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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absicherung zumindest eines Verbrauchers nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 1453171 A1 ist eine elektronische Schutzschaltung bekannt.
Der als Schutzelement dienende Mosfet-Schutzschalter nutzt zum Schutz des Spannungsversorgungseingangs den im umgekehrten Betriebsmodus arbeitenden Mosfet mit interner Inversdiode, der mit seiner Drain-Source-Strecke entsprechend in umgekehrter Richtung zwischen den zu schützenden Versorgungsspannungseingang bzw. die zu schützende Eingangsleitung relativ geringen Spannungsniveaus des Lastreglers oder Steuergeräts und dessen interne, zum Beispiel eine gemeinsame relativ geringere Spannung für mehrere elektrische bzw. elektronische Komponenten liefernde Spannungsversorgungsschiene geschaltet ist. Im Normalbetrieb muss dieser zusätzliche Schalter den vollen Betriebsstrom tragen, ohne eine Funktion im Normalbetrieb zu besitzen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schutzschaltung insbesondere gegen Überspannungen weiter zu vereinfachen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs.
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Offenbarung der Erfindung
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Das Vorsehen eines Überspannungsschutzes im elektronischen Energieverteiler hat demgegenüber den Vorteil, dass zum einen das im elektronischen Energieverteiler vorgesehene Schaltmittel vor Überspannungen zuverlässig geschützt wird, ohne dass an dieses eine besondere Sperrfähigkeit bei Halbleiterschaltern zu stellen wäre. Die geeignete Anordnung des Überspannungsschutzes insbesondere am Ausgang des Verbrauchers dient der einfachen Aufnahme der Energie, ohne dass besonders aufwendige Bauelemente vorzusehen wären. Durch den vorgeschlagenen Überspannungsschutz wird es möglich, Überspannungen von kritischen Bordnetzpfaden zu isolieren bzw. solche Überspannungen abzuleiten. Dies ist gerade für sicherheitskritische Verbraucher, die im Zusammenhang mit automatischen Fahrfunktionen beispielsweise zur Durchführung eines Nothalts oder Ähnlichem benötigt werden, von besonderer Bedeutung, um die Verfügbarkeit dieser Funktionen weiter zu erhöhen. Zudem nehmen gerade im Zusammenhang mit der zunehmenden Elektrifizierung von Nebenaggregaten und mechatronischen Systemen rekuperativen Lasten zu, sodass vermehrt Überspannungen auftreten können. Weiterhin kann durch das vorgeschlagene Konzept auf der anderen Seite eine elektronische Sicherungsfunktion weiterhin gewährleistet bleiben, die Verbraucher und entsprechende Zuleitungen sicher vor kritischen Betriebssituationen schützt, wie dies durch eine schnelle Abschaltung mit Halbleiterschaltern als mögliche Schaltmittel erreicht werden kann.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Überspannungsschutz so angeordnet, dass er vom Verbraucher hervorgerufene Überspannungen vom Schaltmittel fernhält. Besonders bevorzugt ist hierzu der Überspannungsschutz zwischen dem Ausgang und einem Bezugspotenzial, insbesondere Masse geschaltet. Besonders bevorzugt weist der Überspannungsschutz zumindest einen Ableitpfad auf, der einen über den Ausgang rückfließenden Strom vor Erreichen des Schaltmittels insbesondere gegen Masse ableitet. Dadurch wird insbesondere ein Stromfluss über eine Inversdiode des als Halbleiterschalter ausgeführten Schaltmittels verhindert, indem das weitere Schaltmittel des Überspannungsschutzes geschlossen wird. Die Rekuperationsenergie kann sich dabei auf die ohmschen Verluste in der Quelle, den Leitungswiderstand im Kabelbaum und dem Widerstand im weiteren Schaltmittel verteilen. Durch den üblicherweise hohen Kupferwiderstand im Verbraucher wird ein Großteil der Verlustleistung bereits im Verbraucher umgesetzt. Dadurch muss nur ein kleiner Teil der Energie vom weiteren Schaltmittel getragen werden, weshalb sich diese Anordnung besonders eignet.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung umfasst der Überspannungsschutz zumindest einen Überspannungsableiter und/oder ein Überspannungselement, das vorzugsweise in Reihe mit dem weiteren Schaltmittel geschaltet ist. Dadurch können besonders hohe Energien absorbiert werden, was unter Umständen mit Halbleiterschaltern allein nicht möglich wäre. Besonders zweckmäßig ist das Überspannungselement als resistives Element bzw. ohmscher Widerstand, vorzugsweise meanderförmig ausgebildet. Dadurch kann eine hohe Energiemenge im Schaltungsaufbau eingespeichert bzw. abgebaut werden. Außerdem könnte durch einen zusätzlichen Kanal ein Strom für Diagnosezwecke des Bordnetzes als Last eingeprägt werden.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist als Überspannungsableiter zumindest ein Kondensator und/oder zumindest eine Diode, vorzugsweise eine Supressor-Diode und/oder zumindest ein Varistor und/oder zumindest eine Gasentladungsstrecke vorgesehen. Damit können hohe Energien bzw. Leistungen absorbiert werden unter Verwendung einfacher Bauteile.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Überspannungsableiter in Reihe geschaltet mit zumindest einem weiteren Schaltmittel und parallel hierzu zumindest ein drittes Schaltmittel. Damit lassen sich entsprechende Elemente nur bei Bedarf zuschalten, wodurch negative Einflüsse durch beispielsweise grobe Toleranzen oder hohe Querströme verringert werden können.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung aktiviert der Controller das weitere Schaltmittel und/oder das dritte Schaltmittel zeitlich gestaffelt und/oder getaktet. Damit kann dem angeschlossenen Verbraucher noch hinreichend Zeit gegeben werden, sich auf die Abschaltung vorzubereiten.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist zumindest ein Kondensator mit einem Eingang des elektronischen Energieverteilers verbunden und/oder mit einem Masseausgang verbunden. Dadurch kann der Schutz gegen Überspannungen, wie sie beispielsweise durch Induktivitätsbelägen in Leitungen hervorgerufen werden könnten, verbessert werden. Über diesen Pfad kann ein Bypass geschaffen werden, Überspannungen zu reduzieren.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Figurenliste
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Es zeigen
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- 1 eine schematische Darstellung eines Bordnetzes mit integrierter Sicherungsvorrichtung,
- 2 eine detailliertere Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Sicherungsvorrichtung mit schaltbarem Ableitpfad am Ausgang zur Last,
- 3 eine schematische Darstellung eines Mehrspannungsbordnetz mit zwei integrierten Sicherungsvorrichtungen,
- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sicherungsvorrichtung mit zusätzlichem Überspannungsableiter,
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Sicherungsvorrichtung, welches gegenüber demjenigen der 4 um ein weiteres Schaltmittel erweitert ist,
- 6 eine Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Sicherungsvorrichtung, die besonders bei gefordertem Verpolschutz geeignet ist,
- 7 eine schematische Darstellung eines Überspannungs-Ableitelements, welches meanderförmig als resistiver Verbraucher ausgebildet ist, sowie
- 8 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Betriebsweise der Sicherungsvorrichtung bei einem Überspannungsrisiko durch von Leitungen herrührenden Induktivitätsbelegen.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In einem Bordnetz 10 sind exemplarisch zumindest ein Energiespeicher 16 sowie ein sicherheitskritischer Verbraucher 18 jeweils gegen Masse geschaltet angeordnet. Bei diesem Bordnetz 10 handelt es sich um ein sensibles Bordnetz, da es sicherheitskritische Verbraucher 18 umfasst, welche sicher insbesondere gegen Überspannungen geschützt werden müssen. Hierzu ist ein elektronischer Energieverteiler 20 vorgesehen, der einen weiteren Verbraucher 28 und die zugehörigen Leitungen in Form einer elektronischen Sicherung absichert und ansteuert. Hierzu ist in dem elektronischen Energieverteiler 20 zumindest ein Erfassungsmittel 50 zur Erfassung von zumindest einer die Versorgung des Verbrauchers 22, 26, 28, 46 betreffende Kenngröße, insbesondere zur Erfassung und Bewertung der fließenden Ströme bzw. Spannungen vorgesehen. Als Erfassungsmittel 50 können entsprechende Spannungsteiler zum Angriff der Eingangsspannung und/oder der Ausgangsspannung am elektronischen Energieverteiler 20 vorgesehen sein und/oder entsprechende Messeinrichtungen des fließenden Eingangsstroms und/oder Ausgangsstroms. Die benötigten Kenngrößen werden einem Controller zugeführt, in dem die entsprechenden Auswertungen erfolgen können. Sollte ein zu hoher Strom fließen bzw. eine nicht erlaubte Belastungssituation drohen, so leitet der elektronische Energieverteiler 20 entsprechende Gegenmaßnahmen ein. Hierzu ist beispielsweise ein Schaltmittel 32 vorgesehen, welches den Verbraucher 28 vom Bordnetz 10 trennt. Entsprechend weist der elektronische Energieverteiler 20 zumindest einen Eingang 34 auf, über den elektronische Energieverteiler vom Bordnetz 10 mit Energie versorgt wird. Außerdem weist der elektronische Energieverteiler 20 zumindest einen schaltbaren Ausgang 36 auf, der mit dem zugehörigen Verbraucher 28 verbunden ist. In der Praxis kann der elektronische Energieverteiler 20 noch eine Vielzahl von weiteren Ausgängen 36 aufweisen, die jeweils mit abzusichernden Verbrauchern 28 über entsprechende Schaltmittel 32 abschaltbar verbunden sind.
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Hierzu sind im Controller 30 entsprechende Auswertefunktionen hinterlegt. Insbesondere wird der Laststrom als mögliche Kenngröße für die Versorgung des Verbrauchers 22, 26, 28, 46 durch eine Sicherungsfunktionalität bewertet und mit mindestens einem vorgegebenen Abschaltekriterium eines Parametersatzes verglichen. Der Controller 30 löst einen Auslöseprozess ein, wodurch die elektronische Sicherung (in Form des Schaltmittels 32) auslöst und den Laststrom zum korrespondierenden Verbraucher abschaltet, wenn das vorgegebene Abschaltkriterium erfüllt ist. Der Controller 30 ist zu eingerichtet, dass er Lastströme mehrerer elektronischer Sicherungen bzw. Schaltmittel zu den verschiedenen Verbrauchern erfassen und auswerten kann. Entsprechende Erfassungsmittel 50 zur Erfassung für die Versorgung des Verbrauchers 22, 26, 28, 46 relevanten Kenngrößen sind vorgesehen. Ein Abschalten kann individuell für jede der elektronischen Sicherungen bzw. Schaltmittel 32 erfolgen. Diese beschriebene Funktionalität ist wesentlich für den elektronischen Energieverteiler 20, 24. Weiterhin kann der Controller 30 in der Lage sein, je nach Anforderungen übergeordneter Steuergeräte die Verbraucher 22, 26, 28, 46 im Normalbetrieb zu aktivieren oder zu deaktivieren. Hierzu weist der Controller 30 nicht eigens dargestellte Signalanschlüsse auf, um beispielsweise über ein Bussystem mit weiteren Steuergeräten insbesondere im Kraftfahrzeug zu kommunizieren. Außerdem kann der Controller 30 bzw. der elektronische Energieverteiler 20, 24 als weitere Kommunikationsmöglichkeit einen Diagnoseanschluss aufweisen.
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Zur Verdeutlichung der Zusatzfunktion des elektronischen Energieverteilers 20, 24 wird angenommen, dass es sich bei dem Verbraucher 28 um einen unter gewissen Umständen das Bordnetz 10 störenden Verbraucher handelt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 kann der störende Verbraucher 28 bei Fehlern durch das Schaltmittel 32 vom sensiblen Bordnetz (ein solcher Bordnetz Zweig 10, der insbesondere einen sicherheitskritischen Verbraucher 18 umfasst) unidirektional getrennt werden. Um die benötigte Geschwindigkeit bei der Abschaltung zu realisieren, werden in der Regel Halbleiterschalter als Schaltmittel 32 eingesetzt, welche eine maximal zulässige Sperrspannung kombiniert mit einer maximal zulässigen Energieaufnahme oberhalb dieser Sperrspannung haben. Gerade im Zusammenhang mit rekuperativen Verbrauchern 28 wie beispielsweise Generatoren, die eine Bremsenergie wieder zurück in das Bordnetz 10 speisen, können temporär hohe Überspannungen entstehen. Gerade solche Verbraucher 28 können durch Induktion sehr hohe Spannungen erzeugen, die oberhalb der Sperrfähigkeit einfacher, günstiger Halbleiter liegen, die zur Absicherung im elektronischen Energieverteiler 20, 24 zum Einsatz kommen sollen. Diese induzierten Spannungen können durch die mechanische Energie, aus der sie erzeugt werden, häufig einen Energieinhalt besitzen, der im Bereich mehrerer Joule liegt. Ziel ist es nun, eine Sicherungsvorrichtung insbesondere als Bestandteil des elektronischen Energieverteilers 20, 24 anzugeben, welche diese Energien zuverlässig und ohne Rückgriff auf besonders teure Halbleiter aufnimmt. Hierbei sollen Überspannungen, welche durch Verbraucher 28 und/oder Leitungsinduktivitäten (Induktivitätsbelägen 68) erzeugt werden können, von kritischen Bordnetzpfaden isoliert bzw. Überspannungen abgeleitet werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der elektronische Energieverteiler 20, 24 näher gezeigt, der zudem mit einem Überspannungsschutz 39 erweitert wurde. Zwischen dem Eingang 34 und dem Ausgang 36 befindet sich im Strompfad das Schaltmittel 32. Das Schaltmittel 32 wird von dem Controller 30 angesteuert. Dem Controller 30 sind relevante Messgrößen wie die Eingangsspannung und/oder die Ausgangsspannung und/oder der Eingangsstrom und/oder der Ausgangsstrom oder Ähnliches, gegebenenfalls über entsprechende Spannungsteiler abgegriffen, zugeführt. Der Controller 30 ermittelt aus den Messgrößen und gegebenenfalls weiteren Informationen Steuerbefehle für das Schaltmittel 32. So wird das Schaltmittel 32 beispielsweise geöffnet, wenn mit zu hohen Belastungen zu rechnen ist, die den Verbraucher 46 und/oder dessen Zuleitung schädigen könnten.
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Zum Schutze insbesondere gegen Überspannungen ist als Teil des Überspannungsschutzes 39 ein weiteres Schaltmittel 40 vorgesehen. Das weitere Schaltmittel 40 ist zwischen dem Schaltmittel 32 und dem Ausgang 36 einerseits und gegen Masse (über einen Masseausgang 38) andererseits geschaltet. Das weitere Schaltmittel 40 wird beispielsweise angesteuert durch den Controller 30. Durch diese Anordnung wird ein schaltbarer Ableitpfad 48, an dem der die Überspannung hervorrufende Strom, wie mit einem Pfeil angedeutet, abgeleitet wird, am Ausgang 36 bzw. am Ausgang zur Last 46 realisiert. Bei einer überhöhten Stromaufnahme durch den Verbraucher 46 kann dieser durch Öffnen des Schaltmittels 32 schnell vom Bordnetz 10 getrennt werden. Erfolgt nun beispielsweise eine überhöhte Rekuperation dieses Verbrauchers 46 in das Bordnetz 10, so wird ebenfalls das Schaltmittel 32 geöffnet. Bei dem Schaltmittel 32 kann es sich vorzugsweise um einen Leistungshalbleiter, beispielsweise einen Feldeffekttransistor mit Inversdiode bzw. Mosfet handeln. Um einen Stromfluss über diese Inversdiode des Schaltmittels 32 zu verhindern, wird nun das weitere Schaltmittel 40 geschlossen. Der Rekuperationsstrom wird durch das weitere Schaltmittel 40 kurzgeschlossen. Die aufzunehmende Rekuperationsenergie verteilt sich entlang des Ableitpfads 48 (entlang dessen der Rekuperationsstrom fließt wie mit einem Pfeil eingezeichnet) dabei auf die ohmschen Verluste in der Quelle 46 wie mit dem Innenwiderstand 44 angedeutet, einen Leitungswiderstand 42 im Kabelbaum und dem Widerstand im weiteren Schaltmittel 40. Bei dem weiteren Schaltmittel 40 könnte es sich ebenfalls wieder um einen Halbleiterschalter wie einen Mosfet wie in 2 angedeutet handeln. Der ohmsche Verlust an dem weiteren Schaltmittel 40 wird umgesetzt am Widerstand Rds, also dem Widerstand in der Strecke zwischen Drain und Source eines Mosfets. Durch den üblicherweise hohen Kupferwiderstand 44 des Verbrauchers 46 wird ein Großteil der Verlustleistung in diesem Verbraucher 46 umgesetzt. Lediglich ein kleiner Teil der Energie muss vom weiteren Schaltmittel 40 getragen werden.
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Gemäß 3 ist ein Mehrspannungsbordnetz vorgesehen, wobei ein erstes Teilbordnetz 10 mit einer ersten Spannung U1 von beispielsweise 12 V betrieben wird. Ein weiteres Teilbordnetz 12 weist eine weitere Spannung U2 auf, die höher ist als die erste Spannung U1. Die weitere Spannung U2 liegt beispielsweise im Bereich von 48 V oder höher. Die beiden Teilbordnetze 10,12 sind durch einen Gleichspannungswandler 14 miteinander gekoppelt. In dem Teilbordnetz 10 sind beispielhaft ein sicherheitskritischer Verbraucher 18 sowie ein Energiespeicher 16, jeweils parallel gegen Masse geschaltet, vorgesehen. Außerdem ist in dem Teilbordnetz 10 ein elektronischer Energieverteiler 20 vorgesehen, der weitere Verbraucher 22, exemplarisch dargestellt lediglich ein einziger Verbraucher 22, mit der Versorgungsspannung U1 versorgen kann. Wiederum ist in dem elektronischen Energieverteiler 20 die Absicherung von Leitung und/oder Verbraucher 22 wie bereits beschrieben realisiert. Zudem sind ebenfalls Maßnahmen getroffen zur Überspannungssicherung wie nachfolgend näher beschrieben. In dem weiteren Teilbordnetz 12 ist ein weiterer elektronische Energieverteiler 24 vorgesehen, der die mit der weiteren Spannung U2 gespeisten Hochvolt-Verbraucher 26 ansteuert und entsprechend der beschriebenen Funktionalität des elektronischen Energieverteilers 20, 24 absichert. Der weitere elektronische Energieverteiler 24 könnte in der Lage sein, noch eine Vielzahl weiterer Verbraucher 26 entsprechend anzusteuern und abzusichern.
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Aus Kostengründen werden in Teilen des weiteren Teilbordnetzes 12 (Hochspannungsbordnetz) sowie in dem ersten Teilbordnetz 10 (Niederspannungsbordnetz) in einem gemeinsamen Leitungssatz geführt, was ein Risiko von Kurzschlüssen wie mit einem Pfeil angedeutet erhöht. Aus dem weiteren Teilbordnetz 12 fließt im Fehlerfall eines Kurzschlusses ein hoher Strom ins erste Teilbordnetz 10. Durch die hohe treibende Spannung U2 und dem meist geringeren Innenwiderstand der (nicht gezeigten) Hochspannungsquelle erreicht der Strom Werte, die deutlich über 1000 A liegen und von der konventionellen 12 V-Batterie (Energiespeicher 16) nicht geklemmt werden können. Falls statt der elektronischen Energieverteiler 20, 24 konventionelle Schmelzsicherungen verbaut sind, lösen diese erst nach mehreren Millisekunden aus, wenn bereits hohe Energiemengen ins erste Bordnetz 10 geflossen sind. Im Bereich des Niederspannungsbordnetzes 10 sind die Sicherungen nicht auf die höhere Spannung U2 ausgelegt und gegebenenfalls nicht in der Lage, den Stromfluss zu unterbrechen. Somit fließt im Falle eines Kurzschlusses zwischen den beiden Bordnetzzweigen 10,12 ein sehr hoher Strom durch unter anderem den Verbraucher 18.
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Bei dem in 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel bei einer Absicherung über zwei in den unterschiedlichen Teilbordnetze 10,12 angeordnete elektronische Energieverteiler 20, 24 werden nicht versorgungskritische Verbraucher 22, 26 über den Ausgang der elektronischen Energieverteiler 20, 24 abgesichert und überwacht. Diese Absicherung umfasst neben dem Schutz des Leitungssatzes eine Überwachung auf die Stromrichtung über einen Stromsensor (beispielsweise integriert in dem Schaltmittel 32) in dem elektronischen Energieverteiler 20 des ersten Teilbordnetzes 10.
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Wird ein rückwärtiger Stromfluss oberhalb eines Grenzwerts aus dem Verbraucher 18 zurück in das Bordnetz 10 erkannt, wird das Schaltmittel 32 geöffnet und gleichzeitig das weitere Schaltmittel 40 geschlossen. Das Schaltmittel 32 sowie das weitere Schaltmittel 40 sind in der elektronischen Energieverteilung 20 angeordnet und werden durch den Controller 30 angesteuert. Dadurch wird der Stromfluss innerhalb des elektronischen Energieverteiler 20 abgeleitet und ein weiterer Stromfluss in das Bordnetz 10 verhindert. Durch den direkten Schluss nach Masse wird über das weitere Schaltmittel 40 ein schneller Stromanstieg des Kurzschlussstroms erreicht, der zu einem automatischen Auslösen der Schnellabschaltung in dem weiteren elektronischen Energieverteiler 24 des weiteren Teilbordnetzes 12 (Hochspannungsnetz) führt und damit zum Öffnen des Schaltmittels 32' der weiteren elektronischen Energieverteilung 24.
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Unter Umständen müssen sehr hohe Energien bzw. Leistungen absorbiert werden. Dies kann mit als Halbleiter ausgeführten Schaltmittel 40 zur Realisierung des Überspannungsschutzes 39 allein unter Umständen nicht bewerkstelligt werden. Beispielsweise bei bestimmten Verbrauchern 46 könnte die Lösung gemäß 2 oder 3 zu unzulässig hohen Bremsmomenten durch den Verbraucher 46 führen. Um dem entgegenzuwirken, ist entsprechend den Ausführungsbeispielen gemäß den 4 und 5 zumindest ein Überspannungsableiter 52 als Bestandteil des Überspannungsschutzes 39 vorgesehen. Der Überspannungsableiter 52 ist hierbei zwischen dem Schaltmittel 32 und dem weiteren Schaltmittel 40 angeordnet. Bei dem Überspannungsableiter 52 handelt es sich beispielsweise um einen Varistor, eine Gasentladungsstrecke oder eine Diode, vorzugsweise eine Überspannungsschutz-Diode wie Suppressordioden. Suppressordioden zeichnen sich insbesondere durch eine rechteckförmige Kennlinien auch bei großen Strömen aus und können hohe Energien absorbieren. Suppressor-Dioden weisen den Nachteil relativ grober Toleranzen auf. Varistoren weisen den Nachteil hoher Querströme auf. Dem kann begegnet werden, indem man diese Komponenten aktiv, d.h. nur im Falle einer Notwendigkeit in den Stromkreis einschaltet. Wenn sehr hohe Energien absorbiert werden müssen, kann auch einer der vorgenannten Überspannungsableiter 52 überfordert sein. In diesem Fall kann der Lösungsansatz gemäß 4 mit demjenigen der 2 kombiniert werden. Dadurch entsteht eine Schaltung gemäß 5.
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Gemäß 5 ist noch ein drittes Schaltmittel 54 als Bestandteil des Überspannungsschutzes 39 vorgesehen. Beispielsweise kann das dritte Schaltmittel 54 hierzu parallel geschaltet sein zu der Reihenschaltung von weiterem Schaltmittel 40 und Überspannungsableiter 52. Auch das dritte Schaltmittel 54 wird angesteuert durch den Controller 30. Dies könnte zeitlich gestaffelt erfolgen, um beispielsweise dem angeschlossenen Verbraucher 28 noch genügend Zeit zu geben, sich auf eine Abschaltung vorzubereiten. Abhängig von der inneren Struktur des angeschlossenen Verbrauchers 28 sind auch getaktete Varianten denkbar, bei denen zwischen den einzelnen Schaltmitteln 40, 54 mehrfach umgeschaltet wird. Auch das dritte Schaltmittel 54 kann als Halbleiterschalter, insbesondere als Mosfet ausgestaltet sein.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 6 eignet sich insbesondere bei Einrichtungen, bei denen ein Verpolschutz 56 gefordert ist. Hierzu ist in dem elektronischen Energieverteiler 20, 24 zwischen dem Eingang 34 und dem Schaltmittel 32 ein Verpolschutz-Schaltmittel 56 angeordnet, das wiederum von dem Controller 30 ansteuerbar ist. Wiederum ist das weitere Schaltmittel 40 als Bestandteil des Überspannungsschutzes 39 vorgesehen, an welches sich ein Überspannungs-Ableitelement 58 anschließt. Parallel zu dem aus dem weiteren Schaltmittel 40 und dem Überspannungs-Ableitelement 58 gebildeten Zweig kann eine Diode 60 als Freilauf parallel geschaltet sein wie in 6 dargestellt. Das weitere Schaltmittel 40 ist zwischen dem Verpolschutz 56 und dem Schaltmittel 32 angeschlossen und über das Überspannungs-Ableitelement 58 gegen Masse geschaltet.
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Das Überspannungselement bzw. Überspannung-Ableitelement 58 ist in diesem Beispiel als resistiver Verbraucher ausgebildet. Das vorzugsweise meanderförmig bzw. flächig aufgebaute Überspannungselement 58 dient dazu, eine eventuelle Rekuperationsleistung in der Leiterplatte flächig in Wärme umzuwandeln. Gerade durch den flächigen Aufbau des Überspannungselement 58 kann eine hohe Energiemenge in der Aufbau-und-Verbindung-Technik des elektronischen Energieverteiler 20,24, insbesondere in der PCB und der Kühlbank, eingespeichert werden. Außerdem kann durch diesen zusätzlichen Kanal ein Strom für Diagnosezwecke des Bordnetzes 10 als Last eingeprägt werden.
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Der Ableitpfad 48 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 verläuft über das Schaltmittel 32 (bzw. seine Inversdiode), das geschlossene weitere Schaltmittel 40, das Überspannungselement 58 zum Masseausgang 38. Über diesen Ableitpfad 48 fließt der Strom ab.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 7 sind unterschiedliche Ausführungsformen des Überspannungselements 58, 58', 58" gezeigt. Bei dem einen Ausführungsbeispiel bilden sich die Mäander des Überspannungselements 58' quer, beim anderen Ausführungsbeispiel bilden sich die Mäander des Überspannungselements 58" längs zu der zwischen den Kontaktierungspunkten sich erstreckenden Leiterbahn-Richtung aus.
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Zusätzlich zu den beschriebenen Szenarien, bei denen eine Überspannung im Rekuperationsbetrieb eines Verbrauchers 46 erzeugt werden kann, könnte eine Überspannung auch aufgrund von Induktivitätsbelägen 68 in den Leitungen entstehen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 sind die Induktivitätsbeläge 68 sowohl am Eingang 34, am Ausgang 36 und am Masseausgang 38 eingezeichnet. Im Falle des Öffnens des Schaltmittels 32, bei gleichzeitigem hohen Stromfluss in der Ein-/Ausgangsleitung des elektronischen Energieverteilers 20, 24 kann eine hohe Energiemenge im Induktivitätsbelag 68 des Leitungssatzes gespeichert sein. Dieser Stromfluss führt zu einer Spannungsüberhöhung am Eingang 34 des elektronischen Energieverteiler 20, 24 und kann zu gefährlichen Überspannungen für den elektronischen Energieverteiler 20, 24 und weitere an zusätzlichen Kanälen angebundene Verbraucher 22, 26 führen. Zur Minimierung von Schädigungen wird zum einen die Energiemenge, welche im Kabelbaum eingespeichert wird, minimiert. Um den Überstrom, welcher beispielsweise durch Kurzschlüsse verbraucherseitig auftreten kann, zu minimieren, ist eine im Vergleich zu konventionellen Sicherungselementen um ca. den Faktor 10 schnellere Reaktion auf Kurzschlüsse nötig (<< 100 µs). Außerdem wird ein weiterer Pfad 66 (sogenannter Bypasspfad) zwischen Eingang 34 und Masseausgang 38 vorgesehen. In diesem Pfad 66 sind ein weiteres Schaltmittel 64 und ein hierzu in Reihe geschalteter Kondensator 62 vorgesehen. Das weitere Schaltmittel 64 wird von dem Controller 30 angesteuert. Über diesen Pfad 66 kann ein Bypass geschaffen werden, um Überspannungen zu reduzieren. Statt einer aktiven Klemmung über das weitere Schaltmittel 64 könnten auch passive Entlastungsnetzwerke für den Kondensator 62 verwendet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 ist weiterhin das weitere Schaltmittel 40 als Bestandteil des Überspannungsschutzes 39 zwischen Ausgang 36 und Masseausgang 38 angeordnet wie bereits zuvor näher beschrieben. Die Kombination aus einer Minimierung der eingespeicherten Energie durch eine schnelle Fehlerreaktion sowie die Bereitstellung eines gedämpften kapazitiven Energiespeichers (Kondensator 62), der vorzugsweise nur eine geringe Energiemenge aufnehmen muss, ermöglicht einen effektiven Überspannungsschutz bei Abschalttransienten.
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Die vorgestellte Vorrichtung ist insbesondere bei Fahrzeugen geeignet, in denen das Bordnetz 10, 12 eine hohe Sicherheitsrelevanz besitzt bzw. sicherheitsrelevante Verbraucher 18 speist. Dies ist beispielsweise bei Fahrzeugen mit automatisierten Fahrfunktionen der Fall.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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