Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor, insbesondere ein Hybridoder Elektrofahrzeug.

Kraftfahrzeuge, welche zu ihrem Antrieb ausschließlich oder bei Bedarf einen Elektromotor nutzen, verfügen in der Regel über ein Hochvolt-Bordnetz mit einem Hochvolt-Energiespeicher, mit dem der Elektromotor gespeist wird. Solche Kraftfahrzeuge verfügen darüber hinaus über ein Kleinspannungs-Bordnetz mit einem Kleinspannungs-Energie- speicher. Über das Kleinspannungs-Bordnetz werden elektrische Verbraucher im Kraftfahrzeug mit Energie versorgt. Dabei ist es bekannt, dass eine elektrische Signalleitung durch das Kleinspannungs-Bordnetz im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs bestromt wird. Im Notfallbetrieb wird diese elektrische Signalleitung unterbrochen, woraufhin der Hochvolt-Energiespeicher vom restlichen Hochvolt-Energienetz getrennt wird.

Zur Trennung der oben beschriebenen elektrischen Signalleitung werden im Stand der Technik pyrotechnische Elemente verwendet, welche auch einen Lastpfad zwischen dem Kleinspannungs-Bordnetz und einem Generator trennen. Pyrotechnische Elemente können zwar eine schnelle Trennung von hohen Lasten gewährleisten, sie sind jedoch aufwändig und teuer. Deshalb sollten sie in obiger Signalleitung möglichst durch andere Elemente ersetzt werden, welche jedoch weiterhin eine kurze Schaltzeit gewährleisten.

Die Druckschrift DE 10 2010 029 806 A1 offenbart ein elektrisches System für ein Fahrzeug mit einer elektrischen Leistungsquelle zum Antrieb des Fahrzeugs. Über die Betätigung eines Schalters wird die Leistungsquelle vom Bordnetz getrennt und mit einer Kurzschlussleitung verbunden. Dabei ist in der Leistungsquelle ein Separator verbaut, der durch die Wärme des Kurzschlussstroms in der Kurzschlussleitung die Trennung der Kurzschlussleitung bewirkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einem Elektromotor zu schaffen, dessen Hochvolt-Energiespeicher über eine von einem Kleinspannungs-Bordnetz gespeiste Signalleitung einfach und schnell von dem Hochvolt-Bordnetz getrennt werden kann. Diese Aufgabe wird durch das Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist mit einem Elektromotor ausgestattet, der zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitgestellt ist. Der Elektromotor kann dabei ggf. auch zur Rekuperation von Energie im Generatorbetrieb genutzt werden. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst ein Hochvolt-Bordnetz mit einem Hochvolt-Energiespeicher, über den elektrische Energie für den Elektromotor bereitgestellt wird. Darüber hinaus ist im Kraftfahrzeug ein Kleinspannungs-Bordnetz zur elektrischen Versorgung einer Anzahl von Verbrauchern vorgesehen, wobei das Kleinspannungs-Bord einen Kleinspannungs- Energiespeicher umfasst. Hier und im Folgenden sind unter einem Hochvolt-Energiespeicher und einem Kleinspannungs-Energiespeicher solche Energiespeicher zu verstehen, die Gleichspannung und damit Gleichstrom zur Verfügung stellen. Demzufolge wird zum Antrieb des Elektromotors ein Wechselrichter zwischengeschaltet. Vorzugsweise ist der Hochvolt-Energiespeicher und/oder der Kleinspannungs-Energiespeicher eine Batterie.

In dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist eine elektrische Signalleitung vorgesehen, die im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs über die Spannung des Kleinspannungs- Bordnetzes bestromt wird und ohne Bestromung eine Trennung des Hochvolt-Energiespeichers vom Hochvolt-Bordnetz bewirkt. Die Signalleitung führt von dem Kleinspannungs-Bordnetz zum Hochvolt-Bordnetz. In dem Kraftfahrzeug ist ferner eine Unterbrechungseinrichtung vorgesehen, um die Signalleitung in Antwort auf ein Steuersignal zu unterbrechen, welches von einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs ausgegeben wird, wenn das Kraftfahrzeug in einen Notbetriebszustand übergeht, der vom Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs abweicht.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zeichnet sich durch eine neuartige Ausgestaltung einer Unterbrechnungseinrichtung aus. Die Unterbrechungseinrichtung umfasst eine Schmelzsicherung und einen Widerstand, die in der Signalleitung vorgesehen sind, sowie einen ersten und einen zweiten Schalter, die vorzugsweise Halbleiterschalter, wie z.B. Transistoren, sind.

In einer vorgegebenen Richtung der Signalleitung, die sich von dem Kleinspannungs- Bordnetz zu dem Hochvolt-Bordnetz erstreckt, ist die Schmelzsicherung vor dem Wider- stand angeordnet. Darüber hinaus ist der erste Schalter in einer ersten elektrischen Leitung vorgesehen, welche die Signalleitung an einem Anschlusspunkt hinter dem Widerstand in der vorgegebenen Richtung mit Masse verbindet. Demgegenüber ist der zweite Schalter in einer zweiten elektrischen Leitung vorgesehen, welche die Signalleitung an einem Anschlusspunkt zwischen der Schmelzsicherung und dem Widerstand mit Masse verbindet. Die Unterbrechnungseinrichtung ist derart konfiguriert, dass der erste und zweite Schalter im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs geöffnet sind und in Antwort auf das Steuersignal geschlossen werden. Im geschlossenen Zustand der Schalter wird dabei die Signalleitung durch Trennung der Schmelzsicherung unterbrochen. Mit anderen Worten bewirkt das Schließen des ersten und zweiten Schalters einen Kurzschlussstrom in der Signalleitung, der zum Schmelzen der Schmelzsicherung und damit zur Trennung der Signalleitung führt.

Die Erfindung weist den Vorteil auf, dass der oben beschriebene erste Schalter sofort nach dessen Schließen den Strom auf der Signalleitung hin zu Masse ableitet, so dass auf der Signalleitung kein Strom mehr zum Hochvolt-Bordnetz geführt wird. Auf diese Weise überbrückt der erste Schalter die Zeitspanne bis zum Schmelzen der Schmelzsicherung, so dass bereits beim Schließen des ersten und zweiten Schalters die Stromzufuhr zum Hochvolt-Bordnetz unterbunden wird, auch wenn die Schmelzsicherung die Signalleitung noch nicht getrennt hat. Nach einer bestimmten Zeitspanne folgt dann das Schmelzen der Schmelzsicherung und damit die irreversible Trennung der Signalleitung, welche zum effizienten Schutz in einem Notbetriebszustand zwingend erforderlich ist. Die erfindungsgemäße Unterbrechungseinrichtung stellt eine Ersatzlösung für ein teures pyrotechnisches Element dar und kann in diesem Sinne als elektrisch emulierte Pyrosicherung aufgefasst werden. Es werden dabei genauso schnelle Schaltzeiten wie bei pyrotechnischen Elementen erreicht, wobei die Unterbrechungseinrichtung jedoch deutlich kostengünstiger als ein pyrotechnisches Element ist.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Hochvolt-Bordnetz des Kraftfahrzeugs ein oder mehrere Schaltbauteile, welche über die Signalleitung ansteuerbar sind, wobei das oder die Schaltbauteile bei Bestromung der Signalleitung geschlossen sind und ohne Bestromung der Signalleitung geöffnet werden, um hierdurch den Hochvolt-Energiespeicher vom Hochvolt-Bordnetz zu trennen. Die Schaltbauteile können dabei unterschiedlich ausgestaltet sein. Vorzugsweise sind zumindest ein Teil der Schaltbauteile und insbesondere alle Schaltbauteile Schütze.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs umfasst das Hochvolt- Bordnetz einen DC-DC-Wandler zur Zufuhr von Strom aus dem Hochvolt-Energiespeicher zu dem Kleinspannungs-Bordnetz , wobei der DC-DC-Wandler bei Bestromung der Signalleitung aktiviert ist und ohne Bestromung der Signalleitung deaktiviert ist. Im deaktivierten Zustand des DC-DC-Wandlers ist der Kleinspannungs-Energiespeicher vom Hochvolt- Energiespeicher getrennt. Mit dieser Variante der Erfindung wird über die Signalleitung im Falle eines Notbetriebszustands des Kraftfahrzeugs auch der Kleinspannungs-Energiespeicher vom Hochvolt-Bordnetz abgekoppelt.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kraftfahrzeug eine Sensorik zur Erkennung des Notbetriebszustands, wobei das Steuergerät derart ausgestaltet ist, dass es bei Erkennung des Notbetriebszustands durch die Sensorik das Steuersignal zum Schließen des ersten und zweiten Schalters ausgibt. Die Sensorik kann je nach Ausgestaltung im Steuergerät integriert sein oder auch von diesem getrennt sein. Vorzugsweise ist die Sensorik eine Unfallsensorik, welche mittels einer Anzahl von Sensoren als Notbetriebszustand einen Unfall des Kraftfahrzeugs erkennt. Die Sensoren können dabei in an sich bekannter Weise z.B. Drehratensensoren und/oder Beschleunigungssensoren umfassen. Das Steuergerät ist in einer bevorzugten Variante der Erfindung ein Airbag-Steuergerät.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Kleinspannungs- Bordnetz eine Spannung von 60 V oder weniger, insbesondere von 12 V, auf. Demgegenüber weist das Hochvolt-Bordnetz vorzugsweise eine Spannung von über 60 V auf, insbesondere zwischen mehr als 60 V und maximal 1500 V, besonders bevorzugt zwischen 300 V und 1500 V, und vorzugsweise von 400 V. Darüber hinaus ist das Kraftfahrzeug vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Signalleitung im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs mit einem Strom von 20 mA oder weniger bestromt wird. Der oben beschriebene Widerstand liegt in einer bevorzugten Variante zwischen 100 Ω und 1000 Ω.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Fig. 1 detailliert beschrieben. Diese Figur zeigt ein schematisches Schaltbild mit einer Unterbre- chungseinrichtung zur Trennung einer elektrischen Signalleitung in einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand eines Kraftfahrzeugs beschrieben, das elektrisch mittels eines Elektromotors angetrieben werden kann, der über einen Hochvolt-Energiespeicher in Form einer Hochvolt-Batterie mit elektrischem Strom versorgt wird. Der Elektromotor kann dabei bei Bedarf auch als Elektrogenerator arbeiten und im Rekuperationsbetrieb elektrische Energie generieren, die dann in der Hochvolt- Batterie gespeichert wird.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung die erfindungswesentlichen Komponenten des entsprechenden Kraftfahrzeugs. Das Fahrzeug umfasst ein Hochvolt-Bordnetz 1 , zu dem der bereits oben beschriebene Elektromotor 2 sowie die Hochvolt-Batterie 3 gehört. Das Hochvolt-Bordnetz 1 umfasst ferner eine Mehrzahl von Schützen, deren Gesamtheit durch das Bezugszeichen 4 angedeutet ist, sowie eine DC-DC-Wandler 5, der Gleichstrom aus der Hochvolt-Batterie in einen Gleichstrom mit niedriger Stromstärke wandelt, um diesen Gleichstrom der mit Bezugszeichen 6 bezeichneten Kleinspannungs-Batterie eines Klein- spannungs-Bordnetzes 10 zuzuführen. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist die elektrische Verbindung zwischen dem DC-DC-Wandler 5 und der Kleinspannungs-Batterie 6 nicht in Fig. 1 dargestellt. In der hier beschriebenen Ausführungsform liegt die Spannung des Hochvolt-Bordnetzes 1 bei in etwa 400 V. Demgegenüber hat das Kleinspannungs- Bordnetz 10 eine Spannung Ubatt von in etwa 12 V.

Mittels des Kleinspannungs-Bordnetzes 10 werden verschiedene Verbraucher im Kraftfahrzeug mit Strom versorgt, wobei in Fig. 1 lediglich schematisch einige solche Verbraucher 7 wiedergegeben sind. Die Verbraucher können je nach Betriebsart durch die Kleinspannungs-Batterie 5 oder auch durch einen Generator im Kleinspannungs-Bordnetz gespeist werden. Bei den Verbrauchern kann es sich beispielsweise um das Navigationssystem im Kraftfahrzeug, Assistenzsysteme im Kraftfahrzeug, die Beleuchtung des Kraftfahrzeugs und dergleichen handeln. Darüber hinaus stellen auch das weiter unten beschriebene Steuergerät 8 sowie die weiter unten beschriebene Unfallsensorik 9 Verbraucher dar, welche über das Kleinspannungs-Bordnetz 10 gespeist werden. Zwischen dem Kleinspannungs-Bordnetz 10 und dem Hochvolt-Bordnetz 1 erstreckt sich eine elektrische Signalleitung Sl, die auf dem Potential Ubatt liegt. Die Signalleitung Sl verläuft in der Dar- Stellung der Fig. 1 von dem Kleinspannungs-Bordnetz zunächst senkrecht nach unten hin zu einem Anschlusspunkt AP' und erstreckt sich dann von dem Anschlusspunkt in horizontaler Richtung nach rechts bis zum Hochvolt-Bordnetz 1 . Diese Verlaufsrichtung ist durch den Pfeil P in Fig. 1 angedeutet. Im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs ist die Signalleitung mit einem niedrigen Strom im Bereich zwischen 20 mA und 100 mA bestromt.

Mittels der Signalleitung Sl werden unter anderem die Schütze 4 sowie der DC-DC- Wandler 5 angesteuert. Bei bestromter Signalleitung Sl sind die Schütze 4 geschlossen und der DC-DC-Wandler 5 ist aktiviert. Ohne Bestromung der Signalleitung Sl werden die Schütze 4 geöffnet, wodurch die Hochvolt-Batterie 2 vom restlichen Hochvolt-Bordnetz 1 getrennt wird. Ferner wird ohne Bestromung der Signalleitung Sl der DC-DC-Wandler deaktiviert. Durch eine Veränderung der Bestromung der Signalleitung Sl wird somit eine Schutzfunktion im Kraftfahrzeug zum Abschalten des Hochvolt-Bordnetzes 1 erreicht.

Zur Unterbrechung der Signalleitung Sl, die im Falle eines Unfalls durchgeführt wird, ist eine schnell ansprechende Unterbrechungsschaltung vorgesehen, welche eine Schmelzsicherung FU, einen Widerstand R sowie zwei Schalter S1 und S2 umfasst. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind der Widerstand und die Schalter Teil eines Airbag- Steuergeräts 8, das im Falle eines Unfalls beide Schalter S1 und S2 über ein entsprechendes Steuersignal CS öffnet. Hierzu kommuniziert das Steuergerät 8 mit einer Un- fallsensorik 9, wie durch den Doppelpfeil DP angedeutet ist. In an sich bekannter Weise enthält die Unfallsensorik eine Mehrzahl von Sensoren, über welche ein Unfall des Kraftfahrzeugs erfasst wird. Die Sensoren umfassen unter anderem Beschleunigungssensoren und Drehratensensoren. Wird ein Unfall über die Unfallsensorik 9 erkannt, löst das Air- bag-Steuergerät 8 zum einem die Airbags im Kraftfahrzeug aus und gibt zum anderen das Steuersignal CS an die Schalter S1 und S2, welche sich daraufhin schließen. Die Schalter S1 und S2 sind an sich bekannte Halbleiterschalter, wie z.B. FETs (Field Effect Transistor).

Der Schalter S1 ist in einer Leitung L1 vorgesehen, die am Anschlusspunkt AP hinter dem Widerstand R mit Masse bzw. GND verbunden ist. Demgegenüber ist der Schalter S2 in einer Leitung L2 vorgesehen, die am Anschlusspunkt AP' zwischen der Schmelzsicherung FU und dem Widerstand R mit der Signalleitung Sl verbunden ist. Der Widerstand R liegt zwischen 100 Ω und 1000 Ω. Durch die dargestellte Unterbrechungsschaltung aus Schmelzsicherung FU, Widerstand R und Schaltern S1 und S2 kann die Leitung Sl sehr schnell stromlos geschaltet werden, was bei der ausschließlichen Verwendung der Schmelzsicherung FU nicht möglich ist. Die Reaktionszeit der Unterbrechung des Stroms liegt im Bereich von weniger als 100 με im Gegensatz zu 20 bis 30 ms, falls zur Unterbrechung nur die Schmelzsicherung FU genutzt wird. Die Unterbrechung der Leitung erfolgt somit ähnlich schnell wie bei herkömmlicherweise verwendeten Pyroschaltern, jedoch sind die Kosten der Unterbrechungseinrichtung wesentlich geringer.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Stromunterbrechung der Leitung Sl durch die Unterbrechungseinrichtung beschrieben. Im Falle eines Unfalls werden zunächst die beiden Schalter S1 und S2 mittels des entsprechenden Steuersignals CS geschlossen. Der geschlossene Schalter S1 bewirkt dabei, dass der Strom auf der Signalleitung Sl über den Widerstand R zu Masse GND fließt, wodurch kein Strom mehr zum Hochvolt-Bordnetz geführt wird. Darüber hinaus fließt ein Kurzschlussstrom über die Schmelzsicherung FU und die Leitung L2 von dem Kleinspannungs-Bordnetz 10 zu Masse. Dies bewirkt ein Schmelzen der Sicherung FU und damit eine irreversible Trennung der Signalleitung Sl. Die Schmelzsicherung benötigt jedoch eine gewisse Reaktionszeit bis zum Durchschmelzen. Um dennoch sofort nach Schließen der Schalter S1 und S2 die Stromzufuhr über die Signalleitung zu unterbinden, wird der oben beschriebene Schalter S1 genutzt, der nach Schließen unmittelbar den Strom zu Masse abführt, bis die Schmelzsicherung FU aufgrund des Kurzschlussstroms schmilzt und die Signalleitung Sl trennt.

Die im Vorangegangenen beschriebene Ausführungsform der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere muss zur Trennung einer Hochvolt-Batterie vom Hochvolt-Bordnetz kein teures pyrotechnisches Element als Sicherung genutzt werden. Vielmehr kann hierfür eine kostengünstige Unterbrechungsschaltung aus Schmelzsicherung, Widerstand und Schaltern verwendet werden, deren Reaktionszeit jedoch im Bereich derjenigen eines pyrotechnischen Elements liegt. Darüber hinaus wird genauso wie bei Pyro- sicherungen die Irreversibilität der Trennung des Signalpfads durch die Schmelzsicherung gewährleistet. Bezugszeichenliste

1 Hochvolt-Bordnetz

2 Elektromotor

3 Hochvolt-Batterie

4 Schütze

5 DC-DC-Wandler

6 Kleinspannungs-Batterie

7 Elektrische Verbraucher

8 Airbag-Steuergerät

9 Unfallsensorik

10 Kleinspannungs-Bordnetz

FU Schmelzsicherung

R Widerstand

Sl elektrische Signalleitung

S1 , S2 Schalter

L1 , L2 elektrische Leitungen

CS Steuersignal

AP, AP' Anschlusspunkte

P Pfeil

DP Doppelpfeil

GND Masse

Ubatt Spannung des Kleinspannungs-Bordnetzes