Titel

Vorrichtung zur Absicherung insbesondere sicherheitsrelevanter Verbraucher in einem Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absicherung insbesondere sicherheits relevanter Verbraucher in einem Kraftfahrzeug nach der Gattung des unabhängi gen Anspruchs.

Stand der Technik

Aus der DE 1020182029871 ist bereits ein Batterieanschluss für ein Bordnetz bekannt. Dieser umfasst eine elektronisch gesteuerte Bordnetz- Koppel-Trenn- Funktionalität zur Verwirklichung einer elektronisch gesteuerten Stromverteilung, wobei der Batterieanschluss eine Anzahl von Schaltelementen umfasst, von de nen jeweils zumindest einige sternpunktförmig miteinander verbunden sind.

Aus der DE 102018212507 Al ist ein elektronischer Leistungsverteiler für ein Energiebordnetz mit mindestens einem ersten Anschluss für sicherheitskritische Verbraucher und mindestens einem zweiten Anschluss für einen Zweig, in dem mindestens ein Verbraucher angeordnet ist, bekannt. Er umfasst weiter eine elektronische Sicherung, die in einem geschlossenen Zustand einen Stromfluss zu dem mindestens einen zweiten Anschluss ermöglicht und in einem geöffneten Zustand diesen Stromfluss unterbricht, wobei ein Bypass zu der elektronischen Sicherung vorgesehen ist, der in einem Betriebszustand, in dem die elektroni sche Sicherung geöffnet ist, den Stromfluss zu dem mindestens einen zweiten Anschluss ermöglicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die zu verlässig hohe Ströme sicher führt und abschalten kann, insbesondere bei Bord- netzen mit hohen Sicherheitsanforderungen, wie beispielsweise in Verbindung mit automatisierten Fahrfunktionen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merk male des unabhängigen Anspruchs.

Offenbarung der Erfindung

Dadurch, dass zumindest zwei parallel zueinander verschaltete Hauptpfade so wie ein Zusatzpfad vorgesehen sind, wobei jeder Hauptpfad zumindest ein Schaltmittel und ein Erfassungsmittel umfasst, kann zum einen eine redundante Stromführungsmöglichkeit für sicherheitsrelevante Verbraucher ermöglicht wer den. Gerade bei einem speziellen symmetrischen Aufbau können Spitzenströme vermieden werden, ohne in diesen Fällen zu früh eine Abschaltung auszulösen. Durch das Vorsehen von Erfassungsmitteln in jedem Pfad kann mit hoher Zuver lässigkeit die Funktionsfähigkeit überprüft und selbst bei Ausfall eines Pfades über den redundanten Pfad sichergestellt werden. Damit lassen sich hohe Si cherheitsanforderungen (beispielsweise ASIL C) erreichen, wie dies beispiels weise für automatisierte Fahrfunktionen erforderlich ist. Außerdem lässt sich eine Hochstromfähigkeit erreichen, wie sie für das gezielte Durchschmelzen von Si cherungen zum Erhalt der Verfügbarkeit des Fahrzeugs von Vorteil ist. Durch das Vorsehen des Zusatzpfads können Strombegrenzungs- und Klemmfunktionen realisiert werden, über die ein Abschalten von hohen Strömen selbst bei indukti ver Last möglich wird.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Hauptpfade je weils zumindest zwei parallelverschaltete Teilpfade umfassen mit jeweils zumin dest einem Schaltmittel und/oder mit jeweils zumindest einem Erfassungsmittel. Dadurch lässt sich eine redundante aber auch symmetrische Auslegung des hochstromfähigen Trennschalters weiter verbessern.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Zusatzpfad zu mindest einen Widerstand aufweist. Dieser dient bevorzugt zur Strombegrenzung und/oder zur Aufnahme von Energie beim Schaltvorgang der Schaltmittel in den Hauptpfaden. In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass über den Zusatzpfad eine Kopplung im Parkbetrieb des Fahrzeugs und/oder eine Vorladung eines Zwischenkreiskondensators erfolgen kann.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest parallel zu dem Schaltmittel zumindest ein Kondensator und zumindest ein Widerstand pa rallel verschaltet ist als Kommutierungshilfe für das jeweilige Schaltmittel. Über diese RC-Glieder können kurzzeitige Leistungsspitzen gespeichert werden, wodurch eine schnelle Kommutierung unterstützt wird.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist zumindest ein Teilpfad parallel ver schaltet zu dem Zusatzpfad vorgesehen, wobei der Teilpfad zumindest eine Spannungsbegrenzung, insbesondere eine Diode, besonders bevorzugt eine TVS-Diode umfasst. Dadurch wird bei den Schaltvorgängen der Schaltmittel des Hauptpfads im Falle beispielsweise von Mosfets ein Betrieb im Avalanche-Modus verhindert.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Schaltmittel aus zwei antiseriell (invers zueinander betrieben) angeordneten Schaltelementen ge bildet ist. Dadurch wird beim Einsatz von Mosfets eine bidirektionale Trennfähig keit erreicht. Zusätzlich kann der Mittelpunkt der antiseriellen Verschaltung zu Diagnosezwecken ausgelenkt werden.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Schaltmittel und die Erfassungsmittel in den jeweiligen Hauptpfaden und/oder Teilpfaden mit iden tischen Kenngrößen verwendet sind. Dadurch kommt es zu einer symmetrischen bzw. gleichmäßigen Stromverteilung in den Hauptpfaden. Insbesondere bei einer Verschachtelung der Teilpfade können unliebsame Stromspitzen, die unter Um ständen eine Auslösung des Schaltelements zur Folge hätten, reduziert werden. Weiterhin erleichtert sich die Fehlererkennung durch gezielte Auswertung von eventuell vorliegenden Asymmetrien.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Auswertung der Ströme in den jeweiligen Hauptpfaden und/oder Teilpfad(en) erfolgt und bei un terschiedlichen Strömen in den Hauptpfaden und/oder Teilpfad(en) auf einen Fehlerfall erkannt wird. Dies deutet auf das Nichtfunktionieren der Erfassungsmit tel und/oder der Ansteuerschaltung(en) für die Schaltmittel und/oder auf Defekte in den Schaltmitteln selbst hin.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Erfassungs mittel zumindest einen Wert vor Veränderung eines Schwellwerts und/oder vor Ab schalten eines anderen Hauptpfads und oder eines anderen Teilpfads erfasst und dass das Erfassungs mittel zumindest einen Wert nach Veränderung des Schwellwerts und/oder nach Abschalten eines anderen Hauptpfads und/oder ei nes anderen Teilpfads erfasst. Durch gezieltes Erfassen vor und nach Abschal tung von gewissen Pfaden können Plausibilitätstests der ermittelten Stromwerte vorgenommen werden, was zur Fehlerauswertung herangezogen wird. Dadurch erhöht sich die Sicherheit für die Fehlerdetektion.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung ist vorgesehen, dass in den einzelnen Hauptpfaden Erfasssungsmittel und/oder ein Schwellwertvergleich und/oder eine Ansteuerung des jeweiligen Schaltmittels jeweils unabhängig voneinander sind. Dadurch wird eine gegenseitige Beeinflussung im Fehlerfall ausgeschlossen.

Weitere zweckmäßige Weiterbildungen ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Figur 1 zeigt ein Bordnetz, bei dem das Schaltmittel implementiert ist,

Figur 2 zeigt den genaueren Aufbau des Schaltmittels,

Figur 3 die unterschiedlichen Aktivierungsschritte bei der fehlerfreien In betriebnahme bzw. beim Trennen der Teilbordnetze sowie

Figur 4 ein Flussdiagramm für das Freibrennen der Sicherung.

Ausführungsform der Erfindung Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich be schrieben.

Die Figur 1 zeigt eine mögliche Topologie eines Energieversorgungssystems, bestehend aus einem Bordnetz 10, welches einen Energiespeicher 12, insbe sondere eine Batterie 12 mit zugehörigem Sensor 14, vorzugsweise ein Batterie sensor, sowie mehrere insbesondere sicherheitsrelevante Verbraucher 16, die durch einen elektrischen Leistungsverteiler 18 abgesichert bzw. angesteuert werden, umfasst. Bei den Verbrauchern 16 handelt es sich um Spezialverbrau cher mit hohen Anforderungen bzw. einem hohen Schutzbedarf, allgemein als als sicherheitsrelevante Verbraucher 16 bezeichnet. Hierbei handelt es sich bei spielsweise um eine elektrische Lenkung und/oder ein Bremssystem als solche Komponenten, die unbedingt versorgt werden müssen, um im Fehlerfall das Len ken und/oder Bremsen des Fahrzeugs sicherzustellen. Hierzu werden gesondert entsprechende Kenngrößen des jeweiligen Verbrauchers 16 erfasst und bei Ab weichung von tolerablen Werten der jeweilige Schalter 15 geöffnet zum Schutze des jeweiligen Verbrauchers 16.

An einem Anschluss (Klemme KL30_1) des Leistungsverteilers 18 ist ebenfalls der Energiespeicher 12 angeschlossen. Der Sensor 14 ist in der Lage, eine elekt rische Kenngröße wie beispielsweise eine Spannung Ub am Energiespeicher 12 und/oder einen Strom Ib durch den Energiespeicher 12 und/oder eine Tempera tur Tb des Energiespeichers 12 zu erfassen. Der Sensor 14 kann aus den ermit telten elektrischen Kenngrößen Ub, Ib, Tb beispielsweise den Ladezustand SOC des Energiespeichers 12 oder weitere Kenngrößen des Energiespeichers 12 er mitteln. An dem weiteren Anschluss (KL 30_1) des Leistungsverteilers 18, an dem auch der Energiespeicher 12 angeschlossen ist, ist optional auch ein weite rer Versorgungszweig für zumindest einen weiteren Verbraucher 25 vorgesehen. Der Verbraucher 25 wird über eine Schmelzsicherung 23 abgesichert. Es können noch weitere Verbraucher 25 vorgesehen sein, die ebenfalls über Schmelzsiche rungen 23 abgesichert werden können. Bei diesen Verbrauchen 25 handelt es sich um solche, die auch bei Auftrennen bzw. Öffnen des Schaltmittels 19 im Leistungsverteiler 18 noch von dem Energiespeicher 12 mit Energie versorgt werden sollen, also vorzugsweise um solche sicherheitskritische Verbraucher 25 bzw. Verbraucher 25, die kritisch sind hinsichtlich der Erzeugung von Störungen im Bezug auf die Versorgungssicherheit. Somit ist an dem Anschluss KL 30 _1 ein (optionaler) sicherheitsrelevanter bzw. sicherheitskritischer Bordnetzpfad an geschlossen.

Der Leistungsverteiler 18 ist in der Lage, entsprechende Kenngrößen wie Span nung Uv, Strom Iv der Verbraucher 16 zu ermitteln. Der Leistungsverteiler 18 ist darüber hinaus ebenfalls in der Lage, entsprechende Kenngrößen des Energie speichers 12 wie Spannung Ub und/oder Strom Ib und/oder Temperatur Tb zu ermitteln. Hierzu enthält der Leistungsverteiler 18 die entsprechende Sensorik. Ebenfalls besitzt der Leistungsverteiler 18 entsprechende Verarbeitungsmittel wie beispielsweise einen Mikrocontroller 13, erfasste Größen zu speichern bzw. aus zuwerten. Der Mikrocontroller 13 ist darüber hinaus in der Lage, entsprechende Schalter 15 bzw. Schaltmittel 34, 36, 44, 46, 54 des Schaltmittels 19 (hochstrom fähiger Trennschalter) anzusteuern. Alternativ könnte die Auswertung auch in ei nem anderen Steuergerät erfolgen.

Weiterhin ist der Leistungsverteiler 18 in der Lage, abhängig vom Zustand des Energiespeichers 12 Signale, auf deren Basis der Übergang in einen sicheren Zustand eingeleitet wird, zu liefern. Dann leitet beispielsweise ein übergeordne tes Steuergerät beispielsweise einen sicheren Halt des Fahrzeugs (Anfahren des nächsten Parkplatzes, sofortiger Halt am Seitenstreifen etc.) ein und verlässt den autonomen Fährbetrieb.

Ebenfalls besitzt der Leistungsverteiler 18 entsprechende Verarbeitungsmittel wie beispielsweise den Mikrocontroller 13, um erfasste Größen zu speichern bzw. auszuwerten. Außerdem kann der Leistungsverteiler 18 einen anwenderspezifi schen Schaltkreis (ASIC) umfassen, über den eine Sicherungsfunktion in Verbin dung mit den entsprechend angesteuerten Schaltern 15 für die an den Ausgän gen angeschlossenen insbesondere sicherheitsrelevanten Verbraucher 16 reali siertwird. Bei bestimmten kritischen Zuständen (beispielsweise Überschreiten einer bestimmten Temperatur, Verlustleistung, Überstrom, Überspannung, Unter spannung etc.) wird der Schalter 15 und/oder Schaltmittel 19 geöffnet, um so beispielsweise einen Überlastfall zu unterbinden. Der Leistungsverteiler 18 kann mit einem Anschluss für ein Kommunikationssystem, insbesondere ein Bussys tem wie ein CAN-Bus und/oder LIN-Bus, versehen sein. Außerdem kann ein An schluss für zumindest ein weiteres Anschlussssignal, beispielsweise das soge nannte Klemme 31 -Signal (Zündung ein), vorgesehen sein. Wie ersichtlich ist an einem Anschluss des Leistungsverteilers 18 der zugehörige Energiespeicher 12 angeschlossen. Dies muss jedoch nicht als unmittelbarer Anschluss vorgesehen sein, sondern könnte gegebenenfalls unter Zwischenschaltung weiterer Kompo nenten wie konventioneller Sicherungskästen oder Ähnliches erfolgen.

Außerdem ist das Schaltmittel 19 vorgesehen, das zwischen dem Anschluss (KL30_0) des Leistungsverteilers 18 und dem weiteren Anschluss (KL3CM) für den Energiespeicher 12 liegt. Gegebenenfalls könnten über das Schaltmittel 19 die an den Ausgängen des Leistungsverteilers 18 angeschlossenen Verbraucher 16 von einer anderen Energiequelle, beispielsweise von einem anderen Bord netzzweig über einen Gleichspannungswandler 22 versorgt werden, wenn der am anderen Anschluss KL3CM angeschlossene Energiespeicher 12 ausfällt. Über das Schaltmittel 19 kann eine entsprechende Trenn- bzw. Koppelfunktion insbesondere der beiden Bordnetz-Zweige (Teilbordnetz für nicht sicherheitsrele vante Verbraucher 17 an Anschluss KL 30_0; weiteres Teilbordnetz für sicher heitsrelevante Verbraucher 16, 25) realisiert werden. Dies dient insbesondere als Sicherungsfunktion, um die Auswirkungen von kritischen Zuständen wie Über oder Unterspannungen und/oder Überströmen und/oder thermische Überlastung zu unterbinden. Im Fehlerfall können die beiden Teilbordnetze durch das Schalt mittel 19 voneinander getrennt werden. Damit werden die sicherheitsrelevanten Verbraucher 16,25 des sicherheitsrelevanten Teilbordnetzes getrennt von den nicht sicherheitsrelevanten Verbrauchern 17 des anderen Teilbordnetzes.

Die durch den Leistungsverteiler 18 versorgten sicherheitsrelevanten Verbrau cher 16, 25 könnten beispielsweise sicherheitsrelevante Fahrzeugfunktionen wie beispielsweise Bremsen, Lenken etc. umfassen, insbesondere Verbraucher 16 mit hohen Anforderungen hinsichtlich Schutzbedarf. Generell handelt es sich bei sicherheitsrelevanten Verbrauchern 16, 25 besonders schützenswerte Verbrau cher, die beispielsweise zur Aufrechterhaltung gewisser Notfunktionen notwendig sind. Neben den geschilderten Funktionen wie Lenken und Bremsen kann es sich auch um solche Funktionen handeln, die beispielsweise nach einem Unfall wenn möglich noch funktionstüchtig sein sollten wie beispielsweise Rückhalte systeme, Schließsysteme zum Öffnen und Schließen der Fahrzeugtüren, Not rufsysteme beispielsweise zum Absetzen eines elektronischen Notrufs, Schiebe dachfunktionen, Beleuchtung, Scheibenwischer oder Ähnliches.

Das Basisbordnetz 10 weist ein gegenüber einem Hochvolt-Bordnetz 20 niedrige res Spannungsniveau U1 auf, beispielsweise kann es sich um ein 14 V-Bordnetz handeln. Zwischen dem Basisbordnetz 10 und dem Hochvolt-Bordnetz 20 ist ein Gleichspannungswandler 22 angeordnet. Das Hochvolt-Bordnetz 20 umfasst bei spielhaft einen Energiespeicher 24, beispielsweise eine Hochvolt-Batterie, even tuell mit integriertem Batteriemanagementsystem, exemplarisch gezeigt eine Last 26, beispielsweise ein Komfortverbraucher wie eine mit erhöhtem Spannungsni veau versorgte Klimaanlage etc. sowie eine Elektromaschine 28. Als Hochvolt wird in diesem Zusammenhang ein Spannungsniveau U2 verstanden, welches höher ist als das Spannungsniveau U1 des Basisbordnetzes 10. So könnte es sich beispielsweise um ein 48-Volt-Bordnetz handeln. Alternativ könnte es sich gerade bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb um noch höhere Spannungsniveaus handeln. Alternativ könnte das Hochvolt-Bordnetz 20 ganz entfallen.

Zwischen dem Anschluss (KL30_0) des Leistungsverteilers 18 und dem Gleich spannungswandler 22 ist ein weiterer Zweig bzw. ein weiteres Teilbordnetz zur Versorgung weiterer Verbraucher 17 angeordnet. Die jeweiligen Verbraucher 17 werden über entsprechende Schmelzsicherungen 23 abgesichert wie beispielhaft dargestellt. Bei diesen Verbrauchen 17 handelt es sich typischerweise um Kom fortverbraucher bzw. nicht sicherheitsrelevante Verbraucher. Komfortverbraucher 17 und Schmelzsicherungen 23 können je nach Anwendungen in Haupt-und Un tergruppen aufgeteilt und damit gruppiert sein. Es handelt sich um solche Ver braucher 17, welche sich nicht durch hohe Sicherheitsrelevanz (wie die Verbrau cher 25) bzw. durch hohe Anforderungen hinsichtlich eines Schutzbedarfs (wie die Verbraucher 16) auszeichnen. Rückwirkungen dieser Verbraucher 17 auf si cherheitsrelevante Verbraucher 25 bzw. 16 können durch Isolation des Fehlers über Öffnen des Schaltmittels 19 verhindert werden. Das Schaltmittel 19 ist also zwischen den Verbrauchern 17 und den sicherheitsrelevanten Verbrauchern 25 und/oder den Verbrauchern 16 mit hohem Schutzbedarf angeordnet. Mit dem Hochvoltbordnetz 20 können über einen weiteren Gleichspannungs wandler 22‘ zumindest einer oder weitere insbesondere sicherheitsrelevante Ka näle bzw. Bordnetzzweige 10‘ verbunden sein. Die sicherheitsrelevanten Kanäle könnten jeweils einen weiteren elektronischen Leistungsverteiler 18‘ aufweisen. Optional kann der weitere Leistungsverteiler 18‘ auch direkt, ohne weiteren Gleichspannungswandler 22‘an den gleichen Anschluss KL30_0 wie der Leis tungsverteiler 18 angeschlossen werden. Der weitere elektronische Leistungsver teiler 18‘ könnte der Absicherung, Ansteuerung sowie der sicheren und zuverläs sigen Abschaltung sicherheitsrelevanter Verbraucher 16‘ bzw. der elektronischen Energienetzverteilung dienen. Diese Verbraucher 16‘ könnten funktionsredundant zu solchen Verbraucher 16, die durch einen anderen sicherheitsrelevanten Zweig des Bordnetzes 10 versorgt werden, ausgebildet sein. Außerdem kann der weite re elektronische Leistungsverteiler 18‘ in der Lage sein, die fließenden Verbrau cherströme bzw. anliegenden Spannungen zu erfassen. Diese kurz beschriebe ne, optionale Ausführung, könnte für eine hochverfügbare Auslegung beispiels weise für das autonome Fahren zur Sicherheitserhöhung vorgesehen sein. In dem weiteren Bordnetzzweig könnte auch ein weiterer Energiespeicher 12‘ mit einem weiteren Sensor 14‘ vorgesehen sein.

Das hochstromfähige Schaltmittel 19 bzw. der hochstromfähige Trennschalter ist im Leistungsverteiler 18 zwischen dem Anschluss (KL30_1) und dem Anschluss (KL30_0) bzw. einem Anschluss für den Verbraucher 16 des Leistungsverteilers 18 angeordnet. Das Schaltmittel 19 ist in der Lage, im Überstromfall und/oder bei einer Unterspannung oder ähnlichen kritischen Bordnetzzuständen zu öffnen.

Das Schaltmittel 19 umfasst zumindest zwei parallel verschaltete Hauptpfade 30,40, wobei in jedem Hauptpfad Schaltmittel 34,44 vorgesehen sind. Besonders bevorzugt sind die Schaltmittel 34,44 jeweils duch zumindest zwei antiseriell (in Reihe zueinander und zwar gegengerichtet, bspw. „back-to-back“ oder mit ge meinsamen Source-Anschluss) verschaltete Schaltelemente 34.1,34.2; 44.1,44.2 gebildet, vorzugsweise unter Verwendung von Leistungshalbleitern, besonders bevorzugt FET ^' s bzw. MOSFET ^' s. Anstelle von MOSFETs können bspw. auch Relais, Bipolartransistoren oder IGBTs mit Paralleldioden usw. verwendet wer den. Die jeweiligen Hauptpfade 30,40 mit zugehörigen Schaltmitteln 34,44 sind besonders bevorzugt symmetrisch aufgebaut, sodass bei einem ordnungsgemä ßen Betrieb dieselben Ströme durch die beiden Hauptpfade 30, 40 fließen. Parallel zu den Hauptpfaden 30,40 ist ein Zusatzpfad 50 verschaltet. Der Zusatz pfad weist ebenfalls ein Schaltmittel 54 auf sowie einen Reihenwiderstand 58 als Strombegrenzung bzw. „Bremswiderstand“. Das Schaltmittel 54 besteht aus zu mindest zwei antiseriell verschaltete Schaltelementen 54.1,54.2. Der Zusatzpfad 50 besitzt die Fähigkeit, unter hohen Strömen (beispielsweise größer 900 A) auch unter induktiver Last 57 den Stromfluss zu trennen. Weiterhin ist auch im Zusatzpfad 50 ein Erfassungsmittel vorgesehen, um eine Strommessung durch zuführen. So wird beispielsweise der Widerstand (RDSon) zwischen Drain und Source bei einem Mosfet im durchgeschalteten Zustand überwacht.

Optional kann ein weiterer Teilpfad 52 parallel zu dem Zusatzpfad 50 verschaltet sein. In dem weiteren Teilpfad 52 befindet sich zumindest eine Spannungsbe grenzung 55, beispielsweise eine bestimmte Diode wie vorzugsweise eine TVS- Diode.

Beispielhaft ist in dem Ausführungsbeispiel als möglicher Energiespeicher 12, 24 eine Batterie bzw. Akkumulator beschrieben. Alternativ können jedoch andere für diese Aufgabenstellung geeignete Energiespeicher beispielsweise auf induktiver oder kapazitiver Basis, Brennstoffzellen, Kondensatoren oder Ähnliches gleich ermaßen Verwendung finden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist der Aufbau des Schaltmittels 19 genauer gezeigt. So umfasst der Hauptfpfad 30 zwei Teilpfade 31,32, die parallel zueinander verschaltet sind. In dem einen Teilpfad 31 sind die beiden antiseriell verschalteten Schaltelemente 34.1,34.2 sowie ein Erfassungsmittel 38 für einen durch den Teilpfad 31 fließenden Strom angeordnet. Das Erfassungsmittel 38 ist beispielhaft als Widerstand ausgebildet. Angedeutet ist eine entsprechende Stromerfassungsschaltung zur Erfassung des durch das Erfassungsmittel 38 fließenden Stroms. In dem weiteren Teilpfad 32 sind die beiden antiseriell ver schalteten weiteren Schaltelemente 36.1,36.2 sowie ein weiteres Erfassungsmit tel 39 für einen durch den weiteren Teilpfad 32 fließenden Strom angeordnet.

Das Erfassungsmittel 39 ist beispielhaft als Widerstand ausgebildet und in Reihe mit den Schaltelementen 36.1 und 36.2 verschaltet. Statt eines Widerstands ist es auch möglich, andere Erfassungsmittel wie Magnetfeldsensoren zu verwen- den oder beispielsweise den Spannungsabfall an einem oder mehreren Schalt elementen auszuwerten.

So umfasst auch der weitere Hauptpfad 40 zwei Teilpfade 41,42, die parallel zu einander verschaltet sind. In dem einen Teilpfad 41 sind die beiden antiseriell verschalteten Schaltelemente 44.1,44.2 sowie ein Erfassungsmittel 48 für einen durch den Teilpfad 41 fließenden Strom angeordnet. Das Erfassungsmittel 48 ist beispielhaft als Widerstand ausgebildet. In dem weiteren Teilpfad 42 (des weite ren Hauptpfads 40) sind die beiden antiseriell verschalteten weiteren Schaltele mente 46.1,46.2 sowie ein weiteres Erfassungsmittel 49 für einen durch den wei teren Teilpfad 42 fließenden Strom angeordnet. Das Erfassungsmittel 49 ist bei spielhaft als Wderstand ausgebildet. Angedeutet ist eine entsprechende Stromerfassungsschaltung zur Erfassung des durch das Erfassungsmittel 48 fließenden Stroms.

Die Erfassungsmittel 38,39, 48,49 könnten entweder jeweils die durch die zuge hörigen Teilpfade 31,32, 41,42 fließenden Ströme beispielsweise an den Mikro controller 13 weiterleiten. Oder aber es könnte über Mittelwertbildung von jeweils zwei Erfassungsmitteln 38,39; 48,49 des jeweiligen Hauptpfads 30,40 der Strom fluss in den Teilpfaden 31,32; 41,42 ermittelt werden.

Besonders bevorzugt sind die Schaltmittel 34,36; 44,46 sowie die zugehörigen Erfassungsmittel 38,39; 48,49 symmetrisch ausgelegt, also mit denselben Wider standswerten bzw. Kenngrößen etc. ausgebildet. Damit soll sich im fehlerfreien Betrieb jeweils in den verschiedenen Teilpfaden 31,32; 41,42 jeweils ein identi scher Stromfluss einstellen. Bei Abweichungen der Symmetrie deutet dies auf ei nen zu evaluierenden Fehlerfall hin.

Weiterhin sind die jeweiligen Teilpfade 31,32; 41,42 idealerweise jeweils ver schachtelt zueinander angeordnet. Im Schaltungslayout können die entspre chenden Teilzweige 31,41; 32,42 so angeordnet sein, dass beispielsweise zwei Teilpfade 31, 32; 41,42 eines Hauptpfads 30; 40 einen Teilpfad 41; 32 des jewei ligen weiteren Hauptpfads 40; 30 umschließen bzw. dass die jeweiligen Teilpfade 31, 41, 32,42 abwechselnd bezüglich des Hauptpfads 30,40 angeordnet sind. Besonders bevorzugt ist der Zusatzpfad 50 und/oder der Teilpfad 52 in der Mitte angeordnet und werden jeweils von zwei Teilpfaden 31,41 ; 32,42 unterschiedli cher Hauptpfade 30,40 umgeben.

Zusätzlich zu der optimierten Platzierung auf dem Schaltungsträger können die Hochstromschaltvorgänge durch Schaltentlastungnetze unterstützt werden.

Die Schaltentlastungnetze werden ebenfalls verschachtelt nah zu den Schaltmit teln 34,44 und 36,46 angeordnet. Aufgebaut sind die Schaltentlastungnetze aus den Kondensatoren 69,67 und dem Widerstand 71. Sowie 63,61 und dem Wider stand 65. Über die Widerstände wird hierbei nicht nur die Oszillationsneigung bedämpft, sondern durch einen möglichst hohen Widerstandswert Schaltenergie aufgenommen, als auch durch den hohen resistiven Spannungsabfall der Kom mutierungsvorgang beschleunigt. Durch die Platzierung der Schaltentlastung zwischen den Teilpfaden kann jede Schaltentlastung sowohl Abschaltenegie aus dem Hauptpfad 30, als auch aus dem Hauptpfad 40 aufnehmen. Die im der Figur 2 skizzierte Ausführung stellt den Sonderfall dar, dass ein gemeinsamer Wider stand 71 für zwei Kondensatoren 69,67 (bzw 65 für die Kondensatoren 61 und 63) vorgehalten wird.

Zu dem Zusatzzweig 50, in dem das Schaltmittel 54 (wiederum antiseriell ange ordnete Schaltelemente 54.1 , 54.2) und seriell verschaltet der Reihenwiderstand 58 angeordnet sind, ist ein optionaler Teilpfad 52 vorgesehen. Der optionale Teilpfad 52 ist parallel zu dem Zusatzzweig 50 verschaltet. In dem optionalen Zusatzzweig 52 sind seriell verschaltet ein Schaltmittel 56 (bestehend aus zwei antiseriell verschalteten Schaltelementen 56.1 ,56.2) sowie zumindest eine Span nungsbegrenzung 55, vorzugsweise zwei Spannungsbegrenzungen 55 (insbe sondere eine Diode, besonders bevorzugt eine TVS-Diode zur Verhinderung ei ner Avalanche-Ansteuerung der Schaltelemente in den Hauptpfaden 30,40) und optional ein Erfassungsmittel 59, insbesondere ein Widerstand zur Erfassung des Stroms und zur Stromlimitierung durch den Teilpfad 52, vorgesehen. Zwischen dem gemeinsamen Potenzial von Zusatzpfad 50 und optionalem Teilpfad 52 und dem Anschluss (Klemme KL 30_0) des Leistungsverteilers 18 eine Induktivität 57 als Beispiel für eine Leitungsinduktivität eingezeichnet. Die beschriebene Vorrichtung betrifft ein Hochstrom-Trennschalterkonzept (Schaltmittel 19) für KFZ-Niederspannungs-Bordnetze <100V. Im Rahmen der fortschreitenden Elektrifizierung von sicherheitsrelevanten Fahrzeugkomponen ten gewinnt die Verfügbarkeit des Bordnetzes 10 weiter an Bedeutung. In diesem Rahmen werden Schalter eingeführt, um die Energieflüsse und Funktionsverfüg barkeit im Bordnetz 10 zu steuern und zu sichern. Durch die IS026262 werden an die funktionale Sicherheit dieser Komponenten und des gesamten Energie bordnetzes weitreichende Anforderungen gestellt.

Zur vollständigen Trennung des Stromflusses zwischen dem Anschluss KL 30_1 bzw. dem sicherheitsrelevanten Teilbordnetz und dem Anschluss KL 30_0 bzw. dem nicht sicherheitsrelevanten Teilbordnetz kommen in dem Beispiel sechs an tiserielle Mosfetpfade (Teilpfade 31,32, 41,42, 50,52) zum Einsatz. Vier (Teilpfa de 31, 32, 41,42) sind in Normalbetrieb geschlossen und stellen eine niederoh mige (<2mQ) Verbindung zwischen Anschluss KL30_1 bzw. sicherheitsrelevan tem Teilbordnetz und Anschluss KL30_0 bzw. nicht sicherheitsrelevantem Teil bordnetz dar. Ein weiterer Strompfad, der Zusatzpfad, 50 ist mit dem zusätzli chen Reihenwiderstand 58 ausgestattet. Über diesen lässt sich der Stromfluss im Parkbetrieb (Ruhebetrieb des Fahrzeugs) führen und (durch den Widerstand 58) limitieren. Durch diese Limitierung findet im Parkbetrieb ein natürlicher Schutz vor einem unkontrolliertem Stromanstieg statt. Dadurch kann im Parkbetrieb auf eine aufwändige Schutzbeschaltung und Diagnose verzichtet werden. Zusätzlich dient der Reihenwiderstand 58 als „Bremswiderstand“. Für den Fall, dass ein sehr hoher Stromfluss bei hoher Leitungsinduktivität 57 durch den Schalter 19 abgeschaltet werden muss, ist eine gestufte Abschaltung über den stromlimitier ten Zusatzpfad 50 möglich.

Der optionale, weitere Teilpfad 52 des Zusatzpfads 50 kann mit einer Span nungsbegrenzung (beispielsweise durch TVS-Dioden) 55 ausgestattet werden, um einen Betrieb der Schaltmittel 34,44, 36,46 (insbesondere Mosfets) im Avalanche-Modus zu verhindern.

Die Pfade sind in zwei Hauptpfade 30,40 aufgeteilt, Hauptpfad 30 mit den Teil pfaden 31,32 (die parallel verschaltet sind), der Hauptpfad 40 mit den Teilpfaden 41,42. Beide Hauptpfade 30,40 verfügen über eine eigene unabhängige Strom- messung bzw. Stromerfassung (Erfassungsmittel 38,39; 48,49), welche den Stromfluss in jedem Hauptpfad 30,40 erfassen. Der erfasste Strom wird mit ei nem vorgebbaren Schwellwert G verglichen. Überschreitet der erfasste Strom ei nen zulässigen Schwellwert G (beispielsweise 250 A in einem Teilpfad 31, 32,

41, 42), so wird auf einen Fehlerfall geschlossen und es werden entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet wie beispielsweise das Öffnen der Schaltmittel 34,36, 44,46. Die Hauptpfade 30, 40 besitzen bevorzugt jeweils unabhängig von einander arbeitende Schwellwertvergleiche und/oder Ansteuerungen für das je weilige Schaltmittel 34, 36, 44, 46.

Durch einen symmetrischen Aufbau und den Einsatz von niederohmigen (bei spielsweise kleiner 2 mQ) Schaltmitteln 34,44 kommt es im Normalbetrieb zu ei ner recht gleichmäßigen Aufteilung des Gesamtstromes I auf die beiden Haupt pfade 30,40. Eine zunehmende Asymmetrie der beiden Strommessignale in den beiden Hauptpfaden 30,40 ist ein Indikator für einen Fehler entweder in der Strommessung bzw. den Erfassungsmittel 38,39, 48,49, der Ansteuerung (nicht eigens gezeigt) der Schaltmittel 34,36, 44,46 (beispielsweise bei MOSFET ^' s Ab fallen der Gate-Source-Spannung), oder den Schaltermitteln 34, 44 selbst (z.B. Die-Attach bei MOSFET ^' s etc.).

Zur Eingrenzung eines Fehlers können die Hauptpfade 30,40 individuell abge schaltet werden, um den gesamten Stromfluss in Folge durch einen einzelnen Hauptpfad 30,40 zu leiten. Dadurch ist eine Plausibilisierung der beiden Strom messignale zueinander, bzw. zu ihrer Summe möglich. Eine gezielte Abschaltung eines der Hauptpfade 30,40 könnte beispielsweise durch kurzzeitige Absenkung des Schwellwerts, der zu einer Abschaltung führt, unterhalb eines Werts des ak tuellen fließenden Stroms in diesem Hauptpfad 30,40 realisiert werden. Weicht der erhöhte Stromwert (Zunahme des Stromwerts nach Abschaltung in dem Hauptpfad 30 gegenüber dem Stromwert in dem Hauptpfad 30 vor Abschaltung) in dem einen Hauptpfad 30 nach der Abschaltung des anderen Hauptpfads 40 signifikant von dem Stromwert ab, der vor der Abschaltung der andere Hauptpfad 40 ermittelt hat, wird auf einen Fehler des Erfassungsmittels 48, 49 geschlossen. Entsprechend kann auch eine Überprüfung des Erfassungsmittels 38,39 und 48, 49 durch Abschalten des Hauptpfads 30 mit entsprechender Erfassung des Stroms vor und nach Abschaltung im weiteren Hauptpfad 40 erfolgen. Durch die Strommessung (durch Erfassungsmittel 38, 39; 48,49) in zwei unab hängigen Hauptpfaden 30,40 und ihre Diagnose ist es möglich, beide Hauptpfa de 30,40 redundant zueinander zu betreiben. In diesem Fall bekommt jeder Hauptpfad 30,40 eine eigene Überstromabschaltung (Abschalten, sobald ein kri tischer Schwellwert bzw. Zustand erreicht wird) und einen eigenen Gatetreiber inkl. der Versorgung.

Diese Überstromabschaltung kann ggf. auch im Betrieb getestet werden, um la tente Fehler in der Überstromabschaltung, der Ansteuerung oder den Schaltmit teln 34,44 zu erkennen. Hierzu kann die Überstromabschaltung eines Haupt pfads 30,40 durch Reduzierung des Schwellwertes (beispielsweise von 250 A auf 75 A bzw. abhängig davon, welcher Strom gerade fließt) ausgelöst werden. Die Schaltmittel 34,44 müssen in Folge geöffnet werden und der gemeinsame Strom fluss aus beiden Hauptpfaden 30,40 in den verbleibenden geschlossenen Haupt pfad 30 oder 40 wechseln.

Die beschriebene Betriebsführung zum Testen, stellt sicher, dass o Die Strommessung bzw. Erfassungsmittel 38,39, 48,49 funktioniert, o Der Stromwert korrekt mit einem Schwellwert verglichen wird o Das Überschreiten des Schwellwerts eine Abschaltung (Öffnen Schalt mittel 34,36, 44,46) triggert. o Die Abschaltung auch wirklich die Schaltmittel 34,36, 44,46 öffnet.

Zusätzlich ist es möglich, das Mittenpotential zwischen den antiseriell verschalte- ten Schaltelementen 34.1, 34.2; 44.1, 44.2 z.B. in den negativen Bereich zu zie hen um zu prüfen, ob beide Schaltelemente 34.1; 34.2; 44.1,44.2 eine definierte Spannung sperren können.

Durch die umfangreiche Diagnose ist es möglich, hohe Sicherheitsanforderungen (beispielsweise ASIL C) auf die Trennfähigkeit des Schaltmittels 19 zu garantie ren.

Durch die ebenfalls redundante Ansteuerung beider Hauptpfade 30,40 ist es zu dem möglich, hohe Sicherheitsanforderungen (beispielsweise ASIL C) für die Leitfähigkeit mindestens eines Hauptpfads 30,40 zu garantieren. Im Fehlerfall ist es möglich, mit nur einem einzigen Hauptpfad 30,40 einen reduzierten Betrieb aufrecht zuerhalten. Hierfür sind die Hauptpfade 30,40 im Idealfall ineinander verschachtelt, um die Bildung von lokalen Leistungspitzen zu verhindern.

Parallel zu dem niederohmigen Hauptpfad 30, 40 wird der Zusatzpfad 50 vorge halten, welcher mit dem Reihenwiderstand 58 ausgeführt ist. Über den Reihen widerstand 58 (z.B. 40mQ) kann die maximale Stromhöhe, welche z.B. in einem 12V Bordnetz durch den Widerstand 58 fließen kann, auf unkritische Werte limi tiert werden. Über diesen Zusatzpfad 50 kann dadurch auch eine „hochohmige“ Verbindung zwischen Anschluss KL30_1 und Anschluss KL30_0 insbesondere im Parkbetrieb (Ruhebetrieb des Fahrzeugs, Fahrzeug ist abgestellt) erzielt wer den. Die Erfassung des Stromflusses über den Zusatzpfad 50 insbesondere im Parkbetrieb kann als Aufwachsignal für das Steuergerät genutzt werden. Beim Aufwachen kann die Ursache des Stromanstieges bewertet werden und im Falle eines Fehlerstromes eine vollständige Trennung beider Netze (beispielsweise Trennung Teilbordnetz mit Energiespeicher 12 von den weiteren Teilbordnetzen 10 bzw. 10‘) durchgeführt werden. Im Falle eines berechtigten Aufwachens aus dem Parkbetrieb werden Anschluss KL30_1 bzw. sicherheitsrelevante Teilbord netz und Anschluss KL30_0 bzw. nicht sicherheitsrelevanten Teilbordnetz niede rohmig verbunden und es wird in den Aktivbetrieb gewechselt.

Zum initialen Vorladen von kapazitiven Bordnetzzweigen kann über den Zusatz pfad 50 eine resistive Vorladefunktionalität realisiert werden.

Um im Kurzschlussfall den Anschluss KL30_1 bzw. das sicherheitsrelevante Teilbordnetz (mit dem sicherheitsrelevanten Verbrauchern 16,25) und den An schluss KL30_0 bzw. das nicht sicherheitsrelevante Teilbordnetz (mit den nicht sicherheitsrelevanten Verbrauchern 17) unter hoher Stromlast trennen zu kön nen, muss die induktive Last durch den Trennvorgang geklemmt werden. Als ro buster Ansatz, das Stromniveau bei der Trennung eines Kurzschlusses auf unkri tische Werte zu reduzieren, wird der Zusatzpfad 50 mit dem Reihenwiderstand 58 zudem zum Abschnüren des Stromes verwendet. Hierzu wird bei einer Über stromabschaltung zuerst nur der niederohmige Hauptschalter 34, 36, 44, 46 ge öffnet. Die Energie, welche in der Leitungsinduktivät 57 eingespeichert ist, wird in Folge über das RL-Glied aus Leitung 57 und Reihenwiderstand 58 auf ein unkri tisches Niveau reduziert. Erst danach wird auch der Zusatzpfad 50 (der Pfad mit dem Reihenwiderstand 58) geöffnet, um den Stromfluss final zu unterbrechen.

Um das Umkommutieren des Stromes vom Hauptpfad 30,40 auf den hochohmi gen Zusatzpfad 50 zu unterstützen, können zusätzliche RC-Glieder (snubber) den Kommutierungsvorgang unterstützen. Diese RC-Glieder werden gebildet durch Kondensatoren 61,63, 67,69 und zugehörigen Widerständen 65,71.

Da die Klemmfunktion des Zusatzpfads 50 mit dem Reihenwiderstand 58 für das Einhalten der funktionalen Sicherheitsziele nötig ist, muss dessen Verfügbarkeit über eine Diagnose sichergestellt werden. Als Möglichkeit bietet sich an, den an teiligen Stromfluss im laufenden Betrieb durch den Zusatzpfad 50 zu überwa chen. Eine andere Möglichkeit ist, die Leitfähigkeit des Zusatzpfads 50 über ei nen Teststrom zu prüfen, weicher zwischen den antiseriellen Schaltelementen 54.1, 54.2 des Zusatzpfades 50 eingeprägt wird.

Das beschriebene automotive Hauptschalterkonzept bzw. Schaltmittel 19 für si cherheitskritische Hochstromanwendungen eignet sich wie nachfolgend be schrieben auch besonders für die gezielte Auslösung von Schmelzsicherungen 23 unter Beibehaltung bestimmter Sicherheitsanforderungen. Unter geeigneten Bordnetz-Randbedingungen können beinahe alle Sicherungen 23 direkt im Fähr betrieb ausgelöst werden. Der Leistungsverteiler 18 stellt sicher, dass die Span nungsgrenzen nicht verletzt werden, um die Verfügbarkeit von sicherheitsrele vanten Verbrauchern zu garantieren. Allerdings erfolgt kein Freibrennen der Schmelzsicherungen 23 während der Fahrt beispielsweise bei nachfolgenden Szenarien. So könnte beispielsweise ein Hochstromverbraucher wie ein Kühler lüfter durch einen direkten Kurzschluss das aktuelle Stromlimit (beispielsweise 900 A) überschreiten. Der Lüfter ist so niederohmig angebunden, dass der Kurz schlussstrom bei hoher Bordnetzspannung (während der Fahrt bei laufendem Generator/aktivem Gleichspannungswandler 22) die 900-1000 A überschreitet. In diesem Fall wird das Schaltmittel 19, der Hochstromschalter, zum Eigenschutz geöffnet. Ein weiteres kritisches Szenario könnte darin bestehen, dass beispiels weise ein niederohmiger Kurzschluss direkt am Hauptverteiler zu so hohen Strömen führt, dass durch den Spannungsabfall bestimmte Spannungsgrenzen verletzt werden. Dieser Kurzschluss wäre zwar so hochohmig, dass die 900 A- Schwelle nicht überschritten wird, jedoch so niederohmig, dass das Schaltmittel 19 bzw. der Trennschalter einen sicherheitskritischen Spannungseinbruch detek- tiert. Kritische sicherheitsrelevante Verbraucher 16 wie Lenkung und Bremse könnten bei dieser Unterspannung nicht mehr sicher versorgt werden. Um die Versorgung der sicherheitskritischen Verbraucher 16 wie Bremse und Lenkung sicherzustellen, wird das Schaltmittel 19 geöffnet. Das Fahrzeug rollt mit voller Lenk/Bremsunterstützung aus (die Motorsteuerung als Teil der an Anschluss KL 30_0 angeschlossenen Verbraucher 17 kann aufgrund des Kurzschlusses in die sem Bordnetzzweig nicht mehr versorgt werden kann). Alle Sicherungen 23 bie ten das Potenzial, im Stillstand des Fahrzeugs bei Klemmenwechsel ausgelöst zu werden. Damit können Liegenbleiber vermieden werden, da das Fahrzeug nach der Funktion „Sicherung freibrennen“ in Stillstand wieder gestartet werden kann. Im Fall des beschriebenen Kühlerlüfters führt eine geringere Batteriespan nung im Stand zu einem reduzierten Kurzschlussstrom. Im Fall des beschriebe nen Hauptverteilerkurzschlusses können die Spannungsgrenzen deaktiviert wer den, da das Fahrzeug steht. Dies wird erreicht durch die Befähigung des Leis tungsverteilers 18, beispielsweise Sicherungen 23 mit Strömen größer 400 A kontrolliert auszulösen.

In Figur 3 ist die Erst-Inbetriebnahme des Fahrzeugs bzw. das Trennen der Teil bordnetze bei einem kritischen Zustand beschrieben. Gestrichelt angedeutet ist der durch den Verbraucher 17 fließende Betriebsstrom in Figur 3A. Zunächst wird ein Stromfluss 60 nur durch den Zusatzpfad 50 eingeleitet. Hierzu sind die Schaltmittel 34,36, 44,46 der Hauptpfade 30,40 geöffnet. Über die Aktivierung des Zusatzpfads 50 erfolgt eine Vorladung der Zwischenkreiskapazität 11. Gera de bei der Erstinbetriebnahme des Fahrzeugs würde ein Laden der leeren Zwi schenkreiskapazitäten 11 eventuell zu zu hohen Strömen in den Hauptfaden 30,40 führen. Dem wird entgegengewirkt wie beschrieben durch das Laden der Zwischenkreiskapazität 11 über den Zusatzpfad 50. Zu dem Zeitpunkt der Akti vierung des Zusatzpfads 50 steigt der Strom kurzzeitig etwas an, um anschlie ßend wieder leicht abzunehmen. Die Spannung am Zusatzpfad 50 sinkt bei der Aktivierung sprungförmig ab, um im Verlaufe des Aufladens des Zwischenkreis kondensators 11 zunächst stärker anzusteigen und im weiteren Verlauf wieder langsam abzunehmen. Wurde die Zwischenkreiskapazität 11 vorgeladen (beispielsweise nach 5 ms) er folgt die Aktivierung des Schaltmittels 19, sodass zumindest einer der beiden Hauptpfade 30,40 den Strom 60 führt, Figur 3B. Es können auch beide Haupt pfade 30,40 den Strom 60 führen. Das Bordnetz befindet sich nun im regulären Betriebszustand und beide Teilbordnetze (KL30_0 und KL30_1) sind niederoh mig verbunden). Der Zusatzpfad 50 kann hierbei geschlossen bleiben oder ge öffnet werden.

In der Figur 3C ist das Auftreten eines Kurzschlusses vor dem Verbraucher 17 gegen Masse als beispielhafter Fehler dargestellt. Der Bordnetzzweig KL30_0 wird dadurch niederohmig gegenüber Masse und es kommt zu einem schnellen Stromanstieg durch das Schaltmittel 19. Durch den Stromanstieg kommt es zu einem Absinken der Bordnetzbetriebsspannung beider (niederohmig) gekoppel ten Bordnetzzweige KL30_0 und KL30_1. Die Spannung auf der sicherheitskriti schen Bordnetzseite KL30_1 wird durch den Leistungsverteiler 18 permanent überwacht, um eine fehlerfreie Energieversorgung der sicherheitskritischen Las ten 16, 25 zu garantieren. Falls der Spannungseinbruch zu stark ist, um den feh lerfreien Betrieb zu garantieren, werden beide Bordnetze (Teilbordnetz an An schluss KL 30 _ 0 und Teilbordnetz an Anschluss KL 30 _ 1) gemäss des Ablaufs in Figur 3D und 3E getrennt. Neben der Auswertung des Spannungspegels wird auch eine Auswertung der Zeitdauer vorgenommen, da starke Spannungsein brüche für kurze Zeitdauern unkritisch sind und erst ab einer gewissen Zeitdauer sicherheitskritisch werden. Zusätzlich zu dem Spannungseinbruch kann zusätz lich durch Auswertung der Stromrichtung überprüft werden, ob Strom aus dem sicherheitkrischen Bordnetz KL30_1 in das Basisbordnetz KL30_0 abfliesst. Nur wenn diese Stromrichtung auftritt (also keine Unterstützung des sicherheitsrele vanten Verbrauchers 16,25 bzw. des sicherheitsrelevanten Teilbordnetzes durch das nicht sicherheitsrelevante Teilbordnetz) erfolgt das Öffnen des Schaltmittels 19. Wenn der Stromwert den Schwellwert zur Abschaltung (z.B. 500A pro Pfad 30, 40) überschreitet, wird eine Trennung beider Bordnetze gemäss Figur 3D und 3E ausgeführt, um einen Betrieb des Schaltmittels 19 ausserhalb der relevanten Spezifikation zu verhindern. In Figur 3D wird der Trennvorgang beider Teilbordnetze (KL 30 _ 0 und KL 30 _

1) durch Öffnen der Schaltmittel 34,36, 44,46 gestartet. Der Strom 60 fließt nun über den Zusatzpfad 50. Der Zusatzpfad 50 ist geschlossen. Über den Zusatz pfad 50 erfolgt die Strombegrenzung unter Verwendung des Widerstands 58. Über die entsprechenden RC-Glieder (vergleiche Figur 2 (Kondensatoren 61,63, 67,69, Widerstände 65,71) können die kurzzeitig hohen Ströme bei der Kommu tierung gepuffert werden.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Strom über den Zusatzpfad 50 nur für einen begrenzten Zeitraum fließt, insbesondere um Überlastzustände zu vermeiden. Beispielsweise könnte ein fixer Zeitraum vorgesehen werden (beispielsweise im ms-Bereich, beispielsweise für 1 ms), für den der Zusatzpfad 50 geschlossen ist. Hierzu könnte beispielsweise mit Öffnen der Hauptpfade 30, 40 ein Timer gestar tet werden, bei dessen Ablauf der Zusatzpfad 50 wieder geöffnet wird. Alternative Ausgestaltungen wären möglich. Beispielsweise könnte der Zusatzpfad 50 ab hängig von bestimmten Kenngrößen beispielsweise bei Überschreiten eines be stimmten Grenzwerts für Strom oder Temperatur oder ähnliches abgeschaltet werden.

In Figur 3E ist gezeigt, wie der Zusatzpfad 50 geöffnet wird. Allerdings ist der Teilpfad 52 noch weiterhin geschlossen bzw. aktiv. Hierzu sind beispielsweise die Begrenzungsmittel 55,56 (beispielsweise Dioden, besonders bevorzugt TVS- Dioden) vorgesehen, um die Schaltenergie aufzunehmen bzw. um die Schaltmit tel 34,36, 44,46, insbesondere MOSFET ^' s, vor dem Avalanche-Betrieb zu schüt zen, Figur 3E. Dies könnte neben dem Teilpfad 52 (als Bestandteil der Schaltung für das Schaltmittel 19) auch über beispielsweise eine externe Beschaltung in Verbindung mit den Hauptpfaden 30,40 vorgenommen werden.

Bei der beschriebenen Vorgehensweise zum Freibrennen der Sicherung 23 wird die sich einstellende Stromhöhe durch die Impedanz des Kurzschlusses limitiert. Die Schaltmittel 34,36, 44,46 in den Hauptpfaden 30,40 müssen in der Lage sein, die Peak-Verluste zu speichern bzw. einen besseren thermischen Wderstand aufzuweisen als die Sicherung 23. Die Energie zum Aufschmelzen der Sicherung 23 wird über den Kaltstart-Pfad von dem Energiespeicher 12 bereitgestellt. Ge gebenenfalls kann der Gleichspannungswandler 22 unterstützen. Weiterhin kann das Schaltmittel 19 so ausgelegt sein, dass im Rahmen eines verfügbarkeitsoptimierten Designs das Freibrennen der Sicherungen 23 am An schluss KL 30_0 mit lediglich einem einzigen Hauptpfad 30,40 möglich ist (Ver sorgungsredundanz).

Die in Figur 3 beschriebene gestufte Abschaltung verhindert Oszillationen und führt Schaltverluste beispielsweise über robuste Metallwiderstände 58.

Kurzschlüsse mit einer zu geringen Impedanz können nicht ausgelöst werden. Es wird sichergestellt, dass das Freibrennen einer Sicherung 23 zum Schutz vor thermischen Ereignissen immer abgebrochen werden kann. Der Stromfluss bleibt dafür immer innerhalb der Designgrenzen. Darüber hinaus ist das Schaltmittel 19 so ausgelegt, dass es den Kurzschlussstrom solange tragen kann, bis die Siche rung 23 durchgebrannt ist oder eine Unterspannung auftritt.

Beispielhaft wird in Figur 4 hierzu ein Flussdiagramm erläutert. In Schritt 101 tritt ein Kurzschluss des Verbrauchers 17 auf, der an dem Anschluss KL 30_0 des Leistungsverteilers 18 bzw. im Teilbordnetz für nicht sicherheitsrelevante Ver braucher 17 angeschlossen ist.

In der Verzweigung 102 wird unterschieden, ob der Strom durch das Schaltmittel 19 einen Schwellwert (beispielsweise 900... 1000 A) übersteigt oder ob eine Un terspannung der Spannung am Anschluss KL 30 _ 1 des Leistungsverteiler 18 auftritt (beispielsweise U_30_1 < 9,6V) bzw. für eine bestimmte Zeitspanne auf tritt. Sollte keine der Bedingungen erfüllt sein, schließt sich Schritt 103 an, an sonsten Schritt 104.

In Schritt 103 wird die Sicherung 23 am Anschluss KL 30_0 des Leistungsvertei lers 18 im laufenden Fährbetrieb freigebrannt. Dies erfolgt durch eine geeignete Aktivierung des Schaltmittels 19.

Sollte in Abfrage 102 ein sicherheitskritischer Betriebsfall detektiert worden sein, wird in Schritt 104 zunächst das Schaltmittel 19 geöffnet. Damit wird zum einen das Schaltmittel 19 geschützt. Zum anderen wird sichergestellt, dass der Kurz- Schluss des Verbrauchers 17 nicht weiterhin zu einer Unterspannung für die si cherheitsrelevanten Verbraucher 16 führt.

Nachdem ein Fehlerfall detektiert wurde (in Schritt 102), wird in Schritt 105 ein sicherer Halt des Fahrzeugs eingeleitet. Sobald das Fahrzeug sich im Stillstand befindet, schließt sich Schritt 106 an.

In Schritt 106 wird das Unterspannungskriterium (wie in Schritt 102 beispielhaft beschrieben) deaktiviert.

In Schritt 107 wird der Vorladepfad bzw. Zusatzpfad 50 und der Klemmungspfad bzw. Teilpfad 52 zugeschaltetet. Ebenso wird das Schaltmittel 19 zugeschaltet. Durch diesen Schritt fliesst ein erster Strom in den Kurzschluss und reduziert das Spannungsniveau im sicherheitsrelevanten Bordnetzzweig KL30_1. Zum siche ren Freibrennen der Sicherung 23 werden zusätzlich die Strompfade 30 und 40 beide (mindestens jedoch einer) geschlossen. Durch die nunmehr niederohmige Verbindung kommt es zu einem schnellen Freibrennen der Sicherung 23. Die Überstromschwelle zum Schutz des Schaltmittels 19 bleibt in dieser Zeit aktiv, um den Freibrennvorgang jederzeit ohne Überschreitung der Auslegungsgrenzen abbrechen zu können. Thermische Überwachungen innerhalb des ei. Leistungs verteilers 18 bleiben zum Schutz der Komponente ebenfalls aktiv.

Nach erfolgtem Freibrennen der Sicherung 23 wird das Unterspannungskriterium wieder reaktiviert, Schritt 108.

Die Weiterfahrt wird freigegeben, Schritt 109.

Das Schaltmittel 19 eignet sich insbesondere zur Absicherung insbesondere si cherheitsrelevanter Verbraucher 16, 25 in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in Verbindung mit einem Leistungsverteiler 18, der über einen Mikrocontroller 13 gezielten Auswertung bestimmter Kenngrößen verfügt. Dieser Mikrocontroller 13 kann nun gleichfalls durch die entsprechende Auswertung der Kenngrößen der Erfassungsmittel 38,39, 48,49 und entsprechende Ansteuerung der Schaltmittel 34,36, 44,46 verwendet werden. Die Verwendung ist jedoch darauf nicht einge schränkt.