Verfahren zum Erfassen eines Isolationsfehlers in einem Fahrzeugbordnetz und Fahrzeug-Überspannungsschutzschaltung

Es ist bekannt, Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb oder anderen elektrischen Komponenten auszustatten. Um hohe Leistungen zu erreichen, insbesondere zur Traktion, werden hohe Spannungen verwendet, beispielsweise von 400 Volt oder mehr, die im Gegensatz zu den ansonsten üblichen 12 Volt Bordnetzen eine Gefahr für den Menschen darstellen können.

Aus diesem Grund werden Fahrzeuge, die ein Bordnetz mit hoher Spannung aufweisen (d.h. ein Hochvoltbordnetz - HV-Bordnetz), mit einer Isolation versehen, welche das HV-Bordnetz von dem restlichen Bordnetz und dem Massepotential, insbesondere vom Chassis des Fahrzeugs, elektrisch trennt.

Da ein Fehler in der Isolation zu einer Berührspannung führen kann, die für den Menschen schädlich, wenn nicht tödlich ist, werden weitere Mechanismen zur Überwachung dieser Isolation vorgesehen. Eine derartige Isolationsüberwachung erfasst die beiden HV-Potentiale des HV-Netzes gegenüber Masse, um so Isolationswiderstände gegenüber Masse (Chassis) zu ermitteln. Besteht jedoch ein hochohmiger Isolationsfehler, so kann ein Teil des Niedervoltbordnetzes unerkannt mit einem gefährlichen HV-Potential verbunden sein.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich ein Isolationsfehler zwischen einem HV-Bordnetzzweig und einem Niedervoltbordnetzzweig (LV-Bordnetzzweig) erfassen lässt, insbesondere auch wenn der Isolationsfehler hochohmig ist, um so weitere Schutzmaßnahmen zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst, durch das Verfahren und die Fahrzeug- Überspannungsschutzschaltung nach den unabhängigen Ansprüchen. Weitere Merkmale, Ausführungsformen, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen sowie mit der Figur und der Beschreibung.

Es wird vorgeschlagen, eine Spannungsbegrenzungsschaltung im LV-Bordnetzzweig (entsprechend einem Niedervoltbordnetzzweig) vorzusehen, so dass ein Stromfluss durch diese Schaltung anzeigt, dass ein HV-Potential mit einem Versorgungspotential des LV-Bordnetzzweigs verbunden ist. Beispielsweise eine Kommunikations-, Steuer- oder Sensorkomponente oder -Leitung (eines LV- Bordnetzzweigs) kann durch einen Isolationsfehler mit einem HV-Potential in Kontakt kommen. Jedoch kann abhängig von der Komponente diese ohne merklichen oder ohne überwachten Stromfluss durchbrennen, so dass das LV-Potential zwar aufgrund der durchgebrannten Komponente nicht mit dem Rest LV-Bordnetzzweig in Berührung kommt, jedoch eine Leitung oder eine andere Komponente des LV- Bordnetzes das HV-Potential führt. Durch die Spannungsbegrenzungsschaltung wird somit ein dezidiertes und verlässliches Element geschaffen, das einen erfassbaren und verlässlichen Stromfluss hervorruft, wenn durch Isolationsfehler ein HV-Potential mit dem Potential des LV-Bordnetzzweigs in Kontakt kommt.

Wenn beispielsweise eine Leitung eines Niedervolt-Sensorgeräts (oder eines anderen LV-Geräts), der an den LV-Bordnetzzweig angeschlossen ist, durch einen Isolationsfehler mit einem HV-Potential in Kontakt kommt, so kann etwa eine Eingangsstufe (allgemeiner: Daten- oder Meßschnittstelle) des Sensorgeräts, an die die Sensorleitung angeschlossen ist, unbemerkt durchbrennen, so dass kein Stromfluss zwischen dem HV-Bordnetzzweig und dem LV-Bordnetzzweig besteht. Jedoch verbleibt die Sensorleitung am HV-Potential aufgrund des Isolationsfehlers und es besteht auch kein erfassbarer Stromfluss aufgrund der durchgebrannten Eingangsstufe. Über diese Sensorleitung könnte dann ein HV-Potential an weitere Komponenten gelangen, insbesondere da das Sensorgerät und dessen Leitung nicht für Hochvolt-Anwendungen ausgelegt ist und somit auch keine entsprechende Isolation aufweist. Ähnliches gilt für Kommunikations- oder Steuergeräte des LV- Bordnetzzweigs und deren Schnittstelle.

Zur Absicherung sollte vorzugsweise jede NV-Komponente oder NV-Leitung oder jedes NV-Potential über eine Spannungsbegrenzungsschaltung mit dem Massepotential verbunden sein. Um die Anzahl der erforderlichen Spannungsbegrenzungselemente zu reduzieren, wird vorgeschlagen, zumindest eine der schützenden Leitungen oder Potentiale oder Komponenten über mehrere Dioden mit einem Spannungsbegrenzungselement zu verbinden. Dieses ist an das Massepotential des Fahrzeugbordnetzes angeschlossen. Damit bilden die Dioden ein Netzwerk, das erlaubt, mehrere zu schützende Potentiale mit dem gleichen Spannungsbegrenzungselement (oder mit den gleichen beiden Spannungsbegrenzungselementen) zu verbinden. Mehrere LV-Potentiale können dadurch mit dem gleichen Spannungsbegrenzungselement geschützt werden. Es ergeben sich Kosten- und Bauraumvorteile, da Dioden günstiger und kleiner sind als Spannungsbegrenzungselemente, insbesondere bei einer Auslegung für mehrere Ampere oder mehrere 100 Ampere Spitzenbelastung.

Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren lässt sich mittels der Spannungsbegrenzungsschaltung für zahlreiche LV-Potentiale auf kostengünstige Weise gezielt ein Stromfluss erzeugen, der nicht von dem Durchbrennverhalten beispielsweise einer (Daten-)Schnittstelle eines Sensorgeräts, einer Schnittstelle eines Kommunikationsgeräts oder eines Steuergeräts abhängt oder von anderen Elementen des LV-Bordnetzzweigs, wenn ein HV-Potential an dieses gelangt. Durch die Spannungsbegrenzungsschaltung lässt sich für zahlreiche LV-Potentiale erfassbar und sicher ein Stromfluss erkennen, der darauf hinweist, dass ein HV- Potential an einer Komponente des LV-Bordnetzzweigs angelegt ist.

Insbesondere lässt sich die Spannungsbegrenzungsschaltung auf einfache Weise an die Spannung des HV-Bordnetzes anpassen, wobei dies für LV-Komponenten nicht automatisch der Fall ist. Mit der hier beschriebenen Vorgehensweise lässt sich insbesondere erkennen, wenn ein HV-Potential an einer Komponente des LV- Bordnetzzweigs (etwa eine Steuer- Kommunikations- oder Sensorkomponente) anliegt, auch wenn kein erfassbarer Strom aufgrund des Isolationsfehlers fließt. Beispielsweise eine aktive Messung des Isolationswiderstands würde einen derartigen Sensorfehler nicht verlässlich erfassen, insbesondere wenn durch Durchbrennen eines Bauteils in der LV-Komponente die Verbindung zwischen der daran angeschlossenen Leitung (Niedervolt) und dem restlichen LV-Bordnetzzweig nicht gegeben ist. Die Begriffe LV-Komponente und LV-Gerät (etwa in Steuer- Kommunikations- oder Sensorgerät) sind hier Synonyme. Insbesondere stellt die verwendete Schaltung selbst ein Schutz vor Überspannung dar, da der bei Überspannung fließende Strom dazu führt, dass die Überspannung abgebaut wird.

Es wird daher ein Verfahren zum Erfassen eines Isolationsfehlers in einem Fahrzeugbordnetz beschrieben. Das Fahrzeugbordnetz weist hierbei einen HV- Bordnetzzweig sowie einen LV-Bordnetzzweig auf. Der FIV-Bordnetzzweig kann auch als Flochvolt-Bordnetzzweig bezeichnet werden. Der LV-Bordnetzzweig kann auch als Niedervolt-Bordnetzzweig bezeichnet werden. Die Vorsilbe „Hochvolt“ bzw. „HV-“ definiert Komponenten oder Bordnetzzweige oder Abschnitte hiervon, die mit Betriebsspannungen von mehr als 60 Volt, insbesondere mindestens 200, 400, 600, 800 oder 100 Volt arbeiten. Diese stellen eine Gefahr für den Menschen dar, falls dieser in Kontakt mit der Betriebsspannung kommt. Die Vorsilben „LV-“ und „Niedervolt“ sind synonym und bedeuten eine Betriebsspannung von weniger als 60 Volt, insbesondere von beispielsweise 12 bis14 Volt, davon im Wesentlichen 24 Volt oder im Wesentlichen 48 Volt. Diese Betriebsspannungen erfordern keine besonderen Maßnahmen, um einen Kontakt mit der betreffenden Betriebsspannung zu vermeiden.

Der LV-Bordnetzzweig kann ein positives Versorgungspotential und ein negatives Versorgungspotential haben. Der LV-Bordnetzzweig hat mindestens ein erstes LV- Potential (ein Signalpotential oder ein positives Versorgungspotential oder anderes) und ein hierzu verschiedenes zweites, negatives LV-Potential. Das zweite LV- Potential entspricht insbesondere einem Massepotential des Fahrzeugbordnetzes. Das erste LV-Potential kann ein positives Potential sein. Bei einem Signalpotential hängt das Vorzeichen von der Signalform ab, so dass dem ersten Potential ein positives oder negatives Potential (ggü. dem Massepotential) sein kann, oder nicht einem bestimmten Vorzeichen zugeordnet sein kann.

Der HV-Bordnetzzweig hat ein positives HV-Potential und ein negatives HV-Potential. Diese Potential sind galvanisch von den Potentialen des LV-Bordnetzzweigs getrennt. Ein Isolationsfehlerzwischen mindestens einem der HV-Potentiale und dem ersten LV-Potential wird erfasst, indem ein Stromfluss durch eine Spannungsbegrenzungsschaltung erkannt wird. Der Stromfluss kann aus einer anderen (elektrischen) Größe abgeleitet sein oder kann gemessen werden. Die Spannungsbegrenzungsschaltung ist zwischen dem Massepotential und dem mindesten einen ersten LV-Potential angeschlossen. Das mindestens eine erste LV- Potential ist über mehrere Dioden D mit einem Spannungsbegrenzungselement verbunden. Das Spannungsbegrenzungselement ist an das Massepotential des Fahrzeugbordnetzes (d.h. an das zweite LV-Potential des LV-Bordnetzes) angeschlossen.

Das negative Versorgungspotential entspricht einem Massepotential des Fahrzeugbordnetzes, insbesondere dem Chassis-Potential. Der HV-Bordnetzzweig weist ein positives und ein negatives HV-Potential auf. Diese beiden HV-Potentiale sind galvanisch von den Potentialen des LV-Bordnetzzweigs getrennt. Diese galvanische Trennung basiert insbesondere auf einer (elektrischen) Isolation, wobei hier beschrieben wird, wie ein Fehler in dieser Isolation erfasst werden kann. Die HV- Potentiale haben keinen Bezug zum Massepotential, um so einen gefährdeten Strom bei Berühren zu vermeiden.

Es wird ein Isolationsfehler zwischen mindestens der HV-Potentiale und einem der LV-Potentiale erfasst, insbesondere dem ersten LV-Potential. Als erstes LV-Potential wird hierbei ein gegenüber Masse positives (oder negatives) LV-Potential bezeichnet, sowie Potentiale, die nicht Masse sind, etwa Signalpotentiale wie Steuer-, Daten oder Meßsignale.

Die HV-Potentiale Versorgungspotentiale. Das erste LV-Potential kann ein positives LV-Versorgungspotential sein, kann jedoch auch ein Potential eines Leiters sein, beispielsweise eines Sensor-, Kommunikations- oder Steuerleiters oder einer anderen Komponente.

Der Isolationsfehler wird erfasst durch Erkennen eines Stromflusses durch eine Spannungsbegrenzungsschaltung. Diese Spannungsbegrenzungsschaltung ist zwischen dem Massepotential und dem ersten LV-Potential (d.h. dem zu überwachenden Potential) angeschlossen. Die Spannungsbegrenzungsschaltung ist eingerichtet, unterhalb einer Durchbruchsspannung nicht zu leiten und oberhalb dieser Spannung zu leiten. Dadurch gibt der Stromfluss eine zu hohe Spannung an, d.h. eine Spannung oberhalb einer Durchbruchsspannung der Spannungsbegrenzungsschaltung.

Diese Durchbruchsspannung ist größer als die maximale Betriebsspannung bzw. Nennspannung des LV-Bordnetzzweigs, sodass ein Stromfluss nur dann zustande kommt, wenn das erste LV-Potential gegenüber Masse eine zu hohe Spannung aufweist. Eine zu hohe Spannung ist hierbei eine Spannung, die über der Durchbruchsspannung liegt, insbesondere die über einem vorgegebenen Wert oder über der Maximal-Betriebsspannung des LV-Bordnetzzweigs liegt. Da die Spannungsbegrenzungsschaltung mit spezifischen Merkmalen ausgestattet ist, nämlich einem Stromfluss oberhalb einer bestimmten Durchbruchsspannung, während beispielsweise Komponenten oder Geräte wie Sensorauswerteschaltungen, Kommunikationsschaltungen, Steuerschaltungen und Ähnliches nicht notwendigerweise diese Merkmale aufweisen, kann mittels der Spannungsbegrenzungsschaltung zuverlässig eine zu hohe Spannung an dem ersten LV-Potential erkannt werden, auch wenn ansonsten kein Strom vom HV- Bordnetzzweig zur Masse fließt, das heißt auch wenn durch aktive Isolationswiderstandsmessung der Fehler nicht eindeutig erkannt werden kann. Insbesondere die betreffenden Schnittstellen, über die eine Leitung an die betreffende Komponente angeschlossen ist, haben kein verlässliches Verhalten bei Überspannung, insbesondere da auch diese für eine Niederspannung (< 60 V) ausgelegt sind.

Der Stromfluss kann erkannt werden durch Erfassen eines Stromflusses durch das Spannungsbegrenzungselement. Hierbei wird insbesondere der Strom gemessen, der durch das Spannungsbegrenzungselement fließt, oder eine Größe, aus der sich der Strom ableiten lässt oder die kennzeichnen für die Stärke des Stroms ist. Bei einer Vielzahl von ersten LV-Potentialen wird die Stromstärke über das (gemeinsam dem ersten LV-Signalen nachgeschaltete) Spannungsbegrenzungselement zu messen, das den ersten LV-Potentialen über Dioden nachgeschaltet ist. Daher können mit nur einer dem Spannungsbegrenzungselement zugeordneten Messvorrichtung, die den Strom durch das Spannungsbegrenzungselement direkt oder indirekt ermitteln kann, Isolationsfehler in mehreren ersten LV-Potentialen erkannt werden. Vorzugsweise sind für beide Polaritäten jeweils ein Spannungsbegrenzungselement vorgesehen, so dass die ersten LV-Potentiale über eine erste Gruppe von Dioden und einem dieser Gruppe nachgeschalteten, ersten Spannungsbegrenzungselement mit dem Massepotential verbunden sind, und eine zweite Gruppe von Dioden und einem dieser Gruppe nachgeschalteten, zweiten Spannungsbegrenzungselement mit dem Massepotential verbunden sind, wobei die erste und die zweite Gruppe von Dioden entgegengesetzten Diodenrichtungen aufweisen. Die beiden Gruppen decken die beiden möglichen Polaritäten der Überspannung ab.

Der Stromfluss kann ferner erkannt werden durch Erfassen eines Stromflusses durch die Spannungsbegrenzungsschaltung, wobei deren mehreren Dioden mindestens zwei Dioden umfassen, die in entgegengesetzter Richtung das mindestens eine erste LV-Potential mit dem Spannungsbegrenzungselement verbinden. Die Dioden sind den unterschiedlich ausgerichteten Gruppen zuzuordnen (wobei jede Diode nur einer Gruppe zugeordnet ist und die Dioden unterschiedlichen Gruppen zugeordnet sind).

Der Stromfluss kann erkannt werden durch Erfassen eines Stromflusses durch die Spannungsbegrenzungsschaltung. Ein erstes Spannungsbegrenzungselement ist über mehrere erste Dioden (etwa Dioden einer ersten Gruppe) mit mehreren ersten LV-Potentialen verbunden. Ein zweites Spannungsbegrenzungselement über mehrere zweite Dioden (etwa Dioden einer zweiten Gruppe) mit den mehreren ersten LV-Potentialen verbunden. Die ersten Dioden sind in einer Richtung Massepotential verbunden, wobei die zweiten Dioden in einer hierzu entgegengesetzten Richtung mit dem Massepotential verbunden sind.

Mit anderen Worten können eine Vielzahl von ersten LV-Potentialen (Potentiale von Steuersignalen, Sensorsignalen oder Kommunikationssignalen) über eine von Dioden vorgesehene Gleichrichterschaltung mit Spannungsbegrenzungselementen verbunden sein, die die Gleichrichterschaltung mit dem Massepotential verbindet. Die Gleichrichterschaltung ist eine Vollwellen-Gleichrichterschaltung. Die Gleichrichterschaltung hat eine Wechselstromseite, die mit den ersten LV-Potentialen verbunden ist. Die Gleichrichterschaltung hat eine Gleichstromseite mit zwei einem positiven und einem negativen Anschluss, wobei der positive Anschluss über ein erstes Spannungsbegrenzungselement mit dem Massepotential verbunden ist und der negative Anschluss über ein zweites Spannungsbegrenzungselement mit dem Massepotential verbunden ist. Für jedes erste Potential hält die Gleichrichterschaltung eine Halbbrücke bereit. Erste Enden und zweite Enden der der Halbbrücken sind miteinander verbunden, und sind ferner über ein jeweiliges Spannungsbegrenzungselement mit Masse verbunden. Die Gleichrichterschaltung leitet bei positiver Überspannung in einem der ersten Potentiale einen Strom über ein erstes Spannungsbegrenzungselement nach Masse ab. Die Gleichrichterschaltung leitet bei negativer Überspannung in einem der ersten LV-Potentiale einen Strom über ein zweites Spannungsbegrenzungselement nach Masse ab. Alle ersten Potentiale führen bei positiver Überspannung diese über ein erstes Spannungsbegrenzungselement nach Masse ab. Alle ersten LV-Potentiale führen bei negativer Überspannung diese über ein zweites Spannungsbegrenzungselement nach Masse ab. Die beiden Spannungsbegrenzungselement werden zum Ableiten der Überspannung aller LV-Potentiale (oder einer Untergruppe hiervon) verwendet.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Stromfluss erkannt wird anhand einer Verschiebung eines der HV-Potentiale gegenüber dem Massepotential. Dies wird beispielsweise ermittelt durch eine passive Spannungsmessung der HV-Potentiale gegenüber dem Massepotential. Hierbei kann auch nur ein HV-Potential gegenüber dem Massepotential gemessen werden. Insbesondere kann ein HV-Potential ermittelt werden durch Erfassen der Spannungen zwischen den HV-Potentialen und durch Subtraktion der Spannung zwischen den anderen HV-Potentialen und Massepotential.

Die Spannungsbegrenzungsschaltung erzeugt durch den Stromfluss gezielt eine Verschiebung zumindest eines der HV-Potentiale gegenüber Massepotential, wenn ein Isolationsfehler zwischen einem HV-Potential und einem positiven LV-Potential besteht. Ohne Spannungsbegrenzungsschaltung würde dies von der Eigenschaft der LV-Komponente abhängen, an der das erste LV-Potential vorgesehen ist, insbesondere davon, ob diese Komponente einen verlässlichen Stromfluss bei Überspannung am LV-Potential erzeugt, oder ob die betreffende Komponente/Leitung durch Durchbrennen eines Bauteils (einer Schnittstelle einer LV-Komponente oder einer LV-Komponente selbst) oder einer Sicherung keinen entsprechenden Stromfluss bei zu hoher Spannung am ersten LV-Potential erzeugt. Der Stromfluss durch die Spannungsbegrenzungsschaltung kann ferner erkannt werden anhand einer Potentialveränderungsrate, die über einem vorbestimmten Wert liegt. Die Potentialveränderungsrate gibt an, wie sehr sich die Cy-Kapazitäten (parasitäre Kapazitäten oder dezidierte Filterkondensatoren) umladen, wenn der Stromfluss besteht. Der vorbestimmte Wert, anhand dessen der Stromfluss erkannt wird, liegt insbesondere über einem Wert, der die maximale Potentialveränderungsrate bei aktiver Isolationsmessung auftritt. Die Potentialveränderungsrate ist insbesondere die Rate, mit der sich die Spannung zwischen einem der HV-Potentiale gegenüber dem Massepotential über die Zeit ändert. Der vorbestimmte Wert kann hierbei mindestens 100 Volt/ms, 500 Volt/ms, 100 Volt/ms oder mindestens 100 Volt/ps betragen. Es wird kein Stromfluss gemäß dem hier vorgesehenen Verfahren erkannt, wenn die Potentialveränderungsrate unter dem vorbestimmten Wert liegt.

Alternativ oder in Kombination hierzu kann der Stromfluss erkannt werden durch die Höhe der Potentialdifferenz, die sich durch die Änderung ergibt, das heißt die Potentialdifferenz, die sich nach der Änderung ergibt. Dies entspricht dem stationären Fall der Potentialänderung, d.h. die Potentialdifferent nach der Potentialänderung. Der Stromfluss kann somit erkannt werden anhand einer Änderung auf eine Potentialdifferenz zwischen dem HV-Potential und dem Massepotential. Der Stromfluss wird dann erkannt, wenn die sich einstellende Potentialdifferenz unter einem vorbestimmten Wert liegt. Vorzugsweise wird diese Potentialdifferenz erfasst, während die Spannung zwischen den HV-Potentialen in einem Normbereich liegt. Der Normbereich entspricht hierbei beispielsweise der Norm-Betriebsspannung. Der vorbestimmte Wert kann hierbei beispielsweise maximal 60 Volt, 50 Volt, 30 Volt oder 20 Volt betragen, insbesondere maximal 20 Volt oder 16 Volt. In einer beispielhaften Ausführungsform beträgt der vorbestimmte Wert ca. 60 Volt, 50 Volt oder 40 Volt oder auch 20 V oder 16 V. Vorzugsweise liegt der vorbestimmte Wert unter dem Minimalwert, der bei einer aktiven Isolationsmessung auftritt. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Verschiebung mittels eines Isolationswächters oder mittels mindestens eines Spannungsmessers erkannt wird, die einen Teil des Isolationswächters darstellen oder mit diesem verbunden sind.

Es kann vorgesehen sein, dass der Isolationswächter ferner einen aktiven Isolationstest des HV-Bordnetzzweigs ausführt. Dies wird ausgeführt, indem Cy- Kapazitäten zwischen Masse einerseits und den HV-Potentialen andererseits aktiv umgeladen bzw. entladen (oder geladen) werden. Die Cy-Kapazitäten können sich aus parasitären Kapazitäten und aus dedizierten Filtern zusammensetzen, wie sie beispielsweise in EMV-Filtern verwendet werden. Da die Flöhe der Cy-Kapazitäten im Wesentlichen bekannt sind, ergibt sich anhand des ebenfalls bekannten Stroms der aktiven Umladung oder Entladen eine Potentialänderungsrate (zwischen Masse einerseits und mindestens einem FlV-Potential anderseits), die kennzeichnend für den Isolationswiderstand ist. Der aktive Isolationstest ist somit ein Test der Entladung oder Aufladungsgeschwindigkeit der Cy-Kapazitäten bei anliegendem Teststrom. Der Teststrom wird vorzugsweise von einem Isolationswächter erzeugt oder zumindest gesteuert. Der aktive Isolationstest sieht ferner vor, dass eine Potentialverschiebung erfasst wird, die sich durch das Umladen ergibt. Dies betrifft eine Verschiebung eines FlV-Potentials gegenüber Masse. Da der Isolationswächter die Potentialverschiebung der FlV-Potentiale gegenüber dem Massepotential erfasst, kann dieser auch dazu dienen, einen Stromfluss durch die Spannungsbegrenzungsschaltung zu erkennen.

Ein weiterer Aspekt ist es, dass bei Erkennen eines Stromflusses durch die Spannungsbegrenzungsschaltung das aktive Um laden bzw. Entladen durch den Isolationswächter unterbrochen wird. Der Stromfluss kann hierbei insbesondere mittels einer Potentialverschiebung erkannt werden, die sich durch den Stromfluss durch die Spannungsbegrenzungsschaltung ergibt. Hierbei kann mindestens ein Spannungsmesser verwendet werden, der auch für den aktiven Isolationstest des Isolationswächters verwendet wird, oder es kann mindestens ein Spannungsmesser verwendet werden, der von dem Isolationswächter nicht ausgewertet wird.

Vorzugsweise sinkt während des aktiven Umladens eine Potentialdifferenz zwischen einem der FlV-Potentiale und dem Massepotential nicht unter eine Minimalspannung. Dies gilt insbesondere für deren Beträge. Die Minimalspannung für einen HV- Bordnetzzweig mit einer Nominalspannung von 800 V beträgt beispielsweise mindestens 60 V oder 100 V. Die durch den aktiven Isolationstest hervorgerufene Minimalspannung beträgt mindestens 7%, 8%, 10% oder 15% der Nennspannung des HV-Bordnetzes. Der Stromfluss durch die Spannungsbegrenzungsschaltung wird vorzugsweise erkannt anhand einer Änderung auf eine Potentialdifferenz zwischen dem HV-Potential und dem Massepotential, die unter einem vorbestimmten Wert liegt. Dieser Wert ist insbesondere kleiner als die Minimalspannung. Bei einem HV- Bordnetzzweig mit einer Nominalspannung von 800 V beträgt dieser Wert beispielsweise maximal 15 Volt, 16 Volt, 20 Volt oder 25 Volt, ggf. auch 30 Volt oder 40 Volt oder 50 Volt (insbesondere weniger als 60 Volt). Das Intervall, aus dem die Minimalspannung gewählt ist, liegt über dem Intervall, aus dem der vorbestimmte Wert gewählt ist.

Mit anderen Worten wird daher von dem Isolationswächter bei der aktiven Isolationswiderstandsmessung zwar umgeladen (betreffend die Cy-Kondensatoren) und es kann sich die Minimalspannung ergeben, jedoch ergibt sich bei der aktiven Isolationsmessung kein Spannungswert, der für die Erfassung eines Stromflusses durch die Spannungsbegrenzungsschaltung relevant wäre (= vorbestimmter Wert). Bei einem Stromfluss durch die Spannungsbegrenzungsschaltung (bzw. -element) fließt vielmehr ein Strom, bei dem sich eine Potentialdifferenz einstellt, die (etwa um eine vorbestimmte Marge) kleiner ist als die Minimalspannung, die bei der üblichen aktiven Isolationswiderstandsmessung (kurz: Isolationsmessung) auftritt. Dadurch können die verschiedenen Messungen auseinandergehalten werden und es können auch unterschiedliche Fehlerarten ausgegeben werden, nämlich ein erster Fehler, wenn der Spannungswert unter dem vorbestimmten Wert liegt, und ein zweiter Fehler, wenn die Isolationswiderstandsmessung zu einem Widerstandswert führt, der unter einem Widerstandsgrenzwert liegt.

Es kann vorgesehen sein, dass der Stromfluss durch die Spannungsbegrenzungsschaltung erkannt wird durch Messen mindestens einer Spannung zwischen dem mindestens einen der FlV-Potentiale einerseits und dem Massepotential andererseits. Hierbei wird mindestens ein Spannungsmesser verwendet, der mit dem Isolationsrichter verbunden ist oder Teil hiervon ist. Alternativ kann mindestens ein Spannungsmesser, der von einer eigenen Auswerteschaltung ausgewertet wird, verwendet wird. Dieser Spannungsmesser hat keine direkte signalübertragende Verbindung mit dem Isolationswächter. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass der hierbei verwendete Spannungsmesser nicht von dem Isolationswächter ausgewertet wird.

Wenn daher eine Potentialdifferenz ermittelt wird, die sich durch den Stromfluss durch die Spannungsbegrenzungsschaltung ergibt, kann dies ausgeführt werden von mindestens einem Spannungsmesser und einer damit verbundenen, eigenen Auswerteschaltung, die zumindest in logischer Hinsicht von dem Isolationswächter getrennt sind. Der betreffende Spannungsmesser und die Auswerteschaltung bilden hiermit eine autarke Einheit, die beispielsweise innerhalb eines Hochvoltgehäuses vorgesehen ist, in der auch weitere Komponenten des Hochvoltbordnetzzweigs vorhanden sind, beispielsweise HV-Schalter und/oder ein HV-Akkumulator, ggf. auch ein HV-Spannungswandler und/oder eine HV-Ladeschaltung.

Es kann mindestens eine der folgenden Maßnahmen durchgeführt werden, wenn der Isolationsfehler durch Erkennen eines Stromflusses durch das Spannungsbegrenzungselement hindurch erkannt wird. Als Maßnahme kann vorgesehen sein, dass ein Hochvoltakkumulator des HV-Bordnetzzweigs mittels Trennschalter vom restlichen HV-Bordnetzzweig abgetrennt wird. Es kann ferner vorgesehen sein, dass mindestens ein Cy-Kondensator des HV-Bordnetzzweigs abgetrennt wird, insbesondere die Cy-Filterkondensatoren eines Inverters und/oder eines Traktionsmotors. Alternativ oder zusätzlich kann als Maßnahme vorgesehen sein, dass eine an das HV-Bordnetz angeschlossene Ladesäule abgetrennt wird. Zudem kann vorgesehen sein, dass als Maßnahme der HV-Bordnetzzweig entladen wird (insbesondere zu Massepotential hin). Schließlich kann als Maßnahme vorgesehen sein, dass ein HV-Bordnetzunterzweig von einem Inverter-HV- Bordnetzunterzweig abgetrennt wird. Hierbei weist der Inverter-HV- Bordnetzunterzweig den Traktionsinverter auf. Dies kann insbesondere vorgesehen werden, indem der Inverter-HV-Bordnetzunterzweig abgetrennt wird. Der Inverter- HV-Bordnetzunterzweig weist den Traktionsinverter auf und/oder eine elektrische Maschine, die zur Traktion des Fahrzeugs dient. Wird beispielsweise bei erfasstem Isolationsfehler ein Cy-Filterkondensator abgetrennt, so ergibt sich zwar eine schlechtere EMV-Filtereigenschaft. Jedoch wird durch die Abtrennung vermieden, dass sich zu hohe Berührspannungen ergeben.

Es kann vorgesehen sein, dass die Spannungsbegrenzungsschaltung (bzw. - element), deren Stromfluss erkannt wird, zwischen dem Massepotential und dem ersten LV-Potential angeschlossen ist, welches ein positives Versorgungspotential des LV-Bordnetzes im Normalfall führt oder ein Signalpotential. Der Stromfluss durch das Spannungsbegrenzungselement kann erkannt werden durch Erfassen eines Stromflusses durch das Element selbst oder durch eine Zuleitung, die zu dem Element hinführt oder von diesem weg führt.

Es kann ein LV-Gerät an das Massepotential und an ein positives Versorgungspotential des LV-Bordnetzzweigs angeschlossen sein. Dieser Anschluss kann über eine erste Anschlussseite vorgesehen sein. Zudem kann, etwa an einer anderen Anschlussseite, etwa an einer (Daten-)Schnittstelle des LV-Geräts, mindestens eine Leitung angeschlossen sein, wobei diese Leitung das erste LV- Potential aufweisen kann (bzw. ein Potential, das von Masse abweicht). An dieser Seite können eine oder mehrere (Signal-)Leitungen angeschlossen sein. Beispielsweise kann dies eine Signalleitung, eine Sensorleitung, eine Kommunikationsleitung oder eine Steuerleitung sein. Die

Spannungsbegrenzungsschaltung kann zwischen einem Massepotential und einem Leiter der Leitung angeschlossen sein. Beispielsweise kann dies der Leiter einer Sensorleitung, einer Kommunikationsleitung oder Steuerleitung sein. Die Leitung, an die die Spannungsbegrenzungsschaltung angeschlossen ist, ist nicht notwendigerweise ein positives LV-Potential im Sinne eines positiven Versorgungspotentials, sondern kann beispielsweise eine Signalleitung sein.

Das LV-Gerät kann eine LV-Kommunikationsvorrichtung, etwa eine CAN-Bus- Schaltung, oder eine LV-Sensorvorrichtung sein, beispielsweise eine Temperatur-, Strom- oder Spannungsmesseinheit. Ferner kann das LV-Gerät ein LV-Steuergerät sein. Hierbei kann die Leitung bzw. kann das LV-Potential, an das die Spannungsbegrenzungsschaltung angeschlossen ist, eine Steuerleitung sein oder ein Leiter, der Teil einer Steuerleitung ist. Schließlich kann das Spannungsbegrenzungselement, dessen Stromfluss gemessen wird, oder können die Spannungsbegrenzungselemente, deren Stromflüsse gemessen werden, einen Varistor, einen Gasableiter, eine Funkenstrecke, eine Schutzdiode, eine Tyristorschaltung, einen DIAC, eine Zener-Diode und/oder eine Vierschichtdiode aufweisen oder von einem derartigen Bauelement vorgesehen werden. Die Spannungsbegrenzungsschaltung bzw. das -element ist allgemein eingerichtet, oberhalb einer Grenzspannung (= Durchbruchsspannung) zu leiten und unterhalb einer Grenzspannung nicht zu leiten. Daher gibt der Stromfluss eine überhöhte Spannung an, das heißt, eine Spannung, die über der Grenzspannung bzw. Durchbruchsspannung liegt. Die genannten Komponenten können auch in beliebiger Kombination das Spannungsbegrenzungselement bilden.

Die Spannungsbegrenzungsschaltung kann zwischen dem Massepotential und einem (ersten) LV-Potential angeschlossen sein und kann über eine Sicherung mit dem Abschnitt des LV-Bordnetzzweigs verbunden sein, in dem sich ein Niedervoltakkumulator befindet. Dadurch kann bei fehlerhafter Isolation die Sicherung durchbrennen, während die Spannungsbegrenzungsschaltung weiterhin einen Stromfluss aufgrund des verringerten Isolationswiderstandes vorsieht, der erfasst werden kann und anhand dessen ein Fehler ausgegeben werden kann. Die Sicherung dient dann zum Schutz des LV-Geräts und insbesondere der Schnittstelle des LV-Geräts, die über die Sicherung angeschlossen ist.

Ferner kann ein Bordnetz vorgesehen sein, das zur Ausführung des Verfahrens ausgestaltet ist, insbesondere in dem das Bordnetz zum Erfassen eines Isolationsfehlers in dem Fahrzeugbordnetz ausgestaltet ist, einen HV-Bordnetzzweig und einen LV-Bordnetzzweig aufweist, der LV-Bordnetzzweig ein erstes LV-Potential und ein zweites Potential aufweist, wobei das zweite Potential einem Massepotential des Fahrzeugbordnetzes entspricht. Der HV-Bordnetzzweig weist ein positives HV- Potential und ein negatives HV-Potential aufweist, die galvanisch von den Potentialen des LV-Bordnetzzweigs getrennt sind. Das Bordnetz ist ferner ausgestaltet, einen Isolationsfehlerzwischen mindestens einem der HV-Potentiale und dem ersten LV-Potential zu erfassen durch Erkennen eines Stromflusses durch ein Spannungsbegrenzungselement einer Spannungsbegrenzungsschaltung, wobei das Bordnetz eine derartige Spannungsbegrenzungsschaltung aufweist. Hierbei ist das erste LV-Potential über mehrere Dioden D mit einem

Spannungsbegrenzungselement verbunden. Das Spannungsbegrenzungselement ist an das Massepotential (GND) des Fahrzeugbordnetzes angeschlossen.

Eine Fahrzeug-Überspannungsschutzschaltung ist mit einem Masseanschluss, und mehreren LV-Potentialanschlüssen ausgestattet. Die Potentialanschlüsse sind über einen jeweiligen Mittenanschluss verschiedener Diodenhalbbrücken der Überspannungsschutzschaltung und über zwei (den Diodenhalbbrücken nachgeschalteten) Spannungsbegrenzungselemente mit dem Masseanschluss verbunden. Erste Enden der Diodenhalbbrücken sind miteinander verbunden und sind über ein erstes der zwei Spannungsbegrenzungselemente mit dem Masseanschluss verbunden. Hierzu entgegengesetzte, zweite Enden der Diodenhalbbrücken sind miteinander verbunden und sind über ein zweites der zwei Spannungsbegrenzungselemente mit dem Masseanschluss verbunden. Dadurch werden Überspannungen, die an den LV-Potentialanschlüssen gegenüber dem Masseanschluss bestehen, über verschiedene Diodenhalbbrücken an die gleichen zwei Spannungsbegrenzungselemente angelegt.

Mit anderen Worten verfügt die Fahrzeug-Überspannungsschutzschaltung über mindestens ein erstes LV-Potential (Signalpotential) und über erstes LV-Potential, das als Masseanschluss ausgebildet ist. Es ist eine Dioden-Gleichrichterschaltung vorgesehen mit einer Anzahl von Wechselstromanschlüssen, die mindestens der Anzahl erster LV-Potentiale entspricht. Jedes erste LV-Potentiale ist an einen eigenen Wechselstromanschluss der Dioden-Gleichrichterschaltung angeschlossen. Die Dioden-Gleichrichterschaltung weist eine positive und eine negative Schiene auf, d.h. zwei Potentiale einer Gleichstromseite der Dioden-Gleichrichterschaltung. Ein erstes Potential hiervon ist über ein erstes Spannungsbegrenzungselement mit dem Masseanschluss verbunden. Ein zweites Potential hiervon ist über ein zweites Spannungsbegrenzungselement mit dem Masseanschluss verbunden. Es kann eine Messvorrichtung als Teil der Schaltung vorgesehen sein, die eingerichtet ist, einen Stromfluss durch eines der Spannungsbegrenzungselemente direkt oder indirekt zu erfassen. Die Fahrzeug-Überspannungsschutzschaltung dient zur Erzeugung eines Stromflusses bei Überspannung an einem der ersten Potentiale des LV- Bordnetzzweigs. Durch den Stromfluss selbst wird die Überspannung verringert, so dass der Stromfluss bereits eine Schutzmaßnahme darstellt. Darüber hinaus kann die Fahrzeug-Überspannungsschutzschaltung dazu dienen, einen Stromfluss gezielt zu erzeugen, der dann mittelbar oder unmittelbar erfasst werden kann, um den Stromfluss und somit dessen Ursache, ein Isolationsfehler, zu erfassen.

Ein Fahrzeugbordnetz ist mit einem FIV-Bordnetz und einem LV-Bordnetz ausgestattet. Ein einem Gehäuse ist das FIV-Bordnetz oder zumindest Leitungen oder Komponenten (etwa HV-Leistungsbauelemente) hiervon angeordnet. Weitere Leitungen oder Komponenten des LV-Bordnetzes, etwa Signalleitungen oder LV- Komponenten wie Steuer-, Kommunikations- oder Sensorelemente oder -Leitungen, sind ebenso in dem Gehäuse angeordnet. Die LV-Leitungen oder LV-Komponenten dienen beispielsweise der Überwachung oder Steuerung einer HV-Komponente (oder HV-Leitung) innerhalb des Gehäuses oder zur Kommunikation mit einer HV- Komponente innerhalb des Gehäuses. Das Fahrzeugbordnetz weist eine Fahrzeug- Überspannungsschutzschaltung auf und/oder ist ausgestaltet, dass hier beschriebene Verfahren zu realisieren. Das Fahrzeugbordnetz kann ferner eine Spannungsbegrenzungsschaltung aufweisen, die zwischen einem LV-Massepotential und mindesten einem ersten LV-Potential angeschlossen ist. Die Spannungsbegrenzungsschaltung verbindet das erste LV-Potential über mehrere Dioden mit einem Spannungsbegrenzungselement.

Das Spannungsbegrenzungselement ist an das Massepotential des Fahrzeugbordnetzes angeschlossen. Das Spannungsbegrenzungselement verbindet zumindest einen Teil der Dioden mit dem Massepotential. Dadurch können mittels der Dioden mehrere erste LV-Signale geschützt werden, wobei bei Überspannung über dasselbe Spannungsbegrenzungselement nach Masse abgeleitet wird. Es kann zudem eine Vorrichtung vorgesehen sein, die eingerichtet ist, einen Stromfluss durch ein Spannungsbegrenzungselement direkt oder indirekt zu erfassen. Bei Ermitteln eines Stromflusses ist diese Vorrichtung eingerichtet, ein Isolationsfehlersignal abzugeben, etwa um einen Isolationsfehler anzuzeigen, oder um eine Schutzmaßnahme einzuleiten. Ferner kann das Bordnetz Vorrichtungsmerkmale aufweisen, die im Rahmen des hier beschriebenen Verfahrens genannt sind, und das Bordnetz kann eingerichtet sein, die hier beschriebenen Verfahrensmerkmale zu realisieren.

Die Figur 1 dient zur näheren Erläuterung des hier beschriebenen Verfahrens und zeigt eine zur Ausführung des Verfahrens vorgesehene Bordnetzschaltung.

Die Figur 1 zeigt ein Fahrzeugbordnetz FB mit einem FIV-Bordnetzzweig HB, der in einem Gehäuse G untergebracht ist. Es besteht ferner ein LV-Bordnetzzweig LB. Dieses kann über einen (nicht dargestellten) galvanische trennenden Spannungswandler mit dem FIV-Bordnetzzweig HB verbunden sein. Es führen Leitungen des LV-Bordnetzzweigs LB in das Gehäuse G. Durch Isolationsfehler, dargestellt durch die Widerstände RF, RF‘, kann eine der LV-Leitungen bzw. deren LV-Potentiale (1 - 5) mit einem der HV-Potentiale HV- oder HV+ verbunden sein. Dadurch führt eines der LV-Potentiale 1 - 5 ein HV-Potential. Dies kann ohne die Schaltung SG unerkannt bleiben, da der HV-Bordnetzzweig keinen Bezug zum Massepotential GND des LV-Bordnetzzweigs hat, insbesondere wenn LV-Geräte, die an die Leitungen angeschlossen sind, keinen Stromfluss Richtung Masse zulassen, etwa wenn Eingangsstufen hiervon durchgebrannt sind. Der Fehler kann somit unerkannt bleiben bzw. fortbestehen. Die LV-Potentiale 1 - 5 werden auch als erste LV-Potentiale bezeichnet. Das Massepotential GND des LV-Bordnetzzweigs LV wird auch als zweites LV-Potential bezeichnet.

Um zu vermeiden, dass sich ein Isolationsfehler (bzw. ein HV-Potential über diesen Isolationsfehler RF, RF‘) in eines der ersten LV-Potentiale (1 - 5) fortsetzt, ist eine Spannungsbegrenzungsschaltung SG vorgesehen.

Besteht ein Isolationsfehler in Form eines zugehörigen Widerstandes RF, RF‘, dann ist über diesen fehlerhaften Isolationswiderstand das positive HV-Potential HV+ (bei Widerstand RF) bzw. des negative HV-Potential HV- mit einem der ersten Potentiale 1 - 5 verbunden und somit mit einem Leiter bzw. einer Leitung, die dem LV- Bordnetzzweig angehört und zu weiteren (nicht gemäß HV-Richtlinien isolierten) LV- Komponenten führen kann. Dadurch können auch weitere Komponenten des LV- Bordnetzes mit einem der HV-Potentiale HV+, HV- belastet sein. Dies führt zu möglicherweise gefährlichen Berührspannungen an weiteren LV-Komponenten.

Die Spannungsbegrenzungsschaltung SG dient dazu, einen Stromfluss I, l‘ gezielt und vorhersehbar zu erzeugen, wenn über den Isolationsfehler RF ein HV-Potential (HV+, HV-) in das LV-Bordnetz LB Übertritt. Der betreffende Strom I, l‘ kann etwa an einer mit X gekennzeichneten Stelle erfasst werden bzw. die Stromerfassung kann sich auf einen Strom beziehen, der an der Stelle x fließt. Die Stelle X ist zwischen einem Spannungsbegrenzungselement V und Massepotential GND vorgesehen oder zwischen einem der Spannungsbegrenzungselemente V und einer Netzwerk aus Dioden D.

Jedes der ersten LV-Potentiale 1 - 5 ist über eine eigene, gleichrichtende Halbbrücke mit einem Spannungsbegrenzungselement V, V‘ verbunden, welches nach Masse GND führt. Die Dioden bilden für jedes der LV-Potentiale eine eigene Halbbrücke. Jede Halbbrücke umfasst zwei über einen Verbindungspunkt verbundene Dioden D. Diese Verbindungspunkte bilden eine Wechselstromseite einer Gleichrichterschaltung, die von den Dioden vorgesehen wird. Jeder Verbindungspunkt und somit jede Dioden-Halbbrücke ist mit einem anderen LV- Potential bzw. einem anderen LV-Leiter verbunden. Verschiedene Halbbrücken sind mit verschiedenen LV-Potentialen bzw. -Leitern verbunden, die insbesondere in das Gehäuse G führen, in dem der HV-Bordnetzzweig vorgesehen ist. Die gegenüberliegenden Enden der Halbbrücken sind mit zwei verschiedenen Gleichspannungsschienen (eine positive, eine negative) verbunden. Jede der beiden Gleichspannungsschiene ist über ein eigenes Spannungsbegrenzungselement V, V mit dem Massepotential GND verbunden. Über die Dioden werden die Überspannungen gesammelt und, abhängig von der Polarität gegenüber GND, mit einem der beiden dargestellten Spannungsbegrenzungselemente V, V verbunden.

Mit anderen Worten bilden die Dioden D einen mehrphasigen Vollwellengleichrichter (im Sinne einer Bnü-Schaltung, mit n = das Doppelte der Phasenanzahl des Gleichrichters), wobei an jede Phase des Vollwellengleichrichters mit einem anderen LV-Leiter verbunden ist. Dadurch kann die Anzahl der erforderlichen Spannungsbegrenzungselemente V stark reduziert werden, da Überspannungen über die Dioden D gebündelt werden. Die Schaltung SG dient als Überspannungsschutzschaltung. Alternativ oder zusätzlich kann diese Schaltung SG dazu dienen, einen definierten, verlässlichen Stromfluss bei Vorliegen eines Isolationsfehlers RF, RF‘ im FIV-Bordnetzzweig HB in Richtung Masse GND herbeizuführen. Dadurch kann verfahrensgemäß dieser Stromfluss direkt oder indirekt erfasst werden, um so einen Isolationsfehler zu erkennen. Der Stromfluss durch das Element V kann erfasst werden durch Erfassen eines Stroms an den Stellen X. Bevorzugt wird jedoch die Spannung zwischen Masse (GND) und mindestens einem der FlV-Potentiale HV+, FIV- betrachtet, anhand der sich der Stromfluss zeigt. Der Zusammenhang ergibt sich dadurch, dass ein Stromfluss durch Element V zu einer Potentialverschiebung der Potentiale FIV-, FIV+ gegenüber GND führt, wobei somit die Spannung zwischen GND und FIV+ oder zwischen GND und FIV- den Stromfluss bzw. den ursächlichen Isolationsfehler wiedergibt. Es kann in dem Bordnetz FB der Figur 1 ein Spannungsmesser vorgesehen sein, der eingerichtet ist, eine derartige Spannung zu erfassen und verfahrensgemäß auszuwerten. Dieser Spannungsmesser kann Teil einer Isolationsüberwachung sein, die eingerichtet ist, eine aktive Isolationswiderstandsmessung (HV+, FIV- ggü. GND) auszuführen. Es können in dem Bordnetz FB der Figur 1 Vorrichtungen vorgesehen sein, die eingerichtet sind, bei erfasstem Isolationsfehler eine der hier beschriebenen Maßnahmen auszuführen.

Die Leitungen, die die Potentiale 1 - 5 führen, können LV-Versorgungsleitungen sein, oder Kommunikationsleitungen (etwa eines CAN-Busses) oder eine Sensorleitung sein, etwa zum Führen eines Crash-Signals, oder eines Wartungssignals, das angibt, dass zu Wartungszwecken HV-Leitungen abzutrennen sind.

Das Gehäuse ist vorzugsweise ein Metallgehäuse (allgemein: ein elektrisch leitendes Gehäuse). Das Metallgehäuse ist vorzugsweise geerdet.