Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs auf das Vorliegen einer Überlastung. Das Hochvolt- Bordnetz umfasst als Komponenten eine oder mehrere Energiequellen und/oder eine oder mehrere Energiesenken, die jeweils über eine Leiterstranganordnung mit einer ersten Versorgungspotentialleitung und einer zweiten Versorgungspotentialleitung verbunden sind.

Zur Absicherung einzelner Leiterstränge in einem Hochvolt-Bordnetz werden jeweils an die unterschiedlichen Stromstärken und Leitungsquerschnitte angepasste Schmelzsicherungen eingesetzt. Die Schmelzsicherungen dienen dazu, im Falle eines, durch nieder- ohmiges Verbinden der spannungsführenden Leiter, sehr hohen Stromflusses auszulösen, um die an den betreffenden Leiterstrang angeschlossene Komponente oder Komponenten vor Zerstörung oder Beschädigung zu schützen. Aufgrund der begrenzten Platzverhältnisse in einem Fahrzeug werden die Schmelzsicherungen nicht in einem separaten Sicherungs-Verteiler angeordnet, wie dies von Sicherungen eines Niederspannungsbordnetzes (12 V-Bordnetz) bekannt ist. Stattdessen werden an bestehenden Komponenten, wie z.B. einer Ladeeinrichtung oder einer Leistungselektronik, zusätzliche Stromanschlüsse angebracht und mit Sicherungen in diesen Komponenten versehen.

Schmelzsicherungen weisen eine verhältnismäßig hohe Streuung bezüglich des Stroms auf, ab dem diese auslösen. Zudem ist der als Auslösestrom bezeichnete Strom abhängig von der Umgebungstemperatur. Wenn nun der Auslösestrom der Schmelzsicherung größer ist als eine Dauerstromauslegung des abzusichernden Leiterstrangs, kann es zu einem Überlastfall kommen, welcher zu einer Beschädigung des Leiterstrangs und ggf. der daran angeschlossenen Komponenten führt. Um einen solchen Überlastfall sicher ausschließen zu können, müssen die Leitungen eines jeweiligen Leiterstrangs zu einem hohen Grad überdimensioniert werden, dass der Auslösestrom der Schmelzsicherung im Idealfall kleiner als der erlaubte Dauerstrom durch den Leiterstrang ist. Daraus resultiert jedoch ein erhöhtes Gewicht des Fahrzeugs, welches wiederum die Energieeffizienz beeinträchtigt. Es ist der Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Überwachung eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs auf das Vorliegen einer Überlastung anzugeben, bei welcher keine Überdimensionierung der Leitungen einer Leiterstranganordnung des Hochvolt-Bordnetzes erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 . Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Überwachung eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs auf das Vorliegen einer Überlastung vorgeschlagen, wobei das Hochvolt-Bordnetz als Komponenten eine oder mehrere Energiequellen und/oder eine oder mehrere Energiesenken umfasst, die jeweils über eine Leiterstranganordnung mit einer ersten Versorgungspotentialleitung und mit einer Versorgungspotentialleitung verbunden sind. Es versteht sich, dass unter einer Komponente auch eine solche Komponente zu verstehen ist, welche sowohl eine Energiequelle als auch eine Energiesenke darstellt.

Jeder der Komponenten ist ein Stromsensor zugeordnet, der dazu ausgebildet ist, einen durch die betreffende Komponente fließenden Strom zu erfassen und eine die Höhe des Stroms repräsentierende Information an eine Auswerteeinheit zur Auswertung zu übertragen, wobei die Auswerteeinheit dazu ausgebildet ist, den Strom mit einer ersten Stromschwelle und einer zweiten Stromschwelle zu vergleichen und ein Abschaltsignal zumindest für die dem Stromsensor zugeordnete Komponente auszugeben, wenn als erstes Kriterium die Höhe des Stroms und die Zeitdauer der Höhe des Stroms zwischen der ersten und der zweiten Stromschwelle liegt.

Ein jeweiliger Stromsensor kann beispielsweise in Gestalt eines Shunts oder eines Hall- Sensors realisiert sein. Grundsätzlich kann jedoch jeder beliebige Sensor eingesetzt werden, der es erlaubt, den durch eine oder mehrere Komponenten eines Leiterstrangs fließenden Strom zu messen.

Die Auswerteeinheit kann z.B. ein separates Steuergerät oder ein bestimmter Mikrocon- troller in einem bereits in dem Fahrzeug vorhandenen Steuergerät sein. Die Auswerteein- heit kann alternativ auch in Software realisiert sein und auf einem in dem Fahrzeug bereits vorhandenen Steuergerät ablaufen. Ein solches Steuergerät könnte beispielsweise eine Abschalteinrichtung sein, welche gewährleistet, dass das Hochvolt-Bordnetz im Falle eines Unfalls eine Trennung von Energiequellen vom Rest des Hochvolt-Bordnetzes vornimmt. Hierzu ist eine entsprechende Abschalteinrichtung typischerweise über eigene Hardware-Leitungen mit den betreffenden, abzuschaltenden Komponenten verbunden.

Das Abschaltsignal kann beispielsweise durch eine das Abschaltsignal verarbeitende Einrichtung dergestalt genutzt werden, um zumindest die dem Stromsensor zugeordnete Komponenten abzuschalten oder auch nur in ihrer Leistung zu drosseln. Das Abschaltsignal kann auch dazu genutzt werden, sämtliche Energiequellen von dem Hochvolt- Bordnetz zu trennen.

Durch die Vorrichtung ist es möglich, eine Überlast zu detektieren, welche sich durch einen Strom zwischen dem erlaubten Strom im Normalfall (erste Stromschwelle) und dem Auslösestrom eines Sicherungselements, wie z.B. einer Hochvolt-Schmelzsicherung, befindet). Die Vorrichtung ermöglicht es, auf hohe Leitungsquerschnitte der Leiterstranganordnung und daraus resultierende Anforderungen an entsprechende Stecksysteme zu verzichten. Weiterhin werden hohe Integritätsanforderungen durch die Vorrichtung erfüllt. Der Überlastschutz kann durch die Wahl entsprechender Werte für die erste und die zweite Stromschwelle sehr präzise ausgelegt werden. Die Vorrichtung ist kostengünstig bereitstellbar, da nur zusätzliche Kosten für die Bereitstellung der Stromsensoren anfallen.

Die Vorrichtung lässt sich wahlweise durch Hardware-Schaltungen und/oder Software realisieren, womit hohe Integritätslevel (Automotive Security Integrity Level, ASIL) möglich sind. Die Vorrichtung ermöglicht es weiterhin, im Überlastfall das Abschalten einer Komponente durch entsprechende Ansteuerung der Auswerteeinheit zurückzusetzen. Dadurch ist das Zurücksetzen im Vergleich zu einem Austausch einer Schmelzsicherung einfacher und schneller durchführbar. Ein Kurzschlussschutz durch Sicherungselemente kann ausschließlich auf den Kurzschlussfall ausgelegt werden und braucht den Überlastfall nicht berücksichtigen. Dadurch können Fehlauslösungen bei hohen Betriebsströmen vermieden werden, wohingegen die Trennfähigkeit bei hohen Strömen gewährleistet ist. Gemäß einer Ausgestaltung ist die erste Stromschwelle durch eine vorgegebene erste Kennlinie in einem Strom-Zeit-Diagramm repräsentiert, welche einen ersten Abschnitt aufweist, in dem der Strom von einem ersten Zeitpunkt bis zu einem zweiten Zeitpunkt einen ersten, hohen Stromwert aufweist und welche einen zweiten Abschnitt aufweist, in dem der Strom ab dem zweiten Zeitpunkt einen zweiten, im Vergleich niedrigeren Stromwert, aufweist. Die erste Kennlinie entspricht damit z.B. dem erlaubten Strom in der Leiterstranganordnung im Normalfall. Der erlaubte Strom im Normalfall ermöglicht es dabei, für eine bestimmte Zeit, einen erhöhten Einschaltstrom zu beziehen. Demgegenüber ist im Normalfall ein verringerter Dauerstrom vorgesehen.

Die erste Stromschwelle kann auch willkürlich gewählt werden, um z.B. ein gewisses Maß an Überlastung über den Normalfall hinaus zu tolerieren. Die erste Kennlinie liegt dann rechts von dem erlaubten Strom in der Leiterstranganordnung im Normalfall.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die zweite Stromschwelle durch eine temperaturabhängige, nicht-lineare Kennlinienschar in einem Strom-Zeit-Diagramm repräsentiert, welche einen im Wesentlichen exponentiell abfallenden Verlauf aufweist. Je größer die Temperatur (z.B. die Umgebungstemperatur) ist, desto geringer ist die Differenz zwischen einem Stromwert der ersten Stromschwelle und einem Stromwert der zweiten Stromschwelle zum einen gleichen Zeitpunkt. Der Verlauf der Kennlinienschar in dem Strom- Zeit-Diagramm und insbesondere der Abstand zwischen einem Stromwert der ersten Stromschwelle und einem Stromwert der zweiten Stromschwelle zum einen bestimmten Zeitpunkt kann durch Auslegung und Dimensionierung einer Schmelzsicherung gewählt werden. Grundsätzlich ist es zweckmäßig, wenn jeder Stromwert der zweiten Stromschwelle zu jedem Zeitpunkt größer als der Stromwert der ersten Stromschwelle zu dem gleichen Zeitpunkt ist, um kein unerwünschtes Auslösen der Sicherung in einem unkritischen Betriebsfall zu haben.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, den Strom zusätzlich mit einer dritten Stromschwelle zu vergleichen und ein Abschaltsignal zumindest für die dem Stromsensor zugeordnete Komponente auszugeben, wenn als zweites Kriterium die Höhe des Stroms zwischen der zweiten und der dritten Stromschwelle liegt. Die dritte Stromschwelle entspricht dabei der durch die Dicke und den Querschnitt einer Leitung festgelegten Leitungskennlinie. Die dritte Stromschwelle ist durch eine temperaturabhängige, nicht lineare Kennlinie in einem Strom-Zeit-Diagramm repräsentiert, welche einen im Wesentlichen exponentiell abfallenden Verlauf auffasst und der Leitungskennlinie entspricht. Je kleiner die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs ist, desto größer ist die Differenz zwischen einem Stromwert der dritten Stromschwelle und einem Stromwert der zweiten Stromschwelle zu einem gleichen Zeitpunkt.

Das Hochvolt-Bordnetz kann eine Abschalteinrichtung umfassen, die Stromquellen von der ersten und der zweiten Versorgungspotentialleitung mit Hilfe eines Auslösesignals trennt, wobei die Abschalteinrichtung dazu ausgebildet ist, das Auslösesignal im Fall einer sensorisch ermittelten Beschleunigung, die einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt, zu erzeugen, wobei das von der Auswerteeinheit ausgegebene Abschaltsignal den Energiequellen als Auslösesignal zuführbar ist. Hierdurch ist es möglich, die mit einem Leiterstrang verbundenen Komponente oder Komponenten in einem Überlastfall, mittels in einem Fahrzeug vorhandenen Komponenten von dem Hochvolt-Bordnetz zu trennen.

Die Auswerteeinheit kann dazu ausgebildet sein, das Abschaltsignal erst dann auszugeben, wenn als drittes Kriterium eine vorgegebene Zeitdauer seit dem Zeitpunkt des Eintritts des ersten, und optional auch des zweiten, Kriteriums erfüllt ist. Die Länge der vorgegebenen Zeitdauer kann dabei abhängig von der Höhe des gemessenen Stroms sein. Gemäß dieser Ausgestaltung wird eine Unterscheidung des Überlastfalls in einen unkritischen und einen nicht abgesicherten Bereich ermöglicht. Der unkritische Überlastfall liegt vor, wenn der durch den Stromsensor erfasste Strom zwischen dem erlaubten Strom durch einen Leiterstrang im Normalfall (erste Stromschwelle) und der Stromkennlinie der Dauerstromauslegung (dritter Stromschwellwert) liegt. Eine unmittelbare Gefahr für die Leitung und die an die Leitung angeschlossene Komponente besteht nicht. Demgegenüber erfolgt eine sofortige Abschaltung, wenn ein kritischer Überlastfall vorliegt, bei dem der gemessene Strom zwischen der Stromkennlinie der Dauerstromauslegung der Leitung (dritte Stromschwelle) und der Auslösekennlinie der Hochvolt-Schmelzsicherung liegt. Um den Fahrer oder eine Werkstatt darüber zu informieren, dass ein (unkritischer) Überlastfall aufgetreten ist, kann die Auswerteeinheit dazu ausgebildet sein, ein Diagnoseoder Fehlersignal auszugeben, wenn das erste und/oder das zweite Kriterium erfüllt ist.

Die Auswerteeinheit kann ferner dazu ausgebildet sein, beim Eintritt des ersten und/oder zweiten Kriteriums eine oder mehrere der folgenden Informationen in einem Speicher zu speichern: einen Identifikator des Stromsensors, der den über die erste Stromschwelle gehenden erhöhten Strom erfasst hat; die Höhe des gemessenen Stroms; die Zeitdauer des Auftretens des erhöhten Stroms. Hierdurch kann beispielsweise bei einem Werkstattaufenthalt durch Auslesen der entsprechenden Information oder Informationen festgestellt werden, dass und sogar in welchem Leiterstrang ein Fehler auftritt. Dies erleichtert die Fehlersuche und -behebung.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind in der Leiterstranganordnung eine oder mehrere Schmelzsicherungen vorgesehen, wobei jede Schmelzsicherung bei Überschreiten eines vorgegebenen Stroms, der größer als der zweite Schwellwert ist, in dem Leiterteilstrang, in dem die betreffende Schmelzsicherung angeordnet ist, zum Schutz der an den Leiterstrang angeschlossenen Komponenten auslöst.

Es kann jeder Komponente eine Schmelzsicherung zugeordnet sein. Alternativ kann mehreren Komponenten eine gemeinsame Schmelzsicherung zugeordnet sein.

In einer weiteren Ausgestaltung kann jeder Komponente ein Stromsensor zugeordnet sein. Alternativ kann auch mehreren Komponenten ein gemeinsamer Stromsensor zugeordnet sein.

Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch

betreibbaren Fahrzeugs gemäß dem Stand der Technik; Fig. 2 ein Strom-Zeit-Diagramm, das den Verlauf der Kennlinien des Auslösestroms, der Dauerstromauslegung eines Leiterstrangs und des Nennstroms durch einen in Fig. 1 dargestellten Leiterstrang zeigt;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs gemäß einer ersten Ausgestaltungsvariante;

Fig. 4 ein Strom-Zeit-Diagramm, welches die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung illustriert;

Fig. 5 ein Strom-Zeit-Diagramm, welches um einen Warnbereich innerhalb eines Überlastbereichs ergänzt ist;

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hochvolt-Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs gemäß einer zweiten Ausgestaltungsvariante; und

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Ablaufs zur Überwachung eines Hochvolt- Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs auf das Vorliegen einer Überlastung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hochvolt-Bordnetzes 1 eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs. Das elektrisch betreibbare Fahrzeug kann ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug sein. Das Hochvolt-Bordnetz 1 umfasst als wesentliche Komponenten einen Antriebsmotor 2, eine Steuerelektronik 3, einen elektro-chemischen Speicher 4 (Akkumulator) und eine Leiterstranganordnung 15. Der Antriebsmotor 2 wird über die Steuerelektronik 3, die über eine erste Versorgungsleitung 8 und eine zweite Versorgungsleitung 9 mit dem Speicher 4 verbunden ist, zum Antrieb des Antriebsmotors 2 mit elektrischer Energie vorsorgt. Zur Energierückgewinnung kann durch entsprechende An- steuerung des Antriebsmotors 2 und der Steuerelektronik 3 wieder Energie in den Speicher 4 eingespeichert werden. In einer dem Fachmann bekannten Weise umfasst der Speicher 4 die eigentlichen elekt- ro-chemischen Speicherzellen 5, von denen der Übersichtlichkeit halber schematisch lediglich eine einzige dargestellt ist. Die Speicherzellen 5 sind über ein steuerbares Schaltelement 6, z.B. ein Schütz oder Relais, und eine seriell dazu verschaltete Schmelzsicherung 7 mit den Versorgungsleitungen 8, 9 verbunden. Die Schmelzsicherung 7 ist in der Praxis mit lediglich einer der Versorgungsleitungen 8 oder 9 verbunden. Die Schmelzsicherung 7 ist auf einen maximal erlaubten Strom über die Versorgungsleitungen 8, 9 ausgelegt, wobei der Auslösestrom über dem maximal erlaubten Strom liegt.

Darüber hinaus umfasst das Hochvolt-Bordnetz 1 eine Anzahl an Komponenten 10, welche entweder eine Energiequelle und/oder eine Energiesenke darstellen. Beispielsweise stellt die Komponente 10 eine Energiequelle 1 1 in Gestalt eines Ladegeräts dar. Mit den Bezugszeichen 12, 13 und 14 sind Energiesenken gekennzeichnet, wobei die Energiesenke 12 beispielsweise ein Verdichter einer Klimaanlage, die Energiesenke 13 ein Heizer und die Energiesenke 14 ein DC/DC-Wandler für ein in der Figur der Einfachheit halber nicht dargestelltes 12 V-Bordnetz des Fahrzeugs sind.

Die Komponenten 10 sind über jeweilige Leitungen oder allgemein, Leiterteilstränge mit der ersten und der zweiten Versorgungsleitung 8, 9 verbunden. So ist beispielsweise die Energiequelle 1 1 über eine Leitung 16 (auch als Leiterstrang bezeichnet), die Energiesenke 12 über eine Leitung 18, die Energiesenke 13 über eine Leitung 20 und die Energiesenke 14 über eine Leitung 22 mit der zweiten Versorgungsleitung 9 verbunden. Die Energiequelle 1 1 ist über eine Leitung 17 (auch als Leiterstrang bezeichnet), die Energiesenke 12 über eine Leitung 19, die Energiesenke 13 über eine Leitung 21 und die Energiesenke 14 über eine Leitung 23 mit der ersten Versorgungsleitung 8 verbunden. In den Leitungen 17, 19, 21 , 23 sind jeweilige Schmelzsicherungen 24, 25, 26, 27 angeordnet.

Der Querschnitt der Leitungen 16 bis 23 sowie die Dimensionierung der Schmelzsicherungen 24 bis 27 ist abhängig von den Nenndaten der jeweiligen Komponenten und Leitungen. Dies bedeutet, beispielsweise können die Leitungen 16, 17 eine andere Dimensionierung aufweisen als die Leitungen 18 bis 23 der Energiesenken 12 bis 14. Ebenso können jeweilige, einer Komponente 10 zugeordnete, Leitungen im Vergleich zu den Leitungen einer anderen Komponente einen anderen Querschnitt aufweisen. Die Dimensio- nierung erfolgt nach den Erfordernissen der zu versorgenden Komponente bzw. Energie einspeisenden Komponente 10.

In Fig. 1 ist ferner eine Abschalteinrichtung 30 dargestellt, welche über Auslösesignalpfa- de 31 , 32, 33 in der Lage ist, die Energiequellen des Hochvolt-Bordnetzes 1 bei Vorliegen eines vorgegebenen Kriteriums abzuschalten bzw. von den Versorgungsleitungen 8, 9 zu trennen. Die Auslösesignalpfade können z.B. mittels Kommunikationsleitungen, d.h. Leitungen, über die Kommunikationssignale übertragen werden können, verwirklicht sein. Ein solches Kriterium besteht beispielsweise darin, dass eine vorgegebene Beschleunigung überschritten wird, was auf einen Crash des Fahrzeugs deutet. Die von der Abschalteinrichtung 30 angesteuerten Energiequellen sind die Steuerelektronik 3, der Speicher 4 sowie die Energiequelle 1 1 in Gestalt eines Ladegeräts. Während die Trennung des Speichers 4 von den Versorgungsleitungen 8, 9 durch die Ansteuerung eines dedizierten Schaltelements 6 erfolgt, erfolgt die Trennung des Antriebsmotors 2 durch Ansteuerung der Steuerelektronik 3 und der Energiequelle 1 1 durch Ansteuerung in diesen Komponenten enthaltenen Schaltelementen. Im Fall der Steuerelektronik 3 sowie der Energiequelle 1 1 in Gestalt eines Ladegeräts sind diese Schaltelemente Schaltelemente jeweiliger Wechselrichter.

Fig. 2 zeigt ein Strom-Zeit-Diagramm (l-t-Diagramm) an, das die Auslegung des Hochvolt- Bordnetzes aus Fig. 1 illustriert. Sowohl der Strom I als auch die Zeit t sind logarithmisch über die Achsen aufgetragen. Mit dem Bezugszeichen 100 ist eine erste Kennlinie dargestellt, welche den erlaubten Strom eines Leiterstrangs mit der (oder den) daran angeschlossenen Komponenten im Normalfall darstellt. Als Leiterstrang werden im Folgenden z.B. die Leitungen 16, 17 und die daran angeschlossene Energiequelle 1 1 betrachtet. Die erste Kennlinie 100 umfasst einen ersten Abschnitt 101 , der von einem Zeitpunkt t ₀ bis zu einem Zeitpunkt ti reicht. Der erste Abschnitt 101 kennzeichnet den erlaubten Einschaltstrom der Komponente 1 1. Lediglich beispielhaft beträgt dieser im Ausführungsbeispiel 30A. Ab dem Zeitpunkt ti geht die erste Kennlinie 100 sprunghaft in einen zweiten Abschnitt 102 über, welcher den Dauerstrom der Komponente 1 1 repräsentiert. Lediglich beispielhaft soll der Dauerstrom der betrachteten Komponente 1 1 10A betragen. In dem in Fig. 1 gewählten Ausführungsbeispiel dauert die Einschaltzeit in etwa 1 Sekunde ( = 1 Sek.). Ab diesem Zeitpunkt, d.h. t > liegt der Dauerbetrieb bzw. Normalbetrieb der Komponente 10 vor. Die Bezugszeichen 200 und 210 kennzeichnen eine zweite Kennlinie, welche eine Auslösekennlinie der Hochvolt-Schmelzsicherung 24 in der Leitung 1 7 kennzeichnet. Der Einfachheit halber sind lediglich zwei Auslösekennlinien für zwei unterschiedliche Temperaturen Ti und T ₂ dargestellt. In der Praxis ist die Auslösekennlinie durch eine Kennlinienschar, beispielsweise zwischen den Kennlinien 200 und 210 gebildet, wobei die jeweilige Kennlinie von der Umgebungstemperatur des Fahrzeugs abhängt. Die Kennlinie 200 gilt beispielsweise für eine Temperatur T _{1 ;} welche der spezifizierten minimalen Umgebungstemperatur, z.B. -40°C entspricht. Die Kennlinie 21 0 gilt für eine zweite Temperatur T ₂ , welche für eine maximale Spezifikationstemperatur der Umgebung des Fahrzeugs, z.B. +85°C, darstellt.

Mit dem Bezugszeichen 300 ist eine dritte Kennlinie der abzusichernden Leitung, in vorliegendem Ausführungsbeispiel der Leitungen 1 6, 1 7 dargestellt. Die dritte Kennlinie 300 stellt den maximal erlaubten Betriebsstrom der Leitungen, welche durch die Schmelzsicherung abgesichert sind, dar.

Ein kritischer Fall, ein sog. Überlastfall, ist mit D kennzeichnet. Der Bereich D ist der zwischen der für eine Temperatur T gültigen zweiten Kennlinie (in Ausführungsbeispiel die Kennlinie 200) und der dritten Kennlinie 300 gebildet. Mit 402 ist die Schwankungsbreite der zweiten Kennlinie zwischen den maximalen Grenztemperaturen und T ₂ dargestellt. Es ist ohne weiteres ersichtlich, dass dann, wenn der Strom, der beispielsweise von der Energiesenke 1 1 geliefert wird, im Bereich D liegt, der Strom nicht ausreichend groß ist, um die Schmelzsicherung zum Auslösen zu bringen. Andererseits liegt der Strom über der maximal tolerierbaren Dauerstromauslegung der Leitungen 16, 17. Dies hat zur Folge, dass eine die Leitungen 1 6, 17 umgebende Isolierung schmilzt und dadurch weitere Fehler oder Beschädigungen im Fahrzeug hervorgerufen werden können.

Ein unkritischer, weil über die Schmelzsicherung abgesicherter Fall ist mit B gekennzeichnet. In diesem Bereich B, der rechts von einer für eine bestimmte Temperatur gültigen zweiten Kennlinie 200, 210 und oberhalb der dritten Kennlinie 300 gelegen ist, ist der von der Komponente 1 1 gelieferte Strom größer als der Auslösestrom der Schmelzsicherung. Dadurch sind sowohl die Leitungen 1 6, 1 7 als auch die Komponente geschützt. Der mit A gekennzeichnete Bereich, welcher links von der ersten Kennlinie 100 gelegen ist, ist der gültige Betriebsbereich der Komponente sowie der zugeordneten Leitung. Hier besteht keine Gefahr.

Mit C ist ein Überlastbereich gekennzeichnet, der zwischen der ersten Kennlinie 100 und der zweiten Kennlinie 200 gelegen ist. Auch hier liegt bereits ein Problem vor, welches jedoch nicht unmittelbar eine Gefahr für die Leitungen und für die daran angeschlossene^) Komponente(n) darstellt.

Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind in der Lage, mit geringem Aufwand eine Überwachung der Bereiche C und D durchzuführen, in welchen die Schmelzsicherung noch nicht auslöst, jedoch der durch eine Komponente fließende Strom größer als der erlaubte Strom im Normalfall ist.

Eine in Fig. 3 gezeigte erste Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung basiert auf der in Fig. 1 beschriebenen Anordnung, so dass nur noch die Unterschiede hierzu beschrieben werden. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, sind in den Leitungen 17, 19, 21 , 23 (d.h. Leiterteilsträngen) seriell zu den Hochvolt-Schmelzsicherungen 24, 25, 26, 27 jeweils Stromsensoren 41 , 42, 43, 44 angeordnet. Die Stromsensoren können beispielsweise durch Shunts oder einen Hall-Sensor gebildet sein. Jeder der einer Komponente zugeordneten Stromsensoren ist dazu ausgebildet, einen durch die betreffende Komponente 10 fließenden Strom zu erfassen und eine die Höhe des Stroms repräsentierende Information an eine Auswerteeinheit 45 zu übertragen. Hierzu erforderliche Signalpfade sind mit strichlierten Linien dargestellt und mit den Bezugszeichen 46, 47, 48, 49 versehen.

Die Auswerteeinheit 45, welche beispielsweise als separates Steuergerät oder aber als zusätzliche Software eines vorhandenen Steuergeräts des Fahrzeugs realisiert sein kann, ist dazu ausgebildet, die den Strom repräsentierende Information mit in der Auswerteeinheit hinterlegten Stromschwellen zu vergleichen. Der Vergleich erfolgt für jeden zu überwachenden Leiterteilstrang gegenüber einer ersten Stromschwelle, welche durch die bereits erwähnte erste Kennlinie 100 in dem Strom-Zeit-Diagramm repräsentiert ist. Hierdurch kann festgestellt werden, ob der durch eine Komponente 10 fließender Strom größer ist als der erlaubte Strom in dem durch die erste Kennlinie 100 definierten Normalfall. Ferner erfolgt ein Vergleich mit einer zweiten Stromschwelle. Die zweite Stromschwelle ist durch die Temperaturabhängige nicht-lineare und für eine gerade gültige Temperatur zweite Kennlinie 200 oder 210 in dem Strom-Zeit-Diagramm repräsentiert. Ist der Strom kleiner als der durch die zweite Stromschwelle vorgegebener Strom, so wird die Komponente entweder in dem Überlastbereich C oder in dem Überlastbereich D betrieben.

Soll bereits das Überschreiten des für den Normalfall erlaubten Stroms zu einem Abschalten führen, so kann die Auswerteeinheit 45 ein Abschaltsignal 50 ausgeben. In der vorliegenden Ausgestaltung wird dieses Abschaltsignal wie ein von der Abschalteinrichtung 30 ausgegebenes Auslösesignal behandelt und über die Auslösesignalpfade 31 , 32, 33 an die Energiequellen 3, 4, 1 1 abgegeben. Dadurch werden die entsprechenden Schaltelemente geöffnet, wodurch das Hochvolt-Bordnetz von sämtlichen Energiequellen getrennt ist.

In einer nicht dargestellten Ausgestaltungsvariante könnte das Abschaltsignal auch dazu genutzt werden, lediglich diejenige Komponente 10, die einen erhöhten Betriebsstrom aufweist, von dem Hochvolt-Bordnetz 1 zu trennen.

Die Ausgabe des Abschaltsignals 50 kann auch auf Basis einer fünften Kennlinie 500 (vergl. Fig. 4) erfolgen, welche zwischen der ersten Kennlinie 100 und der dritten Kennlinie 300 gelegen ist. Beispielsweise kann die fünfte Kennlinie 500 derart ausgestaltet sein, dass diese zu einem Zeitpunkt t ₂ , welcher größer als der Zeitpunkt ist, einen waagerechten Verlauf aufweist und über den Zeitpunkt t ₂ hinaus einen vorgegebenen Strom aufweist, welcher größer ist als der vorgegebene Strom in dem zweiten Abschnitt 102 der ersten Kennlinie 100. Dies hat zur Folge, dass erst dann, wenn sich der Betriebsstrom der Komponente rechts bzw. oberhalb der fünften Kennlinie befindet, das Abschaltsignal 50 ausgegeben wird.

Der zwischen der ersten Kennlinie 100 und der fünften Kennlinie 500 liegende Bereich C kann als Überlastbereich mit weiterer möglicher Nutzung interpretiert werden. Die Kennlinie kann durch weitere Abstufung derart modifiziert werden, dass auch weitere Flächenbereiche, welche im Bereich C liegen, als Überlastbereich mit weiterer möglicher Nutzung definiert werden, d.h. wenn der Betriebsstrom zwischen der Kennlinie 100 und einem ent- sprechend gestuften Verlauf der fünften Kennlinie 500 liegt, wird kein Abschaltsignal ausgegeben. Diese Situation ist exemplarisch in Fig. 5 dargestellt.

Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochvolt- Bordnetzes eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs zur Überwachung auf das Vorliegen einer Überlastung. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in Fig. 4 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Komponenten 10 exemplarisch über einen gemeinsamen Knotenpunkt an die Leitung 21 und damit an die erste Versorgungsleitung 8 über lediglich eine einzige Hochvolt-Schmelzsicherung 70 angeschlossen sind. Die Leitung 21 ist im Vergleich zur Leitung 21 im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 stärker zu dimensionieren, sofern vorgesehen ist, dass die Energiesenken 12, 13, 14 gleichzeitig betrieben werden. In entsprechender Weise ist auch die Schmelzsicherung 70 anders zu dimensionieren. Die Energiequelle 1 1 ist über eine Leitung 71 an die Leitung 21 , die Energiesenke 12 über eine Leitung 72 an die Leitung 21 , die Energiesenke 13 über eine Leitung 73 an die Leitung 21 und die Energiesenke 14 über eine Leitung 74 an die Leitung 21 angeschlossen.

In einer ersten Variante, die durch eine durchgezogene Linie dargestellt ist, ist jeder der Komponenten 10 ein eigener Stromsensor 41 , 42, 43, 44 zugeordnet. In einer davon alternativen Ausgestaltung, welche durch eine gestrichelte Linie mit dem Bezugszeichen 75 dargestellt ist, kann der Stromsensor 42 entfallen, wenn die Energiesenke 12 über die Leitung 75 an den Stromsensor in der Leitung 73 angebunden ist. In diesem Fall überwacht der Stromsensor 43 die Energiesenken 12 und 13. Die Erfassung des durch den betreffenden Leiterteilstrang fließenden Stroms und die Übermittlung einer den Strom repräsentierenden Information an die Abschalteinrichtung 30 erfolgt wie vorstehend beschrieben.

Fig. 7 zeigt in einer schematischen Darstellung den Ablauf der Überwachung auf das Vorliegen einer Überlastung in einem Ablaufdiagramm. In einem ersten Schritt S1 ermitteln die Stromsensoren 41 , 42, 43, 44 jeweils einen durch den zugeordneten Leiterstrang 17, 19, 21 , 23 (Fig. 4) bzw. 71 , 72, 73, 74 (Fig. 6 in der Variante mit durchgezogener Linie) fließenden Strom und übertragen jeweils eine den Strom I repräsentierende Information an die Auswerteeinheit 45. In einem Schritt S2 überprüft die Auswerteeinheit 45, ob der gemessene Strom I kleiner als der durch die erste Kennlinie 100 definierte Stromschwell- wert l-i oo ist. Ist dies der Fall („JA"), so liegt der Betriebsbereich A vor (S3). Das Verfahren fährt in diesem Zweig mit Schritt S1 fort.

Ist die Bedingung in Schritt S2 nicht erfüllt („NEIN"), so wird in Schritt S4 überprüft, ob der gemessene Strom I größer als der erste Stromwert l _{1 0} o, repräsentiert durch die erste Kennlinie 100, und kleiner als ein zweiter Stromwert I200/210, repräsentiert durch die zweite, temperaturabhängige Kennlinie 200 bzw. 210, ist. Ist dies nicht der Fall, so liegt der Betriebsbereich B vor. In diesem Fall löst die in dem betreffenden Leitungsstrang liegende Schmelzsicherung aus (S5).

Ist die Bedingung in Schritt S4 erfüllt („JA"), so wird in Schritt S6 festgestellt, dass ein Betrieb in Überlastbereich erfolgt. Der Überlastbereich ist durch die Bereiche C oder D definiert. In Schritt S7 wird überprüft, ob der Strom größer als der erste Stromschwellwert l _{1 0} o, repräsentiert durch die erste Kennlinie 100, und kleiner als ein definierter Stromschwellwert I500, repräsentiert durch die Kennlinie 500, ist. Die Kennlinie 500 bildet weitgehend den Verlauf der Leitungskennlinie (dritte Kennlinie 300) nach, deren Verlauf im Detail der Auswerteeinheit nicht bekannt ist. Ist dies nicht der Fall („NEIN"), so wird in Schritt S8 festgestellt, dass ein Überlastfall im Betriebsbereich D vorliegt. Ist die Bedingung in Schritt S7 erfüllt („JA"), so wird überprüft, ob ein vorgegebenes Zeitkriterium erfüllt ist. Ist dies nicht erfüllt, d.h. eine vorgegebene Zeitgrenze ist noch nicht erreicht, so wird kein Abschaltsignal ausgegeben, da ein Betrieb in Bereich C erfolgt. Dies ist ein Überlastbereich mit weiterer möglicher Nutzung, wie in Fig. 5 exemplarisch schraffiert dargestellt ist. Die Überprüfung, ob das Zeitkriterium in Schritt S9 erfüllt ist, erfolgt iterativ, weswegen Schritt S9 wiederholt wird. Sobald das Zeitkriterium erfüllt ist („JA"), erfolgt eine Ausgabe des Abschaltsignals 50. Hier wird von einem dauerhaft vorliegenden Fehlerfall ausgegangen, weswegen ein Überlastfall wegen Zeitüberschreitung gegeben ist.

Die Erfindung schlägt somit vor, in den Strompfaden eines Hochvolt-Bordnetzes eine Stromsensierung vorzusehen, welche gegen eine Überlast zu schützen sind. Dabei können vorhandene Abschaltmechanismen, wie z.B. eine Abschalteinrichtung für einen Crash, verwendet werden, welche das Hochvolt-Bordnetz abschalten.

Die Abschaltung kann koordiniert erfolgen. Da ein Überlastfall in der Regel erst nach einer gewissen Reaktionszeit behandelt werden muss, besteht die Möglichkeit, das System Zeitverzögert abzuschalten und in dem Fahrzeug eine gut beherrschbare Situation zu erzeugen. Beispielsweise wird dadurch die Möglichkeit geschaffen, das Fahrzeug noch abzustellen.

Der Kurzschlussschutz wird mit bekannten Sicherungsvorrichtungen, wie z.B. Schmelzsicherungen, realisiert. Es ist möglich, durch das Vorsehen entsprechender Stromsensoren in verschiedenen Leiterteilsträngen die Anzahl an Schmelzsicherungen zu reduzieren, wie dies im Ausführungsbeispiel der Fig. 6 gezeigt ist.

Die Stromsensoren ermöglichen weiterhin die Lokalisierung eines Fehlers. Hierzu kann durch die Auswerteeinheit ein Identifikator eines Stromsensors, der einen erhöhten Strom liefert, gespeichert werden. Anhand des Identifikators kann auf den Leiter bzw. Leiterteilstrang und damit eine eventuell defekte Komponente geschlossen werden. Die Höhe eines Überstroms ermöglicht die Feststellung der Fehlerschwere in einen Überlastfall. Darüber hinaus können die von den Stromsensoren gelieferten Informationen zur Plausibilisierung des Hochvolt-Bordnetzes genutzt werden.

Da Schmelzsicherungen oder vergleichbare Schutzvorrichtungen nunmehr ausschließlich für den Kurzschlussfall vorgesehen werden zu brauchen, können diese konsequent auf den Kurzschlussfall ausgelegt werden. Dadurch lassen sich insbesondere Fehlauslösungen bei hohen Betriebsströmen vermeiden, da diese nunmehr durch das erfindungsgemäße Vorgehen detektiert werden.

Bezugszeichenliste

Hochvolt-Bordnetz

Antriebsmotor

Steuerelektronik

elektro-chemischer Speicher (Batterie)

Speicherzelle(n)

Schaltelement (Schütz oder Relais)

Schmelzsicherung

erste Versorgungsleitung

zweite Versorgungsleitung

Komponente

Energiequelle

Energiesenke (z.B. Verdichter einer Klimaanlage) Energiesenke (z.B. Heizer)

Energiesenke (z.B. DC/DC-Wandler für 12V-Bordnetz) Leiterstranganordnung

Leitung

Leitung

Leitung

Leitung

Leitung

Leitung

Leitung

Leitung

Schmelzsicherung

Schmelzsicherung

Schmelzsicherung

Schmelzsicherung

Abschalteinrichtung

Auslösesignalpfad

Auslösesignalpfad

Auslösesignalpfad

Stromsensor 42 Stromsensor

43 Stromsensor

44 Stromsensor

45 Auswerteeinheit

46 Abschaltpfad

47 Abschaltpfad

48 Abschaltpfad

49 Abschaltpfad

50 Abschaltsignalpfad

70 Schmelzsicherung

71 Leitung

72 Leitung

73 Leitung

74 Leitung als Alternative zu Leitung 72 und Stromsensor 42

t Zeit

ti erster Zeitpunkt

t ₂ zweiter Zeitpunkt

I Strom

1 00 erste Kennline im l-t-Diagramm

1 01 erster Abschnitt

1 02 zweiter Abschnitt

200 zweite Kennline im l-t-Diagramm bei Temperatur Ti

21 0 zweite Kennline im l-t-Diagramm bei Temperatur T ₂ (wobei T ₂ > T^

300 dritte Kennlinie der abzusichernden Leitung (Leitungskennlinie)

400 nicht abgesicherter Temperaturbereich

402 Schwankungsbreite der zweiten Kennlinie zwischen ^ und T ₂

500 durch Auswerteeinheit 500 erzeugte Kennlinie für die Ausgabe eines Abschaltsig ^¬ nals

A Betriebsbereich

B Auslösung einer Schmelzsicherung

C Überlastbereich mit weiterer möglicher Nutzung

D Überlastbereich