WO2025201993A2 - Sicherungsschaltung für ein fahrzeugbordnetz und fahrzeugbordnetzsystem - Google Patents

Sicherungsschaltung für ein fahrzeugbordnetz und fahrzeugbordnetzsystem

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WO2025201993A2
WO2025201993A2 PCT/EP2025/057527 EP2025057527W WO2025201993A2 WO 2025201993 A2 WO2025201993 A2 WO 2025201993A2 EP 2025057527 W EP2025057527 W EP 2025057527W WO 2025201993 A2 WO2025201993 A2 WO 2025201993A2
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electrical system
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • H02H5/105—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal non-electric working conditions with or without subsequent reconnection responsive to mechanical injury, e.g. rupture of line, breakage of earth connection responsive to deterioration or interruption of earth connection

Definitions

  • the invention relates to a safety circuit for a vehicle electrical system and a vehicle electrical system having the safety circuit.
  • vehicles that have a high-voltage electrical system i.e. a high-voltage electrical system - HV electrical system
  • a high-voltage electrical system - HV electrical system are provided with insulation that electrically separates the HV electrical system from the rest of the electrical system and the ground potential, in particular from the chassis of the vehicle.
  • the vehicles include control or sensor signals or low-voltage supply signals, which, in contrast to the high-voltage potentials, are not particularly protected against contact.
  • the object is achieved by a fuse circuit for a vehicle electrical system.
  • the vehicle electrical system has a high-voltage electrical system (HV electrical system) and a low-voltage electrical system (LV electrical system). At least a part of the high-voltage electrical system is arranged in a predetermined high-voltage area.
  • One or more low-voltage conductors conduct High-voltage range. Low-voltage conductors connect low-voltage components located in the high-voltage range with other low-voltage components located outside the high-voltage range.
  • the low-voltage conductors are designed to conduct a low-voltage signal potential and/or a low-voltage supply potential (e.g., 12 V or +5 V and ground) from the high-voltage area, at least during fault-free operation.
  • the low-voltage signal potentials are used to transmit information, in particular control signals, monitoring signals, sensor signals, and the like.
  • the high-voltage area is, in particular, a closed or enclosed high-voltage area or a closed space.
  • the high-voltage area is enclosed, for example, by a housing.
  • the fuse circuit has a reference potential terminal for connection to a protective conductor potential of the vehicle.
  • the protective conductor potential can, in particular, correspond to a vehicle ground or chassis potential.
  • the fuse circuit comprises one or more diode half-bridge circuits, each comprising a first diode and a second diode connected in series.
  • Each diode half-bridge circuit has a center terminal, a first terminal connected to the cathode of the first diode, and a second terminal connected to the anode of the second diode.
  • the fuse circuit comprises one or more low-voltage potential terminals for connecting the respective center terminals to one of the low-voltage conductors leading out of the high-voltage region.
  • the fuse circuit comprises a current-limiting circuit.
  • the first and second terminals of the diode half-bridge circuits are connected to the reference potential terminal via the current-limiting circuit, which has a current-limiting element and several electrical one-way elements.
  • a fault current flowing through the low-voltage conductor is diverted via the reference potential terminal.
  • the fault current is triggered by the fault, in particular an insulation fault.
  • the current-limiting circuit has a first terminal and a second terminal.
  • the cathodes of the first diodes are connected to the first terminal of the current-limiting circuit, and the anodes of the second diodes are connected to the second terminal of the current-limiting circuit.
  • the current-limiting element is preferably designed for high current pulses, since very high voltage peaks can be present at the current-limiting element.
  • the fuse circuit has a first voltage limiting element and a second voltage limiting element.
  • the first terminals of the diode half-bridge circuits are connected to the first terminal of the current limiting circuit via the first voltage limiting element, and/or the second terminals of the diode half-bridge circuits are connected to the second terminal of the current limiting circuit via the second voltage limiting element.
  • the safety circuit enables the contact voltage to be limited to less than 60 V DC at accessible terminals of voltage class A as a precautionary measure for fault protection.
  • the special design of the current limiting circuit with its electrical one-way elements means that only one current limiting element is required to divert the fault current via the reference potential connection. This means that the fault current is diverted via the one current limiting element regardless of the polarity of the high-voltage potential applied to the respective low-voltage conductor.
  • the fault current which flows in the affected low-voltage conductor, particularly in the event of a fault, due to a discharge of existing capacitances arranged between the positive HV potential and the protective conductor potential and between the negative HV potential and the protective conductor potential in the high-voltage area, can be diverted to the protective conductor connection or to the protective conductor potential via the fuse circuit.
  • the current-limiting element comprises a resistor or is formed by a resistor.
  • the resistor is preferably an ohmic resistor.
  • the current-limiting element can be formed by one or more resistive components.
  • the resistive components can be connected in series.
  • multiple resistive components can be used to absorb/dissipate more potentially dangerous energy and/or to increase resistance to voltage surges with a higher amplitude/peak value, such as 1,000 Vpeak instead of just 500 Vpeak.
  • the plurality of one-way electrical elements comprise a first one-way electrical element and a second one-way electrical element.
  • the first one-way electrical element is arranged in a first branch
  • the second one-way electrical element is arranged in series with the current-limiting element in a second branch.
  • the second branch is arranged parallel to the first branch.
  • the plurality of electrical one-way elements each comprise at least one diode or are each formed by at least one diode.
  • the first electrical one-way element comprises at least one first diode and/or the second electrical one-way element comprises at least one second diode.
  • the at least A first diode and the at least one second diode can be configured identically or differently.
  • the anode of the at least one first diode is connected to the reference potential terminal.
  • the cathode of the at least one second diode is also connected to the reference potential terminal.
  • the fuse circuit has a first voltage limiting element and a second voltage limiting element, and the first terminals of the diode half-bridge circuits are connected to a first terminal of the current limiting circuit via the first voltage limiting element, and/or the second terminals of the diode half-bridge circuits are connected to a second terminal of the current limiting circuit via the second voltage limiting element.
  • the first and second voltage limiting elements are each configured to conduct when a threshold voltage or a breakdown voltage is exceeded, and not to conduct or virtually not to conduct when the threshold voltage or the breakdown voltage is undershot.
  • the diode half-bridge circuits form a network that allows multiple low-voltage conductors to be protected to be connected to the first voltage-limiting element and the second voltage-limiting element, respectively. Multiple low-voltage conductors can thus be protected with the first and second voltage-limiting elements. This results in cost and space advantages, as diodes are cheaper and smaller than voltage-limiting elements, especially when designed for multiple amperes or several hundred amperes of peak load.
  • the first voltage-limiting element and/or the second voltage-limiting element each comprise a suppressor diode and/or a varistor and/or a protective diode and/or a Zener diode and/or a thyristor circuit and/or a gas discharge tube and/or a spark gap and/or a DIAC, or is formed by one or more such components.
  • the aforementioned components can also form the voltage-limiting element in any desired combination.
  • the suppressor diode can also be referred to as a transient voltage suppressor (TVS).
  • TVS transient voltage suppressor
  • the invention is characterized by a vehicle electrical system.
  • the vehicle electrical system comprises a vehicle electrical system with a high-voltage electrical system, which is arranged at least partially in a predetermined high-voltage range, and a low-voltage electrical system, wherein one or more low-voltage conductors lead out of the high-voltage range, and the low-voltage conductors are designed to lead out a low-voltage signal potential and/or a low-voltage supply potential from the high-voltage range, at least during fault-free operation.
  • the vehicle electrical system has a fuse circuit according to the first aspect, wherein at least some of the low-voltage conductors are each connected to one of the LV potential terminals, and the reference potential terminal is connected to the protective conductor potential (GND) of the vehicle.
  • the high-voltage vehicle electrical system comprises a positive high-voltage potential and a negative high-voltage potential, and the positive high-voltage potential is connected to the protective conductor potential of the vehicle via a first capacitance and the negative high-voltage potential is connected to the protective conductor potential of the vehicle via a second capacitance.
  • Figure 1 A vehicle electrical system with an exemplary design of a safety circuit for a vehicle electrical system
  • Figure 2 shows a current flow in the vehicle electrical system in the event of a faulty introduction of a positive high-voltage potential into a low-voltage conductor which extends from a high-voltage area of the vehicle electrical system and
  • Figure 3 shows a respective current flow in the vehicle electrical system in the event of an incorrect introduction of a negative high-voltage potential into a low-voltage conductor which extends out of the high-voltage area of the vehicle electrical system.
  • the same reference numerals are used for elements with essentially the same function, but these elements do not have to be identical in all details.
  • any direct electrical connection or coupling i.e., any connection or coupling without additional intervening elements
  • an indirect connection or coupling i.e., a connection or coupling with one or more intervening elements, or vice versa, as long as the general purpose of the connection or coupling, for example, transmitting a certain type of signal or transmitting a certain type of information, is substantially maintained.
  • FIG 1 shows a vehicle electrical system FBS with an exemplary embodiment of a fuse circuit S1 for a vehicle electrical system FB.
  • the vehicle electrical system FB has a high-voltage electrical system (HV electrical system) HV and a low-voltage electrical system (LV electrical system) LV.
  • the LV electrical system is coupled to the HV electrical system HV, for example, via a galvanically isolated voltage converter (not shown in the figures).
  • the HV on-board network HV has a positive high-voltage potential HV'+ and a negative high-voltage potential HV'-. Between the positive high-voltage potential HV'+ and the negative high-voltage potential HV'+, for example, at least one first capacitance Cy+ and at least one second capacitance Cy- are arranged. The at least one first capacitance Cy+ and the at least one second capacitance Cy- are each connected to one another via a connection point VP, which in turn is connected to a
  • the protective conductor potential GND can correspond to a vehicle ground or chassis potential.
  • the at least one first capacitance Cy+ and the at least one second capacitance Cy- serve in particular to suppress common-mode interference and preferably each have Y capacitors.
  • one or more low-voltage components NV are arranged, for example a control, monitoring and/or sensor component.
  • one or more low-voltage conductors L1, ..., L4 lead out of the high-voltage area HVB, in particular from the housing G.
  • the low-voltage conductors L1, ..., L4 are shown as an example in Figure 1.
  • the low-voltage conductors L3, L4 are used, for example, as communication signal conductors, e.g. for a two-wire data transmission connection with symmetrical or asymmetrical signal routing for communication between the one or more low-voltage components NV arranged in the high-voltage area HVB and further low-voltage components arranged outside the high-voltage area.
  • the low-voltage conductors L1, ..., L4 thus carry low-voltage signal potentials and/or low-voltage supply potentials, for example +12 V or +5 V and ground, at least in fault-free operation, and conduct these out of the high-voltage area HVB.
  • one of the low-voltage conductors L1, ..., L4 is connected to one of the HV potentials HV-, HV+.
  • this low-voltage conductor L1, ..., L4 carries an HV potential HV-, HV+.
  • the HV potentials HV+, HV- can be equal to or at least approximately equal to the high-voltage potentials HV'+, HV'- of the high-voltage vehicle electrical system or at least have a potential whose Voltage relative to the protective conductor potential GND is greater than a specified limit voltage for normal operation of the low-voltage conductors L1, ..., L4 (for example > 60 V DC).
  • a large amount of energy can be stored in the at least one first capacitor Cy+ and the at least one second capacitor Cy-, or in the Y-suppression capacitors.
  • This energy can penetrate the low-voltage electrical system LV due to an insulation fault between one of the high-voltage potentials HV'+, HV'- of the high-voltage electrical system and one of the low-voltage conductors L1, ..., L4.
  • This amount of energy if "absorbed" by a person, can be at least dangerous, if not fatal.
  • the energy can be dissipated using the safety circuit Sl.
  • the fuse circuit S1 comprises one or more diode half-bridge circuits, each comprising a first diode D11, ..., D14 and a second diode D21, ..., D24, which are connected in series.
  • Each diode half-bridge circuit has a center terminal M1, ..., M4, a first terminal connected to the cathode of the first diode D11, ..., D14, and a second terminal connected to the anode of the second diode D21, ..., D24.
  • the center terminals M1, ..., M4 are each connected to one of the low-voltage conductors L1, ..., L4, which lead out of the high-voltage range (HV), via LV potential terminals.
  • the first and second terminals of the diode half-bridge circuits are connected to a reference potential terminal via a current-limiting circuit CL, which has a current-limiting element R and several electrical one-way elements DCL1, DCL2. This reference potential terminal, in turn, is connected to the vehicle's protective conductor potential GND.
  • the current limiting circuit CL preferably comprises a first electrical one-way element DCL1 and a second electrical one-way element DCL2.
  • the first electrical one-way element DCL1 is arranged in a first branch and the second electrical one-way element DCL2 is arranged in series with the current limiting element R in a second branch, and the second branch is arranged in parallel with the first branch.
  • the current limiting element R preferably comprises a resistor, in particular an ohmic resistor.
  • the current limiting element R is formed, for example, by one or more Resistor components are formed.
  • the parallel connection of the two branches is arranged between a first terminal of the current-limiting circuit CL and the reference potential terminal.
  • a second terminal of the current-limiting circuit CL is arranged in the second branch between the current-limiting element R and the second electrical one-way element DCL2.
  • each electrical one-way element DCL1, DCL2 is designed to allow current to pass in one direction and block current in the other direction.
  • each electrical one-way element DCL1, DCL2 has at least one diode or is formed by at least one diode.
  • the first terminals of the diode half-bridge circuits are connected to the first terminal of the current limiting circuit CL via a first voltage limiting element TVS1 and/or the second terminals of the diode half-bridge circuits are connected to the second terminal of the current limiting circuit CL via a second voltage limiting element TVS2.
  • the voltage limiting elements can also be referred to as overvoltage elements.
  • the respective voltage limiting element is designed to conduct when a threshold voltage or breakdown voltage is exceeded, and to not conduct or to conduct almost entirely when the threshold voltage or breakdown voltage is undershot.
  • the limit voltage of the first and second voltage limiting element TVS1, TVS2 is in particular below the nominal voltage between the positive high-voltage potential HV'+ and the negative high-voltage potential HV'- of the high-voltage vehicle electrical system and preferably below a danger threshold, in particular 60 V.
  • the limit voltage of the voltage limiting element can be between 10 V and 50 V, in particular between 35 V and 45 V.
  • the two voltage limiting elements TVS1, TVS2 each have a suppressor diode.
  • the first electrical one-way element DCL1 and the second electrical one-way element DCL2 are preferably directly connected to the current-limiting element R. They force the fault current triggered by the fault, in particular by the insulation fault, to flow through the voltage-limiting elements TVS1, TVS2. They thus prevent the fault current from (partially) bypassing the current-limiting element R, which would cause high peak currents that would be critical/damaging to the components of the fuse circuit S1.
  • a first device and/or second device is provided, which is designed to detect a current flow through the first voltage limiting element TVS1 or the second voltage limiting element TVS2, respectively.
  • an evaluation device is provided which compares the current flow with a limit value (approximately 1 mA or 10 pA) and, if the limit value is exceeded, emits an error signal and/or causes the high-voltage vehicle electrical system HV to be disconnected, for example by controlling a disconnector in the high-voltage vehicle electrical system HV or in a line that carries at least one of the high-voltage potentials HV'+, HV'- of the high-voltage vehicle electrical system HV and, if necessary, disconnects the high-voltage area HVB with other components or connections of the vehicle electrical system shown when controlled (preferably across all poles).
  • Figure 2 shows a current flow in the vehicle electrical system FB when a positive high-voltage potential HV+ is incorrectly introduced into a first low-voltage conductor L1, which extends from the high-voltage region HVB of the vehicle electrical system FB.
  • the current flows from the first capacitor Cy+ in the high-voltage region HVB through the first diode D11 of the diode half-bridge circuit, whose center terminal M1 is connected to the first low-voltage conductor L1 via the associated LV potential terminal, via the first voltage-limiting element TVS1 into the current-limiting element R and the second electrical one-way element DCL2 toward the reference potential.
  • Figure 3 shows a current flow in the vehicle electrical system FB when a negative high-voltage potential HV- is incorrectly introduced into the first low-voltage conductor L1, which extends from a high-voltage range HVB of the vehicle electrical system.
  • the fault current flows from the safety conductor potential GND through the first electrical one-way element DCL1, via the current-limiting element R and the second voltage-limiting element TVS, through the second diode D21 of the diode half-bridge circuit, whose center terminal M1 is connected to the low-voltage conductor L1 via the associated LV potential terminal, into the second capacitor Cy- in the high-voltage range HVB.
  • the special design of the current-limiting circuit CL enables the current limitation for the diodes D11, ..., D14, D21, ..., D24 of the diode half-bridge circuits and for the voltage-limiting elements TVS1, TVS2 to be achieved with just one current-limiting element R, in particular just with a single resistor formed by one or more resistive components.
  • this allows for space and cost savings compared to solutions that use a current-limiting element R for each voltage-limiting element TVS1, TVS2.
  • the savings are considerable, since the resistor(s) must be designed for large pulse currents in order to meet the required safety requirements.

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Abstract

Die Sicherungsschaltung (SI) weist eine oder mehrere Diodenhalbbrückenschaltungen mit jeweils einer ersten Diode (D11, …, D14) und einer zweiten Diode (D21, …, D24), die in Serie geschalten sind, auf. Die jeweilige Diodenhalbbrückenschaltung hat einen Mittenanschluss (M1, …, M4), einen ersten Anschluss, der mit der Kathode der ersten Diode (D11, …, D14) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit der Anode der zweiten Diode (D21, …, D24) verbunden ist. Die jeweiligen Diodenhalbbrückenschaltungen sind über ihre Mittenanschlüsse (M1, …, M4) jeweils mit einem Niedervoltleiter, der aus einem Hochvoltbereich des Fahrzeugbordnetzes herausleitet, verbindbar. Die Sicherungsschaltung (SI) umfasst eine Strombegrenzungsschaltung (CL) und die ersten Anschlüsse und die zweiten Anschlüsse der Diodenhalbbrückenschaltungen sind über die Strombegrenzungsschaltung (CL), die ein Strombegrenzungselement (R) und mehrere elektrische Einwegelemente (DCL1, DCL2) aufweist, mit einem Bezugspotentialanschluss verbunden sind, so dass in einem Fehlerfall, bei dem zumindest einer der Niedervoltleiter (L1, …, L4) ein positives Hochvoltpotential (HV+) oder ein negatives Hochvoltpotential (HV-) aus dem Hochvoltbereich (HVB) herausleitet, ein fehelerstrom, der über den Niedervoltleiter (L1, …, L4) fließt, zum Bezugspotentialanschluss abgeleitet wird.

Description

Beschreibung
Sicherungsschaltung für ein Fahrzeugbordnetz und Fahrzeugbordnetzsystem
Die Erfindung betrifft eine Sicherungsschaltung für ein Fahrzeugbordnetz und ein Fahrzeugbordnetzsystem, das die Sicherungsschaltung aufweist.
Es ist bekannt, Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb oder anderen elektrischen Komponenten auszustatten. Um hohe Leistungen zu erreichen, insbesondere zur Traktion, werden hohe Spannungen verwendet, beispielsweise von 400 Volt oder mehr, die im Gegensatz zu den ansonsten üblichen 12 Volt Bordnetzen eine Gefahr für den Menschen darstellen können.
Aus diesem Grund werden Fahrzeuge, die ein Bordnetz mit hoher Spannung aufweisen (d.h. ein Hochvoltbordnetz - HV-Bordnetz), mit einer Isolation versehen, welche das HV-Bordnetz von dem restlichen Bordnetz und dem Massepotential, insbesondere vom Chassis des Fahrzeugs, elektrisch trennt.
Zusätzlich umfassen die Fahrzeuge Steuer -oder Sensorsignale oder auch Niedervolt-Versorgungssignale, die im Gegensatz zu den Hochvoltpotentialen nicht besonders vor Berührungen geschützt sind.
Da ein Fehler in der Isolation zu einer Berührspannung führen kann, die für den Menschen schädlich, wenn nicht tödlich ist, sind weitere Schutzmaßnahmen erforderlich.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Sicherungsschaltung bereitzustellen, die mit einem geringen Platzbedarf und geringen Kosten einen verbesserten Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch eine Sicherungsschaltung für ein Fahrzeugbordnetz. Das Fahrzeugbordnetz weist ein Hochvolt-Bordnetz (HV-Bordnetz) und ein Nieder-Voltbordnetz (LV-Bordnetz) auf. Zumindest ein Teil des Hochvolt-Bordnetzes ist in einem vorgegebenen Hochvolt-Bereich angeordnet. Ein oder mehrere Niedervoltleiter leiten aus dem Hochvolt-Bereich heraus. Die Niedervoltleiter verbinden insbesondere Niedervoltkomponenten, die in dem Hochvolt-Bereich angeordnet sind, mit weiteren Niedervoltkomponenten, die außerhalb des Hochvolt-Bereichs angeordnet sind.
Die Niedervoltleiter sind ausgebildet, zumindest in einem fehlerfreien Betrieb jeweils ein Niedervoltsignalpotential und/oder ein Niedervoltversorgungspotential (zum Beispiel 12 V bzw. + 5 V und Masse) aus dem Hochvoltbereich herauszuleiten. Die Niedervolt-Signalpotentiale werden genutzt, um Information zu übertragen, insbesondere Ansteuersignale, Überwachungssignale, Sensorsignale und ähnliches.
Der Hochvoltbereich ist insbesondere ein geschlossener bzw. allseitig begrenzter Hochvoltbereich bzw. ein geschlossener Raum. Der Hochvoltbereich ist beispielsweise von einem Gehäuse umfasst.
Die Sicherungsschaltung weist einen Bezugspotentialanschluss zum Verbinden mit einem Schutzleiterpotential des Fahrzeugs auf. Das Schutzleiterpotential kann insbesondere einer Fahrzeugmasse- oder einem Chassispotential entsprechen.
Die Sicherungsschaltung weist eine oder mehrere Diodenhalbbrückenschaltungen mit jeweils einer ersten Diode und einer zweiten Diode, die in Serie geschalten sind, auf. Die jeweilige Diodenhalbbrückenschaltung weist einen Mittenanschluss, einen ersten Anschluss, der mit der Kathode der ersten Diode verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit der Anode der zweiten Diode verbunden ist, auf. Ferner umfasst die Sicherungsschaltung einen oder mehrere LV-Potentialanschlüsse zum Verbinden der jeweiligen Mittenanschlüsse mit jeweils einem der Niedervoltleitern, die aus dem Hochvoltbereich herausleiten. Die Sicherungsschaltung weist eine Strombegrenzungsschaltung auf. Die ersten Anschlüsse und die zweiten Anschlüsse der Diodenhalbbrückenschaltungen sind über die Strombegrenzungsschaltung, die ein Strombegrenzungselement und mehrere elektrische Einwegelemente aufweist, mit dem Bezugspotentialanschluss verbunden, so dass, wenn ein Fehler auftritt, bei dem zumindest einer der Niedervoltleiter ein positives Hochvoltpotential oder ein negatives Hochvoltpotential aus dem Hochvoltbereich herausleitet, ein Fehlerstrom, der über den Niedervoltleiter fließt, über den Bezugspotentialanschluss abgeleitet wird. Der Fehlerstrom wird durch den Fehler, insbesondere ein Isolationsfehler, ausgelöst.
Bei mehreren Diodenhalbbrückenschaltungen sind diese parallel miteinander verbunden. Hierbei sind die Kathoden der ersten Dioden miteinander verbunden und die Anoden der zweiten Dioden sind miteinander verbunden. Die Dioden der jeweiligen Diodenhalbbrückenschaltungen sind in der gleichen Durchlassrichtung miteinander verbunden.
Die Anzahl der Diodenhalbbrückenschaltungen entspricht insbesondere der Anzahl der Niedervoltleiter, die aus dem Hochvoltbereich herausleiten, so dass jede Diodenhalbbrückenschaltung individuell mit einem der Niedervoltleiter verbunden ist.
Die Strombegrenzungsschaltung weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf. Die Kathoden der ersten Dioden sind mit dem ersten Anschluss der Strombegrenzungsschaltung verbunden und die Anoden der zweiten Dioden sind mit dem zweiten Anschluss der Strombegrenzungsschaltung verbunden. Das Strombegrenzungselement ist vorzugsweise für hohe Strompulse ausgelegt, da sehr hohe Spannungsspitzen an dem Strombegrenzungselement anliegen können.
Die Sicherungsschaltung weist ein erstes Spannungsbegrenzungselement und ein zweites Spannungsbegrenzungselement auf. Die ersten Anschlüsse der Diodenhalbbrückenschaltungen sind über das erste Spannungsbegrenzungselement mit dem ersten Anschluss der Strombegrenzungsschaltung verbunden und/oder die zweiten Anschlüsse der Diodenhalbbrückenschaltungen sind über das zweite Spannungsbegrenzungselement mit dem zweiten Anschluss der Strombegrenzungsschaltung verbunden.
Die Sicherungsschaltung ermöglich insbesondere die Begrenzung der Berührungsspannung auf kleiner 60 V Gleichspannung an zugänglichen Klemmen der Spannungsklasse A als Vorkehrung für den Fehlerschutz.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass, die in einem Hochvoltbereich mit Hochpotentialen vorhandenen Niedervoltsignalleiter und/oder Niedervoltpotentialleiter, die sich aus einem Hochvoltbereich heraus erstrecken, nicht besonders geschützt sind und daher in einem Fehlerfall, insbesondere bei Auftreten eines Isolationsfehler eine relevante Gefahr darstellen. Die Sicherungsschaltung ermöglicht, dass die Niedervoltleiter, die sich aus dem Hochvoltbereich heraus erstrecken, besonders geschützt sind.
Die besondere Ausgestaltung der Strombegrenzungsschaltung mit ihren elektrischen Einwegelementen ermöglicht, dass nur ein Strombegrenzungselement erforderlich ist, um den Fehlerstrom über den Bezugspotentialanschluss abzuleiten. D. h. der Fehlerstrom wird über das eine Strombegrenzungselement abgeleitet unabhängig von einer Polarität des Hochvoltpotentials, das an dem jeweiligen Niedervoltleiter anliegt.
Auf diese Weise ist die Sicherungsschaltung eingerichtet, bei Einbringung jedes der beiden Hochvoltpotentiale in mindestens einen der Niedervoltleiter über die Strombegrenzungsschaltung den Strom zum Schutzleiterpotential abzuführen.
Der Fehlerstrom, der insbesondere im Fehlerfall aufgrund einer Entladung bestehender Kapazitäten, die zwischen dem positiven HV-Potential und dem Schutzleiterpotential und zwischen dem negativen HV- Potential und dem Schutzleiterpotential in dem Hochvoltbereich angeordnet sind, in dem betroffenen Niedervoltleiter fließt, kann über die Sicherungsschaltung an den Schutzleiteranschluss bzw. an das Schutzleiterpotential abgleitet werden.
In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst das Strombegrenzungselement einen Widerstand oder wird das Strombegrenzungselement von einem Widerstand gebildet. Der Widerstand ist vorzugweise ein ohmscher Widerstand. Das Strombegrenzungselement kann von einem oder mehreren Widerstandsbauelementen gebildet werden. Die Widerstandsbauelemente können in Serie geschaltet sein. Es können insbesondere mehrere Widerstandsbauelemente genutzt werden, um mehr potenziell gefährliche Energie zu absorbieren/abzuleiten und/oder um eine Widerstandsfähigkeit gegen Spannungsstöße mit einer höheren Amplitude/Spitzenwert wie 1 .000 Vpeak statt nur 500 Vpeak zu erhöhen.
In zumindest einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfassen die mehreren elektrischen Einwegelemente ein erstes elektrisches Einwegelement und ein zweites elektrisches Einwegelement. Das erste elektrische Einwegelement ist in einem ersten Zweig und das zweite elektrische Einwegelement ist in Serie zu dem Strombegrenzungselement in einem zweiten Zweig angeordnet. Der zweite Zweig ist parallel zu dem ersten Zweig angeordnet.
In zumindest einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfassen die mehreren elektrischen Einwegelemente jeweils zumindest eine Diode oder werden jeweils von zumindest einer Diode gebildet. Insbesondere umfasst das erste elektrische Einwegelement zumindest eine erste Diode und/oder das zweite elektrische Einwegelement umfasst zumindest eine zweite Diode. Die zumindest eine erste Diode und die zumindest eine zweite Diode können gleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Die Anode der zumindest einen ersten Diode ist mit dem Bezugspotentialanschluss verbunden. Die Kathode der zumindest einen zweiten Diode ist ebenfalls mit dem Bezugspotentialanschluss verbunden.
In zumindest einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt weist die Sicherungsschaltung ein erstes Spannungsbegrenzungselement und ein zweites Spannungsbegrenzungselement auf und die ersten Anschlüsse der Diodenhalbbrückenschaltungen sind über das erste Spannungsbegrenzungselement mit einem ersten Anschluss der Strombegrenzungsschaltung verbunden und/oder die zweiten Anschlüsse der Diodenhalbbrückenschaltungen sind über das zweite Spannungsbegrenzungselement mit einem zweiten Anschluss der Strombegrenzungsschaltung verbunden. Das erste und zweite Spannungsbegrenzungselement ist jeweils ausgebildet, wenn eine Grenzspannung beziehungsweise eine Durchbruchsspannung überschritten wird, zu leiten und wenn die Grenzspannung beziehungsweise die Durchbruchspannung unterschritten wird, nicht oder quasi nicht zu leiten.
Die Diodenhalbbrückenschaltungen bilden ein Netzwerk, das erlaubt, mehrere zu schützende Niedervoltleiter jeweils mit dem ersten Spannungsbegrenzungselement und dem zweiten Spannungsbegrenzungselement zu verbinden. Mehrere Niedervoltleiter können dadurch mit dem ersten und zweiten Spannungsbegrenzungselement geschützt werden. Es ergeben sich Kosten- und Bauraumvorteile, da Dioden günstiger und kleiner sind als Spannungsbegrenzungselemente, insbesondere bei einer Auslegung für mehrere Ampere oder mehrere 100 Ampere Spitzenbelastung.
In zumindest einer Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst das erste Spannungsbegrenzungselement und/oder das zweite Spannungsbegrenzungselement jeweils eine Suppressordiode und/oder einen Varistor und/oder eine Schutzdiode und/oder eine Zener-Diode und/oder eine Tyristorschaltung und/oder einen Gasableiter und/oder eine Funkenstrecke und/oder ein DIAC, oder von einem oder mehreren derartigen Bauelement gebildet wird. Die genannten Komponenten können auch in beliebiger Kombination das Spannungsbegrenzungselement bilden. Die Suppressordiode kann auch als Transient Voltage Suppressor (TVS) bezeichnet werden. Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Fahrzeugbordnetzsystem. Das Fahrzeugbordnetzsystem umfasst ein Fahrzeugbordnetz mit einem Hochvolt-Bordnetz, das zumindest teilweise in einem vorgegebenen Hochvoltbereich angeordnet ist, und einem Niedervolt-Bordnetz, wobei ein oder mehrere Niedervoltleiter aus dem Hochvoltbereich herausleiten und die Niedervoltleiter ausgebildet sind, zumindest in einem fehlerfreien Betrieb jeweils ein Niedervoltsignalpotential und/oder ein Niedervoltversorgungspotential aus dem Hochvoltbereich herauszuleiten. Ferner weist das Fahrzeugbordnetzsystem eine Sicherungsschaltung gemäß dem ersten Aspekt auf, wobei zumindest ein Teil der Niedervoltleiter jeweils mit einem der LV- Potentialanschlüsse verbunden sind und der Bezugspotentialanschluss mit dem Schutzleiterpotential (GND) des Fahrzeugs verbunden ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Sicherungsschaltung gemäß dem ersten Aspekt gelten auch für den zweiten Aspekt.
In zumindest einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt umfasst das Hochvolt-Bordnetz ein positives Hochvoltpotential und ein negatives Hochvoltpotential und das positive Hochvoltpotential ist über eine erste Kapazität und das negative Hochvoltpotential ist über eine zweite Kapazität mit dem Schutzleiterpotential des Fahrzeugs verbunden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 Ein Fahrzeugbornetzsystem mit einer beispielhaften Ausgestaltung einer Sicherungsschaltung für ein Fahrzeugbordnetz,
Figur 2 einen Stromfluss in dem Fahrzeugbordnetz bei einer fehlerhaften Einbringung eines positiven Hochvoltpotentials in einen Niedervoltleiter, der sich aus einem Hochvoltbereich des Fahrzeugbordnetzes heraus erstreckt und
Figur 3 einen jeweiligen Stromfluss in dem Fahrzeugbordnetz bei einer fehlerhaften Einbringung eines negativen Hochvoltpotentials in einen Niedervoltleiter, der sich aus dem Hochvoltbereich des Fahrzeugbordnetzes heraus erstreckt. In den Figuren werden für Elemente mit im Wesentlichen gleicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet, diese Elemente müssen jedoch nicht in allen Einzelheiten identisch sein.
Bei Ausführungsbeispielen, die hierin beschrieben oder in den Zeichnungen gezeigt sind, kann irgendeine direkte elektrische Verbindung oder Kopplung, d.h. irgendeine Verbindung oder Kopplung ohne zusätzliche dazwischen liegende Elemente, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung, d.h. eine Verbindung oder Kopplung mit einem oder mehreren dazwischen liegenden Elementen, implementiert werden, oder umgekehrt, solange der allgemeine Zweck der Verbindung oder Kopplung, zum Beispiel, das Übertragen einer bestimmten Art von Signal oder das Übertragen einer bestimmten Art von Information im Wesentlichen beibehalten wird.
Figur 1 zeigt ein Fahrzeugbordnetzsystem FBS mit einer beispielhaften Ausgestaltung einer Sicherungsschaltung Sl für ein Fahrzeugbordnetz FB. Das Fahrzeugbordnetz FB weist ein Hochvolt-Bordnetz (HV-Bordnetz) HV und ein Niedervolt-Bordnetz (LV-Bordnetz) LV auf. Das LV-Bordnetz ist beispielsweise über einen galvanisch getrennten Spannungswandler (nicht gezeigt in den Figuren) mit dem HV-Bordnetz HV gekoppelt.
Das LV-Bordnetz kann ein 12 V, 13 V, 14 V oder 24 V oder 42 V oder 48 V - Netz umfassen. Der Hochvoltbereich HVB umfasst mindestens eine Schaltung mit einer Nennspannung von mehr als 60 V oder mindestens 200 V oder mindestens 400 V oder mindestens 800 V.
Das HV-Bordnetz HV ist zumindest teilweise in einem vorgegebenen Hochvoltbereich HVB angeordnet. Der Hochvoltbereich HVB wird beispielsweise von einem Gehäuse G umschlossen. Insbesondere kann das Gehäuse G den Hochvoltbereich HVB vollständig umschließen (ggf. mit einer verschließbaren Öffnung zur Wartung im Hochvoltbereich HVB).
Das HV-Bordnetz HV weist ein positives Hochvoltpotential HV‘+ und ein negatives Hochvoltpotential HV‘- auf. Zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV‘+ und dem negativen Hochvoltpotential HV‘+ sind beispielsweise zumindest eine erste Kapazität Cy+ und zumindest eine zweite Kapazität Cy- angeordnet. Die zumindest eine erste Kapazität Cy+ und die zumindest eine zweite Kapazität Cy- sind jeweils über einen Verbindungspunkt VP miteinander verbunden, der wiederum mit einem Schutzleiterpotential GND verbunden ist. Das Schutzleiterpotential GND kann einer Fahrzeugmasse- oder einem Chassispotential entsprechen. Die zumindest eine erste Kapazität Cy+ und die zumindest eine zweite Kapazität Cy- dienen insbesondere der Unterdrückung von Gleichtaktstörungen und weisen bevorzugt jeweils Y-Kondensatoren auf.
In dem Hochvoltbereich HVB sind eine oder mehrere Niedervoltkomponenten NV angeordnet, beispielsweise eine Steuer-, Überwachungs- und/oder Sensorkomponente.
Von dieser beziehungsweise den Niedervoltkomponenten NV führen ein oder mehrere Niedervoltleiter L1 , ..., L4 aus dem Hochvoltbereich HVB, insbesondere aus dem Gehäuse G, heraus. In Figur 1 sind beispielhaft vier Niedervoltleiter L1 , ..., L4 gezeigt. Die Niedervoltleiter L3, L4 werden beispielsweise als Kommunikationssignalleiter, z. B. für eine zweiadrige Datenübertragungsverbindung mit symmetrischer oder asymmetrischer Signalführung für eine Kommunikation zwischen der einen oder den mehreren Niedervoltkomponenten NV, die in dem Hochvoltbereich HVB angeordnet sind, und weiteren Niedervoltkomponenten, die außerhalb des Hochvoltbereichs angeordnet sind, genutzt. Beispielsweise umfasst eine der Niedervoltkomponenten NV eine Übermittlungskomponente, die ausgebildet ist, gemäß einem CAN-Kommunikationsprotokoll Daten zu übertragen. Einer oder mehrere der Niedervoltleiter L1 , L2 werden beispielsweise als Niedervoltpotentialleiter, zum Beispiel als Klemme 30, oder als Sicherheitssignalleiter, zum Beispiel als Interlocksignalleiter, genutzt.
Die Niedervoltleiter L1 , ..., L4 tragen somit zumindest in einem fehlerfreien Betrieb Niedervolt-Signalpotentiale und/oder Niedervolt-Versorgungspotentiale, beispielsweise +12 V bzw. + 5 V und Masse, und leiten diese aus dem Hochvoltbereich HVB heraus.
In einem Fehlerfall, insbesondere bei Auftreten eines Isolationsfehlers, symbolisiert durch die Widerstände RF, RF', ist beispielsweise einer der Niedervoltleiter L1 , ... , L4 mit einem der HV-Potentiale HV-, HV+ verbunden. Dadurch führt dieser Niedervoltleiter L1 , ... , L4 ein HV-Potential HV-, HV+. Abhängig von dem Isolationsfehler (hochohmig oder niederohmig) können die HV-Potentiale HV+, HV- gleich oder zumindest näherungsweise gleich den Hochvoltpotentialen HV‘+, HV‘- des Hochvoltbordnetzes sein oder zumindest ein Potential aufweisen, dessen Spannung gegenüber dem Schutzleiterpotential GND größer ist als eine vorgegebene Grenzspannung für einen üblichen Betrieb der Niedervoltleiter L1 , ... , L4 (zum Beispiel > 60 V Gleichspannung).
In der zumindest einen ersten Kapazität Cy+ und der zumindest einen zweiten Kapazität Cy- beziehungsweise den Y-Entstörkondensatoren kann eine große Menge an Energie gespeichert. Diese Energie kann infolge des Isolationsfehlers zwischen einem der HV-Potentiale HV‘+, HV‘- des Hochvoltbordnetzes und einem der Niedervoltleiter L1 , ... , L4 in das LV-Bordnetz LV eindringen. Die Menge an Energie kann, wenn sie von einem Menschen „absorbiert“ wird, zumindest gefährlich, wenn nicht sogar tödlich, sein.
Die Energie kann mit der Sicherungsschaltung Sl abgeleitet werden.
Die Sicherungsschaltung Sl weist hierzu eine oder mehrere Diodenhalbbrückenschaltungen mit jeweils einer ersten Diode D11 , ... , D14 und einer zweiten Diode D21 , ... , D24, die in Serie geschalten sind, auf. Die jeweilige Diodenhalbbrückenschaltung weist einen Mittenanschluss M1 , ... , M4, einen ersten Anschluss, der mit der Kathode der ersten Diode D11 , ... , D14 verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit der Anode der zweiten Diode D21 , ... , D24 verbunden ist, auf.
Die Mittenanschlüsse M1 , ... , M4 sind jeweils mit einem der Niedervoltleiter L1 , ... , L4, die aus dem Hochvoltbereich (HV) herausleiten, über LV-Potentialanschlüsse verbunden. Die ersten Anschlüsse und die zweiten Anschlüsse der Diodenhalbbrückenschaltungen sind über eine Strombegrenzungsschaltung CL, die ein Strombegrenzungselement R und mehrere elektrische Einwegelemente DCL1 , DCL2 aufweist, mit einem Bezugspotentialanschluss verbunden, der wiederum mit dem Schutzleiterpotential GND des Fahrzeugs verbunden ist.
Vorzugsweise weist die Strombegrenzungsschaltung CL ein erstes elektrisches Einwegelement DCL1 und ein zweites elektrisches Einwegelement DCL2 auf. Das erste elektrische Einwegelement DCL1 ist in einem ersten Zweig und das zweite elektrische Einwegelement DCL2 ist in Serie zu dem Strombegrenzungselement R in einem zweiten Zweig angeordnet und der zweite Zweig ist parallel zu dem ersten Zweig angeordnet. Das Strombegrenzungselement R umfasst vorzugsweise einen Widerstand, insbesondere einen ohmschen Widerstand. Das Strombegrenzungselement R wird beispielsweise von einem oder mehreren Widerstandsbauelementen gebildet. Die Parallelschaltung der beiden Zweige ist zwischen einem ersten Anschluss der Strombegrenzungsschaltung CL und dem Bezugspotentialanschluss angeordnet. Ein zweiter Anschluss der Strombegrenzungsschaltung CL ist in dem zweiten Zweig zwischen dem Strombegrenzungselement R und zweiten elektrischen Einwegelement DCL2 angeordnet.
Die elektrischen Einwegelemente DCL1 , DCL2 sind ausgebildet, einen Strom in einer Richtung passieren zu lassen und in der anderen Richtung zu sperren. Das jeweilige elektrische Einwegelement DCL1 , DCL2 weist beispielsweise jeweils zumindest eine Diode auf oder wird von zumindest einer Diode gebildet.
Über das Strombegrenzungselement R der Strombegrenzungsschaltung CL wird sowohl das fehlerhaft in die Niedervoltleiter L1 , ... , L4, beziehungsweise LV-Potentialanschlüsse, eingeleitete positive HV-Potentiale HV+ als auch das fehlerhaft in die Niedervoltleiter L1 , ... , L4, beziehungsweise LV-Potentialanschlüsse, eingeleitete negative HV-Potentiale HV- an das Schutzleiterpotential GND abgeleitet. Es wird daher nur ein Strombegrenzungselement R, insbesondere nur ein Widerstand benötigt.
In einer optionalen Ausgestaltung sind die ersten Anschlüsse der Diodenhalbbrückenschaltungen über ein erstes Spannungsbegrenzungselement TVS1 mit dem ersten Anschluss der Strombegrenzungsschaltung CL verbunden und/oder die zweiten Anschlüsse der Diodenhalbbrückenschaltungen sind über ein zweites Spannungsbegrenzungselement TVS2 mit dem zweiten Anschluss der Strombegrenzungsschaltung CL verbunden.
Die Spannungsbegrenzungselemente kann auch als Überspannungselemente bezeichnet werden. Das jeweilige Spannungsbegrenzungselement ist ausgebildet, wenn eine Grenzspannung beziehungsweise eine Durchbruchsspannung überschritten wird, zu leiten und wenn die Grenzspannung beziehungsweise die Durchbruchspannung unterschritten wird, nicht oder quasi nicht zu leiten.
Die Grenzspannung des ersten und zweiten Spannungsbegrenzungselement TVS1 , TVS2 liegt insbesondere unter der Nennspannung zwischen dem positiven Hochvoltpotential HV‘+ und dem negativen Hochvoltpotential HV‘- des Hochvoltbordnetzes und vorzugsweise unter eine Gefährlichkeitsschwelle, insbesondere 60 V. Die Grenzspannung des Spannungsbegrenzungselemente kann zwischen 10 V und 50 V betragen, insbesondere zwischen 35 V und 45 V.
Die beiden Spannungsbegrenzungselemente TVS1 , TVS2 weisen beispielsweise jeweils eine Suppressordiode auf.
Das erste elektrische Einwegelement DCL1 und das zweite elektrische Einwegelement DCL2 sind vorzugsweise direkt mit dem Strombegrenzungselement R verbunden. Sie erzwingen, dass der Fehlerstrom, der durch den Fehler, insbesondere durch den Isolationsfehler, ausgelöst wird, über die Spannungsbegrenzungselemente TVS1 , TVS2 fließt. Sie verhindern damit, dass der Fehlerstrom (teilweise) das Strombegrenzungselement R umgeht, was hohe Spitzenströme verursachen würde, die für die Komponenten der Sicherungsschaltung Sl kritisch/schädlich wären.
In einer optionalen Ausgestaltung ist eine erste Einrichtung und/oder zweite Einrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, einen Stromfluss durch das erste Spannungsbegrenzungselement TVS1 beziehungsweise das zweite Spannungsbegrenzungselement TVS2 zu detektieren. Es ist beispielsweise eine Auswertungsvorrichtung vorgesehen, die den Stromfluss mit einem Grenzwert vergleicht (etwa 1 mA oder 10 pA) und bei Überschreiten des Grenzwerts ein Fehlersignal abgibt und/oder ein Abtrennen des Hochvoltbordnetzes HV veranlasst, etwa durch Ansteuerung eines Trennschalters im Hochvoltbordnetz HV oder in einer Leitung, die mindestens eines der Hochvoltpotentiale HV‘+, HV‘- des Hochvoltbordnetz HV führt und ggf. den Hochvoltbereich HVB mit anderen Komponenten oder Anschlüsse des dargestellten Fahrzeugbordnetzes bei Ansteuerung abtrennt (vorzugsweise allpolig).
Figur 2 zeigt einen Stromfluss in dem Fahrzeugbordnetz FB bei einer fehlerhaften Einbringung eines positiven Hochvoltpotentials HV+ in einen ersten Niedervoltleiter L1 , der sich aus dem Hochvoltbereich HVB des Fahrzeugbordnetzes FB heraus erstreckt. Der Strom fließt kommend von der ersten Kapazität Cy+ aus dem Hochvoltbereich HVB durch die erste Diode D11 der Diodenhalbbrückenschaltung, deren Mittenanschluss M1 über den zugehörigen LV-Potentialanschluss mit dem ersten Niedervoltleiter L1 verbunden ist, über das erste Spannungsbegrenzungselement TVS1 in das Strombegrenzungselement R und das zweite elektrische Einwegelement DCL2 in Richtung Bezugspotential. Figur 3 zeigt einen Stromfluss in dem Fahrzeugbordnetz FB bei einer fehlerhaften Einbringung eines negativen Hochvoltpotentials HV- in den ersten Niedervoltleiter L1 , der sich aus einem Hochvoltbereich HVB des Fahrzeugbordnetzes heraus erstreckt. Der Fehlerstrom fließt kommend aus von dem Sicherheitsleiterpotential GND durch das erste elektrische Einwegelement DCL1 über das Strombegrenzungselement R und das zweite Spannungsbegrenzungselement TVS durch die zweite Diode D21 der Diodenhalbbrückenschaltung, deren Mittenanschluss M1 über den zugehörigen LV-Potentialanschluss mit dem Niedervoltleiter L1 verbunden ist, in die zweite Kapazität Cy- im Hochvoltbereich HVB.
Die spezielle Ausgestaltung der Strombegrenzungsschaltung CL ermöglicht, dass die Strom begrenzung für die Dioden D11 , ... , D14, D21 , ... , D24 der Diodenhalbbrückenschaltungen und für die Spannungsbegrenzungselemente TVS1 , TVS2 mit nur einem Strombegrenzungselement R, insbesondere nur mit einem einzelnen Widerstand, der von einem oder mehreren Widerstandsbauelementen gebildet wird, erfolgen kann. Vorteilhafterweise ermöglicht dies, dass im Vergleich zu Lösungen, die für jedes Spannungsbegrenzungselement TVS1 , TVS2 jeweils ein Strombegrenzungselement R nutzen, Bauraum und Kosten eingespart werden können. Die Einsparungen sind beachtlich, da der beziehungsweise die Widerstände für große Pulsströme ausgelegt sein müssen, um die geforderten Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.
Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt. Merkmale von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können - soweit technisch sinnvoll - miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsbeispiele zu bilden. Zum Beispiel können Variationen oder Modifikationen, die im Hinblick auf eines der Ausführungsbeispiele beschrieben sind, auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sein, außer dies ist anderweitig angegeben. Bezugszeichenliste
D11 , D14 erste Dioden der Diodenhalbbrückenschaltung
D21 , D24 zweite Dioden der Diodenhalbbrückenschaltung
M1 , M4 Mittenanschluss
NV Niedervoltkomponente
LV Niedervolt-Bordnetz
HV Hochvolt-Bordnetz
HVB Hochvoltbereich
G Gehäuse
GND Schutzleiterpotential
HV+ positives Hochvoltpotential
HV- negatives Hochvoltpotential
RF, RF‘ Isolationswiderstand
Cy+ erste Kapazität
Cy- zweite Kapazität
VP Verbindungspunkt
L1 , L4 Niedervoltleiter
CL Strombegrenzungsschaltung
DCL1 , DCL2 elektrisches Einwegelement
R Strombegrenzungselement
TVS1 , TVS2 Spannungsbegrenzungselement

Claims

Patentansprüche
1. Sicherungsschaltung (SI) für ein Fahrzeugbordnetz (FB), wobei
- das Fahrzeugbordnetz (FB) ein Hochvolt-Bordnetz, HV-Bordnetz, (HV) das zumindest teilweise in einem vorgegebenen Hochvoltbereich (HVB) angeordnet ist, und ein Niedervolt-Bordnetz, LV-Bordnetz, (LV) aufweist und ein oder mehrere Niedervoltleiter (L1 , ... L4) aus dem Hochvoltbereich (HVB) herausleiten,
- die Niedervoltleiter (L1 , ... , L4) ausgebildet sind, zumindest in einem fehlerfreien Betrieb jeweils ein Niedervoltsignalpotential und/oder ein Niedervoltversorgungspotential aus dem Hochvoltbereich (HVB) herauszuleiten,
- die Sicherungsschaltung (Sl) einen Bezugspotentialanschluss zum Verbinden mit einem Schutzleiterpotential (GND) des Fahrzeugs aufweist,
- die Sicherungsschaltung (Sl) eine oder mehrere Diodenhalbbrückenschaltungen mit jeweils einer ersten Diode (D11 , ... , D14) und einer zweiten Diode (D21 , ... , D24), die in Serie geschalten sind, umfasst,
- die jeweilige Diodenhalbbrückenschaltung einen Mittenanschluss (M1 , ... , M4), einen ersten Anschluss, der mit der Kathode der ersten Diode (D11 , ... , D14) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss, der mit der Anode der zweiten Diode (D21 , ... , D24) verbunden ist, aufweist,
- die Sicherungsschaltung (Sl) einen oder mehrere LV-Potentialanschlüsse aufweist zum Verbinden der jeweiligen Mittenanschlüsse (M) mit jeweils einem der Niedervoltleiter (L1 , ... L4),
- die Sicherungsschaltung (Sl) eine Strombegrenzungsschaltung (CL) aufweist und die ersten Anschlüsse und die zweiten Anschlüsse der Diodenhalbbrückenschaltungen über die Strombegrenzungsschaltung (CL), die ein Strombegrenzungselement (R) und mehrere elektrische Einwegelemente (DCL1 , DCL2) aufweist, mit dem Bezugspotentialanschluss verbunden sind, so dass in einem Fehlerfall, bei dem zumindest einer der Niedervoltleiter (L1 , ... , L4) ein positives Hochvoltpotential (HV+) oder ein negatives Hochvoltpotential (HV-) aus dem Hochvoltbereich (HVB) herausleitet, ein Fehlerstrom, der über den Niedervoltleiter (L1 , ... , L4) fließt, zum Bezugspotentialanschluss abgeleitet wird.
2. Sicherungsschaltung (Sl) nach Anspruch 1 , wobei das Strombegrenzungselement (R) einen Widerstand, insbesondere einen ohmschen Widerstand, aufweist oder von diesem gebildet wird.
3. Sicherungsschaltung (Sl) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren elektrischen Einwegelemente (DCL1 , DCL2) ein erstes elektrisches Einwegelement (DCL1 ) und ein zweites elektrisches Einwegelement (DCL2) umfassen, wobei das erste elektrische Einwegelement (DCL1 ) in einem ersten Zweig und das zweite elektrische Einwegelement (DCL2) in Serie zu dem Strombegrenzungselement (R) in einem zweiten Zweig angeordnet ist, und der zweite Zweig parallel zu dem ersten Zweig angeordnet ist.
4. Sicherungsschaltung (Sl) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mehreren elektrischen Einwegelemente (DCL1 , DCL2) jeweils zumindest eine Diode aufweisen oder von zumindest einer Diode gebildet werden.
5. Sicherungsschaltung (Sl) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sicherungsschaltung (Sl) ein erstes Spannungsbegrenzungselement (TVS1 ) und ein zweites Spannungsbegrenzungselement (TVS2) aufweist und die ersten Anschlüsse der Diodenhalbbrückenschaltungen über das erste Spannungsbegrenzungselement (TVS1 ) mit einem ersten Anschluss der Strombegrenzungsschaltung (CL) verbunden sind und/oder die zweiten Anschlüsse der Diodenhalbbrückenschaltungen über das zweite Spannungsbegrenzungselement (TVS2) mit einem zweiten Anschluss der Strombegrenzungsschaltung (CL) verbunden sind.
6. Sicherungsschaltung (Sl) nach Anspruch 5, wobei das erste Spannungsbegrenzungselement (TVS1 ) und/oder das zweite Spannungsbegrenzungselement (TVS2) eine Suppressordiode und/oder einen Varistor und/oder eine Schutzdiode und/oder eine Zener-Diode und/oder eine Tyristorschaltung aufweist oder von einem oder mehreren derartigen Bauelementen gebildet wird.
7. Fahrzeugbordnetzsystem (FBS) aufweisend
- ein Fahrzeugbordnetz (FB) mit einem Hochvolt-Bordnetz, HV-Bordnetz, (HV) das zumindest teilweise in einem vorgegebenen Hochvoltbereich (HVB) angeordnet ist, und einem Niedervolt-Bordnetz, LV-Bordnetz, (LV), wobei ein oder mehrere Niedervoltleiter (L1 , ... L4) aus dem Hochvoltbereich (HVB) herausleiten und die Niedervoltleiter (L1 , ... , L4) ausgebildet sind, zumindest in einem fehlerfreien Betrieb jeweils ein Niedervoltsignalpotential und/oder ein Niedervoltversorgungspotential aus dem Hochvoltbereich (HVB) herauszuleiten,
- eine Sicherungsschaltung (Sl) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest ein Teil der Niedervoltleiter (L1 , ... , L4) jeweils mit einem der LV- Potentialanschlüsse verbunden sind und der Bezugspotentialanschluss mit dem Schutzleiterpotential (GND) des Fahrzeugs verbunden ist.
8. Fahrzeugbordnetzsystem (FBS) nach Anspruch 7, wobei das Hochvolt-Bordnetz (HV) ein positives Hochvoltpotential (HV‘+) und ein negatives Hochvoltpotential (HV-) umfasst und das positive Hochvoltpotential (HV‘+) über eine erste Kapazität (Cy+) und das negative Hochvoltpotential (HV-) über eine zweite Kapazität (Cy-) mit dem Schutzleiterpotential des Fahrzeugs verbunden sind.
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