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Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb verfügen über Antriebskomponenten, die zur Erreichung von hohen Leistungen mit einer hohen Spannung betrieben werden („Hochvoltkomponenten“), um so eine hohe Traktionsleistung erreichen zu können. Ferner weisen Fahrzeuge weitere elektrisch betriebene Komponenten auf, etwa einen Bordcomputer, Safety-Einrichtungen, Assistenzsysteme, Karosserie- und andere Steuergeräte, die signalverarbeitende und signalabgebende Aufgaben haben, die mit einer geringeren Spannung (Niedervolt) betrieben werden, typischerweise mit Spannungen von 12 V - 14 V oder auch 24 V.
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Für die Hochvoltkomponenten bestehen hohe Schutzerfordernisse, um eine für den Menschen gefährliche Berührspannung zu vermeiden. Diese betreffen etwa Isolationsmaßnahmen des Hochvoltzweigs, in dem die Hochvolt-Komponenten vorgesehen sind. Es besteht eine Aufgabe darin, Maßnahmen aufzuzeigen, mit denen Fahrzeugnutzer vor gefährlichen Berührspannungen weitergehend geschützt werden können.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der 1.
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Es wird vorgeschlagen, nicht nur hochvoltseitig Isolationsfehler zu erkennen, um Schutzmaßnahmen zu treffen, sondern auch niedervoltseitig, da erkannt wurde, dass auch von Niedervoltleitungen wie Daten-, Signal- oder andere Niedervolt führende Leitungen (Niedervoltleitungen) eine Gefahr ausgehen kann, wenn diese aus dem Hochvoltzweig herausgeführt sind und durch Fehler im Hochvoltzweig ein Hochvoltpotential annehmen. Die hier beschriebenen Maßnahmen dienen zur Verringerung der Gefahr hoher Berührspannungen, die durch diese Leitungen bestehen kann.
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Es wird vorgeschlagen, in einem Fahrzeugbordnetz, das mit einem Hochvoltzweig und einem hiervon isolierten (ersten) Niedervoltzweig ausgestattet ist, die Spannung an einer Niedervoltleitung, die Hochvoltzweig herausgeführt ist, auf Seiten des Niedervoltzweigs mit einem Spannungsmesser zu überwachen. Der Spannungsmesser erfasst, wenn die Spannung der Niedervoltleitung (bzw. der Betrag hiervon) über einem vorgegebenen Spannungsgrenzwert liegt. Dadurch ist es möglich mittels des Spannungsmessers festzustellen, ob durch die Niedervoltleitung aufgrund eines Fehlers ein gefährliches Hochvoltpotential aus dem isolierten Hochvoltzweig herausgetragen wird und so ggf. gefährliche Berührspannungen insbesondere auf der Niedervoltseite bestehen.
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Es wird ein Fahrzeugbordnetz mit einem Hochvoltzweig und einem Niedervoltzweig vorgeschlagen, wobei der Hochvoltzweig gegenüber dem Niedervoltzweig mittels einer Isolation galvanisch getrennt. Die Isolation kann insbesondere isolationsüberbrückende Bauelemente (Optokoppler, Transformatoren, Meßwandler, Stromwandler, isolierende digitale Schnittstellen) und/oder Isolationsmaterial (Isolationsschichten von Leitung, Leiterplatte, Verbinder, ...) aufweisen. Ein Isolationsfehler besteht etwa in einer unerwünschten leitenden Brücke zwischen Niedervoltzweig und Hochvoltzeig, etwa eine Brücke, die die genannten Bauelemente oder das Isolationsmaterial, das die galvanische Trennung zwischen den Zweigen vorsieht, von einem Zweig zum anderen überbrückt.
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Der Niedervoltzweig weist mindestens eine Niedervoltleitung auf, die zum Hochvoltzweig führt, etwa um dortige Betriebsparameter wie Steckzustand, Spannung, Leistung, Temperatur oder Strom von der Seite des Niedervoltzweigs zu überwachen oder um Komponenten im Hochvoltzweig anzusteuern. Der Niedervoltzweig wird über die genannte Isolation zum Hochvoltzweig geführt und hat in isolationsfehlerfreien Betrieb keine galvanische Verbindung zu diesem (aufgrund der Isolation). Der Niedervoltzweig verfügt über einen Spannungsmesser, der mit der mindestens einen Niedervoltleitung signalübertragend verbunden ist. Als „signalübertragend verbunden“ wird hierbei eine galvanisch nicht isolierende Verbindung zwischen Leitung und Spanungsmesser bezeichnet, d.h. eine direkte Verbindung, eine Verbindung über einen Vorwiderstand oder auch eine Verbindung über einen Spannungsteiler.
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Der Spannungsmesser ist eingerichtet ist, zu erfassen, ob ein Spannungsbetrag zwischen der mindestens einen Niedervoltleitung gegenüber einem Massepotential des Fahrzeugbordnetzes über einer Spannungsgrenze liegt. Diese kennzeichnet eine Spannung, die in einem Betriebszustand, der frei von Isolationsfehlern ist, üblicherweise nicht auftritt, und kennzeichnet insbesondere Spannungen, die aufgrund eines Kontakts der Niedervoltleitung zu eine Hochvoltpotential an der Niedervoltleitung auftreten. Die Spannungsgrenze kennzeichnet einen durch Fehler hervorgerufenen Spannungsbetrag, der größer ist als der Betrag einer maximalen Signalspannung der Niedervoltleitung, die diese im fehlerfreien Betrieb aufweist. Die maximale Signalspannung der Niedervoltleitung entspricht beispielsweise dem maximalen Spannungspegel der betreffenden Niedervoltleitung. Die Spannungsgrenze kann auch einen Betrag kennzeichnen, ab dem von einer Gefährdung eines Menschen ausgegangen werden kann, etwa 45 V, 50 V oder insbesondere 60 V. Der Spannungsmesser dient als Detektionsvorrichtung zur Detektion von Spannungen, die wegen eines Fehlers im Hochvoltzweig über den Spannungen des Niedervoltzweigs liegen, und die an der Niedervoltleitung anliegen. Die von dem Spannungsmesser erfasste Spannung bezieht entspricht der Potentialdifferenz der Niedervoltleitung gegenüber einem Bezugspotential wie Masse (des Niedervoltzweigs) oder einem Versorgungspotential des Niedervoltzweigs, etwa ein +12 V - Potential.
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Die Vorsilbe „Niedervolt“ kennzeichnet insbesondere Spannungen von nicht mehr als 60 V. Die Vorsilbe „Hochvolt“ kennzeichnet insbesondere Spannungen mehr als 60 V, beispielsweise von mindestens 100 V, 200 V, 400 V oder 800 V.
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Die Niedervoltleitung kann insbesondere eine Sensorleitung sein, die zu einem Stromsensor, einem Shunt, einem Temperatursensor, einem Spannungsabgriff oder einer anderen Komponente führt, die sich innerhalb des Hochvoltnetzes befindet. Die mindestens eine Niedervoltleitung kann somit (mindestens) eine Sensorleitung aufweisen, die signalübertragend mit einem Sensor oder einem Spannungsabgriff des Hochvoltzweigs oder einem Interlockanschluss des Hochvoltzweigs verbunden ist. Die Sensorleitung kann insbesondere zu einer Interlockschaltung führen, die an einer Steckkomponente des Hochvoltzweigs angeordnet ist, um diese zu überwachen. Liegt die betreffende Überwachungseinheit im Niedervoltzweig, dann wird eine entsprechende Niedervoltleitung vom Hochvoltzweig zum Niedervoltzweig herausgeführt, um die Überwachungseinheit mit der Interlockschaltung zu verbinden. Der Spannungsmesser ermöglicht eine Überwachung auch dieser Niedervoltleitung. Als „signalübertragend“ werden insbesondere galvanisch nicht isolierte Verbindungen bezeichnet, die über einen Spannungsteiler oder direkt aus dem Hochvoltzweig herausführen. Auch bei einer galvanisch trennenden Ansteuerung eines Inverters oder Gleichrichters oder Gleichspannungswandlers des Hochvoltnetzes, ausgehend vom Niedervoltbordnetz, besteht ein Leitungsabschnitt der zum galvanisch trennenden Element führt, wobei dieser Leitungsabschnitt von dem Spannungsmesser überwacht wird und somit eine Niedervoltleitung darstellt, wie sie hier beschrieben ist.
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Die Niedervoltleitung kann ferner eine Ansteuer- oder Datenleitung aufweisen, die mit einer Datenquelle oder -senke des Hochvoltnetzes signalübertragend verbunden ist, etwa eine Leitung eines CAN-Busses, eines Batteriemanagementgeräts oder eines Inverters, eines Spannungswandlers oder einer elektrischen Maschine, die von dem Hochvoltzweig herausgeführt ist. Beispielsweise kann es sich um eine Ansteuerleitung für einen Inverter, für einen Spannungswandler, für eine elektrische Maschine, Hochvoltbox oder Akkumulator handeln, der bzw. die in dem Hochvoltnetz vorgesehen sind bzw. die eine Hochvoltspannung als Betriebsspannung führen.
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In Kombination oder als Alternative kann die mindestens eine Niedervoltleitung eine Niedervolt-Versorgungleitung sein, die mit einer (Unter)-komponente des Hochvoltnetzes verbunden ist, um diese mit Niederspannung zu versorgen.
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Die mindestens eine Niedervoltleitung ist vorzugsweise über einen Vorwiderstand mit einem Eingang des Spannungsmessers verbunden. Es kann zudem ein Varistor an die mindestens eine Niedervoltleitung angeschlossen sein, insbesondere mit einer Durchbruchsspannung, die der Spannungsgrenze entspricht. Der Varistor verbindet die Niedervoltleitung mit dem Bezugspotential, vorzugsweise mit dem Massepotential des Fahrzeugbordnetzes. Der Vorwiderstand ist insbesondere schaltbar verbunden mit dem Eingang des Spannungsmessers verbunden. Hierbei kann dem Vorwiderstand ein Schalter, etwa ein Transistor oder ein elektromechanischer Schalter, nachgeschaltet sein, der zum Eingang des Spannungsmessers führt. Besteht eine Verbindung vom Vorwiderstand zu einem Bezugspotential wie Masse über einen Shunt-Widerstand, dann kann der Schalter nur temporär, vorzugsweise wiederholt und insbesondere periodisch geschlossen sein, um etwa in Ruhephasen des Fahrzeugbordnetzes eine dauerhafte Entladung über den Shunt-Widerstand zu vermeiden.
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Die Auswertung von mehreren Niedervoltleitungen durch den Spannungsmesser kann auch gebündelt sein. Hierbei sind mehrere Niedervoltleitungen jeweils über einen Vorwiderstand (an den wie beschrieben ein Varistor angeschlossen sein kann) mit einem Eingang des Spannungsmessers verbunden, d.h. mit demselben Eingang des Spannungsmessers. Weist nur eine der Niedervoltleitungen eine zu hohe Spannung (gegenüber Masse oder einem anderen Bezugspotential des Niederspannungszweiges) auf, dann kann von dem Spannungsmesser erfasst werden, dass mindestens eine der Leitungen ein kritisches Potential führt. Der Varistor dient ferner dazu, einen Energiespeicher wie eine Cy-Kapazität in dem Hochvoltzweig zu entladen; bei symmetrischer Ausgestaltung wird über den Varistor die an dem isolationsfehlerhaften Hochvoltpotential angeschlossene Cy-Kapazität entladen, wobei die Ladung der anderen Cy-Kapazität zugeführt wird. Daher kann der Varistor auch zur Umladung von einer Cy-Kapazität auf die andere Cy-Kapazität (des anderen Hochvoltpotentials) dienen. Diese Funktion des Varistors beeinträchtigt nicht die Erkennung des Isolationsfehlers durch den Spannungsmesser, da die am Varistor anliegende Spannung zur Erkennung des zu hohen Spannungsbetrags ausreicht.
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Das Fahrzeugbordnetz und insbesondere der Niedervoltzweig kann einen Schnellabschaltungs-Signalschalter aufweisen. Der Spannungsmesser kann ansteuernd mit diesem verbunden sein. Insbesondere kann ein Eingang des Spannungsmessers ansteuernd mit dem Schnellabschaltungs-Signalschalter verbunden sein. Mit anderen Worten ist die Niedervoltleitung ansteuernd mit diesem Signalschalter verbunden, um abhängig von der Spannung an der Niedervoltleitung (mittelbar) den Signalschalter zu steuern. Liegt die Spannung an der Niedervoltleitung über der Spannungsgrenze, wird dieser Signalschalter geschlossen und es wird ein Signal wie folgt erzeugt. Mit anderen Worten kann die mindestens eine Niedervoltleitung signalübertragend mit einem Steuereingang des Schnellabschaltungs-Signalschalters verbunden sein, etwa über einen Vorwiderstand, um so mittels des Signals, das der Niedervoltleitung anliegt, den Schnellabschaltungs-Signalschalter zu schalten (insbesondere zu schließen). Durch das Schalten wird ein Schnellabschaltungssignal erzeugt das an die Schnellabschaltungseinheit übertragen wird.
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Der Schnellabschaltungs-Signalschalter ist vorzugsweise zwischen einem Massepotential oder einem anderen Bezugspotential des Fahrzeugbordnetzes einerseits und einer Signalverbindung angeschlossen, welche zu einer Schnellabschaltungseinheit des Hochvoltnetzes führt. Der Schnellabschaltungs-Signalschalter kann somit zwischen einem Bezugspotential wie Masse und einer Schnellabschaltungsleitung angeschlossen sein. Besteht eine Spannung an einer Niedervoltleitung, die über der genannten Grenze liegt, dann wird durch die Spannungshöhe am Eingang des Schnellabschaltungs-Signalschalters (ggf. entsprechend der Spannungshöhe am Eingang des Spannungsmessers) der Signalschalter geschlossen. Dieser verbindet dann die Schnellabschaltungsleitung mit einem Bezugspotential wie Masse und erzeugt dadurch in der Schnellabschaltungsleitung ein Signal, das zu einer Schnellabschaltung führt.
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Die Schnellabschaltungseinheit wird auch als „fast turn off“ (FTO) - Einheit bezeichnet. Das Signal entspricht einem FTO-Signal, d.h. einem Signal zur schnellen Abschaltung. Das Schließen des Schnellabschaltungs-Signalschalters führt zu einem Signal auf der Schnellabschaltungsleitung bzw. in der Schnellabschaltungseinheit des Hochvoltnetzes, das die Schnellabschaltungseinheit zum unmittelbaren Abschalten bzw. Deaktivieren des Hochvoltnetzes führt, beispielsweise auch zum Entladen des Hochvoltnetzes. Der Schnellabschaltungs-Signalschalter kann ein Transistor sein, dessen Steuereingang (Basis, Gate) mit dem Ausgang des Spannungsmessers verbunden ist. Der Schnellabschaltungs-Signalschalter ist derart eingerichtet und angeschlossen, dass nur bei einer Spannung an einer Niedervoltleitung, die über der Spannungsgrenze liegt, der Signalschalter schließt und ansonsten geöffnet ist. Der Eingang des Spannungsmessers ist ansteuernd mit dem Schnellabschaltungs-Signalschalter verbunden. Die Spannung bzw. das Potential am Spannungsmesser steuert somit den Signalschalter an. Mit anderen Worten wird der Schnellabschaltungs-Signalschalter von der Spannung über dem Shunt-Widerstand angesteuert. Die am Spannungsmesser anliegende Spannung wird daher zum einen verwendet, um vom Spannungsmesser zur späteren Auswertung erfasst zu werden, und zum anderen zur Ansteuerung des genannten Signalschalters, der abhängig von der anliegenden Spannung geschlossen wird. Die Schnellabschaltungseinheit kann innerhalb des Hochvoltzweigs vorgesehen sein, kann jedoch auch allgemein in dem Fahrzeugbordnetz vorgesehen sein, ggf. auch außerhalb der genannten Netze.
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Das Fahrzeugbordnetz kann ferner eine Meldeeinheit aufweisen. Diese ist insbesondere in dem Niedervoltzweig vorgesehen. Die Meldeeinheit ist eingerichtet, ein Isolationsfehlersignal abzugeben, wenn der Spannungsbetrag größer als die Spannungsgrenze ist. Das Isolationsfehlersignal gibt an, dass der Spannungsbetrag an einer Niedervoltleitung größer als die gegebene Spannungsgrenze ist und somit ein Isolationsfehler (in dem Hochvoltzweig) dazu führt, dass eine Niedervoltleitung fehlerhafterweise eine Spannung (ggü. einem Bezugspotential wie Masse) oberhalb der Spannungsgrenze führt. Das Isolationsfehlersignal kann ein elektrisches Signal sein, das an eine übergeordnete Steuerung oder Anzeige oder auch an eine Ladesteuerung des Hochvoltzweigs übermittelt wird. Alternativ oder in Kombination hiermit kann das Isolationsfehlersignal ein optisches und/oder akustisches Signal sein.
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Ausführungsformen des Fahrzeugbordnetzes verfügen über eine Entprelleinrichtung, die eingerichtet ist, einen Spannungsbetrag, der über der Spannungsgrenze liegt, während einer Entprellzeitdauer zu unterdrücken, entweder durch temporäre Unterdrückung des entsprechenden, vom Spannungsmesser abgegebenen Spannungssignals, oder durch Unterdrückung eines Isolationsfehlersignals während der Entprellzeitdauer. Wenn nach der Entprellzeitdauer die zu hohe Spannung oder das Isolationsfehlersignal fortbesteht, wird das vom Spannungsmesser abgegebene Spannungssignal bzw. das Isolationsfehlersignal wie beschrieben abgegeben, um einen Isolationsfehler zu erkennen.
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Der Spannungsmesser kann ein Analog-Digital-Wandler sein. Dieser kann einen Messeingang (kurz: Eingang) aufweisen, welcher signalübertragend (insbesondere galvanisch bzw. über den Vorwiderstand) mit der mindestens einen Niedervoltleitung verbunden ist. Vorzugsweise ist der Eingang über einen Shunt-Widerstand mit Masse oder einem anderen Bezugspotential des Niedervoltzweigs verbunden. Es ergibt sich ein Spannungsteiler, wobei zwischen Masse bzw. einem andere Bezugspotential und der Niedervoltleitung angeschlossen ist, der den Vorwiderstand und den Shunt-Widerstand als spannungsteilende, in Reihe geschalteten Widerstände aufweist, und der mit dem Verbindungspunkte zwischen Vorwiderstand und Shunt-Widerstand einen Abgriff aufweist, der mit dem Eingang verbunden ist.
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Der Shunt-Widerstand ist üblicherweise mit einem deutlich größeren Widerstandswert ausgestattet als Shunt-Widerstände zur Stromerfassung und kann etwa mehr als 1 kOhm, 10 kOhm oder 100 kOhm betragen. Der Vorwiderstand bzw. die Vorwiderstände können mehr als 100 kOhm, mehr als 1 MOhm oder mehr als 10 MOhm betragen. Der Shunt-Widerstand und der Vorwiderstand verringern die Spannung, die über dem Shunt-Widerstand und dem Vorwiderstand anliegen, auf einen Faktor von nicht mehr als 10%, 5% oder 1%, wobei die so verringerte Spannung über dem Shunt-Widerstand anliegt.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass die Summe der Widerstandswerte von Shunt-Widerstand und einem der Vorwiderstände kleiner ist als ein Widerstandswert, der bei Anliegen der Nennspannung des Hochvoltzweigs an der betreffenden Niedervoltleitung zu einem Strom führt, dessen Betrag größer ist, als ein Auslösestrom eines hochvoltzweigseitigen Isolationswächters. Dadurch kann sowohl durch den hier beschriebenen Spannungsmesser als auch durch den Isolationswächter ein zu hohes Potential an der Niedervoltleitung erkannt werden.
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Die 1, 2 und 3 dient zur Erläuterung des hier beschriebenen Fahrzeugbordnetzes.
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Das in 1 dargestellte Fahrzeugbordnetz FB weist einen Hochvoltzweig HV und einen Niedervoltzweig NV auf. Die Zweige NV und HV sind mittels einer Isolation IN voneinander getrennt. Die elektrische Isolation IN ist symbolisch darstellt und kann ein einem Transformator und/oder elektrischen Isolationsschichten entsprechen.
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Mehrere Niedervoltleitungen NL erstrecken sich vom Hochvoltzweig in den Niedervoltzweig auf. Dargestellt sind beispielhaft eine Signalleitung (etwa zu Übertragung von Signalen eines Sensors, der sich innerhalb des Hochvoltzweigs befindet), eine Datenleitung (zur Übertragung von Ansteuersignalen und/oder Kommunikations- bzw. Bussignalen) ausgehend vom Hochvoltzweig HV oder in diesen hinein, und eine Versorgungsleitung zur Übertragung von Niedervolt-Versorgungsspannung zwischen den Zweigen NV und HV. Beispielsweise können diese Niedervoltleitungen eine 12V+ - Versorgungsleitung, eine Kommunikationsleitung (etwa eine CAN-Bus-Leitung), eine HV-Interlock-Loop-Leitung oder eine Signalleitung zu Klemme 15 des Fahrzeugbordnetzes (d.h. geschaltete 12 V+ - Potential) sein.
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Die Niedervoltleitung NL kann, wie beispielhaft mit Leitung SL dargestellt, über einen Schalter S geschaltet sowie über einen Vorwiderstand R mit einem Eingang E des Spannungsmessers SM verbunden sein. Die Niedervoltleitung NL kann, wie beispielhaft mit den Leitungen DL und VL dargestellt, ungeschaltet über einen Vorwiderstand R mit dem Eingang E des Spannungsmessers SM verbunden sein. Ferner kann die Niedervoltleitung NL kann, wie beispielhaft mit der Leitung XL dargestellt, die zu einem Niedervoltabschnitt einer Komponente des Bordnetzzweigs HV führt, über die Parallelschaltung eines Vorwiderstands R und eines Varistors V, mit dem Eingang E des Spannungsmessers SM verbunden sein. Der Varistor hat eine Durchbruchspannung, die kleiner ist als eine für den Menschen gefährliche Berührspannung, und erzeugt daher einen Stromfluss bei Erreichen dieser Spannung, wobei dieser von einem hochvoltseitigen Isolationswächter erfasst wird. Damit löst der Stromfluss durch den Varistor bereits eine Fehlererkennung (seitens eines hochvoltseitigen Isolationswächters) aus.
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Der Spannungsmessers SM gibt ein Signal am Ausgang A aus, die die Spannung an dessen Eingang E wiedergibt. Diese Spannung wird in der dargestellten Ausführungsform an eine Meldeeinheit ME des Fahrzeugbordnetzes FB weitergegeben. Die Meldeeinheit ME ist in der Lage, das Signal des Ausgangs A auszuwerten und insbesondere, zu erfassen, ob der Spannungswert, der von dem Signal wiedergegeben wird, auf einen Spannungsbetrag an einer der Niedervoltleitungen gegenüber Masse M schließen lässt, der über der Spannungsgrenze (beispielsweise 30 V, 50 V oder 60V) liegt, oder nicht. Die Meldeeinheit M ist ferner in der Lage, die Widerstandswerte von R und SH sowie deren Verschaltung als Spannungsteiler (d.h. die Spannungsteilung durch R und SH) bei der Beurteilung des Spannungswerts zu berücksichtigen, der von dem Signal am Ausgang A vom Spannungsmesser SM abgegeben wird. Die Meldeeinheit vergleicht somit den Betrag der Spannung, die an den Leitungen NL gegenüber Masse M (oder einem anderen Bezugspotential) anliegt, mit der Spannungsgrenze und gibt insbesondere ein Isolationsfehlersignal ab, wenn die Spannungsgrenze (beispielsweise 60 V) überschritten wird oder überschritten ist. Arbeiten die Niedervoltleitungen mit Signalpegeln von 0 Volt - x Volt, dann liegt die Spannungsgrenze über dem Maximalpegel von x Volt. Für eine Kommunikationsleitung als Leitung NL kann x = 5 Volt, 10 Volt, 12 Volt oder 15 Volt sein. Für eine Ansteuerleitung als Leitung NL, etwa für Hochvolt-Transistoren im Hochvoltzweig kann x im Bereich von 10 Volt, 12 Volt, 15 Volt oder 18 Volt sein, abhängig von der notwendigen Gate- oder Basisspannung zur Ansteuerung des Transistors.
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Ferner kann eine Schnellabschaltungseinheit FTO (FTO - fast turn off) vorgesehen sein, etwa wie dargestellt im Hochvoltzweig HV. Diese ist in der Lage, bei einem Isolationsfehler (etwa abgegeben von einem Hochvolt-Isolationswächter) den Hochvoltzweig HV oder eine Hochvolt-Energiequelle abzutrennen. Die Schnellabschaltungseinheit FTO kann innerhalb des Hochvoltzweigs vorgesehen sein, wie mit dem Bezugszeichen FTO dargestellt, kann jedoch auch allgemein in dem Fahrzeugbordnetz vorgesehen sein, ggf. auch außerhalb der genannten Netze, wie mit dem Bezugszeichen FTO' dargestellt ist.
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Die dargestellte Schaltung ermöglicht einen direkten Eingriff in diese Schnellabschaltungseinheit FTO, indem ein Schnellabschaltungs-Signalschalter T von dem Potential angesteuert wird, das an den Leitungen NV anliegt. Das dargestellte Beispiel sieht vor, dass der Schnellabschaltungs-Signalschalter T ein Bezugspotential wie Masse M schaltbar mit einem Signaleingang oder einer signalführenden Leitung der Schnellabschaltungseinheit FTO (d.h. eine Leitung des Fahrzeugbordnetzes, die das Schnellabschaltungssignal führt) verbindet. Es besteht hierzu eine Signalverbindung SV zwischen dem Schalter T und der Schnellabschaltungseinheit FTO. Die Verbindung kann allgemein zwischen dem Schalter T und einer Leitung bestehen, die das Schnellabschaltungssignal (FTO-Signal) führt.
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Im dargestellten Beispiel wird, wie durch den nach T führenden Pfeil dargestellt, mittels des (gemeinsamen) Potentials der Widerstände R bzw. mittels der über SH anliegenden Spannung (allgemein: mit der an den Leitungen NL anliegenden Spannung) der Schnellabschaltungs-Signalschalter T geschaltet. Der Schnellabschaltungs-Signalschalter T ist ein Schließer bzw. ein Transistor, der selbstsperrend ist. Dem Steuereingang TE des Schnellabschaltungs-Signalschalter T wird somit direkt oder indirekt das Signal mindestens einer der Leitungen NL zugeführt, um gemäß diesem Signal zu schließen, wenn das Signal einer zum Schalten ausreichenden Spannung entspricht. Der Schaltpunkt des Schnellabschaltungs-Signalschalter T ist derart vorgesehen, dass bei Erreichen der Spannungsgrenze an einer der Leitungen NL der Schnellabschaltungs-Signalschalter T schließt.
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Durch das Schließen des Schnellabschaltungs-Signalschalter T wird das Potential der Leitung, die das FTO-Signal führt, auf das Bezugspotential gesetzt (hier: Masse M). Dieses Potential bzw. dieser Pegel entspricht einem Fehlersignal, welches die Schnellabschaltungseinheit FTO auslöst.
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Der Schnellabschaltungs-Signalschalter T kann als Schalter einen Transistor (einen Signaltransistor) aufweisen. Insbesondere kann der Schnellabschaltungs-Signalschalter T einen Vorwiderstand aufweisen, der zum Steuereingang (Basis) des Transistors führt. Das der Basis entgegengesetzte Ende des Vorwiderstands kann mit dem Shuntwiderstand verbunden sein, etwa mit dem Ende des Shuntwiderstands, das dem Bezugspotential (Masse M) entgegengesetzt ist. Der Transistor kann über einen Widerstand (Emitterwiderstand) mit dem Bezugspotential (Masse M) verbunden sein. Es kann zudem ein Widerstand zur Einstellung des Arbeitspunkts des Transistors vorgesehen sein, der die Basis mit dem Emitter verbindet. Es ergibt sich für den Schnellabschaltungs-Signalschalter T eine Kollektorschaltung mit Arbeitspunkteinstellung. Es kann eine entsprechende Beschaltung eines MOSFETs vorgesehen sein, wenn der Schnellabschaltungs-Signalschalter T einen MOSFET aufweist. Es kann ferner ein weiterer Transistor (ggf. mit weiterer Beschaltung) vorgesehen sein, der auf ein negatives Potential einer der Leitungen NL, das einem Betrag einer negativen Spannung entspricht, der über der Spannungsgrenze liegt. Somit kann ein weiterer Transistor vorgesehen sein, der komplementär zu dem vorangehend beschriebenen Transistor vorgesehen ist.
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Die 2 und 3 dienen zur Erläuterung von möglichen körperlichen Aspekten des Fahrzeugbordnetzes FB. Es kann neben dem ersten Niedervoltzweig NV einen zweiten Niedervoltzweig NV' geben, wobei sich die mindestens eine Niedervoltleitung von dem ersten Niedervoltzweig NV auch in den zweiten Niedervoltzweig NV' hinein erstreckt. Weist die Niedervoltleitung ein gefährliches Potential auf, dann wird diese Gefahr über diese Leitung auch auf den zweiten Niedervoltzweig übertragen, selbst wenn ein Gehäuse GE vorgesehen ist, in dem der zweite Niedervoltzweigs untergebracht ist, während der erste Niedervoltzweig NV außerhalb des Gehäuses GE angeordnet ist und über einen Gehäusezutritt ZG des Gehäuses GE sich die mindestens eine Niedervoltleitung NL', NL" in das Gehäuse und somit in den zweiten Niedervoltzweig hinein erstreckt.
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Die mindestens eine Niedervoltleitung verfügt über einen Abgriff P, P' verfügt, über den der Spannungsmesser SM an die mindestens eine Niedervoltleitung angeschlossen ist. Der Abgriff ist an dem Punkt der Leitung, an dem diese beginnt, sich in mehrere Richtungen weiter zu erstrecken, d.h. am Punkt der Aufsplittung. Der Abgriff P, P' befindet sich vorzugsweise unmittelbar an der Gehäusehülle des Gehäuses GE oder an dem Gehäusezutritt ZG des Gehäuses, sei es innerhalb (wie mit P dargestellt) oder außerhalb des Gehäuses P'. Der Abgriff P kann in einer Schnittstellenvorrichtung angeordnet sein, die sich außerhalb des Gehäuses GE befindet, siehe Schnittstellenvorrichtung U, oder kann in einer Schnittstellenvorrichtung angeordnet sein, die sich innerhalb des Gehäuses GE befindet, wobei die Schnittstellenvorrichtung, etwa eine Kabeldurchleitung oder ein Steckverbindungselement, unmittelbar an den Gehäusezutritt angrenzt oder diesen mit realisiert. Der Abgriff P, P' befindet sich somit unmittelbar dort, wo der zweite Niedervoltzweig NV' beginnt bzw. wo der Gehäuseraum beginnt, in dem sich der Abgriff P, P' befindet. Dadurch ist sichergestellt, dass die Leitung bereits bei Eintritt in den zweite Niedervoltzweig NV' hinsichtlich Überspannungen mittels des Spannungsmessers überwacht werden kann. Insbesondere kann auch der Spannungsmesser, der mindestens eine Vorwiderstand und/oder der Shuntwiderstand unmittelbar dort angeordnet sein, wo sich der Abgriff befindet. Es kann eine Schnittstellenvorrichtung vorgesehen sein, in der der Abgriff P, P' vorgesehen ist. Die Schnittstellenvorrichtung kann außerhalb vorgesehen sein, siehe Bezugszeichen U. Alternativ oder in Kombination hiermit kann die Schnittstellenvorrichtung kann innerhalb vorgesehen sein, siehe Bezugszeichen U'.
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Ferner kann wobei sich der erste Niedervoltzweig NV und der Hochvoltzweig HV in einem Hochvoltgehäuse HB befinden, insbesondere innerhalb des Gehäuses einer Hochvoltanordnung, die als Hochvoltbox bezeichnet werden kann. Das Hochvoltgehäuse HB bzw. die Hochvoltbox verfügt über einen Niedervolt-Leitungsanschluss AN. Dies kann ein Steckanschluss für Niedervoltsignale und/oder Niedervoltversorgungsspannungen sein. Die mindestens eine Niedervoltleitung NL verfügt über einen Abgriff, über den der Spannungsmesser SM an die mindestens eine Niedervoltleitung NL angeschlossen ist. Dieser Abgriff ist insbesondere wie der oben genannten Spannungsabgriff ausgebildet. Der Abgriff P befindet sich unmittelbar in oder an dem Niedervolt-Leitungsanschluss AN (etwa Steckverbindungselement), kann sich jedoch auch in der Schnittstellenvorrichtung U" befinden, die dem Niedervolt-Leitungsanschluss AN vorgeleitet ist. Vorzugsweise ist das Gehäuse HB leitend und mit Masse verbunden. Dies gewährleistet einen hohen Schutz vor hohen Berührspannungen, die sich durch Fehler in der Hochvoltbox ergeben, da unmittelbar am Austritt der Niedervoltleitung NL aus der Hochvoltbox der Abgriff vorgesehen ist und somit diese Leitung bereits direkt nach dem Austritt in Hinblick auf zu hohe Berührspannungen überwacht wird. Vorzugsweise sind auch der Spannungsmesser SM, der mindestens eine Vorwiderstand R und der Shuntwiderstand SR (ggf. auch der Varistor V) dort angeordnet sein.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Spannungsmesser SM, der mindestens eine Vorwiderstand R und der Shuntwiderstand SR (ggf. auch der Varistor V) in einem Gehäuse vorgesehen sind und so ein Hochvolt-Sicherungsgerät bilden. Vorzugsweise ist auch der Abgriff innerhalb des Hochvolt-Sicherungsgeräts vorgesehen, wobei alternativ das Hochvolt-Sicherungsgerät einen Anschluss zur Verbindung mit dem mindestens einen Abgriff bzw. zur Verbindung mit der mindestens einen Niederspannungsleitung aufweist. Ferner kann auch die Meldeeinheit ME innerhalb des Hochvolt-Sicherungsgeräts vorgesehen sein. Auch eine Kommunikationsvorrichtung kann in dem Hochvolt-Sicherungsgerät vorgesehen sein. Die mindestens einen Niederspannungsleitung kann durch das Hochvolt-Sicherungsgerät hindurchführen, oder kann außerhalb vorgesehen sein. Das Hochvolt-Sicherungsgerät kann dort vorgesehen sein, wo in den 2 und 3 die mit U, U', U" oder AN bezeichneten Komponenten vorgesehen sind, insbesondere anstelle dieser Komponenten oder kombiniert mit diesen. Ein derartiges Hochvolt-Sicherungsgerät, das die Niederspannungsleitungen überwacht, kann eine körperlich eigenständige Vorrichtung sein, die auch an den Enden der Niederspannungsleitungen angeschlossen sein kann, die den Abschnitten oder Enden der Niederspannungsleitungen, die sich in dem Hochvoltzweig HV befinden, entgegengesetzt sind.
