Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugbordnetz umfassend wenigstens ein Hochvolt- Teilnetz mit einem Energiespeicher sowie wenigstens ein Niedervolt-Teilnetz mit einer Steuereinrichtung.

Kraftfahrzeugbordnetze von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb oder mit vollelektrischem Antrieb, sind in der Regel in Hochvolt-Teil- netze und Niedervolt-Teilnetze aufgeteilt. Ein Traktionsenergiespeicher zum Betrieb eines elektrischen Traktionsmotors ist dabei meist auf der Hochvoltseite angeordnet. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit rein elektrischem Antrieb kann der Traktionse nergiespeicher und somit auch das Hochvolt-Teilnetz ein hohes Spannungsniveau im Bereich von mehreren hundert Volt bis zu einem Kilovolt oder mehr aufweisen. Neben dem Traktionsenergiespeicher kann ein Hochvolt-Teilnetz auch andere Energiespei cher umfassen, in denen elektrische Energie gespeichert wird. Aufgrund der hohen Spannung in einem Hochvolt-Teilnetz muss ein solcher Energiespeicher entladen wer den können, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeugbordnetz oder ein das Bordnetz umfassendes Kraftfahrzeug abgeschaltet wird, falls ein Fehlerzustand vorliegt oder falls eine Reparatur an dem Kraftfahrzeugbordnetz vorgenommen werden soll.

Um eine derartige Entladung vorzunehmen, ist es bekannt, Entladeschaltungen einzu setzen, über welche der Energiespeicher entladen werden kann. Dies muss in der Re gel innerhalb einer vorgegebenen Zeit erfolgen, wobei die Spannung am Energiespei cher innerhalb dieser Zeit unter ein definiertes Spannungsniveau fallen muss. Wün schenswert ist es dabei, dass diese Entladung möglichst zuverlässig erfolgen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeugbordnetz anzuge ben, welches eine zuverlässige Entladung eines in einem Hochvolt-Teilnetz des Kraft fahrzeugbordnetzes angeordneten Energiespeichers ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Hochvolt-Teilnetz eine Entladeschaltung um fasst, wobei die Entladeschaltung wenigstens eine Schalteinrichtung und eine Auslö seschaltung umfasst und der Energiespeicher in einem Auslöseschaltzustand der Schalteinrichtung über die Entladeschaltung entladbar ist, wobei die Auslöseschaltung dazu ausgebildet ist, die Schalteinrichtung von einem Normalbetrieb-Schaltzustand, in dem keine Entladung des Energiespeichers über die Entladeschaltung erfolgt, in den Auslöseschaltzustand zu versetzen, wenn wenigstens ein von der Steuereinrichtung erzeugtes und an die Auslöseschaltung übertragenes Betriebssignal ausbleibt.

In dem Normalbetrieb-Schaltzustand des Schaltelements erfolgt keine Entladung des Energiespeichers über die Entladeschaltung. Der Normalbetrieb-Schaltzustand liegt vor, wenn beispielsweise eine Last des Hochvolt-Teilnetzes aus einem weiteren Ener giespeicher des Kraftfahrzeugbordnetzes, beispielsweise einem Traktionsenergiespei cher eines Kraftfahrzeugs, betrieben wird. Dies stellt in normalen Zustand dar, in dem sich das Kraftfahrzeugbordnetz bzw. eine über das Hochvolt-Teilnetz betriebene Kom ponente in einen normalen Betriebszustand, beispielsweise einem Fährbetrieb eines Kraftfahrzeugs oder Ähnlichem, befindet.

Ein Entladen des Energiespeichers erfolgt in dem Auslöseschaltzustand der Schalt einrichtung, wobei in diesem Schaltzustand der Energiespeicher über die Entla deschaltung entladen wird. Der Auslöseschaltzustand kann beispielsweise vorliegen, wenn das Kraftfahrzeugbordnetz oder ein Kraftfahrzeugbordnetz umfassendes Kraft fahrzeug abgeschaltet wird oder ein Fehler in dem Niedervolt-Teilnetz vorliegt. Um die Ausfallsicherheit der Entladeschaltung vorteilhaft erhöhen zu können, wird von der Steuereinrichtung ein Betriebssignal an die Entladeschaltung übertragen, wobei die Entladeschaltung das Schaltelement nur bei Empfang dieses Signals in den Normal- betrieb-Schaltzustand umschaltet bzw. die Schalteinrichtung nur dann in diesem Zu stand belässt. Bleibt die Übertragung des Betriebssignals aus, so erfolgt ein Entladen des Energiespeichers durch die Entladeschaltung. Auf diese Weise kann ein Entladen des Energiespeichers erfolgen, ohne dass dafür aktiv eine Signalgabe der Steuerein richtung oder eine Ansteuerung der Schalteinrichtung über ein pulsweitenmoduliertes Signal oder Ähnliches erfolgen muss. Das Verwenden des Ausbleibens des übertragenden Betriebssignals als Kriterium für das Auslösen der Entladung des Energiespeichers hat den Vorteil, dass eine sichere und zuverlässige Entladung des Energiespeichers erfolgen kann, auch wenn die In tegrität der beispielsweise als Mikrokontroller realisierten Steuereinrichtung auf der Niedervoltseite des Kraftfahrzeugbordnetzes verletzt ist und beispielsweise ein Über tragen eines Auslösesignals von der Steuereinrichtung an die Schalteinrichtung einer Entladeschaltung nicht mehr möglich wäre. Die Entladeschaltung weist dabei den Vor teil auf, dass eine Entladung des Energiespeichers zuverlässig bei einem Ausfall der Steuereinrichtung, bei Auftreten eines Fehlers oder bei einem Reset der Steuerein richtung in dem Niedervolt-Teilnetz ausgelöst werden kann.

Weiterhin wird durch das Verwenden der im Hochvolt-Teilnetz angeordneten Auslöse schaltung ein korrektes Entladen des Energiespeichers im Hochvolt-Teilnetz auch bei einer Beeinträchtigung der Spannungsversorgung des Niedervolt-Teilnetzes gewähr leistet. Durch die Anordnung des Auslöseschaltung im Hochvolt-Teilnetz kann die Ent ladeschaltung aus dem Hochvolt-Teilnetz und somit unabhängig von der Spannung im Niedervolt-Teilnetz betrieben werden.

Gleichwohl ist es möglich, dass die Entladeschaltung gezielt von der Steuereinrich tung ausgelöst wird. Dazu kann die Steuereinrichtung die Übertragung des Betriebs signals an die Auslöseschaltung beenden, sodass die Auslöseschaltung die Entladung des Energiespeichers auslöst. Die Übertragung des Betriebssignals kann beispiels weise ein von 0 V verschiedener Spannungspegel sein, welcher z. B. von der Auslö seschaltung als logische Eins interpretiert wird. Entsprechend stellt das Ausbleiben des Betriebssignals bzw. eine übertragene Spannung von 0 V eine logische Null dar. Die Entladeschaltung ist dabei also als „low active“ ausgeführt, das heißt, dass die Auslöseschaltung bei Vorliegen einer logischen Null, was dem ausbleibenden Be triebssignal entspricht, eine Ansteuerung der Schalteinrichtung zum Entladen des Energiespeichers vornimmt.

Die Schalteinrichtung kann ein oder mehrere Schaltelemente umfassen, welche je weils beispielsweise als Transistor, insbesondere als Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt- Transistor (MOSFET) oder als Bipolartransistor mit isolierenden Gate (IGBT), ausge führt sind. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Schalteinrichtung auch wenigstens ein als Relais oder Thyristor ausgeführtes Schaltelement umfassen. Die Schalteinrich tung ist insbesondere derart verschaltet, dass sie im Auslöseschaltzustand einen Stromkreis aus dem Energiespeicher und der Entladeschaltung schließt bzw. den Energiespeicher über die Entladeschaltung kurzschließt.

Das Hochvolt-Teilnetz kann beispielsweise ein Spannungsniveau zwischen 60 V und 1200 V, insbesondere vom 400 V, 600 V, 800 V oder 1 .000 V aufweisen. Das Nieder- volt-Teilnetz weist ein Spannungsniveau auf, welches geringer als das Spannungsni veau des Hochvolt-Teilnetzes ist. Das Spannungsniveau des Niedervolt-Teilnetzes kann beispielsweise zwischen 12 V und 48 V betragen. Das Niedervolt-Teilnetz kann einen Niedervolt-Energiespeicher aufweisen, beispielsweise eine 12V-Batterie, welche die Steuereinrichtung betreibt. Eine Stromversorgung der Entladeschaltung, insbeson dere der Auslöseschaltung und/oder der Schalteinrichtung, erfolgt bevorzugt über das Hochvolt-Teilnetz, sodass das Entladen des Energiespeichers auch bei Ausfall des Niedervolt-Teilnetzes kontrolliert erfolgen kann.

Der über die Entladeschaltung zu entladende Energiespeicher kann insbesondere ein Energiespeicher einer Filtereinrichtung sein, welche zum Filtern von Strömen und/o der zum Glätten einer Gleichspannung in dem Hochvolt-Teilnetz verwendet wird. Es ist möglich, dass das Hochvolt-Teilnetz mehrere Energiespeicher umfasst, welchen insbesondere auch jeweils eine Entladeschaltung zugeordnet sein kann. Auch ein Ent laden mehrerer Energiespeicher über eine gemeinsame Entladeschaltung ist möglich. Das Hochvolt-Teilnetz kann mit einem weiteren Energiespeicher des Kraftfahrzeug bordnetzes, insbesondere einem Traktionsenergiespeicher eines Kraftfahrzeugs, ver bunden sein.

Weiterhin kann das Hochvolt-Teilnetz eine Last aufweisen, welche im Normalbetrieb des Bordnetzes beispielsweise über den Traktionsenergiespeicher betrieben wird. Bei der Last kann es sich z. B. um einen Inverter zum Betrieb einer elektrischen Maschine oder um eine andere elektrisch betreibbare Komponente, z. B. einen elektrischen Hei zer, einen Klimakompressor oder ähnliches handeln. Das Kraftfahrzeug kann insbe sondere auch mehrere Hochvolt-Teilnetze aufweisen, welche jeweils zum Betrieb un terschiedlicher Arten von Lasten aus demselben Traktionsenergiespeicher verwendet werden. Die mehreren Hochvolt-Teilnetze können dabei jeweils einen Energiespeicher mit einer zugeordneten Entladeschaltung aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Energiespeicher mehrerer Hochvolt-Teilnetze über die Entladeschaltung in einem der Hochvolt-Teilnetze entladen werden können.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Energiespeicher wenigstens einen Kondensator, insbesondere einen X-Kondensator des Hochvolt-Teilnetzes, umfasst. Ein X-Kondensator ist dabei zwischen das positive Potential und das negative Potenti als des Hochvolt-Teilnetzes geschaltet, sodass die Spannung des Hochvolt-Teilnetzes auch nach dem Abtrennen eines weiteren Energiespeichers des Kraftfahrzeugbord netzes, beispielsweise eines Traktionsenergiespeichers, an diesem anliegt. Aufgrund des hohen Spannungsniveaus des Hochvolt-Teilnetzes ist es erforderlich, aus Sicher heitsgründen auch einen als X-Kondensator ausgebildeten oder einen wenigstens ei nen X-Kondensator umfassenden Energiespeicher gezielt entladen zu können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Entladeschaltung wenigstens einen Entladewiderstand umfasst. Der Entladewider stand ist insbesondere in Reihe zu der Schalteinrichtung der Entladeschaltung ge schaltet. Es ist möglich, dass die Entladeschaltung auch ein Netzwerk aus mehreren Entladewiderständen, welche parallel und/oder in Reihe zueinander geschaltet sein können, umfasst. Die Entladeschaltung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, den Energiespeicher innerhalb einer kurzen Zeit, insbesondere innerhalb einer Zeitdauer kleiner als 5 Sekunden, auf ein Spannungsniveau unterhalb von 60V zu entladen.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung mit der Auslöse schaltung über eine elektrisch isolierende Schnittstelle zur Übertragung des Betriebs signals verbunden ist. Die elektrisch isolierende Schnittstelle kann z. B. eine galvani sche Trennung der Steuereinrichtung von der Auslöseschaltung bzw. des Niedervolt- Teilnetzes vom Hochvolt-Teilnetz bewirken. Die isolierende Schnittstelle kann z. B. über eine induktive Kopplung und/oder über eine optische Kopplung, beispielsweise als induktives Koppelelement oder als Optokoppler, realisiert werden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auslöseschaltung einen Signalgenerator und einen Komparator umfasst, wobei der Ausgang des Komparators mit der Schalteinrichtung verbunden ist und durch den Komparator der Spannungspegel eines periodischen, vom Signalgenerator erzeugten Signals mit einer Spannung des Energiespeichers oder einer zur Spannung des Ener giespeichers proportionalen Ersatzspannung vergleichbar ist, wobei die Schalteinrich tung in den Auslöseschaltzustand schaltbar ist, wenn der Spannungspegel des Signal generators größer als die Spannung des Energiespeichers oder die Ersatzspannung ist und wobei die Schalteinrichtung in den Normalbetrieb-Schaltzustand schaltbar ist, wenn der Spannungspegel des periodischen Signals kleiner als die Spannung des Energiespeichers oder die Ersatzspannung ist.

Der Signalgenerator der Auslöseschaltung erzeugt ein periodisches Signal, mittels dem eine periodische Ansteuerung der Schalteinrichtung erfolgen kann. Dazu kann das Signal insbesondere einen sich periodisch ändernden Spannungspegel aufwei sen. Das von dem Signalgenerator erzeugte Signal wird mit Hilfe eines Komparators mit der Spannung des Energiespeichers verglichen. Um zu vermeiden, dass von dem Signalgenerator ein periodisches Signal mit einem Spannungspegel vergleichbar zu dem Spannungsniveau des Hochvolt-Teilnetzes erzeugt werden muss, kann der Spannungspegel des vom Signalgenerator erzeugten Signals mit einer Ersatzspan nung, welche proportional zu der Spannung des Energiespeichers ist, verglichen wer den. Mit fallender Spannung des Energiespeichers nimmt dabei auch die Ersatzspan nung proportional ab. Die Ersatzspannung kann insbesondere der auf ein Niederspan nungsniveau, zum Beispiel im Bereich von 3,3 V, 5 V oder 12 V, herabgesetzten Spannung des Energiespeichers entsprechen, sodass Standardbauteile für den Sig nalgenerator, den Komparator und die weiteren Elemente der Auslöseschaltung ver wendet werden können.

Der Vergleich des Spannungspegels des periodischen, vom Signalgenerator erzeug ten Signals mit dem Komparator erzeugt ein Ausgangssignal am Komparator, welches beispielsweise auf einer logischen Eins legt, wenn der Spannungspegel des vom Sig nalgenerator erzeugten Signal über der Spannung des Energiespeichers bzw. der Er satzspannung liegt. In diesem Zustand kann die Schalteinrichtung in den Auslöse schaltzustand versetzt werden, sodass eine Entladung des Energiespeichers über die Entladeschaltung erfolgen kann. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das periodische Signal ein Dreiecks signal, ein Sägezahnsignal oder eine Überlagerung aus wenigstens einem Dreiecks signal und/oder wenigstens einem Sägezahnsignal ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass durch den Vergleich des Spannungspegels des periodischen Signals mit dem Spannungspegel am Energiespeicher eine quasi pulsweitenmodulierte An steuerung der Schalteinrichtung erfolgt. Da durch das Entladen des Energiespeichers über die Entladeschaltung der Spannungspegel des Energiespeichers sinkt, nimmt der Zeitanteil, in der der Spannungspegel des periodischen Signals größer als der Spannungspegel des Energiespeichers ist, kontinuierlich zu. Mit anderen Worten nimmt der Duty-Cycle der Ansteuerung der Schalteinrichtung zu, wenn die Spannung des Energiespeichers bzw. die zu dieser Spannung proportionale Ersatzspannung ab nimmt.

Durch die Verwendung eines Dreieckssignals, eines Sägezahnsignals oder einer Überlagerung aus wenigstens einem Dreiecksignal und/oder wenigstens einem Säge zahnsignal als periodischem Signal wird somit eine robuste und schaltungstechnisch einfach zu realisierende Ansteuerung der Schalteinrichtung ermöglicht. Gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass insbesondere bei einem hohen Spannungspegel der Spannung am Energiespeicher ein Entladen mit einem geringen Duty-Cycle der Schalteinrichtung erfolgt, sodass das Auftreten eines sehr großen Entladestroms und/oder eine starke Erwärmung der Entladeschaltung vermieden werden können. Zusätzlich ermöglicht der steigende Duty-Cycle bei der fortschreitenden Entladung des Energiespeichers eine schnelle Entladung des Energiespeichers, da der Zeitan teil, in dem der Energiespeicher über die Entladeschaltung entladen wird, mit fallender Spannung am Energiespeicher zunimmt.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der Komparator und/oder der Signal generator jeweils über eine dem Hochvolt-Teilnetz entnommene Versorgungsspan nung betreibbar sind. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Entladung des Energiespeichers unabhängig von dem Betriebszustand des Niedervolt-Teilnetzes erfolgen kann. Die Komponenten der Auslöseschaltung sind somit vollständig unab hängig von dem Niedervolt-Teilnetz betreibbar. Die Versorgung der Auslöseschaltung bzw. ihrer einzelnen Komponenten kann z. B. über eine Versorgungsspannung erfol- gen, welche mit Hilfe eines Spannungsteiles aus der Hochvolt-Spannung des Hoch- volt-Teilnetzes erzeugt wird. Auch eine Versorgung der Auslöseschaltung bzw. ihrer Komponenten über einen Gleichspannungswandler ist möglich. Die Versorgungsspan nung kann dabei beispielsweise über einen Pufferspeicher bereitgestellt werden, so- dass der Betrieb der Entladeschaltung auch bei Abtrennen eines weiteren Energie speichers, wie eines Traktionsenergiespeichers, des Kraftfahrzeugbordnetzes möglich ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Entladeschaltung wenigstens einen Stromsensor umfasst, wobei durch den Stromsensor ein einen in dem Auslöseschaltzustand in der Entladeschaltung fließen den Entladestrom beschreibender Messwert erfassbar ist, wobei die Auslöseschaltung dazu ausgebildet ist, die Schalteinrichtung von dem Auslöseschaltzustand in den Nor- malbetrieb-Schaltzustand zu versetzen, wenn der Messwert des Stromsensors einen vorgegebenen Strom grenzwert übersteigt.

Der Stromsensor umfasst z. B. eine Spannungsmessung an einem Shunt, welcher in Reihe zu der Entladeschaltung geschaltet ist, sodass ein zu dem Entladestrom pro portionale Spannungsabfall gemessen werden kann. Es ist auch möglich, dass der Stromsensor einen Hallsensor umfasst, über welchen eine Spannung proportional zu dem Entladestrom ausgebbar ist. Die Ausgangsspannung des Stromsensors kann z.

B. mit einer Referenzspannung als Stromgrenzwert verglichen werden. Dazu kann z.

B. ein weiterer Komparator eingesetzt werden. Wird über den Stromsensor ein zu gro ßer Entladestrom festgestellt, so kann über die Auslöseschaltung die Schalteinrich tung von dem Auslöseschaltzustand in den Normalbetrieb-Schaltzustand versetzt wer den, sodass ein aktuell vorliegender Entladezustand unterbrochen wird. Auf diese Weise kann das Auftreten von zu großen Strömen in der Entladeschaltung vermieden werden.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Entladeschaltung wenigstens einen Temperatursensor umfasst, wobei durch den Temperatursensor ein eine Temperatur der Entladeschaltung beschreibender Messwert erfassbar ist, wobei die Auslöseschal tung dazu ausgebildet ist, die Schalteinrichtung von dem Auslöseschaltzustand in den Normalbetrieb-Schaltzustand zu versetzen, wenn der Messwert des Temperatur sensors einen vorgegebenen Temperaturgrenzwert übersteigt.

Der Temperatursensor kann z. B. die Temperatur eines Entladewiderstands der Entla deschaltung messen. Durch den Temperatursensor kann z. B. eine zur Temperatur proportionale Spannung erzeugt werden, welche wie vorangehend in Bezug zu dem Stromsensor beschrieben wurde mit einer Referenzspannung als Temperaturgrenz wert verglichen werden kann. Dazu kann ebenfalls ein Komparator eingesetzt werden. Bei dem Auftreten einer zu großen Temperatur in der Entladeschaltung kann somit die Entladung des Energiespeichers unterbrochen werden, um so ein zu starkes Erhitzen der Entladeschaltung zu verhindern.

Bei einem Unterschreiten des jeweils vorgegebenen Grenzwert durch den Messwert des Stromsensors oder des Temperatursensors kann ein erneutes Versetzen der Schalteinrichtung in den Auslöseschaltzustand erfolgen, um das Entladen des Ener giespeichers fortzusetzen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeugbordnetz einen weiteren Energiespeicher, insbesondere eine Hochvolt- Batterie, mit einer Abtrenneinrichtung umfasst, wobei der weitere Energiespeicher über die Abtrenneinrichtung mit dem Hochvolt-Teilnetz verbunden ist und die Ab trenneinrichtung bei Ausbleiben des Betriebssignals von der Auslöseeinrichtung und/oder der Steuereinrichtung zur Abtrennung des weiteren Energiespeichers von dem Hochvolt-Teilnetz ansteuerbar ist. Über den weiteren Energiespeicher des Kraft fahrzeugbordnetzes können ein oder mehrere Hochvolt-Teilnetze bzw. die jeweils in diesen Teilnetzen vorgesehen Lasten betrieben werden. Dabei kann der weitere Ener giespeicher beispielsweise als eine Hochvolt-Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs ausgeführt sein.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugbordnetz kann Teil eines Kraftfahrzeugs sein, für welches die vorangehend beschriebenen Ausgestaltungen und Vorteile des Kraftfahr zeugbordnetzes entsprechend gelten. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug nahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellun gen und zeigen:

Figur 1 ein Kraftfahrzeug umfassend ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs gemäßen Kraftfahrzeugbordnetzes, und

Figur 2 eine Detailansicht des Ausstellungsbeispiels des Kraftfahrzeugbordnet zes.

In Figur 1 ist ein Kraftfahrzeugbordnetz 1 dargestellt, welches Teil eines Kraftfahr zeugs 2 ist. Das Kraftfahrzeugbordnetz 1 umfasst ein Flochvolt-Teilnetz 3 sowie ein Niedervolt-Teilnetz 4.

Das Flochvolt-Teilnetz 3 umfasst einen Energiespeicher 5, welcher als ein X-Konden- sator des Flochvolt-Teilnetzes 3 ausgeführt ist. Das Spannungsniveau im Flochvolt- Teilnetz 3 kann insbesondere zwischen 60 V und 1200 V betragen, beispielsweise sind Spannungsniveaus von 400 V, 600 V oder 800 V für das Flochvolt-Teilnetz 3 möglich.

Das Kraftfahrzeugbordnetz 1 umfasst einen weiteren Energiespeicher 6, welcher als eine Flochvoltbatterie ausgeführt ist und z. B. einen Traktionsenergiespeicher des Kraftfahrzeugs 2 darstellt. Der weitere Energiespeicher 6 ist mit dem Flochvolt-Teilnetz 3 über eine Abtrenneinrichtung 7 verbunden. Über die Abtrenneinrichtung 7 kann der weitere Energiespeicher 6 von dem Flochvolt-Teilnetz 3 getrennt werden. Der Energie speicher 5 ist auch bei abgetrenntem weiterem Energiespeicher 6 noch in das Floch volt-Teilnetz 3 eingebunden.

Weiterhin sind in dem Flochvolt-Teilnetz 3 eine Entladeschaltung 8, welche eine Schalteinrichtung 9 und eine Auslöseschaltung 10 umfasst, sowie ein Inverter 11 vor gesehen. Der Inverter 11 stellt eine Last des Flochvolt-Teilnetzes 3 dar. Über den In verter 11 kann beispielsweise ein elektrischer Traktionsmotor 12 des Kraftfahrzeugs 2 angetrieben werden. Über die Entladeschaltung 8 kann der Energiespeicher 5 entladen werden, beispiel weise wenn das Kraftfahrzeugbordnetz 1 bzw. das Kraftfahrzeug 2 abgeschaltet wird und/oder wenn ein Fehler im Kraftfahrzeugbordnetz 1 oder dem Kraftfahrzeug 2 auf- tritt. Dazu kann der Energiespeicher 5 über die Entladeschaltung 8 kurzgeschlossen werden. Der Aufbau der Entladeschaltung 8 wird nachfolgend in Bezug zu Fig.2 näher erläutert.

Das Niedervolt-Teilnetz 4 umfasst einen Niedervolt-Energiespeicher 13 sowie eine zum Beispiel als Mikrocontroller ausgebildete Steuereinrichtung 14, wobei die Steuer einrichtung 14 mit der Auslöseschaltung 10 über eine isolierende Schnittstelle 15 ver bunden ist. Aufgrund der unterschiedlichen Spannungsniveaus und der unterschiedli chen Funktionen der Teilnetze 3, 4 sind diese über die isolierende Schnittstelle 15 ins besondere galvanisch getrennt. Die isolierende Schnittstelle 15 kann z. B. als ein in duktives Koppelelement und/oder als eine optische Schnittstelle, z. B. als ein Opto koppler, ausgeführt sein.

Um das Entladen des Energiespeichers 5 zuverlässig vornehmen zu können, über trägt die Steuereinrichtung 14 ein Betriebssignal an die Auslöseschaltung 10 der Ent ladeschaltung 8. Im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugbordnetzes 1 bzw. des Kraftfahr zeugs 2 befindet sich die Schalteinrichtung 9 der Entladeschaltung 8 in einem Normal- betrieb-Schaltzustand, in dem keine Entladung des Energiespeichers 5 über die Entla deschaltung 8 erfolgt. Bei Ausbleiben des von der Steuereinrichtung 14 an die Auslö seschaltung 10 übertragenden Betriebssignals erfolgt ein Entladen des Energiespei chers 5.

Das übertragene Betriebssignal kann beispielsweise ein von 0 V verschiedener Span nungspegel sein, welcher z. B. von der Auslöseschaltung 10 als eine logische Eins in terpretiert wird. Entsprechend stellt das Ausbleiben des Betriebssignals bzw. eine übertragene Spannung von 0 V eine logische Null dar. Die Entladeschaltung 8 ist da bei also als „low active“ ausgeführt, das heißt, dass die Auslöseschaltung 10 bei Vor liegen einer logischen Null, was dem ausbleibenden Betriebssignal entspricht, eine Ansteuerung der Schalteinrichtung 9 zum Entladen des Energiespeichers 5 vornimmt. Das Entladen des Energiespeichers 5 bei Ausbleiben des Betriebssignals hat dabei den Vorteil, dass bei einem Ausfall des Niedervolt-Teilnetzes 4, einer Schwankung ei ner Versorgungsspannung in dem Niedervolt-Teilnetz 4 und/oder einem Ausfall bzw. einem Neustart der Steuereinrichtung 14 ein Entladen des Energiespeichers 5 zuver lässig erfolgen kann. Ein von dem Niedervolt-Teilnetz 4 bzw. von der Steuereinrich tung 14 in das Hochvolt-Teilnetz 3 übertragenes Auslösesignal wird vorteilhaft nicht benötigt, sodass für die Entladung des Energiespeichers 5 die Funktion des Nieder- volt-Teilnetzes 4 nicht zwingend erforderlich ist. Auf diese Weise kann ein robustes und zuverlässiges Entladen des Energiespeichers 5 erreicht werden.

Das Kraftfahrzeugbordnetz 1 des Kraftfahrzeugs 2 kann mehrere Hochvolt-Teilnetze 3 aufweisen, welche jeweils zum Betrieb unterschiedlicher Arten von Lasten aus dem weiteren Energiespeicher 6 verwendet werden. Die mehreren Hochvolt-Teilnetze 3 können dabei jeweils einen Energiespeicher 5 mit einer zugeordneten Entladeschal tung 8 aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Energiespeicher 5 mehrerer Hochvolt- Teilnetze 3 über die Entladeschaltung 8 in einem der Hochvolt-Teilnetze 3 entladen werden können.

In Figur 2 ist eine Detailansicht des Kraftfahrzeugbordnetzes 1 dargestellt. Als Be standteil des Niedervolt-Teilnetzes 4 ist lediglich die Steuereinrichtung 14 abgebildet. Die Steuereinrichtung 14 ist mit der isolierenden Schnittstelle 15 verbunden und über trägt über diese das Betriebssignal an die Auslöseschaltung 10. Die Auslöseschaltung 10 umfasst eine Logikschaltung 16, einen Signalgenerator 17, einen Komparator 18 sowie eine Spannungsversorgung 19. Über die Spannungsversorgung 19 können der Signalgenerator 17 sowie der Komparator 18 über das Hochvolt-Teilnetz 3 mit Energie versorgt werden. Auch eine Spannungsversorgung der Logikschaltung 16 kann über die Spannungsversorgung 19 erfolgen. Eine von der Spannungsversorgung 19 bereit gestellte Versorgungsspannung kann dabei beispielsweise über einen Pufferspeicher bereitgestellt werden, sodass der Betrieb der Entladeschaltung 8 auch bei Abtrennen des weiteren Energiespeichers 6 des Kraftfahrzeugbordnetzes 1 möglich ist.

Die Stromversorgung 19 kann beispielsweise einen Spannungsteiler und/oder einen Gleichspannungswandler umfassen, mit welchen das Spannungsniveau des Hochvolt- Teilnetzes 3 auf einen niedrigen Spannungspegel, beispielsweise zwischen 2 V und 12 V, für die Versorgungsspannung herabgesetzt werden kann. Diese ermöglicht das Verwenden von Standardbauteilen für die Logikschaltung 16, den Signalgenerator 17 und den Komparator 18.

Die Logikschaltung 16 der Auslöseschaltung 10 ist dazu ausgebildet, bei Ausbleiben des von der Steuereinrichtung 14 übertragenen Betriebssignals ein Versetzen der Schalteinrichtung 9 in den Auslöseschaltzustand zu bewirken. Dazu kann von der Lo gikschaltung 16 bei Ausbleiben des Betriebssignals von der Steuereinrichtung 14 ein Startsignal einen Signalgenerator 17 übertragen. Dieses Startsignal kann insbeson dere ein Signal mit einem niedrigen Pegel bzw. ein 0 V- Signal sein, wobei der Signal generator 17 als „low active“ ausgeführt ist, mithin also bei Ausbleiben eines einen ho hen bzw. von Null verschiedenen Pegel darstellten Stoppsignals von der Logikschal tung 16 in Betrieb gesetzt wird.

Die Logikschaltung 16 der Auslöseschaltung 10 kann als eine analoge Schaltung aus geführt sein. Es ist auch möglich, dass die Logikschaltung 16 als ein Mikrokontroller oder als eine Kombination aus wenigstens einem Mikrokontroller und wenigstens ei nem analogen Schaltungselement, beispielsweise einem analogen Logikbaustein, ausgeführt ist.

Der Signalgenerator 17 kann insbesondere als Hardware realisiert sein und erzeugt ein periodisches Signal mit einer vorgegebenen Frequenz, beispielsweise von 10 kHz. Das periodische Signal weist insbesondere einen sich periodisch verändernden Span nungspegel auf. Das periodische Signal ist bevorzugt ein Dreieckssignal, ein Säge zahnsignal oder eine Überlagerung aus wenigstens einem Dreieckssignal und/oder wenigstens einem Sägezahnsignal. Das von dem Signalgenerator 17 erzeugte Signal wird an einen ersten Eingang des Komparators 18 ausgegeben. An dem zweiten Ein gang des Komparators 18 liegt die Spannung des Hochvolt-Bordnetzes an, welche im Fall der über die Abtrenneinrichtung 7 abgetrennten, weiteren Energiespeichereinrich tung 6 der Spannung am Energiespeicher 5 entspricht.

Neben einem direkten Verwenden der Spannung am Energiespeicher 5 kann auch eine Ersatzspannung am zweiten Eingang des Komparators 18 anliegen, wobei die Ersatzspannung proportional zu der Spannung am Energiespeicher 5 ist. Dazu kann der Komparator 18 beispielsweise mit einem Spannungsteiler oder einer Gleichspan nungswandler verbunden sein, welcher die Spannung des Hochvolt-Teilnetzes 3 her absetzt. Der Komparator 18 nimmt in diesem Fall einen Vergleich der Spannungspe gel der zur Spannung am Energiespeicher 5 proportionalen Ersatzspannung und des periodischen Spannungspegels des vom Signalgenerator 17 erzeugten Signals vor.

Wenn der Spannungspegel des vom Signalgenerator 17 erzeugten Signals größer als die Spannung des Energiespeichers 5 bzw. die Ersatzspannung ist, wird über das Ausgangssignal des Komparators 18 die Schalteinrichtung 9 von dem Normalbetrieb- Schaltzustand in den Auslöseschaltzustand versetzt. Dazu kann der Ausgang des Komparators 18, zum Beispiel bei niedrigeren Schaltfrequenzen, direkt mit der Schalt einrichtung 9 verbunden sein oder es kann zwischen dem Ausgang des Komparators 18 und der Schalteinrichtung 9 ein Gate-Treiber angeordnet sein, welcher eine höhere Treiberstärke besitzt und den Ausgangspegel des Komparators 18 zum Beispiel von 5 V auf beispielsweise 12V anhebt.

Ist der Spannungspegel des von Signalgenerator 17 erzeugten Signals geringer als die Spannung des Energiespeichers bzw. die Ersatzspannung, so wird aufgrund des Ausgangssignals des Komparators 18 die Schalteinrichtung 9 in den Normalbetrieb- Schaltzustand, in dem keine Entladung erfolgt, versetzt. Vorliegend stellt der Auslöse schaltzustand der Schalteinrichtung 9 den geschlossenen Zustand des beispielhaft dargestellten Schaltelements 20 der Schalteinrichtung 9 dar. Bei geschlossener Schalteinrichtung 20 wird der Energiespeicher 5 über das zwei Entladewiderstände 21 , 22 umfassende Widerstandsnetzwerk der Entladeschaltung 8 entladen.

Durch die Entladeschaltung 8 kann der Energiespeicher 5 in kurzer Zeit unterhalb ein kritisches Spannungsniveau entladen werden. Insbesondere sind das Schaltelement 20 und die Entladewiderstände 21, 22 der Entladeschaltung 8 derart dimensioniert, dass ein Entladen des Energiespeichers 5 unter ein Spannungsniveau von 60 V auch in vollgeladenen Zustand innerhalb von weniger als 5 s erfolgen kann. Das Schaltele ment 20 kann beispielsweise als ein Transistor, insbesondere als ein MOSFET oder als ein IGBT, ausgeführt sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Schalteinrich tung 9 auch wenigstens ein als Relais oder Thyristor ausgeführtes Schaltelement um- fassen. Es ist auch möglich, dass die Entladung über einen einzelnen Entladewider stand erfolgt oder dass ein mehr als zwei Entladewiderstände 21 , 22 umfassendes Widerstandsnetzwerk verwendet wird.

Aufgrund der Verwendung eines periodischen Signals, welches unabhängig von der Spannung des Energiespeichers 5 ist und insbesondere der Form eines Dreieckssig nals, eines Sägezahnsignals oder einer Überlagerung aus wenigstens einem Drei eckssignal und/oder wenigstens einem Sägezahnsignal entspricht, kann erreicht wer den, dass der Energiespeicher 5 bei fallender Spannung mit steigendem Duty-Cycle der Schalteinrichtung 9 über die Entladeschaltung 8 entladen wird. Bei sinkender Spannung des Energiespeichers 5 nimmt der Duty-Cycle zu, da der Zeitanteil, in dem der Spannungspegel des vom Signalgenerators 17 erzeugten Signals größer als die Spannung am Energiespeicher 5 bzw. die herangezogene Ersatzspannung ist. Auf diese Weise nimmt der Zeitanteil, in dem eine Entladung des Energiespeichers 5 über die Entladeschaltung 8 erfolgt, fortlaufend zu, was einer Ansteuerung der Schaltein richtung 9 mit einer Pulsweitenmodulation und steigendem Duty-Cycle entspricht. Diese ermöglicht ein kontrolliertes Entladen des Energiespeichers 5, wodurch insbe sondere das Auftreten hoher Ströme und/oder hoher Temperaturen in der Entla deschaltung 8 vermieden werden können.

Weiterhin umfasst die Entladeschaltung einen Stromsensor 23, welcher vorliegend ei nen Shunt-Widerstand 24 sowie ein Spannungsmessmittel 25, mittels dem die Span nung am Shunt-Widerstand 24 messbar ist, umfasst. Vorgesehen ist außerdem ein Komparator 26, welcher die zum Entladestrom proportionale Spannung des Span nungsmessmittels 25 mit der Ausgangsspannung einer Referenzspannungsquelle 27 vergleicht. Auf diese Weise kann der gemessene Strom mit einem durch die Refe renzspannung der Referenzspannungsquelle 27 vorgegebenen Stromgrenzwert ver glichen werden, wobei durch die Logikschaltung 16 der Auslöseschaltung 10 ein Ent laden des Energiespeichers 5 über die Schalteinrichtung 9 unterbrochen wird, wenn der fließende Entladestrom den vorgegebenen Stromgrenzwert übersteigt.

Um auch ein temperaturabhängiges Abschalten erreichen zu können, umfasst die Ent ladeschaltung 8 weiterhin einen Temperatursensor 28, welcher mit einem Komparator 29 verbunden ist. Der Komparator 29 vergleicht die Ausgangsspannung des Tempera tursensors mit einer Referenzspannung, welche von einer Referenzspannungsquelle

30 vorgegeben wird. Die von der Referenzspannungsquelle 30 bereitgestellte Refe renzspannung entspricht dabei einem Temperaturgrenzwert, mit dem der Messwert des Temperatursensors 28 am Komparator 29 verglichen wird.

Die Referenzspannungsquellen 27, 30 können jeweils als ein Spannungsregler oder als ein Gleichspannungswandler ausgebildet sein oder eine über einen Widerstand steiler bereitgestellte Referenzspannung sein. Der Einsatz des Stromsensors 23 und/oder des Temperatursensors 28 sowie der jeweils für den Grenzwertvergleich verwendeten Komponenten stellt eine zusätzliche Sicherheitsstufe bzw. eine zusätzli che Überwachungsmöglichkeit dar und ist optional.

Die Analogschaltung 16 der Auslöseschaltung 10 ist dazu ausgebildet, bei Überschrei ten des Temperaturgrenzwerts durch den Messwert des Temperatursensors 28 ein Entladen des Energiespeichers 5 über die Entladeschaltung 8 zu unterbrechen. Dazu kann die Schalteinrichtung 9 wieder in den Normalbetrieb-Schaltzustand versetzt wer den. Wenn der gemessene Strom wieder unterhalb des vorgegebenen Stromgrenz werts und die gemessene Temperatur wieder unterhalb des vorgegebenen Tempera turgrenzwerts liegt, kann erneut ein Entladen der Energiespeicher 5 durch die Auslö seschaltung 10 bewirkt werden. Dazu kann erneut das Startsignal von der Auslöse schaltung an den Signalgenerator 17 übermittelt werden, wie vorangehend beschrie ben wurde. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass die Entladeschaltung 8 ei ner thermischen Überlastung bei Entladung des Energiespeichers 5 ausgesetzt ist.

Durch die Steuereinrichtung 14 kann weiterhin auch gezielt eine Entladung des Ener giespeichers 5 vorgenommen werden, indem das Betriebssignal von der Steuerein richtung 14 nicht mehr an die Auslöseschaltung 16 übermittelt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass vor dem Entladen des Energiespeichers 5 der weitere Energiespeicher 6 über die Abtrenneinrichtung 7 von dem Hochvolt-Teilnetz 3 abge trennt wird. Dazu kann ein Ansteuern der Abtrennschaltung 7 über die Steuereinrich tung 14 und/oder über die Auslöseschaltung 10 erfolgen. Entsprechende Verbindun gen zu dem weiteren Energiespeicher 6 bzw. der Auslöseschaltung 7 sowie die Ver- bindungen des Energiespeichers 6 und der Auslöseschaltung 7 zu dem Massepoten zial des Hochvolt-Teilnetzes 3 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in Figur 2 nicht dargestellt.

Bezuqszeichenliste Kraftfahrzeugbordnetz Kraftfahrzeug Hochvolt-Teilnetz Niedervolt-Teilnetz Energiespeicher Energiespeicher Abtrenneinrichtung Entladeschaltung Schalteinrichtung Auslöseschaltung Inverter Traktionsmotor Niedervolt-Energiespeicher Steuereinrichtung Schnittstelle Logikschaltung Signalgenerator Komparator Spannungsversorgung Schaltelement Entladewiderstand Entladewiderstand Stromsensor Shunt-Widerstand Spannungsmessmittel Komparator Referenzspannungsquelle Temperatursensor Komparator Referenzspannungsquelle