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Der Gegenstand betrifft einen elektronischen Schalter für Kraftfahrzeuge umfassend zumindest ein Schalternetzwerk.
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Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen bieten im Stillstand kein Drehmoment. Aus diesem Grunde können solche Verbrennungsmotoren nicht selbstständig durch Einspritzen von Kraftstoff gestartet werden. Dies bedingt, dass der Verbrennungsmotor bzw. die Brennkraftmaschine innerhalb des Fahrzeugs mit einem Drehmoment beaufschlagt werden muss, um zu starten. Dieses Drehmoment wird in der Regel durch einen Starter bzw. eine elektrische Maschine zur Verfügung gestellt. Eine solche elektrische Maschine ist zum Starten bzw. Anlassen des Verbrennungsmotors notwendig.
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Der Starter des Verbrennungsmotors wird von der Starterbatterie des Kraftfahrzeugs gespeist. Im Moment des Startens, d.h. zum Anlaufen des Starters, ist dessen induktive Last niederohmig und ein sehr hoher Strom fließt von der Starterbatterie über den Starter. Die Induktivität des Starters stellt im Moment des Startens nahezu einen Kurzschluss dar. Der hierdurch bedingte hohe Stromfluss führt zu Einbrüchen der Batteriespannung an den Batteriepolen. Bei einem typischen Startvorgang eines Fahrzeugs bricht die Batteriespannung nach einer kurzen Zeit unter einen Grenzwert ein. In der Folge kann es daher dazu kommen, dass andere Verbraucher im Bordnetz des Fahrzeugs, welche eine Mindestspannung benötigen, nicht mehr mit ausreichend elektrischer Energie versorgt werden können.
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Startstrombegrenzungssysteme sind in der Regel zwischen der Batterie und dem Starter angeordnet. Herkömmliche Bordnetztopologien beinhalten eine Starterbatterie, einen Starter, einen Generator sowie zumindest ein Verbrauchernetzwerk. Je nach Konzept werden der Starter und der Generator mit jeweils einer getrennten Leitung versorgt oder mit einer kombinierten Starter-Generatorleitung. Um Kurzschlüsse im Fall eines Crashes zu verhindern, wird die Starterleitung oder die Starter-Generatorleitung durch eine sogenannte Sicherheitsbatterieklemme vom Bordnetz irreversibel getrennt.
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Herkömmliche Sicherungen von Batterieleitern sehen irreversible Schalter, insbesondere in Form eines pyrotechnischen Schaltelementes vor. Im Crashfall wird ein Steuerimpuls, vorzugsweise ausgehend von einem Airbagsteuergerät, empfangen und ein pyrotechnischer Schalter löst aus. Dies führt dazu, dass der Batteriepluspol von dem Fahrzeugnetz getrennt wird. Insbesondere werden Starter und Generatorleitungen von dem Batteriepluspol getrennt.
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Bei modernen Hybridfahrzeugen ist neben dem Verbrennungsmotor ein zusätzlicher Elektromotor im Antriebsstrang verbaut. Der Elektromotor wird von einer Antriebsbatterie gespeist. Das elektrische Antriebsbordnetz ist in der Regel ein Hochvoltbordnetz mit Spannungen von 48V und mehr, insbesondere zwischen ca. 300V und 400V. Dieses Hochvoltbordnetz ist in der Regel gesondert abgesichert. Die Hochvoltteilnehmer des Hochvoltbordnetzes, wie Elektromotor und Antriebsbatterie sind neben den separat abgesicherten Leistungsanschlüssen auch über Steuerleitungen mit dem restlichen Bordnetz verbunden. Ein Kurzschluss über eine Steuerleitung kann daher zu erheblichen Schäden im Bordnetz führt.
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Die
DE 10 2013 010 166 A1 betrifft ein Startstrombegrenzungssystem, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor.
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Die
DE 10 2016 224 810 A1 betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor, insbesondere ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug.
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Ausgehend hiervon lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Signalleitung eines Hochvoltbordnetzes zu sichern.
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Diese Aufgabe wird durch einen Schalter nach Anspruch 1 gelöst.
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Der Schalter weist zumindest einen ersten mit einem Batteriepol verbindbaren elektrischen Eingangsanschluss. Dieser Eingangsanschluss dient zum Anschluss einer Starterbatterie, die als Niedervolt Batterie mit Spannungen zwischen 12V und 48V betrieben ist. Diese Batterie wird zur Speisung der Niedervoltverbraucher des Bordnetzes und des Starters genutzt.
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Ausgangsseitig des Schalters ist dieser über zumindest einen elektrischen Ausgangsanschluss mit einem Starter und/oder einem Generator verbindbar. Es ist möglich, zwei getrennte Leistungspfade zwischen dem Eingangsanschluss und jeweils einem Ausgangsanschluss zu schalten, wenn Starter-Batterie Leitung und Generator-Batterie Leitung getrennt geführt werden. Auch kann zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss nur ein Leistungspfad geschaltet sein, wenn Starter-Batterie Leitung und Generator-Batterie Leitung zumindest in einem Abschnitt gemeinsam zur Batterie geführt werden.
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Zur Absicherung der Starter-Batterie Leitung und der Generator-Batterie Leitung des Bordnetzes, insbesondere zur Batterietrennung ist zwischen dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss ist in jeweils einem Leistungspfad des Schalters zumindest ein erstes Schalternetzwerk geschaltet.
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Der Bauraum in automotiven Anwendungen ist stets kritisch und begrenzt. Daher wird vorgeschlagen, dass der Schalter im Wesentlichen räumlich innerhalb einer Polnische des Batteriepols angeordnet ist.
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Eine Batterie ist regelmäßig mit einer genormten Polnische versehen. Insbesondere die DIN-Normen DIN EN 50342-2 sowie DIN 72311 geben Normmaße für die Polnische sowie einen zwischen den Polnischen verlaufenden Gehäuseversatz der Batterie an. Die Polnische ist dabei der Bereich, der den Batteriepol aufweist und durch Seitenwände der Batterie einerseits und Außenkanten der Batterie andererseits begrenzt ist. Vorzugsweise weist die Polnische ein maximales Maß von 60 mm an 72,5 mm auf. Die Höhe der Polnische ist regelmäßig zwischen 30 und 40 mm, vorzugsweise unterhalb von 35 mm. Innerhalb dieses Bauraums, vorzugsweise unter Verwendung des zwischen den Polnischen verlaufenden länglichen Versatzes ist der gegenständliche Schalter angeordnet. Es versteht sich, dass die gegenständliche räumliche Anordnung des Schalters innerhalb der Polnische so verstanden werden muss, dass hiermit gemeint ist, dass diese Baugruppen größtenteils hierin angeordnet sind. Sollte eine der Baugruppen teilweise außerhalb der Polnische liegen, der Schalter oder sein Gehäuse jedoch weiterhin größtenteils innerhalb der Polnische, so ist dies von der Bedeutung des Begriffs räumlich innerhalb der Polnische umfasst.
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Wie bereits erläutert, stellt die Begrenzung des Bauraums erhebliche Anforderungen an die Topologie eines elektrischen Bordnetzes. Es ist erkannt worden, dass neben dem Schaltnetzwerk für die Starterbatterie innerhalb des Schalters auch eine Absicherung eines Signalpfads zumindest eines Hochvolt Teilnehmers angeordnet werden kann. Ein Hochvolt Teilnehmer ist in der Regel ein Verbraucher des Hochvolt Bordnetzes, z.B. der Antriebsmotor oder ein Einspeiser des Hochvolt Bordnetzes, z.B. die Antriebsbatterie. Diese können auch als Hochstrom Teilnehmer bezeichnet werden, da die Leistungsflüsse innerhalb des Hochvolt Bordnetzes erheblich höher sind, als im Bereich des 12-48V Bordnetzes und somit neben hohen Spannungen auch hohe Ströme erwartet werden können.
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Es wird vorgeschlagen, dass ein Signalpfad von einem Signaleingang zu einem Signalausgang innerhalb des Schalters geführt ist. Der Signalpfad ist ein Leiterpfad einer Signalleitung zwischen einem Steuergerät und einem Hochvolt Teilnehmer.
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Um zu verhindern, dass eine Hochspannung eines Hochvolt Teilnehmers im Crashfall oder einer sonstigen Störung über die Signalleitung in das sonstige Bordnetz eingetragen wird, wird vorgeschlagen, dass zwischen dem Signaleingang und dem Signalausgang des Signalpfads ein zweites Schalternetzwerk geschaltet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Signalausgang mit einem Steuereingang eines Hochvoltverbrauchers des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Hochvolt Teilnehmer werden von einem oder mehreren Steuergeräten an ihren Steuereingängen angesteuert. Die Steuereingänge sind in der Regel galvanisch vom Hochvolt Bordnetz getrennt. Die Signalleitungen an den Steuereingängen sind in der Regel Teil des Niedervolt Bordnetzes. Im Fehlerfahl, insbesondere im Crashfall wird eine strikte und unmittelbare Trennung der Hochvoltteilnehmer vom Hochvoltnetz gefordert. Es kann aber innerhalb des Hochvolt Teilnehmers zu einem Kurzschluss zwischen den Signalleitungen und den Hochvoltleitungen kommen. Dann würde über die Signalleitung das Potential des Hochvolt Bordnetzes in das Niedervolt Bordnetz eingekoppelt. Durch den gegenständlichen Schalter kann dies verhindert werden.
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Hierzu wird vorgeschlagen, dass das zweite Schaltnetzwerk zumindest einen Schaltelement aufweist. Das Schaltelement kann zwischen dem Signaleingang und dem Signalausgang geschaltet sein. Das Schaltelement kann über einen Schaltimpuls geschaltet werden. Ein Schaltimpuls kann ein gemeinsamer Schaltimpuls sowohl für das Schaltelement des Signalpfads als auch das Schaltelement des Leistungspfads sein.
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Um insbesondere parasitäre Ströme über das Schaltelement im Signalpfad nach der Trennung zu verhindern, ist das Schaltelement bevorzugt so geschaltet, dass eine Bodydiode des Schaltelements vom Signaleingang zum Signalausgang in Sperrrichtung geschaltet ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Schalter in einem Gehäuse gekapselt ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse an eine Polnische einer Fahrzeugbatterie angepasst ist.
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Eine besonders einfache Installation in einem Kraftfahrzeug lässt sich dann realisieren, wenn der Schalter in einem Gehäuse gekapselt ist. In dem Gehäuse sind die verschiedenen Schalterelemente vorgesehen und aus dem Gehäuse ragen vorzugsweise lediglich Eingangs- und Ausgangsanschlüsse sowie Signalein- und -ausgang als elektrische Kontaktelemente heraus. Auch ist es möglich, dass eine Signalleitung für einen Schaltimpuls in das Gehäuse hinein führt oder dass an dem Gehäuse nach außen ragende Signalanschlüsse vorhanden sind.
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Um die verschiedenen Funktionalitäten gewährleisten zu können, ist es möglich, dass einzelne Schalterelemente des Schalternetzwerks getrennt ansteuerbar sind. Vorzugsweise ist jedes einzelne Schalterelement in dem Schalternetzwerk getrennt ansteuerbar.
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Das Öffnen und Schließen der Schalterelemente erfolgt über einen entsprechenden Steuerimpuls von einem Steuergerät. Das Steuergerät ist vorzugsweise außerhalb des elektronischen Schalters, insbesondere auch außerhalb des Gehäuses angeordnet. Auch ist es möglich, dass das Steuergerät Teil des Schalters ist. Dabei kann das Steuergerät in dem Gehäuse angeordnet sein. Das Steuergerät kann als Teil eines Schalterelements gebildet sein. Das Steuergerät kann in einem als sogenannten „Master“ fungierenden Schalterelement angeordnet sein. Dann können die jeweils anderen Schalterelemente als sogenannte „Slaves“ dieses „Masters“ fungieren.
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Um das Schalten von außerhalb des Gehäuses zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass eine vorzugsweise mehradrige Steuerleitung zum Schalten der Schalterelemente in das Gehäuse geführt ist. Somit können von außen Steuerimpulse generiert werden, die zum Schalten der Schalterelemente innerhalb des Gehäuses genutzt werden. Dies birgt größtmögliche Flexibilität hinsichtlich der Anordnung des Steuergerätes und ermöglicht eine Miniaturisierung des Gehäuses selbst.
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Zum einen platzsparend und zum anderen elektrisch günstig lässt sich das Gehäuse des Schalternetzwerks in einer Polnische einer Fahrzeugbatterie anordnen. Dann ist der Eingang unmittelbar an dem Batteriepol, vorzugsweise dem Batteriepluspol. Es ist möglich, dass das Gehäuse als Teil einer Batterieklemme gebildet ist. Andererseits ist die Polnische ohnehin vorhanden und das Anordnen des Gehäuses in der Polnische führt zu einem minimalen Platzverbrauch. Die Fahrzeugtopologie muss dann nicht verändert werden.
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Die aus dem Gehäuse herausgeführten elektrischen Kontakte, insbesondere Signaleingang und/oder der Signalausgang können als elektrische Anschlusskonsole oder elektrischer Steckkontakt gebildet sein. Dies erleichtert den Anschluss des Signalpfads an den gegenständlichen Schalter.
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Um die elektrische Verlustleistung zwischen dem ersten Schalternetzwerk und dem Batteriepol möglichst gering zu halten, wird vorgeschlagen, dass der Eingang mit einem Batteriepluspol im Wesentlichen kurzschließbar ist. Für den Fall, dass das erste Schalternetzwerk mit dem Batteriepluspol verbunden ist, ist es möglich, mittels des ersten Schalternetzwerks die Batterieleitungen zum Generator als auch zum Starter stromlos zu schalten. Vorzugsweise ist eine möglichst enge Kopplung des ersten Schalternetzwerks mit dem Batteriepluspol anzustreben, um zu verhindern, dass auf der elektrischen Leitung zwischen dem ersten Schalternetzwerk und dem Batteriepluspol ein Kurzschluss mit der Karosse bzw. dem Batterieminuspol entstehen kann. Kriechströme und Verlustleistung können durch das stromlose Schalten bei Fahrzeugstillstand unterbunden werden. Insbesondere können Verbraucher, die in dem Zweig der Generator-Batterie-Leitung angeordnet sind, ebenfalls stromlos geschaltet werden.
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Der Eingangsanschluss ist vorzugsweise eine Batteriepolklemme. Eine Batteriepolklemme umfasst zumindest zwei Klemmbacken, die den Pol umgreifen und mittels einer Verschraubung mit dem Pol kraftschlüssig verbunden werden können. An den Klemmbacken können Abgänge vorgesehen sein, insbesondere ein erster Abgang für den Eingangsanschluss und ein zweiter Abgang, beispielsweise für die Verbindung des Batteriepols mit einem sicherheitstechnisch unkritischen Verbrauchernetz des Fahrzeugs. Diese Verbindung muss nicht abgesichert sein.
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Jedes der Schalterelemente hat einen, wenn auch geringen Übergangswiderstand und stellt einen ohmschen Widerstand in der Verbindung zwischen der Batterie und dem Generator bzw. Starter dar. Um die Verlustleitung auf dem Leistungspfad im ersten Schalternetzwerk gering zu halten ist es bevorzugt, wenn die Schalterelemente einen Widerstand von weniger als 10 mOhm, vorzugsweise weniger als 1 mOhm, besonders bevorzugt weniger als 0,1 mOhm aufweisen. Ferner sind die Anschlüsse und Leitungen des Leistungspfads bevorzugt so ausgestaltet, dass zwischen dem Eingangsanschluss und jeweils einem Ausganganschluss des ersten Schalternetzwerks ein Widerstand von weniger als 10 mOhm, vorzugsweise weniger als 1 mOhm, besonders bevorzugt weniger als 0,1 mOhm anliegt.
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Um die verschiedenen Funktionalitäten gewährleisten zu können, ist es möglich, dass einzelne Schalterelemente des ersten und/oder zweiten Schalternetzwerks getrennt ansteuerbar sind. Vorzugsweise ist jedes einzelne Schalterelement in dem ersten und/oder zweiten Schalternetzwerk getrennt ansteuerbar. Durch Ansteuern der Schaltelemente des ersten Schalternetzwerks ist es möglich, entweder den Eingangsanschuss vom Ausgangsanschluss im Leistungspfad elektrisch voneinander zu trennen oder zwei Ausgangsanschlüsse miteinander kurzzuschließen und somit die Generator-Batterie-Leitung unmittelbar mit der Starter-Batterie-Leiter kurzzuschließen.
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Auch kann es bevorzugt sein, wenn die Ansteuerung des ersten und des zweiten Schaltnetzwerks simultan ist und insbesondere eine fest verdrahtet Kopplung zwischen den Signalleitungen zu den Schalterelementen des ersten und des zweiten Schaltnetzwerks erfolgt. Dann ist sichergestellt, dass stets sowohl das erste als auch das zweite Schaltnetzwerk eine Trennung des Pfads (Leistungspfad und Signalpfad) bewirken.
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Die Schalterelemente können aus Parallelschaltungen von einzelnen Schaltern, die wiederum einzelne Schalter aufweisen und parallel geschaltet sein können, gebildet sein. Auch ist es möglich, dass in den Schalterelementen antiserielle Schalter, beispielsweise in Form von gegenläufig geschalteten Transistoren oder Dioden vorgesehen sind. Somit können die Schalterelemente unidirektional als auch bidirektional Strom schalten. Vorzugsweise können auch Dioden in den Schalterelementen vorgesehen sein, um die Stromflussrichtung beispielsweise in nur eine Richtung zu ermöglichen.
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Beispielsweise können solche Dioden zumindest die jeweiligen intrinsischen Dioden (Bodydioden), welche in den Halbleitern ohnehin vorhanden sind. Zusätzlich kann zur Entlastung der Halbleiter eine Freilaufdiode vorzugsweise als neues, weiteres Bauteil eingesetzt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass ein Schalterelement zumindest einen elektronischen Schalter aufweist. Ein elektronischer Schalter kann beispielsweise als Halbleiterschalter gebildet sein. Dies kann beispielsweise ein Transistorschalter, ein MOSFET-Schalter, ein IGBT-Schalter oder dergleichen sein. Auch elektrische Schalter, wie beispielsweise Schütze oder Relais können vorgesehen sein.
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Auch wird vorgeschlagen, dass der Schalter in räumlicher Nähe zu einer Batterie angeordnet ist, insbesondere in einem Abstand von weniger als 50 cm, insbesondere dass eine Leitungslänge zwischen einem Batteriepol und dem Eingang weniger als 50 cm beträgt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das erste Schaltnetzwerk einen Zweig mit einem elektrischen Widerstand und einen Zweig mit einer Stromstärke-Steuerungseinrichtung aufweist.
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Der Widerstand, der zur Reduzierung des Startstroms zu Beginn des Anlassens verwendet wird, ist vorzugsweise niederohmig und kann aus einem einstückigen Widerstandsleiter gebildet sein. Dieser Widerstandsleiter kann aus einer Kupferlegierung, beispielsweise Manganin, einer Eisenlegierung, z.B. Edelstahl und Stahl, einer Aluminiumlegierung oder einer sonstige metallischen Legierung gebildet sein. Der Widerstand ist vorzugsweise aus einem Band oder Blech geformt und als Flachteil gebildet. Das Flachteil kann an die Bauraumbedingungen angepasst werden, in dem es vor dem Einbau vorgeformt ist, insbesondere gebogen ist.
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Insbesondere kann der Widerstand so geformt sein, dass zumindest ein Abschnitt parallel zu einer Begrenzungswand und/oder einer Außenkante der Polnische verläuft. Hierdurch lässt sich der Widerstand besonders eng an die Polnische bzw. dessen Begrenzungswände oder Außenkanten anschmiegen. Auch ist vorgeschlagen, dass der Widerstand in Teilen entlang der Begrenzungswand der Polnische oder der Außenkante der Polnische geführt ist. Dies bedeutet, dass der Widerstand in einem Abstand zwischen 1 und 10 mm von der Begrenzungswand bzw. der Außenkante in Teilen geführt ist. Dies führt zu einer optimalen Ausnutzung des Bauraums, da in der vom Widerstand umfassten Fläche die Batteriepolklemme und/oder das erste und zweite Schalternetz und/oder dergleichen geführt werden können.
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Vorzugsweise ist der Widerstand als formstabiler Winkel gebildet, der der gesamten Baugruppe Formstabilität verleiht.
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Eine besonders enge Bauweise ist dann möglich, wenn der Widerstand als Flachteil gebildet ist und seine Breitenausdehnungsrichtung parallel zu einer Längsachse des Batteriepols bzw. der Batteriepolklemme verläuft. Die Bauhöhe der Polnische wird dann optimal bei minimalem Flächenverbrauch innerhalb der Polnische durch den Widerstand ausgenutzt, wenn sich seine Erstreckung in Breitenausdehnungsrichtung über im Wesentlichen die Bauhöhe der Polnische erstreckt.
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Der Widerstand ist vorzugsweise mit dem Eingangsanschluss verbunden. Hierbei kann die Verbindung entweder unmittelbar durch Kurzschluss erfolgen oder über das erste Schalternetzwerk, insbesondere gebildet aus Halbleiterschaltern. Die Verbindung zwischen dem Widerstand und dem Eingangsanschluss kann stoffschlüssig sein. Auch ist eine Verschraubung möglich. Andere Verbindungen, beispielsweise ein Vernieten, ist ebenfalls möglich.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
- 1a eine schematische Netztopologie gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 1b eine schematische Netztopologie gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2a eine Ansicht einer Batterie mit Batteriepolen;
- 2b eine Draufsicht auf eine Batterie mit Batteriepolen;
- 3a eine erstes Schalternetzwerk gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3b eine erstes Schalternetzwerk gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine zweites Schalternetzwerk gemäß einem Ausführungsbeispiel
- 5 eine Ansicht eines Schalters gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die elektrische Netztopologie in einem Kfz ist beispielhaft in den 1a und 1b illustriert.
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1a zeigt eine Batterie 2 mit einem ersten Batteriepol 2a und einem zweiten Batteriepol 2b, wobei der Pol 2b vorzugsweise der Pluspol ist. Vom Batteriepol 2b zweigt eine erste Leitung 4a zu einem Verbrauchernetz 6 ab. Das Verbrauchernetz 6 kann aus Verbrauchern für Komfortfunktionen, wie beispielsweise Klimaanlage, Navigationssystem, Entertainmentsystem und dergleichen sowie aus sicherheitsrelevanten Systemen, wie beispielsweise Airbagsteuergeräte, Fahrassistentsysteme, Servolenkung und dergleichen gebildet sein.
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Ferner ist an dem Pol 2b eine Leitung 4b angeschlossen. Die Leitung 4b kann auch als Polklemme ausgeführt sein und an den Pol 2b angeklemmt sein. Die Leitung4b kann auch als Eingangsanschluss des gegenständlichen Schalters 8 bezeichnet werden.
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Der Schalter 8 hat auch einen Ausgangsanschluss 10a. An dem Ausgangsanschluss 10a sind sowohl ein Starter 12 als auch ein Generator 14 angeschlossen.
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Innerhalb des Schalters 8 ist ein erstes Schalternetzwerk 8a angeordnet. Das Schalternetzwerk 8a ist elektrisch zwischen dem Eingangsanschluss 4b und dem Ausgangsanschluss 8a geschaltet. Diese Verbindung kann auch als Leistungspfad verstanden werden.
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Zusätzlich zu dem ersten Schalternetzwerk 8a ist in dem Schalter 8 ein zweites Schalternetzwerk 8b angeordnet. Das Schalternetzwerk 8b ist zwischen einem Signaleingang 16 und einem Signalausgang 18 geschaltet. Diese Verbindung kann auch als Signalpfad verstanden werden.
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An dem Signalausgang 18 kann ein Hochvoltteilnehmer 20, z.B. eine Hochvoltbatterie, ein Hochvolt-Antriebsaggregat oder dergleichen mit seinem Steuereingang angeschlossen sein. Über diesen Steuereingang kann der Hochvoltteilnehmer 20 angesteuert werden. Am Steuereingang liegen Signalpegel im niedrigen Voltbereich, insbesondere zwischen +/-5V oder +/-8V oder +/-12V an. Der Steuereingang ist in der Regel galvanisch von einem Hochvoltnetz, welches zum Betrieb des Hochvoltteilnehmers 20 mit diesem verbunden ist, getrennt.
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Der Signaleingang 16 ist mit einem Steuergerät (nicht gezeigt) verbunden. Von den Signaleingang 16 werden Steuerbefehle über den Signalpfad zum Signalausgang 18 und den Hochvoltteilnehmer 20 gesendet.
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Um im Fehlerfall das Steuergerät von Hochvoltteilnehmer 20 zu trennen, wird das Schaltnetzwerk 8b mit bevorzugt reversibel schaltbaren Schalterelementen, z.B. Halbleiterschaltern betrieben.
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Über einen Steuereingang (nicht gezeigt) kann ein Steuerimpuls, z.B. von einem Crashsensor, einem Airbagsteuergerät oder dergleichen, an die Schaltnetzwerke 8a, 8b getrennt oder gemeinsam übermittelt werden. Die Schaltnetzwerke 8a, 8b können dann, insbesondere reversibel, den Leistungspfad und den Signalpfad auftrennen.
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1b zeigt eine zu der in 1a vorgestellte ähnliche Topologie. Im Unterschied zu 1a sind zwei getrennte Ausgangsanschlüsse 10a, 10b vorgesehen, jeweils für eine Leitung zum Starter 12 und eine Leitung zum Generator 14. Jeweils einer der Ausgangsanschlüsse 10a, b ist mit einem ersten Schalternetzwerk 8a', 8a'' (entsprechend dem Schalternetzwerk 8) verbunden. Hierdurch können zwei separate Leistungspfade vom Eingangsanschluss 4b zum Ausgangsanschluss 10a und vom Eingangsanschluss 4b zum Ausgangsanschluss 10b geschaltet werden.
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Der Schalter 8 muss in verfügbarem Bauraum verbaut werden. Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass dies in der Polnische vorzugsweise des Batteriepluspols 2b möglich ist.
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2a zeigt eine Batterie 2 mit einem Pol 2a und einem Pol 2b. Die beiden Pole 2a, b sind jeweils von einer Polnische 26a, 26b umgeben. Die Polnische 26a ist begrenzt durch die beiden Begrenzungswände 28a und 28b der Batterie 2 sowie der Außenkanten 28c, 28d der Batterie 2.
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Die räumliche Ausrichtung der Begrenzungswände 28a, 28b sowie der Außenkanten 28c, 28d wird nachfolgend in dem in 2a gezeigten x, y, z-Koordinatensystem dargestellt. Die Begrenzungswand 28a verläuft vorzugsweise parallel zur x-z Ebene. Die Begrenzungswand 28b verläuft vorzugsweise parallel zur y-z Ebene. Die Außenkante 28c verläuft parallel zur x-Achse und die Außenwand 28d verläuft parallel zur y-Achse.
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Die Längsausbreitungsrichtung 30 des Batteriepols 2b bzw. der Batteriepolklemme verläuft parallel zur z-Achse.
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Zwischen der Polnische 26a und der Polnische 26b verläuft ein Versatz 26c, dessen Volumen bei der Gestaltung des Schalters 8 mit verwendet werden kann.
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Der Aufbau der Batterie 2 entspricht im Wesentlichen der DIN EN 50342-2.
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Die Batterie gemäß der 2a ist in der 2b in einer Draufsicht dargestellt. Zu erkennen sind die Flächen der Polnischen 26a, 26b. Der gegenständliche Schalter 8 ist vorzugsweise innerhalb der Fläche der Polnische 26a angeordnet und kann sich in die Fläche des Versatzes 26c erstrecken.
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3a zeigt ein Schalternetzwerk 8a. In diesem Schalternetzwerk 8a ist ein Halbleiterschalter 30 angeordnet, mit dem der Leistungspfad reversibel schaltbar ist.
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3b zeigt ein anderes Schalternetzwerk 8a. In diesem Schalternetzwerk 8a sind zumindest zwei Halbleiterschalter 30 antiseriell zueinander angeordnet, mit denen der Leistungspfad reversibel schaltbar ist.
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Die Halbleiterschalter 30 können auch aus einer Parallelschaltung mehrerer Halbleiterschalter gebildet sein, um so eine erhöhte Stromtragfähigkeit zu gewährleisten. Die Halbleiterschalter lassen sich durch einen Schaltimpuls schalten.
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Entsprechend den 3a, b lassen sich auch die Schaltnetzwerke 8a', 8b' beschalten, wobei dann für jeweils einen Leistungspfad zumindest ein separater Halbleiterschalter 30 vorgesehen ist.
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Zusätzlich zu den Halbleiterschaltern 30 ist in einem gegenständlichen Schalter 8 noch ein zumindest zweites Schaltnetzwerk 8b vorgesehen, wie in 4 gezeigt. Das Schaltnetzwerk 8b ist zwischen dem Signaleingang 16 und dem Signalausgang 18 mit zumindest einem Halbleiterschalter 32 bestückt. Der Halbleiterschalter 32 kann gegenüber dem Halbleiterschalter 30 erheblich weniger leistungsstark sein und einer Stromtragfähigkeit von nur wenigen Ampere bis wenige Milliampere aufweisen, da nur Schaltsignale hierüber laufen. Der Halbleiterschalter 32 kann ebenso wie die Halbleiterschalter 30 von einem externen Steuerimpuls geöffnet werden. Es ist bevorzugt, wenn ein selber Steuerimpuls für alle Halbleiterschalter 30, 32 innerhalb des Schalters 8 verarbeitet wird, um Signalpfad und Leistungspfad gleichzeitig, simultan trennen zu können.
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Der Schalter 8 ist in der Polnische 26b im Wesentlichen vollständig verbaut. Ein Schalter 8 als Polklemme ist in der 5 gezeigt.
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An einer Batteriepolklemme 40 kann ein Abgang 4a vorgesehen sein, der mit Verbrauchern verbunden werden kann. Über einen Eingangsanschluss 4b können zwei Schalternetzwerke 8a', 8a'' mit dem Pol 2b verbunden werden. Innerhalb der Schalternetzwerke 8a', 8a'' sind die Halbleiterschalter 30 verschaltet und bilden einen Leistungspfad von dem Eingangsanschluss 4b zu jeweils einem Ausgangsanschluss 10a, 10b.
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Zusätzlich innerhalb der Polnische 26b sind ein Signaleingang 16 und ein Signalausgang 18 über ein Schalternetzwerk 8b verschaltet. Das Schalternetzwerk 8b umfasst zumindest einen Halbleiterschalter 32.
