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Es ist bekannt, Fahrzeuge mit einem elektrischen Traktionsantrieb auszustatten, bei dem ein Hochvolt-Akkumulator als Energiequelle dient. Zum Schutz des Fahrzeugnutzers sind die Verbindungen, die Hochvoltpotentiale aufweisen, isoliert und weisen gegebenenfalls noch weitere Schutzmaßnahmen auf. Auch wird üblicherweise ein Isolationsmonitor eingesetzt wird, der dem Isolationswiderstand der Hochvoltpotentiale gegenüber der Fahrzeugmasse erfasst, um bei zu niedrigen Isolationswerten weitere Maßnahmen zu treffen. Da die Berührspannungen im Fehlerfall sehr hoch sein können und eine hohe Gefahr für den Nutzer darstellen, besteht eine Aufgabe darin, ein Fahrzeug, das über ein Hochvoltbordnetz verfügt, sicherer zu machen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch das Fahrzeugbordnetz nach Anspruch 1. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Figur und der Beschreibung.
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Es wurde erkannt, dass Hochvoltkomponenten, das heißt Komponenten, die im normalen Betrieb Hochvoltpotentiale führen, zwar durch Isolation und entsprechende Gehäuse in elektrischer Hinsicht ausreichend getrennt werden können von den Nutzern, so dass diesbezüglich eine hohe Sicherheit besteht. Jedoch befinden sich in dem räumlichen Bereich, in dem sich auch Komponenten mit Hochvoltpotential befinden, auch Niedervoltkomponenten und Niedervoltleitungen, die aus dem Hochvoltbordnetz geführt werden. Falls innerhalb des Hochvoltbereichs ein Fehler auftritt, so dass diese Niedervoltleitungen ein Hochvoltpotential führen, dann besteht eine höhere Gefahr des elektrischen Schlags, da die Niedervoltleitungen nicht in gleichem Maße wie die Hochvoltleitungen isoliert und gesichert sind. Es wird daher vorgeschlagen, dass ein erster Niedervoltabschnitt, der sich aus dem Hochvoltbereich heraus erstreckt, zunächst mit einer Sicherheitseinrichtung verbunden wird, von der sich ein zweiter Niedervoltabschnitt weg erstreckt. Die Sicherheitseinrichtung kann durch Maßnahmen wie galvanische Trennung oder durch ein Spannungsbegrenzungselement dafür sorgen, dass bei einem Isolationsfehler zwischen dem ersten Niedervoltabschnitt und dem Hochvoltbereich gefährliche Spannungen nicht jenseits der Sicherheitseinrichtung weiterverbreiten, so dass die Sicherheitseinrichtung derartige gefährliche Spannungen gegenüber dem zweiten, weiteren Niedervoltabschnitt abblockt. Dadurch ist es möglich, einen weiteren Bereich zu definieren, der- trotz Niedervolt-Betriebsspannung im fehlerfreien Fall - der Gefahr ausgesetzt ist, hohe Spannungen zu führen, um diesen Bereich vor dem Zugriff von außen zu schützen, während der zweite Niedervoltabschnitt auf Grund der Sicherheitseinrichtung gegenüber fehlerhaft auftretenden Hochvoltspannungen durch die Sicherheitseinrichtung in stärkerem Maße geschützt ist. Erfindungsgemäß wird damit berücksichtigt, dass auch ein erster Niedervoltabschnitt bei Fehlern innerhalb des Hochvoltbereichs Hochvoltspannungen führen kann. Es wird vorgeschlagen, den Ausbreitungsweg dieser gefährlichen Spannungen mittels der Sicherheitseinrichtung zu stoppen, um für den zweiten Niedervoltabschnitt eine höhere Sicherheit gegenüber Hochvoltspannungen zu erlangen, die sich aus dem Hochvoltbereich durch Fehler in den ersten Niedervoltabschnitt hinein ausbreiten können.
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Es wird daher ein Fahrzeugbordnetz mit einem Hochvoltbereich, einem ersten Niedervoltabschnitt und einem zweiten Niedervoltabschnitt beschrieben. Der erste Niedervoltabschnitt erstreckt sich aus dem Hochvoltbereich heraus. Die Niedervoltabschnitte beziehen sich insbesondere auf körperliche Abschnitte, in denen sich Niedervoltkomponenten und/oder Niedervoltleitungen befinden. Der zweite Niedervoltabschnitt erstreckt sich nicht direkt aus dem Hochvoltbereich heraus, sondern schließt sich (mittelbar) an den ersten Niedervoltabschnitt an. Bei einem Isolationsfehler kann der erste Niedervoltabschnitt mit einem Hochvoltpotential des Hochvoltbereichs versehen werden. Um zu vermeiden, dass sich das betreffende Hochvoltpotential auch auf den zweiten Niedervoltabschnitt auswirkt, umfasst das Fahrzeugbordnetz eine Sicherheitseinrichtung. Über diese ist der zweite Niedervoltabschnitt mit dem ersten Niedervoltabschnitt verbunden. Es besteht keine weitere (galvanisch leitende) Verbindung zwischen dem zweiten Niedervoltabschnitt und dem ersten Niedervoltabschnitt.
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Dadurch ist die Sicherheitseinrichtung in der Lage, entsprechende, gefährliche Hochvoltpotentiale, die sich vom Hochvoltbereich in den ersten Niedervoltabschnitt hinein erstrecken, gegenüber dem zweiten Niedervoltabschnitt zu blocken. Der zweite Niedervoltabschnitt wird somit durch die Sicherheitseinrichtung vor Hochvoltpotentialen geschützt, die auf Grund eines Isolationsfehlers vom Hochvoltbereich in den ersten Niedervoltabschnitt übertragen werden. Die Sicherheitseinrichtung weist eine galvanische Trennung und/oder ein Spannungsbegrenzungselement auf. Die galvanische Trennung besteht dann innerhalb der Sicherheitseinrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Niedervoltabschnitt. Das Spannungsbegrenzungselement ist zwischen einem Potential des ersten und/oder zweiten Niedervoltabschnitts und einem Ableitpotential wie Masse oder Chassis vorgesehen und wird aktiviert, wenn der betreffende Niedervoltabschnitt eine Spannung gegenüber dem Ableitpotential aufweist, die über einer Spannungsgrenze liegt. Die Sicherheitseinrichtung kann auch beide der genannten Sicherheitsmaßnahmen aufweisen.
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Insbesondere trennt die Sicherheitseinrichtung auch körperlich bzw. physisch den zweiten Niedervoltabschnitt vom ersten Niedervoltabschnitt. Die Sicherheitseinrichtung befindet sich vorzugsweise zwischen dem ersten und dem zweiten Niedervoltabschnitt und bildet einen Sicherheitsbereich, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Niedervoltabschnitt erstreckt. Diese Bereiche können definiert sein durch Begrenzungen wie Gehäuse und ähnliches.
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In einer Ausführungsform umgreift der erste Niedervoltabschnitt alle Niedervoltleitungen, die aus dem Hochvoltbereich herausgeführt sind. Der zweite Niedervoltbereich umgreift alle Leitungen und/oder Komponenten, die mit den betreffenden Leitungen und/oder Komponenten des ersten Niedervoltabschnitts funktionell verbunden sind, das heißt insbesondere signalübertragend oder versorgungsspannungsübertragend. Es können mehrere Sicherheitseinrichtungen vorgesehen sein, an die jeweils einen Teil der ersten Niedervoltleitungen angeschlossen sind, wobei vorzugsweise alle Niedervoltleitungen, die sich aus dem Hochvoltbereich heraus erstrecken, an eine der Sicherheitseinrichtungen angeschlossen sind, so dass auch alle derartigen Niedervoltleitungen geschützt werden bzw. an einer Sicherheitseinrichtung enden.
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Das Fahrzeugbordnetz kann ein Niedervoltgerät aufweisen, beispielsweise ein Steuergerät zum Ansteuern einer Komponente des Hochvoltbereichs oder zum Erfassen von Sensordaten, die von innerhalb des Hochvoltbereichs stammen. Ferner kann das Niedervoltgerät eine Kommunikationseinrichtung aufweisen, etwa ein Bus-Kommunikationsmodul, insbesondere ein CAN-Bus-Slave oder CAN-Bus-Master. Das Niedervoltgerät kann beispielsweise auch eine Anzeige sein oder ein Eingabeinstrument, die funktionell bzw. signalübertragend mit einer Komponente innerhalb des Hochvoltbereichs verbunden ist, beispielsweise eine Spannungsanzeige oder eine Anzeigevorrichtung, die unter anderem auch die Spannung im Hochvoltbereich anzeigen kann. Das Niedervoltgerät kann zudem eine Niedervoltversorgung sein, die eine Komponente innerhalb des Hochvoltbereichs (über den ersten und zweiten Niedervoltabschnitt) mit einer Niedervoltspannung versorgt.
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Das Niedervoltgerät ist an dem zweiten Niedervoltabschnitt angeschlossen. Der zweite Niedervoltabschnitt verbindet das Niedervoltgerät mit der Sicherheitseinrichtung. Zwischen dem Niedervoltgerät und der Sicherheitseinrichtung ist der Niedervoltabschnitt vorgesehen. Das Niedervoltgerät ist über den zweiten Niedervoltabschnitt und die sich daran anschließende Sicherheitseinrichtung mit dem ersten Niedervoltabschnitt verbunden. Dieser führt wiederum zum Hochvoltbereich. Zwischen dem Niedervoltgerät und dem Hochvoltbereich sind somit der erste Niedervoltabschnitt, die Sicherheitseinrichtung und der zweite Niedervoltabschnitt vorgesehen (insbesondere ausgehend vom Hochvoltabschnitt in dieser Reihenfolge). Über den zweiten Niedervoltabschnitt, die Sicherheitseinrichtung und den ersten Niedervoltabschnitt ist das Niedervoltgerät signalübertragend und/oder spannungsversorgend mit dem Hochvoltbereich verbunden beziehungsweise mit Komponenten, die sich innerhalb des Hochvoltbereichs befinden. Diese Komponenten sind insbesondere Niedervoltkomponenten, die sich in dem Hochvoltbereich befinden. Als signalübertragende Verbindung wird hierbei eine galvanisch trennende Datenverbindung bezeichnet. Ferner kann auch die spannungsversorgende Verbindung galvanisch trennend sein, und zwar indem die Sicherheitseinrichtung eine galvanische Trennung in Form eines Transformators (galvanisch trennend) aufweist. Die galvanische Trennung kann beispielsweise durch einen galvanisch trennenden Transformator der Sicherheitseinrichtung vorgesehen sein, dessen eine Seite (Primärseite beispielsweise) mit dem ersten Niedervoltabschnitt verbunden ist, und dessen zweite Seite (Sekundärseite) mit dem zweiten Niedervoltabschnitt verbunden ist. Zudem kann als galvanische Trennung ein Optokoppler verwendet werden, der signalübertragend die beiden Niedervoltabschnitte miteinander verbindet. Der genannte Transformator kann ein Übertrager zum Signalübertragen sein, oder kann ein Transformator zum Übertragen von Versorgungsleistung sein, oder beides (etwa im Fall von Powerline-Communications).
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Die Niedervoltabschnitte weisen Leitungen auf, insbesondere Signalleitungen, Kommunikationsleitungen, Sensorleitung und/oder Niedervolt-Versorgungsleitungen. Die Leitungen sind gemäß einer Betriebsspannung von unter 60 V ausgelegt und weisen somit keine Hochvoltisolierung auf. Insbesondere die Isolierung der Leitungen ist für Niedervolt- und nicht für Hochvolt-Anwendungen ausgelegt. Der erste Niedervoltabschnitt weist Leitungen auf, die eine oder mehrere Niedervoltkomponenten, die sich im Hochvoltbereich befinden, mit der Sicherheitseinrichtung verbinden. Diese Verbindung ist galvanisch leitend. Bei einem Fehler innerhalb des Hochvoltbereichs kann daher eine Leitung des ersten Niedervoltabschnitts ein Hochvoltpotential aufweisen, wobei dieses maximal bis zur Sicherheitseinrichtung geführt wird. Diese blockt dann das Hochvoltpotential ab. Der zweite Niedervoltabschnitt weist ebenso Leitungen auf, die an die Sicherheitseinrichtung angeschlossen sind. Die Leitungen des zweiten Niedervoltabschnitts sind somit über die Sicherheitseinrichtung mit den Leitungen des ersten Niedervoltabschnitts verbunden. Die so von der Sicherheitseinrichtung hergestellte Verbindung ist galvanisch trennend. Signalleitungen werden daher über einen galvanisch trennenden Übertrager oder vorzugsweise über Optokoppler mit einer Datenübertragung verbunden. Niedervolt-Versorgungsleitungen können verbunden werden über einen galvanisch trennenden Transformator. Die Sicherheitseinrichtung verbindet jede Leitung des ersten Niedervoltabschnitts mit der betreffenden Leitung des zweiten Niedervoltabschnitts in galvanisch trennender Weise. Jede Leitung des ersten Niedervoltabschnitts hat eine Entsprechung im zweiten Niedervoltabschnitt, so dass jede Niedervoltleitung des ersten Niedervoltabschnitts, die sich im Hochvoltbereich befindet, eine Entsprechung hat im zweiten Niedervoltabschnitt. Die Leitungen können als Drähte und/oder als Leiterbahnen, insbesondere von Flex-Foil-Leiterplatten realisiert werden. Das Fahrzeugbordnetz umfasst insbesondere ein oder mehrere Niedervoltgeräte, die über den zweiten Niedervoltabschnitt mit der Sicherheitseinrichtung verbunden sind. Wie erwähnt kann das Niedervoltgerät eine Anzeige, eine Steuerung, ein HMI-Gerät, eine Eingabe oder ähnliches sein. Das Niedervoltgerät kann insbesondere in einem Raum vorliegen, oder an diesen grenzen, auf den der Nutzer ohne Weiteres Zugriff hat, etwa den Fahrzeuginnenraum, der Motorraum, der Kofferraum und ähnliches.
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Ein weiterer Aspekt ist die räumliche Trennung der beiden Niedervoltabschnitte durch die Sicherheitseinrichtung. Insbesondere liegt ein Aspekt darin, den ersten Niedervoltabschnitt (der im Fehlerfall ein Hochvoltpotential führen kann) in einem ersten Raum vorzusehen, der für den Nutzer nicht ohne Weiteres zugreifbar ist. Es kann daher vorgesehen sein, dass der erste Niedervoltabschnitt in einem ersten Raum vorgesehen ist, der durch eine durchgehende Begrenzung vor äußerem Zugriff (durch den Fahrzeugnutzer) geschützt ist. Die durchgehende Begrenzung kann vorgesehen werden von Abdeckungen oder ähnlichem, die vom Nutzer nicht bei der üblichen Nutzung des Fahrzeugs geöffnet werden können, und die insbesondere ein Werkzeug erfordern. Dadurch ist gewährleistet, dass bei der üblichen Nutzung des Fahrzeugs der Nutzer keinen Zugriff auf den Niedervoltabschnitt hat. Dadurch kann ein versehentlicher Kontakt vermieden werden. Die durchgehende Begrenzung des Niedervoltabschnitts kann von einer Kunststoffabdeckung oder einer metallischen (geerdeten) Abdeckung vorgesehen werden, sowie durch Wände, die zusammen mit der Abdeckung den Raum vollständig umschließen. Diese Wände weisen vorzugsweise keine Öffnung auf oder lediglich Öffnungen, die nur mit Werkzeug und nicht ohne Weiteres geöffnet werden können. Zusammengefasst ist der erste Raum abgeschlossen und kann nicht im üblichen Betrieb, insbesondere nicht ohne Werkzeug, geöffnet werden.
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Der zweite Niedervoltabschnitt ist in einem zweiten Raum vorgesehen. Dieser kann offen sein und ist insbesondere frei von außen zugänglich. Der zweite Raum ist für den Nutzer bei der üblichen Nutzung ohne Weiteres zugänglich, insbesondere der Motorraum, die Fahrgastzelle, der Kofferraum und ähnliches. Beispielsweise kann eine 12 V-Batterie bzw. 12 V-Geräte im Motorraum im zweiten Raum vorgesehen sein. Beim Öffnen der Motorhaube besteht Zugriff auf diese Komponenten, ohne dass ein weiteres Werkzeug erforderlich wäre. Insbesondere besteht nicht notwendigerweise eine Abdeckung, die den zweiten Raum abschließt und somit ohne Werkzeug unzugänglich macht. Die Sicherheitseinrichtung ist vorzugsweise in einem eigenen Gehäuse vorgesehen. Dieses Gehäuse befindet sich zwischen dem ersten und zweiten Raum. Insbesondere stößt der erste Raum direkt an das eigene Gehäuse an. Auch der zweite Raum stößt vorzugsweise an das Gehäuse der Sicherheitseinrichtung an, wobei jedoch der erste vom zweiten Raum getrennt bleibt. Die körperliche Trennung des ersten Raumes vom zweiten Raum ermöglicht den wirksamen Schutz durch die Sicherheitseinrichtung.
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Eine weitere Möglichkeit ist es, die Sicherheitseinrichtung in einem Gehäuse vorzusehen, das sich im ersten Raum befindet. Insbesondere kann sich das Gehäuse, in dem die Sicherheitseinrichtung vorgesehen ist, an einer Innenseite des ersten Raumes befinden. Dies ist insbesondere die Innenseite einer Außenwand des ersten Raumes bzw. eine Außenwand der Begrenzung des ersten Raumes. Durch die Wand, die diese Innenseite darstellt bzw. durch diese Außenwand hindurch kann dann der zweite Niedervoltabschnitt zum Anschluss an die Sicherheitseinrichtung geführt werden. Dadurch, dass sich die Sicherheitseinrichtung direkt an einer Außenwand des ersten Raumes befindet, ist gewährleistet, dass der zweite Niedervoltabschnitt keine Verbindung zum ersten Niedervoltabschnitt hat. Die Sicherheitseinrichtung kann insbesondere in einem Gehäuse vorgesehen sein, das sich an der Innenseite einer Außenwand eines Hochvoltgehäuses befindet, in dem nicht nur der Hochvoltbereich, sondern auch der erste Niedervoltabschnitt vorgesehen ist. Insbesondere gilt dies für den gesamten ersten Niedervoltabschnitt, der vom gesamten zweiten Niedervoltabschnitt durch die Sicherheitseinrichtung körperlich und galvanisch getrennt ist.
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In Ausführungsformen, bei denen die Sicherheitseinrichtung mindestens ein Spannungsbegrenzungselement aufweist, kann dieses zwischen Niedervoltpotentialen bzw. Leitungen des ersten und/oder zweiten Abschnitts und einem Ableitpotential vorgesehen sein. In diesem Fall würde bei einer überhöhten Spannung in dem ersten Niedervoltabschnitt der betreffende Strom abgeführt werden zum Ableitpotential. Das Ableitpotential ist insbesondere Masse oder das Chassis. Das Spannungsbegrenzungselement kann als Varistor, Gasableiter, Funkenstrecke, Schutzdiode, Thyristorschaltung, TVS-Thyristor, DIAG, Zener-Diode oder Suppressor-Diode bzw. Vierschichtdiode realisiert sein.
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Es können mehrere Spannungsbegrenzungselemente in der Sicherheitseinrichtung vorgesehen sein, um Niedervoltpotentiale gegenüber verschiedenen Polaritäten von Hochvoltspannungen zu schützen bzw. um mehrere Leitungen zu sichern. Bei der Verwendung von Spannungsbegrenzungselementen sind die beiden Niedervoltabschnitte nicht notwendigerweise galvanisch getrennt. Vielmehr kann vorgesehen sein, dass bei der Verwendung von Spannungsbegrenzungselementen die Leitungen des ersten Niedervoltabschnitts leitend gekoppelt sind mit den Leitungen des zweiten Niedervoltabschnitts. Jedoch ergibt sich durch die Zwischenschaltung der Sicherheitseinrichtung zwischen die beiden Niedervoltabschnitte die Möglichkeit, dass bei einer zu hohen Spannung im ersten Niedervoltbereich diese Spannung reduziert oder limitiert wird durch die Aktivierung des Spannungsbegrenzungselements.
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Durch Abfluss des Stroms, der sich aus der zu hohen Spannung im ersten Niedervoltbereich ergibt, bleibt der zweite Niedervoltabschnitt geschützt. Es können Widerstände oder ähnliches in der Sicherheitseinrichtung vorgesehen sein, die die Leitungen des ersten Niedervoltbereichs mit den Leitungen des zweiten Niedervoltbereichs verbinden, wobei die Spannungsbegrenzungselemente vorzugsweise an dem Ende der Leitungen des zweiten Niedervoltbereichs vorgesehen sind, die mit den betreffenden Widerständen verbunden sind. Dann wird durch die Widerstände, die die beiden Niedervoltbereiche seriell verbinden, der maximal übertragbare Strom begrenzt, und gleichzeitig wird bei Auftreten eines zu hohen Stroms (auf Grund von Hochvoltfehlern) der durch die Widerstände limitierte Strom abgeleitet zu einem Bezugspotential. Die Widerstände, die die beiden Niedervoltbereiche miteinander verbinden, sind vorzugsweise derart ausgelegt, dass die Leitungen ihrer Funktion im fehlerfreien Betrieb nachkommen können, das heißt eingerichtet sind, die Signale zu übertragen bzw. die Versorgungsspannung zu übertragen.
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Das Fahrzeugbordnetz kann wie erwähnt ein Niedervoltgerät aufweisen, das über den zweiten Niedervoltabschnitt mit der Sicherheitseinrichtung verbunden ist. Das Niedervoltgerät kann eine Sensorerfassung, eine Ansteuerung, eine Kommunikationseinrichtung oder eine Überwachung vorsehen, wobei sich diese auf Niedervoltkomponenten beziehen, die im Hochvoltbereich angeordnet sind. Das Niedervoltgerät ist somit außerhalb des Hochvoltbereichs vorgesehen, jedoch funktionell (datenübertragend und/oder versorgungsspannungsübertragend) mit einer Niedervoltkomponente verbunden, die sich innerhalb des Hochvoltbereichs befindet. Das Niedervoltgerät selbst kann in einem Raum vorgesehen sein, das für den Nutzer bei üblicher Nutzung ohne Weiteres zugreifbar ist. Dies trifft beispielsweise für Bedienelemente einer HMI-Schnittstelle oder Anzeigen zu, die sich am Armaturenbrett oder allgemein in der Fahrgastzelle befinden. Dies trifft auch für Niedervoltgeräte zu, die sich im Motorraum befinden (oder im Kofferraum) und zu denen der Nutzer bei sachgemäßer Nutzung ohne Weiteres Zugriff hat (nach Öffnung der betreffenden Fahrgastzellentür, der Kofferraumklappe oder der Motorraumklappe).
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Die Sicherheitseinrichtung weist vorzugsweise einen Fehlerausgang auf. Die Sicherheitseinrichtung ist eingerichtet, einen Hochvoltfehler an den Fehlerausgang auszugeben, wenn die Spannung in mindestens einem der Niedervoltabschnitte eine Spannungsgrenze überschreitet. Dies kann auch für eine Spannung zutreffen, die nur an einem Leiter der genannten Abschnitte vorliegt. Die Spannung bezieht sich auf ein Ableitpotential wie Masse oder Chassis. Die Spannungsgrenze beträgt vorzugsweise weniger als 60 V, beispielsweise 50, 40, 35 oder 25 V. Die Spannungsgrenze liegt oberhalb des Maximalpegels aller Leitungen in dem Niedervoltabschnitt, die im fehlerfreien Betrieb auftreten. Das Fahrzeugbordnetz kann Entlade- oder Trenneinrichtungen aufweisen, die mit dem Fehlersignalausgang funktionell verbunden sind. In diesem Fall kann bei Auftreten eines Hochvoltfehlers (in Form eines Signals) an den Fehlersignalausgang die entsprechende Maßnahme (Entladen und/oder Trennen) durchgeführt werden. Ein Hochvoltfehler liegt vor, wenn eine Spannung in einem Niedervoltbereich eine Spannungsgrenzte von beispielsweise 60 V DC oder 30 Vrms AC überschreitet.
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Die Vorsilbe „Hochvolt-“ gibt an, dass die betreffende Komponente für eine Betriebsspannung von mehr als 60 V, mindestens 100 V, mindestens 200 V, mindestens 400 V, mindestens 600 V oder mindestens 800 V ausgebildet ist, insbesondere in Hinblick auf die Isolierung. Die Vorsilbe „Niedervolt-“ gibt an, dass die betreffende Komponente für eine Betriebsspannung von weniger 60 V, nicht mehr als 48 V oder nicht mehr als 24 V oder 12 V ausgebildet ist, insbesondere in Hinblick auf die Isolierung. Diese Spannungsangaben beziehen sich auf eine Gleichspannung, können sich jedoch auch auf die Höhe einer effektiven Spannung oder Amplitude einer Wechselspannung beziehen.
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Ein Kraftfahrzeug mit rein elektrischem Antrieb oder mit einem Hybridantrieb, der einen elektrischen Antrieb aufweist, kann ein hier beschriebenes Fahrzeugbordnetz aufweisen. In dem Kraftfahrzeug kann ein Hochvolt-Traktionsakkumulator und ein Hochvolt-Traktionsantrieb vorgesehen sein, die beide an den Hochvoltbereich des hier beschriebenen Bordnetzes angeschlossen sind. Der Hochvolt-Traktionsakkumulator und der Hochvolt-Traktionsantrieb sind dann vorzugsweise Teil des hier beschriebenen Fahrzeugbordnetzes.
- 1 dient zur beispielhaften Erläuterung der hier beschriebenen Gegenstände.
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Die 1 zeigt einen Hochvoltbereich HV in dem sich mindestens eine Hochvoltkomponente HVK befindet. Der Hochvoltbereich ist abgeschlossen von einem Hochvoltgehäuse. In dem Hochvoltbereich befinden sich ferner Niedervoltkomponenten K, von denen Leitungen L1 eines ersten Niedervoltabschnitts N1 ausgehen. Der Niedervoltabschnitt N1 und somit auch dessen Leitungen L1 erstrecken sich von den Niedervoltkomponenten (innerhalb des Hochvoltbereichs) aus dem Hochvoltbereich HV hinaus. Der erste Niedervoltabschnitt N1 umgreift einen Raum R1, der bei sachgemäßer Nutzung vom Fahrzeugnutzer nicht von außen zugreifbar ist. Hierzu kann beispielsweise eine Abdeckung A vorgesehen sein, die den ersten Raum R1 des Niedervoltabschnitts N1 verschließt. Hierbei verschließt die Abdeckung A diesen Raum R1 derart, dass ohne Werkzeuge bzw. bei sachgemäßer Nutzung der Nutzer keinen Zugriff auf den Raum R1 hat.
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An den ersten Niedervoltbereich N1 schließt sich eine Sicherheitseinrichtung S an. Diese verfügt über ein Gehäuse G. An die Sicherheitseinrichtung S schließt sich wiederum ein zweiter Niedervoltabschnitt N2 an, der über Leitungen L2 verfügt. Diese führen zu einem Niedervoltgerät, das sich außerhalb des Hochvoltbereichs befindet. Das Niedervoltgerät NG ist somit funktionell mit der Niedervoltkomponente K (welches sich innerhalb des Hochvoltbereichs HV befindet) funktionell verbunden. Damit kann die Niedervoltkomponente K mit dem Niedervoltgerät NG kommunizieren, kann von diesem spannungsversorgt werden und/oder kann von diesem angesteuert werden. Ferner kann die Komponente K auch Daten wie Sensordaten an das Niedervoltgerät übertragen.
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Um den zweiten Niedervoltabschnitt N2 vor zu hohen Spannungen zu schützen, die auftreten können, wenn im Hochvoltbereich HV eine Hochvoltspannung an eine Leitung L1 des ersten Niedervoltabschnitts N1 gelangt, umfasst die Sicherheitseinrichtung S eine galvanische Trennung T und/oder ein spannungsbegrenztes Element SB. Im Falle einer galvanischen Trennung T werden beispielsweise Optokoppler und/oder galvanisch trennende Transformatoren verwendet. Die galvanische Trennung T ist lediglich symbolhaft dargestellt mittels einer gestrichelten Linie, die die galvanische Trennung als funktionales Merkmal definiert. Beispielhaft dargestellt als Spannungsbegrenzungselement SB ist ein Varistor, der eine Leitung innerhalb der Sicherheitseinrichtung S mit einem Bezugspotential bzw. Ableitpotential M (Masse) verbindet. Liegt so an der betreffenden Leitung eine zu hohe Spannung gegenüber Masse an, dann wird das Spannungsbegrenzungselement SB aktiv und leitet den betreffenden Strom Richtung Masse ab. Dadurch wird der zweite Niedervoltabschnitt N2 geschützt vor zu hohen Spannungen. Insbesondere ist es möglich, dass die Sicherheitseinrichtung S einen Stromfluss durch das Spannungsbegrenzungselement SB erfasst, um ausgehend von dem Stromfluss auf einen Hochvoltfehler zu schließen. Dieser wird dann in Form eines Signals an den Fehlersignalausgang F der Sicherheitseinrichtung S abgegeben. Während somit die Trennung T physikalisch verhindert, dass eine Hochvoltspannung in den zweiten Niedervoltbereich N2 gelangt, erlaubt das Spannungsbegrenzungselement SB nicht nur die Reduktion der durch Fehler hervorgerufenen Hochvoltspannung, sondern auch die Erfassung des Hochvoltfehlers. Auch wenn nur eine galvanische Trennung T vorgesehen ist, können die Potentiale der Leitungen L1 des ersten Niedervoltabschnitts N1 überwacht werden, um an den Fehlerausgang F bei Überschreiten einer Spannungsgrenze ein entsprechendes Fehlersignal abzugeben. Die Sicherheitseinrichtung S ist hierzu eingerichtet.
