionsschaltung kann eine zweite Vergleicherschaltung aufweisen. Die zweite Vergleicherschaltung ist ausgebildet, unter Berücksichtigung von an der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerten und Referenzspannungswerten der mehreren Referenzspannungen zu detektieren, ob zumindest eine der ersten Hochvolt-Sicherung und der zweiten Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat.
-
Die erste Spannungsteilerschaltung kann einen ersten Spannungsteiler aufweisen. Die erste Spannungsteilerschaltung kann einen zweiten Spannungsteiler aufweisen. Die erste Vergleicherschaltung kann eine erste Vergleichskomponente aufweisen. Die erste Vergleichskomponente kann einen ersten Komparator aufweisen oder als erster Komparator ausgebildet sein. Die erste Vergleicherschaltung kann eine zweite Vergleichskomponente aufweisen. Die zweite Vergleichskomponente kann einen zweiten Komparator aufweisen oder als zweiter Komparator ausgebildet sein.
-
Die erste Vergleichskomponente der ersten Vergleicherschaltung kann ausgebildet sein, durch Vergleichen eines von dem ersten Spannungsteiler der ersten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerts und eines Referenzspannungswerts einer der mehreren Referenzspannungen, zu detektieren, ob die erste Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Der von dem ersten Spannungsteiler der ersten Spannungsteilerschaltung abgegriffene Spannungswert kann abhängig sein von einem Referenzspannungswert einer der mehreren Referenzspannungen. Die zweite Vergleichskomponente der ersten Vergleicherschaltung kann ausgebildet sein, durch Vergleichen eines von dem zweiten Spannungsteiler der ersten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerts und eines Referenzspannungswerts einer der mehreren Referenzspannungen, zu detektieren, ob die zweite Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Der von dem zweiten Spannungsteiler der ersten Spannungsteilerschaltung abgegriffene Spannungswert kann abhängig sein von einem Referenzspannungswert einer der mehreren Referenzspannungen.
-
Gemäß einer möglichen Realisierung kann die erste Vergleichskomponente der ersten Vergleicherschaltung ausgebildet sein, durch Vergleichen eines von dem ersten Spannungsteiler der ersten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerts und eines Referenzspannungswerts einer ersten der mehreren Referenzspannungen, zu detektieren, ob die erste Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Der von dem ersten Spannungsteiler der ersten Spannungsteilerschaltung abgegriffene Spannungswert kann abhängig sein von einem Referenzspannungswert einer zweiten der mehreren Referenzspannungen. Die zweite Vergleichskomponente der ersten Vergleicherschaltung kann ausgebildet sein, durch Vergleichen eines von dem zweiten Spannungsteiler der ersten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerts und eines Referenzspannungswerts einer dritten der mehreren Referenzspannungen, zu detektieren, ob die zweite Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Der von dem zweiten Spannungsteiler der ersten Spannungsteilerschaltung abgegriffene Spannungswert kann abhängig sein von einem Referenzspannungswert der zweiten der mehreren Referenzspannungen. Anhand dieser möglichen Realisierung wird deutlich, dass die Detektion, ob zumindest eine der Hochvolt-Sicherungen des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat, unter Berücksichtigung von (oder basierend auf) allen der mehreren Referenzspannungen erfolgt.
-
Die erste Detektionsschaltung kann eine erste Verpolschutzdiode aufweisen. Die erste Detektionsschaltung kann eine zweite Verpolschutzdiode aufweisen. Ein Eingang der ersten Verpolschutzdiode der ersten Detektionsschaltung kann mit einem Ausgang der ersten Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars verbunden sein. Ein Ausgang der ersten Verpolschutzdiode der ersten Detektionsschaltung kann mit einem Eingang der ersten Vergleicherschaltung verbunden sein. Ein Eingang der zweiten Verpolschutzdiode der ersten Detektionsschaltung kann mit einem Ausgang der ersten Vergleicherschaltung verbunden sein. Ein Ausgang der zweiten Verpolschutzdiode der ersten Detektionsschaltung kann mit einem Eingang der zweiten Hochvolt-Sicherung des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars verbunden sein.
-
Die zweite Spannungsteilerschaltung kann einen ersten Spannungsteiler aufweisen. Die zweite Spannungsteilerschaltung kann einen zweiten Spannungsteiler aufweisen. Die zweite Vergleicherschaltung kann eine erste Vergleichskomponente aufweisen. Die erste Vergleichskomponente kann einen ersten Komparator aufweisen oder als erster Komparator ausgebildet sein. Die zweite Vergleicherschaltung kann eine zweite Vergleichskomponente aufweisen. Die zweite Vergleichskomponente kann einen zweiten Komparator aufweisen oder als zweiter Komparator ausgebildet sein.
-
Die erste Vergleichskomponente der zweiten Vergleicherschaltung kann ausgebildet sein, durch Vergleichen eines von dem ersten Spannungsteiler der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerts und eines Referenzspannungswerts einer der mehreren Referenzspannungen, zu detektieren, ob die erste Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Der von dem ersten Spannungsteiler der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffene Spannungswert kann abhängig sein von einem Referenzspannungswert einer der mehreren Referenzspannungen. Die zweite Vergleichskomponente der zweiten Vergleicherschaltung kann ausgebildet sein, durch Vergleichen eines von dem zweiten Spannungsteiler der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerts und eines Referenzspannungswerts einer der mehreren Referenzspannungen, zu detektieren, ob die zweite Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Der von dem zweiten Spannungsteiler der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffene Spannungswert kann abhängig sein von einem Referenzspannungswert einer der mehreren Referenzspannungen.
-
Gemäß einer möglichen Realisierung kann die erste Vergleichskomponente der zweiten Vergleicherschaltung ausgebildet sein, durch Vergleichen eines von dem ersten Spannungsteiler der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerts und eines Referenzspannungswerts einer ersten der mehreren Referenzspannungen, zu detektieren, ob die erste Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Der von dem ersten Spannungsteiler der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffene Spannungswert kann abhängig sein von einem Referenzspannungswert einer zweiten der mehreren Referenzspannungen. Die zweite Vergleichskomponente der zweiten Vergleicherschaltung kann ausgebildet sein, durch Vergleichen eines von dem zweiten Spannungsteiler der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerts und eines Referenzspannungswerts einer dritten der mehreren Referenzspannungen, zu detektieren, ob die zweite Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat. Der von dem zweiten Spannungsteiler der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffene Spannungswert kann abhängig sein von einem Referenzspannungswert der zweiten der mehreren Referenzspannungen. Anhand dieser möglichen Realisierung wird deutlich, dass die Detektion, ob zumindest eine der Hochvolt-Sicherungen des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars ausgelöst hat, unter Berücksichtigung von (oder basierend auf) allen der mehreren Referenzspannungen erfolgt.
-
Die zweite Detektionsschaltung kann eine erste Verpolschutzdiode aufweisen. Die zweite Detektionsschaltung kann eine zweite Verpolschutzdiode aufweisen. Ein Eingang der ersten Verpolschutzdiode der zweiten Detektionsschaltung kann mit einem Ausgang der ersten Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars verbunden sein. Ein Ausgang der ersten Verpolschutzdiode der zweiten Detektionsschaltung kann mit einem Eingang der zweiten Vergleicherschaltung verbunden sein. Ein Eingang der zweiten Verpolschutzdiode der zweiten Detektionsschaltung kann mit einem Ausgang der zweiten Vergleicherschaltung verbunden sein. Ein Ausgang der zweiten Verpolschutzdiode der zweiten Detektionsschaltung kann mit einem Eingang der zweiten Hochvolt-Sicherung des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars verbunden sein.
-
Die Spannungsversorgungseinheit kann einen von dem Hochvolt-Bordnetz galvanisch getrennten Gleichspannungswandler (auch als DC/DC-Wandler bezeichnet) aufweisen. Der Gleichspannungswandler kann angeordnet und ausgebildet sein, die Spannung von dem Bordnetz (d. h. dem von dem Hochvolt-Bordnetz verschiedenen Bordnetz) zu erhalten. Der Gleichspannungswandler kann angeordnet und ausgebildet sein, aus der erhaltenen Spannung eine Ausgangsspannung zu erzeugen.
-
Die Spannungsversorgungseinheit kann eine Spannungsteilerschaltung mit mehreren Widerständen aufweisen. Die Spannungsteilerschaltung kann ausgebildet sein, basierend auf der von dem Bordnetz erhaltenen Spannung die mehreren Referenzspannungen zu erzeugen.
-
Die mehreren, von der Spannungsversorgungseinheit erzeugten Referenzspannungen können einen hohen Referenzspannungswert, einen mittleren Referenzspannungswert und einen niedrigen Referenzspannungswert aufweisen.
-
Die erste Vergleichskomponente (der ersten Vergleicherschaltung und/oder der zweiten Vergleicherschaltung) kann einen ersten Komparator aufweisen oder als erster Komparator ausgebildet sein. Der erste Komparator kann durch einen oder mehrere Operationsverstärker und weitere Komponenten gebildet/realisiert werden. Die zweite Vergleichskomponente (der ersten Vergleicherschaltung und/oder der zweiten Vergleicherschaltung) kann einen zweiten Komparator aufweisen oder als zweiter Komparator ausgebildet sein. Der zweite Komparator kann durch einen oder mehrere Operationsverstärker und weitere Komponenten gebildet/realisiert werden.
-
Auch wenn hierin von einem ersten und einem zweiten Verbraucher, einem ersten und zweiten Verbraucherpfad, einer ersten und zweiten Detektionsschaltung und/oder einem ersten und zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paar gesprochen wird, so ist die Erfindung nicht auf die genaue Anzahl von zwei derartiger Elemente beschränkt, beispielsweise auf die Überwachung von genau zwei Hochvolt-Sicherungs-Paaren. Beispielsweise können auch drei oder mehr als drei Hochvolt-Sicherungs-Paaren (z. B. in drei oder mehr Verbraucherpfaden) miteinander verschaltet, z. B. parallel geschaltet sein. Anders ausgedrückt kann ein System zum Überwachen von mindestens zwei parallel geschalteten Hochvolt-Sicherungs-Paaren bereitgestellt werden. Hierfür können entsprechend mindestens zwei Verbraucherpfade und mindestens zwei Detektionsschaltungen vorgesehen sein. Beispielsweise können das erste Hochvolt-Sicherungs-Paar, das zweite Hochvolt-Sicherungs-Paar und mindestens ein drittes Hochvolt-Sicherungs-Paar miteinander verschaltet sein, beispielsweise zueinander parallel geschaltet sein. In diesem Fall kann das System die drei Hochvolt-Sicherungs-Paare überwachen.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem System gemäß dem ersten Aspekt vorgeschlagen.
-
Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte in Bezug auf das System beschrieben wurden, so können diese Aspekte auch in entsprechender Weise in dem Fahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt und/oder einem dem System entsprechenden Verfahren realisiert sein/werden.
-
Die vorliegende Offenbarung soll weiter anhand von Figuren erläutert werden. Diese Figuren zeigen schematisch:
- 1 ein System zur Überwachung von Hochvolt-Sicherungen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2a und 2b eine mögliche Ausgestaltung des Systems aus 1.
-
Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu liefern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Offenbarung in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfolgend dargelegten Details abweichen können. Beispielsweise werden im Folgenden spezifische Konfigurationen und Ausgestaltungen eines Systems beschrieben, die nicht als einschränkend anzusehen sind.
-
1 zeigt schematisch ein System 10 zum Überwachen von Hochvolt-Sicherungen in Hochvolt-Bordnetzen. Das System 10 weist ein Hochvolt-Bordnetz 100 und eine Spannungsversorgungseinheit 200 auf. Die Spannungsversorgungseinheit 200 ist in dem Beispiel aus 1 von dem Hochvolt-Bordnetz 100 galvanisch getrennt. Anders ausgedrückt, bei der Spannungsversorgungseinheit 200 handelt es sich in dem Beispiel aus 1 um eine von dem Hochvolt-Bordnetz 100 galvanisch getrennte Spannungsversorgungseinheit 200, d. h. zwischen dem Hochvolt-Bordnetz 100 und der Spannungsversorgungseinheit 200 besteht keine leitende Verbindung. Demgemäß wird die Spannungsversorgungseinheit 200 beispielhaft im Folgenden als von dem Hochvolt-Bordnetz 100 galvanisch getrennte Spannungsversorgungseinheit 200 angesehen und bezeichnet. Die Spannungsversorgungseinheit 200 ist ausgebildet, eine Spannung U_V von einem Bordnetz zu erhalten. Alternativ kann die Spannungsversorgungseinheit 200 ausgebildet sein, die Spannung U_V von einer anderen Entität als einem Bordnetz zu erhalten. Das Bordnetz ist in 1 nicht gezeigt, ist jedoch eingangsseitig mit der Spannungsversorgungseinheit 200 direkt oder indirekt verbunden. Bei dem Bordnetz handelt sich um ein von dem Hochvolt-Bordnetz 100 verschiedenes Bordnetz. Bei dem Bordnetz kann es sich um ein herkömmliches Bordnetz, z. B. ein Niedrigvolt-Bordnetz mit einer Nennspannung von 12 V oder 24 V handeln, oder um ein Hochvolt-Bordnetz. Die Spannungsversorgungseinheit 200 ist ausgebildet, aus der erhaltenen Spannung U_V mehrere Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L zu erzeugen. In dem Beispiel aus 1 erzeugt die Spannungsversorgungseinheit 200 aus der (von dem Bordnetz) erhaltenen Spannung U_V drei Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L.
-
Das Hochvolt-Bordnetz 100 weist eine Hochvolt-Spannungsversorgung 110, einen ersten Verbraucherpfad 120, eine erste Detektionsschaltung 140, einen zweiten Verbraucherpfad 160 und eine zweite Detektionsschaltung 180 auf. Der erste Verbraucherpfad 120 wird von der Hochvolt-Spannungsversorgung 110 mit Spannung versorgt. Anders ausgedrückt, bei dem ersten Verbraucherpfad 110 handelt es sich um einen ersten, von der Hochvolt-Spannungsversorgung 110 mit Spannung versorgten Verbraucherpfad 120. Auch wenn in 1 nicht explizit dargestellt, so kann die Spannungsversorgungseinheit ferner ausgebildet sein, beispielsweise aus der erhaltenen Spannung U_V Versorgungsspannungen zum Betrieb von Komponenten der ersten Detektionsschaltung 140 und/oder zweiten Detektionsschaltung 180 zu erzeugen.
-
Der erste Verbraucherpfad 120 weist mindestens ein erstes Hochvolt-Sicherungs-Paar F11, F12 und einen ersten Verbraucher L1 auf. Das Hochvolt-Sicherungs-Paar F11, F12 und der erste Verbraucher sind seriell miteinander (in Reihe zueinander) verschaltet. Eine erste Hochvolt-Sicherung F11 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 ist mit einem Eingang des ersten Verbrauchers L1 verbunden. Die erste Hochvolt-Sicherung F11 ist ferner mit einem Eingang der ersten Detektionsschaltung 140 verbunden. Eine zweite Hochvolt-Sicherung F12 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 ist mit einem Ausgang des ersten Verbrauchers L1. Die zweite Hochvolt-Sicherung F12 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 ist ferner mit einem Ausgang der ersten Detektionsschaltung 140 verbunden.
-
Der zweite Verbraucherpfad 160 wird von der Hochvolt-Spannungsversorgung 110 mit Spannung versorgt. Anders ausgedrückt, bei dem zweiten Verbraucherpfad 160 handelt es sich um einen zweiten, von der Hochvolt-Spannungsversorgung 110 mit Spannung versorgten Verbraucherpfad 160. Der zweite Verbraucherpfad 160 weist mindestens ein zweites Hochvolt-Sicherungs-Paar F21, F22 und einen zweiten Verbraucher L2 auf. Eine erste Hochvolt-Sicherung F21 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 ist mit einem Eingang des zweiten Verbrauchers L2 verbunden. Die erste Hochvolt-Sicherung F21 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 ist mit einem Eingang der zweiten Detektionsschaltung 180 verbunden. Eine zweite Hochvolt-Sicherung F22 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 ist mit einem Ausgang des zweiten Verbrauchers L2. Die zweite Hochvolt-Sicherung F22 des zweiten Hochvolt-Sicherungspaars F21, F22 ist mit einem Ausgang der zweiten Detektionsschaltung 180 verbunden.
-
Die erste Detektionsschaltung 140 ist ausgebildet, die von der (galvanisch getrennten) Spannungsversorgungseinheit 200 erzeugten mehreren Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L und ggf. Versorgungsspannungen zum Betrieb von Komponenten der ersten Detektionsschaltung 140 zu erhalten. Die erste Detektionsschaltung 140 ist ausgebildet, unter Berücksichtigung der (basierend auf den) mehreren Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L zu detektieren, ob zumindest eine der ersten Hochvolt-Sicherung F11 und der zweiten Hochvolt-Sicherung F12 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 ausgelöst hat. Die zweite Detektionsschaltung 180 ist ausgebildet, die von der Spannungsversorgungseinheit 200 erzeugten mehreren Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L und ggf. Versorgungsspannungen zum Betrieb von Komponenten der zweiten Detektionsschaltung 180 zu erhalten. Die zweite Detektionsschaltung 180 ist ausgebildet, unter Berücksichtigung der mehreren Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L zu detektieren, ob zumindest eine der ersten Hochvolt-Sicherung F21 und der zweiten Hochvolt-Sicherung F22 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 ausgelöst hat.
-
Auf diese Weise kann überwacht werden, ob eine oder mehrere der Hochvolt-Sicherungen des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 und/oder des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 ausgelöst hat.
-
Die Detektion wird nun genauer unter Bezugnahme auf die spezifische Ausgestaltung aus 2a und 2b beschrieben werden. Das heißt, weitere mögliche Details des Systems 10 aus 1 werden nun in Bezug auf die 2a und 2b beschrieben. 2a zeigt eine mögliche spezifische Ausgestaltung des Hochvolt-Bordnetzes 100 aus 1. 2b zeigt eine mögliche spezifische Ausgestaltung der von dem Hochvolt-Bordnetz 100 beispielsweise galvanisch getrennten Spanungsversorgung 200 aus 1.
-
Die Spannungsversorgungseinheit 200 weist eine von dem Hochvolt-Bordnetz 100 galvanisch getrennte Spannungsversorgungskomponente 220 auf. Die Spannungsversorgungseinheit 200, genauer gesagt die Spannungsversorgungskomponente 220, weist einen von dem Hochvolt-Bordnetz 100 galvanisch getrennten Gleichspannungswandler 230 auf. Anders ausgedrückt, zwischen dem Bordnetz 100 (z. B. einem Niedervolt-Bordnetz) und dem gezeigten Schaltungsanteil des Hochvolt-Bordnetzes 100 oder dem Hochvolt-Bordnetz 100 insgesamt besteht keine leitende Verbindung. Der Gleichspannungswandler 230 ist angeordnet und ausgebildet, eine Spannung U_V von dem Bordnetz zu erhalten. Die Spannung U_V ergibt sich aus der Potentialdifferenz zwischen den beiden in 2b angedeuteten Potentialen U_V+, U_V- der eingangsseitig in den Gleichspannungswandler 230 führenden Leiter. Die von dem Bordnetz erhaltene Spannung kann beispielsweise 12 V oder 24 V oder 48 V betragen. Generell kann das Bordnetz als Niedervolt-Bordnetz ausgebildet sein, das eine Nennspannung von beispielsweise 12 V oder 24 V bereitstellt. Solche Niedervolt-Bordnetze sind herkömmlicherweise in Fahrzeugen enthalten. Zum Beispiel kann im Falle eines Niedervolt-Bordnetzes für Personenkraftwagen (PKW) eine Nennspannung von 12 V oder 48 V bereitgestellt werden. Ferner kann im Falle eines Niedervolt-Bordnetzes für Lastkraftwagen (LKW) eine Nennspannung von 12 V oder 24 V bereitgestellt werden. Ferner kann der Gleichspannungswandler 230 angeordnet und ausgebildet sein, eine Spannung U_V von einem Hochvolt-Bordnetz, z. B. dem Hochvolt-Bordnetz 100, und insbesondere einer Hochvolt-Spannungsversorgung oder Hochvolt-Batterie, z. B. der Hochvolt-Spannungsversorgung 110 oder Hochvolt-Batterie 110, zu erhalten. Der Gleichspannungswandler 230 ist angeordnet und ausgebildet, aus der erhaltenen Spannung U_V eine Ausgangsspannung U_U zu erzeugen. Die Ausgangsspannung U_U entspricht dem Potentialgefälle zwischen FLOAT_U+ und schwimmender (floating) Masse/Erde FLOAT_GND. Die Ausgangsspannung kann beispielsweise in einem Bereich von 5 V bis 12 V liegen.
-
Die Spannungsversorgungseinheit 200 weist eine Spannungsteilerschaltung 240 auf. Die Spannungsteilerschaltung 240 weist mehrere, in dem Beispiel aus 2b vier, Widerstände R1, R2, R3, R4 auf. Mittels der mehreren Widerstände R1, R2, R3, R4 bildet die Spannungsteilerschaltung 240 mehrere Spannungsteiler. Die Spannungsteilerschaltung 240 ist ausgebildet, basierend auf der von dem Bordnetz erhaltenen Spannung U_V, genauer gesagt basierend auf der von dem Spannungswandler ausgegebenen Spannung U_U, die mehreren Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L zu erzeugen. Genauer gesagt können über die Spannungsteilerschaltung 240 mehrere Spannungen, insbesondere die mehreren Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L, abgegriffen werden. Die Referenzspannung COMP_H ergibt sich aus einem Spannungsabfall des Spannungsteilers über die Widerstände R2, R3, R4. Die Referenzspannung COMP_REF ergibt sich aus einem Spannungsabfall des Spannungsteilers über die Widerstände R3, R4. Die Referenzspannung COMP_L ergibt sich aus einem Spannungsabfall des Spannungsteilers über den Widerstand R4. Hieraus zeigt sich, dass die mehreren, von der Spannungsversorgungseinheit 200 erzeugten Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L unterschiedliche hohe Pegel oder Werte annehmen können und generell in einen hohen Referenzspannungswert COMP_H, einen mittleren Referenzspannungswert COMP_REF und einen niedrigen Referenzspannungswert COMP_L aufgeteilt werden können. Wie ferner in 2b beispielhaft dargestellt, ist die Spannungsversorgungseinheit 200 ferner ausgebildet, aus der erhaltenen Spannung U_V Versorgungsspannungen FLOAT_U+, FLOAT_GND zum Betrieb von später noch genauer beschriebenen Komparatoren U1, U2 U3, U4 zu erzeugen.
-
Es werden nun Details des Hochvolt-Bordnetzes 100 aus 2a beschrieben. Wie bereits in Bezug auf 1 beschrieben, weist das Hochvolt-Bordnetz 100 eine Hochvolt-Spannungsversorgung 110, einen ersten Verbraucherpfad 120, eine erste Detektionsschaltung 140, einen zweiten Verbraucherpfad 160 und eine zweite Detektionsschaltung 180 auf. Die Hochvolt-Spannungsversorgung 110 kann beispielsweise eine Hochvolt-Batterie aufweisen oder als Hochvolt-Batterie ausgebildet sein. Die Hochvolt-Spannungsversorgung, z. B. die Hochvolt-Batterie, 110 kann beispielsweise eine Spannung in einem Bereich von 450 V bis 880 V, z. B. von 850 V, bereitstellen.
-
Wie bereits in Bezug auf 1 beschrieben, weist der erste Verbraucherpfad 120 mindestens ein erstes Hochvolt-Sicherungs-Paar F11, F12 und einen ersten Verbraucher L1 auf. Das Hochvolt-Sicherungs-Paar F11, F12 und der erste Verbraucher L1 sind seriell miteinander verschaltet. Eine erste Hochvolt-Sicherung F11 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 ist mit einem Eingang des ersten Verbrauchers L1 verbunden. Die erste Hochvolt-Sicherung F11 ist ferner mit einem Eingang der ersten Detektionsschaltung 140 verbunden. Eine zweite Hochvolt-Sicherung F12 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 ist mit einem Ausgang des ersten Verbrauchers L1 verbunden. Die zweite Hochvolt-Sicherung F12 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 ist ferner mit einem Ausgang der ersten Detektionsschaltung 140 verbunden.
-
Die erste Detektionsschaltung 140 weist eine erste Spannungsteilerschaltung und eine erste Vergleicherschaltung auf. Die erste Spannungsteilerschaltung weist beispielhaft die fünf Widerstände R11, R13, R15, R14, R12 auf. Die erste Spannungsteilerschaltung weist einen ersten Spannungsteiler auf, der beispielhaft durch die Widerstände R11, R13 gebildet wird. Die erste Spannungsteilerschaltung weist ferner einen zweiten Spannungsteiler auf, der durch die Widerstände R14, R12 gebildet wird. Die erste Vergleicherschaltung weist eine erste Vergleichskomponente auf. Die erste Vergleichskomponente ist beispielhaft als erster Komparator U1 ausgebildet. Die erste Vergleicherschaltung weist eine zweite Vergleichskomponente auf. Die zweite Vergleichskomponente ist beispielhaft als zweiter Komparator U2 ausgebildet. Die erste Vergleicherschaltung ist ausgebildet, unter Berücksichtigung von an der ersten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerten und Referenzspannungswerten der mehreren Referenzspannungen zu detektieren, ob zumindest eine der ersten Hochvolt-Sicherung F11 und der zweiten Hochvolt-Sicherung F12 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 ausgelöst hat.
-
Anders ausgedrückt, die erste Vergleicherschaltung weist eine erste Vergleichskomponente und eine zweite Vergleichskomponente auf. Die erste Vergleichskomponente ist in dem Beispiel aus 2a als ein Komparator U1 ausgebildet. Die zweite Vergleichskomponente ist in dem Beispiel aus 2a als ein Komparator U2 ausgebildet. Die erste Vergleichskomponente U1 der ersten Vergleicherschaltung ist ausgebildet, durch Vergleichen eines von dem ersten Spannungsteiler R11, R13 der ersten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerts und eines Referenzspannungswerts der Referenzspannung COMP_H der mehreren Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L, zu detektieren, ob die erste Hochvolt-Sicherung F11 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 ausgelöst hat. Die zweite Vergleichskomponente U2 der ersten Vergleicherschaltung ist ausgebildet, durch Vergleichen eines von dem zweiten Spannungsteiler R12, R14 der ersten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerts und eines Referenzspannungswerts der Referenzspannung COMP_L der mehreren Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L, zu detektieren, ob die zweite Hochvolt-Sicherung F12 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 ausgelöst hat.
-
Die erste Detektionsschaltung 140 weist eine erste Verpolschutzdiode (Verpolungsschutzdiode) D11 auf. Die erste Detektionsschaltung 140 weist ferner eine zweite Verpolschutzdiode (Verpolungsschutzdiode) D12 auf. Ein Eingang der ersten Verpolschutzdiode D11 der ersten Detektionsschaltung 140 ist mit einem Ausgang der ersten Hochvolt-Sicherung F11 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars verbunden F11, F12. Die erste Verpolschutzdiode D11 lässt nur einen Stromfluss in eine Richtung zu (Flussrichtung), in die andere Richtung sperrt sie (Sperrrichtung). Demgemäß kann die erste Detektionsschaltung 140 nur von einem Strom durchflossen werden, der aus Richtung der ersten Hochvolt-Sicherung F11 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 kommt und die erste Verpolschutzdiode D11 in Richtung des Widerstands R11 durchfließt. Ein Ausgang der ersten Verpolschutzdiode D11 der ersten Detektionsschaltung 140 ist mit einem Eingang der ersten Spannungsteilerschaltung verbunden. Ein Eingang der zweiten Verpolschutzdiode D12 der ersten Detektionsschaltung 140 ist mit einem Ausgang der ersten Spannungsteilerschaltung verbunden. Ein Ausgang der zweiten Verpolschutzdiode D12 der ersten Detektionsschaltung 140 ist mit einem Eingang der zweiten Hochvolt-Sicherung F12 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 verbunden. Die zweite Verpolschutzdiode D12 lässt nur einen Stromfluss in eine Richtung zu (Flussrichtung), in die andere Richtung sperrt sie (Sperrrichtung). Demgemäß kann die erste Detektionsschaltung 140 nur von einem Strom durchflossen werden, der aus Richtung des Widerstands R12 kommt und durch die zweite Verpolschutzdiode D12 in Richtung der zweiten Hochvolt-Sicherung F12 des ersten Hochvolt-Sicherungs-Paars F11, F12 fließt.
-
Der zweite Verbraucherpfad 160 wird von der Hochvolt-Spannungsversorgung 110 mit Spannung versorgt. Anders ausgedrückt, bei dem zweiten Verbraucherpfad 160 handelt es sich um einen zweiten, von der Hochvolt-Spannungsversorgung 110 mit Spannung versorgten Verbraucherpfad 160. Der zweite Verbraucherpfad 160 weist mindestens ein zweites Hochvolt-Sicherungs-Paar F21, F22 und einen zweiten Verbraucher L2 auf. Eine erste Hochvolt-Sicherung F21 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 ist mit einem Eingang des zweiten Verbrauchers L2 verbunden. Die erste Hochvolt-Sicherung F21 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 ist mit einem Eingang der zweiten Detektionsschaltung 180 verbunden. Eine zweite Hochvolt-Sicherung F22 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 ist mit einem Ausgang des zweiten Verbrauchers L2 verbunden. Die zweite Hochvolt-Sicherung F22 des zweiten Hochvolt-Sicherungspaars F21, F22 ist mit einem Ausgang der zweiten Detektionsschaltung 180 verbunden.
-
Die zweite Detektionsschaltung 180 weist eine zweite Spannungsteilerschaltung und eine zweite Vergleicherschaltung auf. Die zweite Spannungsteilerschaltung weist die Widerstände R21, R23, R25, R24, R22 auf. Die zweite Spannungsteilerschaltung weist einen ersten Spannungsteiler auf, der durch die Widerstände R21, R23 gebildet wird. Die zweite Spannungsteilerschaltung weist einen zweiten Spannungsteiler auf, der durch die Widerstände R24, R22 gebildet wird. Die zweite Vergleicherschaltung weist eine erste Vergleichskomponente auf. Die erste Vergleichskomponente ist in dem Beispiel aus 2a als ein Komparator U3 ausgebildet. Die zweite Vergleicherschaltung weist eine zweite Vergleichskomponente auf. Die zweite Vergleichskomponente ist in dem Beispiel aus 2a als ein Komparator U4 ausgebildet. Die zweite Vergleicherschaltung ist ausgebildet, unter Berücksichtigung von an der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerten und Referenzspannungswerten der mehreren Referenzspannungen zu detektieren, ob zumindest eine der ersten Hochvolt-Sicherung F21 und der zweiten Hochvolt-Sicherung F22 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 ausgelöst hat.
-
Die zweite Detektionsschaltung 180 weist eine zweite Spannungsteilerschaltung auf. Die zweite Detektionsschaltung 180 weist eine zweite Vergleicherschaltung auf. Die zweite Vergleicherschaltung ist ausgebildet, unter Berücksichtigung von an der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerten und Referenzspannungswerten der mehreren Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L zu detektieren, ob zumindest eine der ersten Hochvolt-Sicherung F21 und der zweiten Hochvolt-Sicherung F22 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 ausgelöst hat.
-
Anders ausgedrückt, die erste Vergleicherschaltung weist eine erste Vergleichskomponente und eine zweite Vergleichskomponente auf. Die erste Vergleichskomponente ist beispielhaft als erster Komparator U3 ausgebildet. Die zweite Vergleichskomponente ist beispielhaft als zweiter Komparator U4 ausgebildet. Die erste Vergleichskomponente der zweiten Vergleicherschaltung ist ausgebildet, durch Vergleichen eines von dem ersten Spannungsteiler R21, R23 der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerts und eines Referenzspannungswerts der Referenzspannung COMP_H der mehreren Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L, zu detektieren, ob die erste Hochvolt-Sicherung F21 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 ausgelöst hat. Die zweite Vergleichskomponente U4 der zweiten Vergleicherschaltung ist ausgebildet, durch Vergleichen eines von dem zweiten Spannungsteiler R22, R24 der zweiten Spannungsteilerschaltung abgegriffenen Spannungswerts und eines Referenzspannungswerts der Referenzspannung COMP_L der mehreren Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L, zu detektieren, ob die zweite Hochvolt-Sicherung F22 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 ausgelöst hat. Die Komparatoren U1, U3 können jeweils die von der (galvanisch getrennten) Spannungsversorgungseinheit 200 erzeugte Referenzspannung COMP_H und, als Betriebsspannungen, die von der Spannungsversorgungseinheit 200 erzeugten Versorgungsspannungen FLOAT_U+ und FLOAT_GND erhalten. Die Komparatoren U2, U4 können jeweils die von der (galvanisch getrennten) Spannungsversorgungseinheit 200 erzeugte Referenzspannung COMP_L und, als Betriebsspannungen, die von der Spannungsversorgungseinheit 200 erzeugten Versorgungsspannungen FLOAT_U+ und FLOAT_GND erhalten.
-
Die zweite Detektionsschaltung 180 weist eine erste Verpolschutzdiode D21 auf. Die zweite Detektionsschaltung 180 weist eine zweite Verpolschutzdiode D22 auf. Ein Eingang der ersten Verpolschutzdiode D21 der zweiten Detektionsschaltung 180 ist mit einem Ausgang der ersten Hochvolt-Sicherung F21 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 verbunden. Ein Ausgang der ersten Verpolschutzdiode D21 der zweiten Detektionsschaltung 180 ist mit einem Eingang der zweiten Spannungsteilerschaltung verbunden. Ein Eingang der zweiten Verpolschutzdiode D22 der zweiten Detektionsschaltung 180 ist mit einem Ausgang der zweiten Spannungsteilerschaltung verbunden. Ein Ausgang der zweiten Verpolschutzdiode D22 der zweiten Detektionsschaltung 180 ist mit einem Eingang der zweiten Hochvolt-Sicherung F22 des zweiten Hochvolt-Sicherungs-Paars F21, F22 verbunden.
-
Bei der folgenden zusammenfassenden Beschreibung der 2a und 2b und der nachfolgenden Beschreibung der Funktionsweise derselben, wird der Begriff Hochvolt teilweise als HV abgekürzt. Ferner wird teilweise als Beispiel für eine HV-Spannungsversorgung 110 eine HV-Batterie 110 angenommen.
-
Wie genannt, zeigt die 2a schematisch einen möglichen, vereinfachten Aufbau eines HV-Bordnetzes 100, in welches/welchem die Detektionsschaltungen 140, 180 implementiert sind. Die HV-Batterie als mögliche HV-Spannungsversorgung 110 versorgt in diesem Bild die Verbraucher/Lasten L1 und L2 über die jeweils den Verbrauchern/Lasten L1, L2 zugeordneten HV-Sicherungen. Hierbei sind die HV-Sicherungen F11 und F12 dem Verbraucher / der Last L1 zugeordnet und dienen zur Absicherung dieser Last L1. Ferner sind die HV-Sicherungen F21 und F22 dem Verbraucher / der Last L2 zugeordnet und dienen zur Absicherung dieser Last L2.
-
Zusätzlich zeigt die 2b eine beispielsweise galvanisch getrennte Spannungsversorgungseinheit 200 zur Versorgung der Schaltung gemäß 2a aus beispielsweise einem Fahrzeugbordnetz. Auf der Eingangsseite ist die Spannungsversorgungseinheit 200 mit dem Fahrzeugbordnetz verbunden. Auf der Ausgangsseite der Spannungsversorgungseinheit 200 werden über die Reihenschaltung der Widerstände R1, R2, R3, R4 Widerstandskette R1, R2, R3, R4 als Mehrfachspannungsteiler mehrere Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L erzeugt. Die mehreren Referenzspannungen COMP_H, COMP_REF, COMP_L werden den Detektionsschaltungen 140, 180 aller Verbraucherpfade 120, 160 zur Verfügung gestellt. Ferner können die Versorgungsspannungen FLOAT_U+ und FLOAT_GND von der Spannungsversorgungseinheit 200 erzeugt und den Detektionsschaltungen 140, 180 aller Verbraucherpfade 120, 160 zur Verfügung gestellt werden. Jeder Verbraucherpfad 120, 160 besitzt eine eigene Detektionsschaltung 140, 180, welche aus der (galvanisch getrennten) Spannungsversorgungseinheit 200 versorgt werden.
-
Details zur Funktionsweise des Systems 10 werden nun beschrieben.
-
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Detektionsschaltung 140 anhand des Verbraucherpfades 120 beschrieben. Die Detektionsschaltung 140 weist in ihrer in 2a dargestellten (einfachst möglichen) Ausführungsvariante zwei Verpolschutzdioden D11, D12 und fünf Widerstände R11, R12, R13, R14, R15 sowie zwei Komparatoren U1, U2 auf. Die Widerstände R11, R12, R13, R14, R15 bilden eine Spannungsteilerschaltung mit mehreren Abgriffen. Über die mehreren Abgriffe werden sozusagen mehrere Spannungsteiler in der Spannungsteilerschaltung implementiert. Dabei ist der Widerstandswert des Widerstand R11 gleich dem Widerstandswert des Widerstands R12. Ferner ist der Widerstandswert von R13 gleich dem Widerstandswert von Widerstand R14. Das Widerstandsverhältnis von Widerstand R11 zu Widerstand R13 ist so bemessen, dass die im Normalbetrieb über R13 abfallende Spannung größer ist als die Spannungsdifferenz zwischen den Referenzspannungen COMP_H und COMP_REF. Das Widerstandsverhältnis von Widerstand R12 zu Widerstand R14 ist so bemessen, dass die im Normalbetrieb über R14 abfallende Spannung größer ist als die Spannungsdifferenz zwischen den Referenzspannungen COMP_REF und COMP_L. Infolge der gleichen Dimensionierung des ersten Spannungsteilers R11, R13 und des zweiten Spannungsteilers R12, R14 relativ zueinander liegt am Punkt COMP_REF im Normalbetrieb immer die halbe Spannung der HV-Batterie 110 an. Anders ausgedrückt, da der Widerstandswert von Widerstand R11 gleich dem Widerstandswert von Widerstand R12 ist und da der Widerstandswert von Widerstand R13 gleich dem Widerstandswert von Widerstand R14 ist, liegt am Punkt COMP_REF im Normalbetrieb immer die halbe Spannung der HV-Batterie 110 an. An dieser Hälfte des Spannungsteilers besteht eine Verbindung mit der Spannungsversorgungseinheit 200. Beispielsweise kann an dem Punkt COMP_REF aus 2a eine leitende Verbindung vorgesehen sein, um die Schaltung aus 2a mit der Schaltung aus 2b zu verbinden.
-
Die Ausführungen entsprechend den ersten Verbraucherpfad 120 und die erste Detektionsschaltung 140 gelten entsprechend für den zweiten Verbraucherpfad 160 und die zweite Detektionsschaltung 180.
-
In dem in 2a gezeigten Beispiel können die Komparatoren U1, U3 beispielhaft als nicht-invertierende Komparatoren und die Komparatoren U2, U4 als invertierende Komparatoren ausgebildet sein. Andere Ausgestaltungen sind denkbar und möglich. Bei einem nicht-invertierenden Komparator wird die Referenzspannung, im Fall aus 2a also die Referenzspannung COMP_H im Falle der Komparatoren U1, U3, an den invertierenden Eingang des jeweiligen Komparators angelegt. Das Eingangssignal wird jeweils an den nicht-invertierenden Eingang des Komparators angeschlossen. Bei einem nicht-invertierenden Komparator wird als Ausgang eine digitale 0 (ein LOW-Pegel) ausgegeben, wenn die Eingangsspannung kleiner ist als die Referenzspannung. Wenn die Eingangsspannung hingegen gleich groß ist wie oder größer ist als die Referenzspannung, wird eine digitale 1 (ein HIGH-Pegel) ausgegeben. Bei einem invertierenden Komparator wird die Referenzspannung, im Fall aus 2a also die Referenzspannung COMP_L im Falle der Komparatoren U2, U4, an den nicht-invertierenden Eingang des jeweiligen Komparators angeschlossen. Das Eingangssignal wird jeweils an den invertierenden Eingang des Komparators angeschlossen. Bei einem invertierenden Komparator wird als Ausgang eine digitale 0 (ein LOW-Pegel) ausgegeben, wenn die Eingangsspannung größer ist als die Referenzspannung. Wenn die Eingangsspannung hingegen gleich groß ist wie oder kleiner ist als die Referenzspannung, wird eine digitale 1 (ein HIGH-Pegel) ausgegeben. Alternativ wäre es möglich, invertierende und nicht-invertierende Komparatoren in 2a zu vertauschen oder flexibel miteinander zu kombinieren. Die Komparatoren U1, U2, U3, U4 können jeweils aufgebaut sein durch einen oder mehrere Operationsverstärker und/oder weitere Komponenten.
-
Im normalen Betrieb, d. h. wenn alle Sicherungen F11, F12, F21, F22 intakt sind, fällt über dem Strang D11, R11, R13, R14, R12, D12 die volle Batteriespannung der Hochvolt-Batterie 110 ab. Durch die gleiche Bemessung der Widerstände R11 und R12 einerseits und der Widerstände R13 und R14 andererseits, liegt in diesem Fall am Knoten zwischen R13, R14 und R15 die halbe Spannung der Hochvolt-Batterie 110 an. COMP_REF entspricht somit auch der halben HV-Batteriespannung der HV-Batterie 110. Dabei ist der Spannungsabfall über dem Widerstand R13 größer als die Spannungsdifferenz zwischen COMP_H und COMP_REF. Folglich liegt am positiven Eingang des Komparators U1 eine Spannung an, die größer ist als COMP_H. Da somit die Spannung am positiven Eingang des Komparators U1 größer ist als die Spannung am negativen Eingang (hier liegt COMP_H an), schaltet der Komparator U1 seinen Ausgang auf logisch 1 (oder nimmt einen HIGH-Pegel an).
-
Analog dazu verhält es sich mit dem Widerstand R14 und dem Komparator U2. Dabei ist der Spannungsabfall über dem Widerstand R14 kleiner als die Spannungsdifferenz zwischen COMP_REF und COMP_L. Folglich liegt am negativen Eingang des Komparators U2 eine Spannung an, die kleiner ist als COMP_L. Da somit die Spannung am positiven Eingang (hier liegt COMP_L an) des Komparators U2 größer ist als die Spannung am negativen Eingang, schaltet der Komparator U2 seinen Ausgang auf logisch 1 (oder nimmt einen HIGH-Pegel an). Zusammengefasst, da die Eingangsspannung am negativen Eingang durch den Spannungsfall über R14 kleiner ist als die Spannung am positiven Eingang, schaltet auch dieser Komparator U2 seinen Ausgang auf logisch 1.
-
Kommt es in einem der Verbraucherpfade 120, 160 nun infolge einer Überlast zum Auslösen einer Sicherung, verändert sich dadurch das oben beschriebene Szenario wie folgt. Beispielhaft wird im Folgenden angenommen, dass die Hochvolt-Sicherung F11 ausgelöst hat. Durch Auslösen der Hochvolt-Sicherung F11 liegt nun über dem Strang D11, R11, R13, R14, R12, D12 nicht mehr die volle Batteriespannung der HV-Batterie 110 an. Konkret ist der Pfad D11, R11, R13, aufgrund der ausgelösten HV-Sicherung F11, von keinem Strom mehr durchflossen und erfährt dadurch keinen Spannungsabfall mehr. Durch den Pfad D12, R12, R14 fließt weiterhin ein Strom, welcher durch den Widerstand R15 aus dem Knoten COMP_REF gespeist wird. An COMP_REF stellt sich dabei eine Spannung ein, die ungefähr 1/3 der HV-Batteriespannung der HV-Batterie 110 beträgt. Der Wert von 1/3 liegt an dem dargestellten Beispiel mit zwei Verbraucherpfaden 120, 140. Bei einer Schaltung mit mehr als zwei Verbraucherpfaden würde sich die Spannung entsprechend ändern und entsprechend höher sein.
-
Durch den fehlenden Stromfluss durch den Widerstand R13 ist die Spannung am positiven Eingang des Komparators U1 nun ungefähr gleich der Spannung an COMP_REF. Die Spannung an COMP_REF ist niedriger als die Referenzspannung COMP_H. Folglich ist der Spannungswert am positiven (nicht-invertierenden) Eingang des Komparators U1 somit niedriger als die Spannung am negativen (invertierenden) Eingang des Komparators U1. Durch dieses, nun negative Spannungsgefälle zwischen den Eingängen des Komparators U1 schaltet der Komparator U1 seinen Ausgang auf logisch 0 (einen LOW-Pegel) und signalisiert somit einen Fehler in der HV-Sicherung F11. Zur Auswertung dieses Meldesignales kann beispielsweise nun ein Mikrocontroller verwendet werden. Alternativ kann das Ausgangssignal zunächst über ein galvanisches Trennelement (bspw. einen Optokoppler) vom Potential der HV-Batterie 110 entkoppelt werden bevor es an eine Auswerteeinheit (z. B. einen Mikrocontroller oder ein übergeordnetes Steuergerät) weitergeleitet wird.
-
Entsprechend analog verhält sich die Schaltung in den weiteren 3 möglichen Fällen mit fehlerhaften Sicherungen, von denen lediglich eine ausgelöste HV-Sicherung F12 noch skizziert wird.
-
Es wird daher beispielhaft im Folgenden angenommen, dass die Hochvolt-Sicherung F12 ausgelöst hat. Durch Auslösen der Hochvolt-Sicherung F12 liegt nun über dem Strang D11, R11, R13, R14, R12, D12 nicht mehr die volle Batteriespannung der HV-Batterie 100 an. Konkret ist der Pfad R14, R12, D11, aufgrund der ausgelösten HV-Sicherung F11, von keinem Strom mehr durchflossen und erfährt dadurch keinen Spannungsabfall mehr. Durch den Pfad R11, R13, D11 fließt weiterhin ein Strom, welcher durch den Widerstand R15 aus dem Knoten COMP_REF gespeist wird. An COMP_REF stellt sich dabei, wie oben skizziert, in dem gezeigten Beispiel eine Spannung ein, die ungefähr 2/3 der HV-Batteriespannung der HV-Batterie 110 beträgt.
-
Durch den fehlenden Stromfluss durch den Widerstand R12 ist die Spannung am negativen Eingang des Komparators U2 nun ungefähr gleich der Spannung an COMP_REF. Die Spannung an COMP_REF ist größer als die Referenzspannung COMP_L. Folglich ist der Spannungswert am positiven (nicht-invertierenden) Eingang des Komparators U2 somit niedriger als die Spannung am negativen (invertierenden) Eingang des Komparators U2. Durch dieses, nun negative Spannungsgefälle zwischen den Eingängen des Komparators U2 schaltet der Komparator U2 seinen Ausgang auf logisch 0 (einen LOW-Pegel) und signalisiert somit einen Fehler in der HV-Sicherung F12. Zur Auswertung dieses Meldesignales kann nun ein Mikrocontroller verwendet werden. Alternativ kann das Ausgangssignal zunächst über ein galvanisches Trennelement (bspw. einen Optokoppler) vom Potential der HV-Batterie 110 entkoppelt werden bevor es an eine Auswerteeinheit (z. B. einen Mikrocontroller oder ein übergeordnetes Steuergerät) weitergeleitet wird.
-
Die in den 2a und 2b gezeigte Schaltungsanordnung weist eine beispielsweise galvanisch getrennten Spannungsversorgungseinheit 200 auf (beispielsweise mit einem galvanisch getrennten Gleichspannungswandler 230 (DC/DC Wandler)) zur Versorgung der Detektionsschaltungen 140, 180 aus dem Fahrzeug-Bordnetz. Als Fahrzeugbordnetz, das eingangsseitig mit der Spannungsversorgungseinheit 200 verbunden ist, ist beispielsweise ein 12V-Bordnetz, ein 24V-Bordnetz, ein 48V-Bordnetz oder ein HV-Bordnetz denkbar, ohne auf diese beispielhaft genannten Beispiele beschränkt zu sein. Der Ausgang dieser (galvanisch getrennten) Spannungsversorgungseinheit 200 versorgt die Detektionsschaltungen 140, 180 aller Verbraucherpfade 120, 160 und erzeugt über einen Mehrfachspannungsteiler 140 die Spannungsschwellen COMP_H, COMP_REF, COMP_L für alle Detektionsschaltungen 140, 180. Die Anzahl der Verbraucherpfade ist in dem gezeigten Beispiel zwei, ist jedoch je nach Bedarf anpassbar. Lediglich die Mindestanzahl sollte zwei Verbraucherpfade betragen. Es sind daher auch mehr als zwei Verbraucherpfade denkbar, wie beispielsweise, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn oder mehr als zehn Verbraucherpfade, die entsprechend der Darstellung aus 2b miteinander verschaltet sein können. Pro Verbraucherpfad wird eine Detektionsschaltung verwendet oder benötigt. Die Detektionsschaltung pro Verbraucherpfad weist jeweils zwei Komaparatorschaltungen auf, wobei jeweils ein Komparator für die Ausfalldetektion von genau einer Sicherung verwendet wird.
