WO2022152518A1 - Fahrzeugbordnetz mit einem hochvoltzweig, einem niedervoltzweig und einer niedervoltseitige isolationsfehlererkennung - Google Patents

Fahrzeugbordnetz mit einem hochvoltzweig, einem niedervoltzweig und einer niedervoltseitige isolationsfehlererkennung Download PDF

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line
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Franz Pfeilschifter
Jürgen KUFFER
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Vitesco Technologies GmbH
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Definitions

  • Vehicle electrical system with a high-voltage branch, a low-voltage branch and low-voltage-side insulation fault detection
  • Vehicles with an electric drive have drive components that are operated with a high voltage to achieve high performance (“high-voltage components”) in order to be able to achieve high traction power.
  • Vehicles also have other electrically operated components, such as an on-board computer, safety devices, assistance systems, body and other control units that have signal-processing and signal-emitting tasks that are operated with a lower voltage (low voltage), typically with voltages of 12 V - 14 V or 24 V.
  • insulation faults should not only be detected on the high-voltage side in order to take protective measures, but also on the low-voltage side, since it has been recognized that low-voltage lines such as data, signal or other low-voltage lines (low-voltage lines) can also pose a risk if they are led out of the high-voltage branch and assume a high-voltage potential due to errors in the high-voltage branch.
  • the measures described here serve to reduce the risk of high contact voltages that can arise from these lines.
  • a vehicle electrical system equipped with a high-voltage branch and a (first) low-voltage branch isolated therefrom, it is proposed to monitor the voltage on a low-voltage line, which is brought out of the high-voltage branch, with a voltmeter on the low-voltage branch side.
  • the voltmeter detects when the voltage of the low-voltage line (or the amount thereof) is above a specified voltage limit. This makes it possible to use the voltmeter to determine whether a dangerous high-voltage potential is being carried out of the isolated high-voltage branch through the low-voltage line due to a fault and whether there are possibly dangerous contact voltages, particularly on the low-voltage side.
  • a vehicle electrical system with a high-voltage branch and a low-voltage branch is proposed, with the high-voltage branch being electrically isolated from the low-voltage branch by means of insulation.
  • the insulation can have insulation-bridging components (optocouplers, transformers, measuring transducers, current transformers, isolating digital interfaces) and/or insulation materials (insulation layers of lines, printed circuit boards, connectors, . . . ).
  • An insulation fault consists, for example, in an undesired conductive bridge between the low-voltage branch and the high-voltage point, for example a bridge that bridges the components mentioned or the insulation material that provides the galvanic isolation between the branches from one branch to the other.
  • the low-voltage branch has at least one low-voltage line that leads to the high-voltage branch, for example to monitor local operating parameters such as plug-in status, voltage, power, temperature or current from the low-voltage branch or to control components in the high-voltage branch.
  • the low-voltage branch is routed to the high-voltage branch via the insulation mentioned and has no galvanic connection to it in operation with no insulation faults (due to the insulation).
  • the low-voltage branch has a voltmeter that is connected to the at least one low-voltage line in a signal-transmitting manner.
  • a galvanically non-isolating connection between the cable and the voltmeter is referred to as a “signal-transmitting connection”, ie a direct connection, a connection via a series resistor or a connection via a voltage divider.
  • the voltmeter is set up to detect whether a voltage magnitude between the at least one low-voltage line is above a voltage limit with respect to a ground potential of the vehicle electrical system. This characterizes a voltage that usually does not occur in an operating state that is free of insulation defects, and characterizes in particular voltages that occur on the low-voltage line due to a contact between the low-voltage line and a high-voltage potential.
  • the voltage limit characterizes a voltage amount caused by errors that is greater than the amount of a maximum signal voltage of the low-voltage line that this has in error-free operation.
  • the maximum signal voltage of the low-voltage line corresponds, for example, to the maximum voltage level of the relevant low-voltage line.
  • the voltage limit can also indicate an amount above which a person can be assumed to be at risk, for example 45 V, 50 V or, in particular, 60 V Are low-voltage branch, and rest on the low-voltage line.
  • the voltage recorded by the voltmeter corresponds to the potential difference of the low-voltage line compared to a reference potential such as ground (of the low-voltage branch) or a supply potential of the low-voltage branch, for example a +12 V potential.
  • the prefix “low voltage” designates voltages of no more than 60 V.
  • the prefix “high voltage” designates in particular voltages of more than 60 V, for example at least 100 V, 200 V, 400 V or 800 V.
  • the low-voltage line can in particular be a sensor line that leads to a current sensor, a shunt, a temperature sensor, a voltage tap or another component that is located within the high-voltage network.
  • the at least one low-voltage line can thus have (at least) one sensor line, which is connected to a sensor or a voltage tap of the high-voltage branch or an interlock connection of the high-voltage branch in a signal-transmitting manner.
  • the sensor line can lead to an interlock circuit that is arranged on a plug-in component of the high-voltage branch in order to close it monitor.
  • a corresponding low-voltage line is brought out from the high-voltage branch to the low-voltage branch in order to connect the monitoring unit to the interlock circuit.
  • the voltmeter also enables this low-voltage line to be monitored.
  • connections that are not galvanically isolated are referred to as “signal-transmitting” and lead out via a voltage divider or directly from the high-voltage branch.
  • the low-voltage line can also have a control or data line that is connected to a data source or sink of the high-voltage network in a signal-transmitting manner, such as a line of a CAN bus, a battery management device or an inverter, a voltage converter or an electrical machine that is led out of the high-voltage branch is.
  • a control line for an inverter, for a voltage converter, for an electrical machine, high-voltage box or accumulator which is/are provided in the high-voltage network or which carry a high-voltage as the operating voltage.
  • the at least one low-voltage line can be a low-voltage supply line, which is connected to a (sub)component of the high-voltage network in order to supply it with low voltage.
  • the at least one low-voltage line is preferably connected to an input of the voltmeter via a series resistor.
  • a varistor can also be connected to the at least one low-voltage line, in particular with a breakdown voltage that corresponds to the voltage limit.
  • the varistor connects the low-voltage line to the reference potential, preferably to the ground potential of the vehicle electrical system.
  • the series resistor is in particular switchably connected to the input of the voltmeter.
  • the series resistor a switch, such as a transistor or an electromechanical Switch, to be connected downstream, which leads to the input of the voltmeter.
  • the switch can only be closed temporarily, preferably repeatedly and in particular periodically, in order to avoid permanent discharge through the shunt resistor when the vehicle electrical system is idle.
  • the evaluation of several low-voltage lines by the voltmeter can also be bundled.
  • several low-voltage lines are each connected via a series resistor (to which a varistor can be connected, as described) to an input of the voltmeter, i.e. to the same input of the voltmeter. If only one of the low-voltage lines has too high a voltage (relative to ground or another reference potential of the low-voltage branch), then the voltmeter can detect that at least one of the lines has a critical potential.
  • the varistor also serves to discharge an energy store such as a Cy capacitance in the high-voltage branch;
  • an energy store such as a Cy capacitance in the high-voltage branch
  • the Cy capacitance connected to the high-voltage potential with the faulty insulation is discharged via the varistor, with the charge being fed to the other Cy capacitance.
  • the varistor can therefore also be used for charge transfer from one Cy capacitance to the other Cy capacitance (of the other high-voltage potential). This function of the varistor does not affect the detection of the insulation fault by the voltmeter, since the voltage present at the varistor is sufficient to detect the excess voltage.
  • the vehicle electrical system and in particular the low-voltage branch can have an emergency shutdown signal switch.
  • the voltmeter can be drivingly connected to it.
  • an input of the voltmeter can be drivingly connected to the trip signal switch.
  • the low-voltage line is connected to this signal switch in a driving manner in order to (indirectly) control the signal switch as a function of the voltage on the low-voltage line. If the voltage on the low-voltage line is above the voltage limit, this signal switch is closed and a signal is generated as follows.
  • a low-voltage line can be connected in a signal-transmitting manner to a control input of the emergency shutdown signal switch, for example via a series resistor, in order to switch (in particular close) the emergency shutdown signal switch by means of the signal applied to the low-voltage line.
  • the switching generates an emergency shutdown signal, which is transmitted to the emergency shutdown unit.
  • the emergency shutdown signal switch is preferably connected between a ground potential or another reference potential of the vehicle electrical system on the one hand and a signal connection which leads to an emergency shutdown unit of the high-voltage network.
  • the trip signal switch can thus be connected between a reference potential such as ground and a trip line. If there is a voltage on a low-voltage line that is above the specified limit, then the signal switch is closed by the voltage level at the input of the rapid shutdown signal switch (possibly corresponding to the voltage level at the input of the voltmeter). This then connects the tripping line to a reference potential such as ground and thereby generates a signal in the tripping line which leads to tripping.
  • the fast shutdown unit is also referred to as a "fast turn off” (FTO) unit.
  • the signal corresponds to an FTO signal, ie a signal for rapid switch-off. Closing the rapid shutdown signal switch leads to a signal on the rapid shutdown line or in the rapid shutdown unit of the high-voltage network, which causes the rapid shutdown unit to immediately switch off or deactivate the high-voltage network, for example also to discharge the high-voltage network.
  • the trip signal switch can be a transistor whose control input (base, gate) is connected to the output of the voltmeter.
  • the rapid shutdown signal switch is set up and connected in such a way that the signal switch closes only when the voltage on a low-voltage line is above the voltage limit and is otherwise open.
  • the input of the voltmeter is drivingly connected to the trip signal switch.
  • the voltage or the potential at the voltmeter thus controls the signal switch.
  • the trip signal switch is driven by the voltage across the shunt resistor.
  • the voltage applied to the voltmeter is therefore used on the one hand to be recorded by the voltmeter for later evaluation and on the other hand to control the said signal switch, which is closed depending on the applied voltage.
  • the rapid shutdown unit can be provided within the high-voltage branch, but can also be provided generally in the vehicle electrical system, possibly also outside of the networks mentioned.
  • the vehicle electrical system can also have a reporting unit. This is provided in particular in the low-voltage branch.
  • the signaling unit is set up to emit an insulation fault signal when the amount of voltage is greater than the voltage limit.
  • the insulation fault signal indicates that the amount of voltage on a low-voltage line is greater than the given voltage limit and thus an insulation fault (in the high-voltage branch) means that a low-voltage line incorrectly carries a voltage (compared to a reference potential such as ground) above the voltage limit.
  • the insulation fault signal can be an electrical signal that is transmitted to a higher-level controller or display or to a charging controller for the high-voltage branch. Alternatively or in combination with this, the insulation fault signal can be an optical and/or acoustic signal.
  • Embodiments of the vehicle electrical system have a debouncing device that is set up to suppress a voltage level that is above the voltage limit during a debouncing period, either by temporarily suppressing the corresponding voltage signal emitted by the voltmeter, or by suppressing an insulation fault signal during the debouncing period. If the excessively high voltage or the insulation fault signal persists after the debounce period, the voltage signal or the insulation fault signal output by the voltmeter is output as described in order to detect an insulation fault.
  • the voltmeter can be an analog-to-digital converter.
  • This can have a measuring input (in short: input) which transmits signals (in particular galvanically or via the series resistor) is connected to the at least one low-voltage line.
  • the input is preferably connected to ground or another reference potential of the low-voltage branch via a shunt resistor.
  • the result is a voltage divider, which is connected between ground or another reference potential and the low-voltage line, which has the series resistor and the shunt resistor as voltage-dividing resistors connected in series, and which has a tap at the connection point between the series resistor and the shunt resistor has, which is connected to the input.
  • the shunt resistor typically has a much larger resistance than current-sensing shunt resistors and can be as much as 1K ohms, 10K ohms, or 100K ohms.
  • the series resistor or series resistors can be more than 100 kOhm, more than 1 MOhm or more than 10 MOhm.
  • the shunt resistor and series resistor reduce the voltage appearing across the shunt resistor and series resistor by a factor of no more than 10%, 5% or 1%, the voltage so reduced appearing across the shunt resistor.
  • the sum of the resistance values of the shunt resistor and one of the series resistors is less than a resistance value which, when the nominal voltage of the high-voltage branch is applied to the relevant low-voltage line, leads to a current whose magnitude is greater than a triggering current of a high-voltage branch side isolation monitor. This means that the potential on the low-voltage line that is too high can be detected both by the voltmeter described here and by the insulation monitor.
  • FIGS 1, 2 and 3 is used to explain the vehicle electrical system described here.
  • the vehicle electrical system FB shown in FIG. 1 has a high-voltage branch HV and a low-voltage branch NV.
  • the branches NV and HV are separated from each other by an isolation IN.
  • the electrical insulation IN is represented symbolically and can correspond to a transformer and/or electrical insulation layers.
  • Several low-voltage lines NL extend from the high-voltage branch into the low-voltage branch.
  • a signal line e.g. for transmitting signals from a sensor located within the high-voltage branch
  • a data line for transmitting control signals and/or communication or bus signals starting from the high-voltage branch HV or into it
  • a supply line are shown by way of example for the transmission of low-voltage supply voltage between the branches NV and HV.
  • these low-voltage lines can be a 12V+ supply line, a communication line (such as a CAN bus line), an HV interlock loop line or a signal line to terminal 15 of the vehicle electrical system (ie switched 12V+ potential).
  • the low-voltage line NL can, as shown by way of example with line SL, be switched via a switch S and connected via a series resistor R to an input E of the voltmeter SM. As shown by way of example with the lines DL and VL, the low-voltage line NL can be connected unconnected via a series resistor R to the input E of the voltmeter SM. Furthermore, the low-voltage line NL can, as shown by way of example with the line XL, which leads to a low-voltage section of a component of the vehicle electrical system branch HV, can be connected to the input E of the voltmeter SM via the parallel connection of a series resistor R and a varistor V.
  • the varistor has a breakdown voltage that is lower than a contact voltage that is dangerous for humans and therefore generates a current flow when this voltage is reached, which is recorded by an insulation monitor on the high-voltage side.
  • the current flow through the varistor already triggers an error detection (on the part of an insulation monitor on the high-voltage side).
  • the voltmeter SM emits a signal at the output A, which reflects the voltage at its input E. In the illustrated embodiment, this voltage is forwarded to a reporting unit ME of the vehicle electrical system FB.
  • the reporting unit ME is able to evaluate the signal from the output A and, in particular, to detect whether the voltage value that is reproduced by the signal suggests a voltage magnitude on one of the low-voltage lines with respect to ground M that is above the Voltage limit (e.g. 30 V, 50 V or 60 V) is, or not.
  • the signaling unit M is also able to take into account the resistance values of R and SH and their interconnection as a voltage divider (i.e.
  • x can be in the range of 10 volts, 12 volts, 15 volts or 18 volts, depending on the necessary gate or base voltage for driving the transistor.
  • a rapid shutdown unit FTO (FTO—fast turn off) can be provided, for example in the high-voltage branch HV, as shown.
  • FTO fast turn off
  • the rapid shutdown unit FTO can be provided within the high-voltage branch, as indicated by the reference symbol FTO, but can also generally be provided in the vehicle electrical system, possibly also outside of the networks mentioned, as indicated by the reference symbol FTO'.
  • the circuit shown enables direct intervention in this tripping unit FTO by driving a tripping signal switch T from the potential present on the lines NV.
  • the emergency shutdown signal switch T connects a reference potential such as ground M to a signal input or a signal-carrying line of the emergency shutdown unit FTO (ie a line in the vehicle electrical system that carries the emergency shutdown signal).
  • a signal connection SV between the switch T and the Fast shutdown unit FTO.
  • the connection may generally be between the switch T and a line carrying the trip-out (FTO) signal.
  • the rapid shutdown signal switch T is switched, as shown by the arrow leading to T, by means of the (common) potential of the resistors R or by means of the voltage present across SH (in general: with the voltage present on the lines NL).
  • the emergency shutdown signal switch T is a make contact or a transistor that is self-locking.
  • the signal of at least one of the lines NL is thus fed directly or indirectly to the control input TE of the emergency shutdown signal switch T in order to close according to this signal if the signal corresponds to a voltage sufficient for switching.
  • the switching point of the emergency shutdown signal switch T is provided in such a way that the emergency shutdown signal switch T closes when the voltage limit is reached on one of the lines NL.
  • Closing the rapid shutdown signal switch T sets the potential of the line that carries the FTO signal to the reference potential (here: ground M). This potential or this level corresponds to an error signal which triggers the rapid shutdown unit FTO.
  • the trip signal switch T can have a transistor (a signal transistor) as a switch.
  • the rapid shutdown signal switch T can have a series resistor which leads to the control input (base) of the transistor.
  • the end of the series resistor opposite the base can be connected to the shunt resistor, for example to the end of the shunt resistor which is opposite the reference potential (ground M).
  • the transistor can be connected to the reference potential (ground M) via a resistor (emitter resistor).
  • a resistor can also be provided for setting the operating point of the transistor, which resistor connects the base to the emitter.
  • a collector circuit with operating point setting results for the rapid shutdown signal switch T.
  • a corresponding wiring of a MOSFET can be provided if the rapid shutdown Signal switch T has a MOSFET.
  • a further transistor (possibly with further wiring) can also be provided which is connected to a negative potential of one of the lines NL, which corresponds to a magnitude of a negative voltage which is above the voltage limit.
  • a further transistor can thus be provided which is provided as a complement to the transistor described above.
  • Figures 2 and 3 serve to explain possible physical aspects of the vehicle electrical system FB.
  • first low-voltage branch NV there can be a second low-voltage branch NV', with the at least one low-voltage line also extending from the first low-voltage branch NV into the second low-voltage branch NV'.
  • the low-voltage line has a dangerous potential, then this risk is also transferred via this line to the second low-voltage branch, even if a housing GE is provided in which the second low-voltage branch is accommodated, while the first low-voltage branch NV is arranged outside of the housing GE and The at least one low-voltage line NL′, NL′′ extends into the housing and thus into the second low-voltage branch via a housing entry ZG of the housing GE.
  • the at least one low-voltage line has a tap P, P′, via which the voltmeter SM is connected to the at least one low-voltage line.
  • the tap is at the point on the line where it begins to extend further in multiple directions, ie at the point of splitting.
  • the tap P, P' is preferably located directly on the casing of the casing GE or on the casing entry ZG of the casing, either inside (as shown with P) or outside of the casing P'.
  • the tap P can be arranged in an interface device that is located outside the housing GE, see interface device U, or can be arranged in an interface device that is located inside the housing GE, with the interface device, such as a cable feedthrough or a plug-in connection element, directly adjoins the housing entrance or realizes this with it.
  • the tap P, P' is thus located directly where the second low-voltage branch NV' begins or where the housing space in which the tap P, P' is located begins. This ensures that the line already when entering the second low-voltage branch NV 'with regard to overvoltages by means of Voltage meter can be monitored.
  • the voltmeter, the at least one series resistor and/or the shunt resistor can also be arranged directly where the tap is located.
  • An interface device can be provided in which the tap P, P' is provided.
  • the interface device can be provided outside, see reference symbol II. Alternatively or in combination herewith, the interface device can be provided inside, see reference symbol U'.
  • the first low-voltage branch NV and the high-voltage branch HV can be located in a high-voltage housing HB, in particular within the housing of a high-voltage arrangement, which can be referred to as a high-voltage box.
  • the high-voltage housing HB or the high-voltage box has a low-voltage line connection AN. This can be a plug-in connection for low-voltage signals and/or low-voltage supply voltages.
  • the at least one low-voltage line NL has a tap via which the voltmeter SM is connected to the at least one low-voltage line NL. This tap is designed in particular like the voltage tap mentioned above.
  • the tap P is located directly in or on the low-voltage line connection AN (approx
  • Plug connection element can also be located in the interface device U”, which is pre-routed to the low-voltage line connection AN.
  • the housing HB is preferably conductive and connected to ground. This ensures a high level of protection against high touch voltages that result from faults in the high-voltage box, since the tap is provided directly where the low-voltage line NL exits the high-voltage box, and this line is therefore monitored for excessive touch voltages immediately after it exits.
  • the voltmeter SM, the at least one series resistor R and the shunt resistor SR are preferably also arranged there.
  • the voltmeter SM, the at least one series resistor R and the shunt resistor SR are provided in one housing and thus form a high-voltage safety device.
  • the tap is preferably also provided within the high-voltage safety device, with the high-voltage safety device alternatively having a connection for connection to the at least one tap or for connection to the has at least one low-voltage line.
  • the reporting unit ME can also be provided within the high-voltage safety device.
  • a communication device can also be provided in the high-voltage safety device.
  • the at least one low-voltage line can lead through the high-voltage safety device or can be provided outside.
  • the high-voltage safety device can be provided where the components labeled U, U′, II′′ or AN are provided in FIGS. 2 and 3, in particular instead of these components or in combination with them.
  • Such a high-voltage safety device that monitors the low-voltage lines can be a physically self-contained device that can also be connected to the ends of the low-voltage lines that are opposite to the sections or ends of the low-voltage lines that are in the high-voltage branch HV.

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Abstract

202100077 18 Zusammenfassung Fahrzeugbordnetz mit einem Hochvoltzweig, einem Niedervoltzweig und einer niedervoltseitige Isolationsfehlererkennung 5 Ein Fahrzeugbordnetz (FB) ist mit einem Hochvoltzweig (HV) und einem ersten Niedervoltzweig (NV) ausgestattet, der mittels einer Isolation (IN) von dem Hochvoltzweig (HV) galvanisch getrennt ist. Der Niedervoltzweig (NV) weist mindestens eine Niedervoltleitung (NL) auf, die zum Hochvoltzweig (HV) führt. Der Niedervoltzweig (NV) verfügt über einen Spannungsmesser (SM). Dieser ist mit der 10 mindestens einen Niedervoltleitung (NL) signalübertragend verbunden. Ferner ist er eingerichtet ist, zu erfassen, ob ein Spannungsbetrag der mindestens einen Niedervoltleitung (NL) gegenüber einem Massepotential (M) des Fahrzeugbordnetzes (FB) über einer Spannungsgrenze liegt. Die Spannungsgrenze kennzeichnet einen Spannungsbetrag kennzeichnet, der größer ist als der Betrag 15 einer maximalen Signalspannung der Niedervoltleitung, die diese im fehlerfreien Betrieb aufweist. (Fig. 1)

Description

Beschreibung
Fahrzeugbordnetz mit einem Hochvoltzweig, einem Niedervoltzweig und einer niedervoltseitige Isolationsfehlererkennung
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.
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.
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 Figur 1.
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. 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.
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 Isolationsmatenal (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 Isolationsmatenal, das die galvanische Trennung zwischen den Zweigen vorsieht, von einem Zweig zum anderen überbrückt.
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. 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 Isolationsfehlem 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.
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.
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.
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.
In Kombination oder als Alternative kann die mindestens eine Niedervoltleitung eine Niedervolt-Versorgungleitung sein, die mit einer (Unter)-kom ponente des Hochvoltnetzes verbunden ist, um diese mit Niederspannung zu versorgen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Figuren 1 , 2 und 3 dient zur Erläuterung des hier beschriebenen Fahrzeugbordnetzes.
Das in Figur 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. 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Figuren 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.
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 II. Alternativ oder in Kombination hiermit kann die Schnittstellenvorrichtung kann innerhalb vorgesehen sein, siehe Bezugszeichen U‘.
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.
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 Figuren 2 und 3 die mit U, U‘, II“ 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.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeugbordnetz (FB) mit einem Hochvoltzweig (HV) und einem ersten Niedervoltzweig (NV), der mittels einer Isolation (IN) von dem Hochvoltzweig (HV) galvanisch getrennt ist, wobei der Niedervoltzweig (NV) mindestens eine Niedervoltleitung (NL) aufweist, die zum Hochvoltzweig (HV) führt, wobei der Niedervoltzweig (NV) über einen Spannungsmesser (SM) verfügt, der mit der mindestens einen Niedervoltleitung (NL) signalübertragend verbunden ist und eingerichtet ist, zu erfassen, ob ein Spannungsbetrag der mindestens einen Niedervoltleitung (NL) gegenüber einem Massepotential (M) des Fahrzeugbordnetzes (FB) über einer Spannungsgrenze liegt, die einen Spannungsbetrag kennzeichnet, der größer ist als der Betrag einer maximalen Signalspannung der Niedervoltleitung, die diese im fehlerfreien Betrieb aufweist.
2. Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 1 , wobei die
- mindestens eine Niedervoltleitung eine Sensorleitung (SL) aufweist, die signalübertragend mit einem Sensor oder einem Spannungsabgriff des Hochvoltzweigs (HV) oder einem Interlockanschluss des Hochvoltzweigs verbunden ist,
- mindestens eine Niedervoltleitung eine Ansteuer- oder Datenleitung (DL) aufweist, die mit einer Datenquelle oder -senke des Hochvoltnetzes signalübertragend verbunden ist, und/oder
- mindestens eine Niedervolt-Versorgungsleitung (VL) aufweist, die mit einer Komponente des Hochvoltnetzes verbunden ist.
3. Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens eine Niedervoltleitung (NL) über einen Vorwiderstand (R) oder über einen Vorwiderstand (R), an den ein Varistor (V) angeschlossen ist, mit einem Eingang (E) des Spannungsmessers (SM) verbunden ist, insbesondere schaltbar verbunden ist.
4. Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, wobei die mehrere Niedervoltleitungen (NL) jeweils über einen Vorwiderstand (R) mit einem Eingang (E) des Spannungsmessers (SM) verbunden sind.
5. Fahrzeugbordnetz (FB) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Vorwiderstand (R) über einen Shuntwiderstand (SH) mit einem Massepotential (M) des Fahrzeugbordnetzes (FB) verbunden ist.
6. Fahrzeugbordnetz (FB) nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner einen Schnellabschaltungs-Signalschalter (T) aufweist, wobei ein Eingang (E) des Spannungsmessers (SM) ansteuernd mit dem Schnellabschaltungs- Signalschalter (T) verbunden ist, oder die mindestens eine Niedervoltleitung signalübertragend mit einem Steuereingang des Schnellabschaltungs- Signalschalters (T) verbunden ist, um so mittels des Signals, das am Eingang (E) des Spannungsmesser bzw. an der Niedervoltleitung (NL) anliegt, den Schnellabschaltungs-Signalschalter (T) anzusteuern, wobei der Schnellabschaltungs-Signalschalter (T) zwischen einem Massepotential (M) oder einem anderen Bezugspotential des Fahrzeugbordnetzes (FB) einerseits und einer Signalverbindung (SV) angeschlossen ist, welche zu einer Schnellabschaltungseinheit (FTO) des Hochvoltnetzes führt.
7. Fahrzeugbordnetz (FB) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Niedervoltzweig (NV) eine Meldeeinheit (ME) aufweist, die ein Isolationsfehlersignal abgibt, wenn der Spannungsbetrag größer als die Spannungsgrenze ist.
8. Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 7, wobei die Meldeeinheit (ME) eingerichtet ist, ein Isolationsfehlersignal abzugeben, wenn der Spannungsbetrag mindestens über eine vorgegebene Entprellzeitdauer größer als die Spannungsgrenze ist.
9. Fahrzeugbordnetz (FB) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Spannungsmesser (SM) ein Analog-Digital-Wandler ist, der einen Messeingang aufweist, welcher signalübertragend mit der mindestens einen Niedervoltleitung verbunden ist.
10. Fahrzeugbordnetz (FB) nach einem der vorangehenden Ansprüche, das neben dem ersten Niedervoltzweig (NV) einen zweiten Niedervoltzweig (NV‘) aufweist, wobei die mindestens eine Niedervoltleitung (NL‘, NL“) sich von dem ersten Niedervoltzweig (NV) in ein Gehäuse (ZG) des zweiten Niedervoltzweigs (NV‘) hinein erstreckt und wobei die mindestens eine Niedervoltleitung (NL‘, NL“) über einen Abgriff (P, P‘) verfügt, über den der Spannungsmesser (SM) an die mindestens eine Niedervoltleitung (NL‘, NL“) angeschlossen ist, wobei sich der Abgriff (P) unmittelbar an einer Gehäusehülle oder einem Gehäusezutritt (ZG) des Gehäuses und innerhalb oder außerhalb des Gehäuses (GE) befindet. Fahrzeugbordnetz (FB) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich der erste Niedervoltzweig (NV) und der Hochvoltzweig (HV) in einem Hochvoltgehäuse (HB) befinden, das über einen Niedervolt-Leitungsanschluss (AN) verfügt, wobei die mindestens eine Niedervoltleitung (NL) über einen Abgriff verfügt, über den der Spannungsmesser (SM) an die mindestens eine Niedervoltleitung (NL) angeschlossen ist, wobei sich der Abgriff (P) in oder unmittelbar en dem Niedervolt-Leitungsanschluss (AN) befindet.
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