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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Entladen eines Hochvoltzwischenkreises sowie ein Fahrzeug.
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Elektrisch betriebene Fahrzeuge weisen Elemente auf, die mit hohen Spannungen und/oder Strömen betrieben werden. Bei Unfallereignissen ist es für die Sicherheit der Fahrer und der Rettungskräfte erforderlich, dass die Spannungen aus diesen Elementen so weit wie möglich reduziert werden.
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Aus
DE 10 2016 222 340 A1 ist dazu bekannt, nach dem Erfassen eines Unfallereignisses zunächst einen Stromkreis mit der Batterie des Fahrzeugs und dem Hochvoltzwischenkreis zu öffnen, um eine Trennung der Batterie von dem Hochvoltzwischenkreis durchzuführen. Nach Öffnen des Stromkreises wird die Batterie vollständig elektrisch von dem Hochvoltzwischenkreis getrennt und ein Entladewiderstand an den Hochvoltzwischenkreis angeschlossen. Die in dem Hochvoltzwischenkreis vorhandene Spannung wird dann über den Entladewiderstand entladen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, das eine erhöhte Sicherheit und eine robustere Durchführung der Entladung des Hochvoltzwischenkreises bereitstellt.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der folgenden Beschreibung.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Entladen eines Hochvoltzwischenkreises eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs beschrieben, umfassend mindestens einen elektrischen Speicher, mindestens einen mit dem elektrischen Speicher elektrisch verbundenen Hochvoltzwischenkreis, mindestens einem Entladewiderstand für den Hochvoltzwischenkreis, mindestens eine Schaltvorrichtung zum Trennen des elektrischen Speichers von dem Hochvoltzwischenkreis und zum Verbinden des Entladewiderstands mit dem Hochvoltzwischenkreis und mindestens einem Unfall-Detektions-Steuergerät, das über eine Signalverbindung mit der Schaltvorrichtung verbunden ist, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass das Unfall-Detektions-Steuergerät zum Bereitstellen eines Auslösesignals zum gleichzeitigen Auslösen eines Trennens des elektrischen Speichers von dem Hochvoltzwischenkreis und eines Verbindens des Entladewiderstands mit dem Hochvoltzwischenkreis ausgebildet ist.
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Mit der Vorrichtung wird damit das Trennen des elektrischen Speichers von dem Hochvoltzwischenkreis und das Verbinden des Entladewiderstands mit dem Hochvoltzwischenkreis gleichzeitig ausgelöst. Dies muss nicht zwingend bedeuten, dass das Trennen und das Verbinden gleichzeitig erfolgen. Jedoch wird mit dem Bereitstellen des Auslösesignals sowohl das Trennen als auch das Verbinden ausgelöst. Die Schalteinrichtung kann dazu, nachdem sie ausgelöst wurde, sowohl das Trennen als auch das Verbinden bewirken. Das Trennen kann dabei vor dem Verbinden stattfinden, wobei das Verbinden ohne zusätzliches Auslösesignal durchgeführt wird. Separate Auslösesignale für das Trennen und das Verbinden werden durch das gleichzeitige Auslösen nicht benötigt. Die Schaltvorrichtung kann in einigen Ausführungsbeispielen derart ausgebildet sein, dass das Verbinden automatisch nach oder gleichzeitig mit dem Trennen stattfindet. Ein Kurzschluss des elektrischen Speichers kann damit vermieden werden. Damit entfällt auch eine Prüfung, ob die Trennung des elektrischen Speichers von dem Hochvoltzwischenkreis erfolgreich war. Diese Prüfung bewirkt im Stand der Technik die Bereitstellung eines entsprechenden Signals, mit dem das Ergebnis der Prüfung angezeigt werden kann. Im Stand der Technik wird erst danach eine Verbindung des Entladewiderstands mit dem Hochvoltzwischenkreis bewirkt. Durch das Entfallen der Prüfung kann daher das Verbinden des Entladewiderstands mit dem Hochvoltzwischenkreis einige Millisekunden früher als im Stand der Technik erfolgen. Die Anzahl der Situationen, in denen ein Hochvoltzwischenkreis bei dem Auslösen des Verbindens des Entladewiderstands mit dem Hochvoltzwischenkreis bereits zerstört oder beschädigt ist, kann damit reduziert werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass der Hochvoltzwischenkreis noch vor einer Zerstörung oder Beschädigung durch das Unfallereignis entladen werden kann, wird durch das gleichzeitige Auslösen vergrößert.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist denkbar, dass die Schaltvorrichtung mindestens einen pyrotechnischen Wechselschalter, mindestens einen MOSFET-Wechselschalter und/oder mindestens eine pyrotechnische Schalteinrichtung mit mindestens einem Leitungsverbindungselement und mindestens einem Leitungstrennelement aufweisen kann.
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Pyrotechnische Wechselschalter, MOSFET-Wechselschalter und pyrotechnische Schalteinrichtungen können sehr schnell ausgelöst werden. Damit kann die Zeit bis zum Entladen des Hochvoltzwischenkreises weiter reduziert werden.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist denkbar, dass, wenn die Schaltvorrichtung mindestens eine pyrotechnische Schalteinrichtung aufweisen kann, wobei das mindestens eine Leitungstrennelement als pyrotechnische Sicherung ausgebildet sein kann.
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Mit der pyrotechnischen Sicherung kann eine elektrische Leitung sehr schnell und effektiv getrennt werden. Pyrotechnische Sicherungen können ebenfalls sehr schnell ausgelöst werden. Daher kann durch deren Verwendung die Zeit bis zum Entladen des Hochvoltzwischenkreises weiter reduziert werden.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist denkbar, dass das Unfall-Detektions-Steuergerät als ein Airbag-Steuergerät ausgebildet sein kann.
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Durch die Verwendung des Airbag-Steuergeräts kann eine bereits im Fahrzeug vorhandener Unfalldetektor für das Auslösen der Schalteinrichtung verwendet werden. Dies kann die Anzahl der Bauteile minimal halten und Kosten reduzieren.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist denkbar, dass das Unfall-Detektions-Steuergerät für einen detektierten Unfall lediglich zum einmaligen Bereitstellen eines Auslösesignals ausgebildet sein kann, das ein Trennen des elektrischen Speichers von dem Hochvoltzwischenkreis auslösen kann.
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Für die Schalteinrichtung kann damit kein weiteres Signal als das Auslösesignal zum gleichzeitigen Auslösen bereitgestellt werden. Die Zeit bis zum Entladen des Hochvoltzwischenkreises kann damit minimiert werden.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist denkbar, dass ein Anschluss des elektrischen Speichers dauerhaft mit einem Anschluss des Entladewiderstands und einem Anschluss des Hochvoltzwischenkreises elektrisch verbunden sein kann.
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Damit kann vorgesehen werden, dass der elektrische Speicher nicht mit allen Anschlüssen von dem Hochvoltzwischenkreis getrennt wird. In diesem Ausführungsbeispiel reicht es, wenn der Stromkreis zwischen dem elektrischen Speicher und dem Hochvoltzwischenkreis geöffnet wurde. Damit kann die Zeit bis zum Entladen des Hochvoltzwischenkreises weiter optimiert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Entladen eines Hochvoltzwischenkreises eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs beschrieben, umfassend zumindest folgende Schritte: Detektieren mindestens eines Unfallereignisses des Fahrzeugs mittels mindestens einem Unfall-Detektions-Steuergerät; Bereitstellen eines Auslösesignals mittels des Unfall-Detektions-Steuergeräts; Empfangen des Auslösesignals mittels mindestens einer Schaltvorrichtung; und gleichzeitiges Auslösen eines Trennens eines elektrischen Speichers des Fahrzeugs von einem Hochvoltzwischenkreis des Fahrzeugs und eines Verbindens eines Entladewiderstands des Fahrzeugs mit dem Hochvoltzwischenkreis mittels der Schaltvorrichtung nach dem Empfang des Auslösesignals.
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Vorteile und Wirkungen sowie Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Vorteilen und Wirkungen sowie Weiterbildungen der oben beschriebenen Vorrichtung. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher in dieser Hinsicht auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen ist denkbar, dass das Verbinden des Entladewiderstands mit dem Hochvoltzwischenkreis 30 ms bis 95 ms, vorzugsweise 50 ms bis 85 ms, weiter vorzugsweise 70 ms bis 80 ms, am meisten bevorzugt im Wesentlichen 75 ms, nach dem Unfallereignis ausgelöst werden kann.
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Im Stand der Technik wird eine Entladewiderstand regelmäßig erst nach ca. 100 ms nach dem Unfallereignis mit dem Hochvoltzwischenkreis ausgelöst. Zu diesem Zeitpunkt kann der Hochvoltzwischenkreis bereits beschädigt oder zerstört sein, sodass keine Entladung des Hochvoltzwischenkreises durchgeführt werden kann. Durch die Auslösung des Verbindens spätestens nach 95 ms, am meisten bevorzugt 75 ms, wird die Wahrscheinlichkeit, dass der Hochvoltzwischenkreis bereits beschädigt oder zerstört wurde, verringert. Im Gegenzug steigt die Wahrscheinlichkeit, dass eine Entladung des Hochvoltzwischenkreises durchgeführt werden kann. Dies kann die Sicherheit bei einem Unfallereignis erhöhen.
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Gemäß einem dritten Aspekt wird ein Fahrzeug beschrieben, umfassend eine Vorrichtung nach der vorangegangenen Beschreibung und/oder ein Steuergerät zum Durchführen der Schritte des Verfahrens nach der vorangegangenen Beschreibung.
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Vorteile und Wirkungen sowie Weiterbildungen des Fahrzeugs ergeben sich aus den Vorteilen und Wirkungen sowie Weiterbildungen der oben beschriebenen Vorrichtung bzw. des oben beschriebenen Verfahrens. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher in dieser Hinsicht auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform mittels der beigefügten Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung;
- 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung;
- 3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung;
- 4 eine schematische Darstellung des Fahrzeugs; und
- 5 ein Flussdiagramm des Verfahrens.
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Die Vorrichtung zum Entladen eines Hochvoltzwischenkreises eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs wird im Folgenden in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet, wie in 1 dargestellt.
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Die Vorrichtung 10 weist mindestens einen elektrischen Speicher 12, mindestens einen Entladewiderstand 16 und mindestens einen Hochvoltzwischenkreis 14 auf. Der Hochvoltzwischenkreis 14 ist in den Figuren der Übersicht halber als Kapazität dargestellt, kann jedoch beliebig komplexe Schaltungen, z. B. Wechselrichterschaltungen, aufweisen. Da mit der Vorrichtung 10 das Entladen der in dem Hochvoltzwischenkreis 14 gespeicherten elektrischen Energie bewirkt werden soll, kann dieser als Kapazität angesehen werden.
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Weiter umfasst die Vorrichtung 10 ein Unfall-Detektions-Steuergerät 18 und eine Schaltvorrichtung 20. Eine Signalverbindung 24 verbindet die Schaltvorrichtung 20 mit dem Unfall-Detektions-Steuergerät 18. Die Signalverbindung 24 kann kabelgebunden oder kabellos ausgebildet sein.
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In einem normalen Betriebszustand der Vorrichtung 10 ist der Entladewiderstand 16 nicht an den Hochvoltzwischenkreis 14 angeschlossen. Damit ist gemeint, dass ein Stromkreis zwischen dem Hochvoltzwischenkreis 14 und dem Entladewiderstand 16 offen ist.
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Stattdessen ist der elektrische Speicher 12 an den Hochvoltzwischenkreis 14 elektrisch angeschlossen und bildet eine Spannungsversorgung für den Hochvoltzwischenkreis 14. Die Schaltvorrichtung 20 kann im normalen Betriebszustand den Stromkreis zwischen dem elektrischen Speicher 12 und dem Hochvoltzwischenkreis 14 schließen.
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Bei einem Unfallereignis wird der normale Betriebszustand verlassen. Sobald das Unfallereignis durch das Unfall-Detektions-Steuergerät 18 erkannt wurde, sendet dieses ein Auslösesignal an die Schaltvorrichtung 20. Bei Empfang des Auslösesignals öffnet die Schaltvorrichtung 20 den Stromkreis zwischen dem elektrischen Speicher 12 und dem Hochvoltzwischenkreis 14 und schließt den Stromkreis zwischen dem Entladewiderstand 16 und dem Hochvoltzwischenkreis 14. Das Öffnen und Schließen können nacheinander erfolgen, werden jedoch gleichzeitig ausgelöst. D. h., dass das Unfall-Detektions-Steuergerät 18 lediglich ein Auslösesignal für das Trennen und das Verbinden bereitstellt. Die Schaltvorrichtung 20 empfängt lediglich ein Auslösesignal und löst dann sowohl das Trennen als auch das Verbinden aus.
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Damit wird der elektrische Speicher 12 von dem Hochvoltzwischenkreis 14 getrennt und der Entladewiderstand 16 mit den Hochvoltzwischenkreis 14 verbunden.
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Gemäß 1 kann die Schaltvorrichtung 20 als pyrotechnischer Wechselschalter 22 ausgebildet sein. In einem ersten Schaltzustand schließt der pyrotechnische Wechselschalter 22 den Stromkreis zwischen dem elektrischen Speicher 12 und dem Hochvoltzwischenkreis 14. Den ersten Schaltzustand weist der pyrotechnische Wechselschalter 22 im normalen Betriebsmodus auf.
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Im ersten Schaltzustand ist weiter der Stromkreis zwischen dem Entladewiderstand 16 und dem Hochvoltzwischenkreis 14 geöffnet.
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In einem zweiten Schaltzustand ist der Stromkreis zwischen dem elektrischen Speicher 12 von dem Hochvoltzwischenkreis 14 geöffnet und ein Stromkreis zwischen dem Entladewiderstand 16 und dem Hochvoltzwischenkreis 14 geschlossen. Den zweiten Schaltzustand weist der pyrotechnische Wechselschalter 22 auf, wenn der Hochvoltzwischenkreis 14 über den Entladewiderstand 16 entladen werden soll.
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Wenn die Schaltvorrichtung 20 das Auslösesignal über die Signalverbindung 24 erhält, wechselt der pyrotechnische Wechselschalter 22 von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand. Der Wechsel kann durch eine pyrotechnische Reaktion bewirkt werden.
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Bei dem Wechsel wird automatisch zuerst ein Trennen des elektrischen Speichers 12 von dem Hochvoltzwischenkreis 14 bewirkt und danach ein Verbinden des Entladewiderstands 16 mit dem Hochvoltzwischenkreis 14.
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Weiter ist denkbar, dass ein Anschluss 15 des Entladewiderstands 16 dauerhaft mit einem Anschluss 13 des Hochvoltzwischenkreises 14 und einem Anschluss 11 des elektrischen Speichers 12 elektrisch verbunden ist.
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Anstatt des pyrotechnischen Wechselschalters 22 kann ein MOSFET-Wechselschalter verwendet werden. Die obigen Erläuterungen gelten bis auf die pyrotechnische Reaktion beim Wechsel der Schaltzustände analog.
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In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Schaltvorrichtung 20 dargestellt.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist die Schaltvorrichtung 20 mindestens eine pyrotechnische Sicherung auf, die als Leitungstrennelement 26 wirkt. Das Leitungstrennelement 26 kann einen Bolzen aufweisen, der mittels einer pyrotechnischen Reaktion auf eine Leitung 28 geschossen wird, die den elektrischen Speicher 26 mit dem Hochvoltzwischenkreis 14 verbindet. Wenn der Bolzen auf die Leitung 28 trifft, wird diese getrennt.
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Nachdem die Leitung 28 getrennt wurde, kann der Bolzen auf einen Auslöser 30 treffen, der als Leitungsverbindungselement 32 wirken kann. Der Auslöser 30 kann auf einen Schalter 32 geschossen werden, der eine Leitung schließt, die den Entladewiderstand 16 mit dem Hochvoltzwischenkreis 14 verbindet.
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Damit wird gewährleistet, dass das Trennen des elektrischen Speichers 12 vor dem Verbinden des Entladewiderstands 16 mit dem Hochvoltzwischenkreis 14 erfolgt.
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel nach 3 kann die Schaltvorrichtung 20 zwei pyrotechnische Wechselschalter 34, 36 aufweisen. Der erste pyrotechnische Wechselschalter 34 kann im normalen Betriebszustand eine Leitung schließen, die den elektrischen Speicher 12 mit dem Hochvoltzwischenkreis 14 verbindet. Der zweite pyrotechnische Wechselschalter 36 kann im normalen Betriebszustand eine Leitung öffnen, die die Entladewiderstand 16 mit dem Hochvoltzwischenkreis 14 verbindet.
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Bei Empfang des Auslösesignals können beide pyrotechnischen Wechselschalter 34, 36 gleichzeitig oder kurz einander betätigt werden. Dabei wird im letzteren Fall der erste pyrotechnische Wechselschalter 34 vor dem zweiten pyrotechnischen Wechselschalter 36 betätigt. Dies bewirkt, dass der erste pyrotechnische Wechselschalter 34 die Leitung zwischen dem elektrischen Speicher 12 und dem Hochvoltzwischenkreis 14 öffnet und damit den elektrischen Speicher 12 von dem Hochvoltzwischenkreis 14 trennt. Weiter bewirkt dies, dass der zweite pyrotechnische Wechselschalter 36 die Leitung zwischen dem Entladewiderstand 16 und dem Hochvoltzwischenkreis 14 schließt. Damit wird der Entladewiderstand 16 mit dem Hochvoltzwischenkreis 14 verbunden.
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Für die oben angeführten Ausführungsbeispiele gilt, dass wenn der Entladewiderstand 16 mit dem Hochvoltzwischenkreis 14 verbunden ist, der Hochvoltzwischenkreis 14 über den Entladewiderstand 16 entladen werden kann. Weiter kann das Verbinden des Entladewiderstands 16 mit dem Hochvoltzwischenkreis 14 innerhalb von 30 ms bis 95 ms vorzugsweise 50 ms bis 85 ms, weiter vorzugsweise 70 ms bis 80 ms, am meisten bevorzugt im Wesentlichen 75 ms, nach dem Unfallereignis ausgelöst werden.
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Das Unfall-Detektion-Steuergerät 18 kann als ein Airbag-Steuergerät ausgebildet sein.
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Das Airbag-Steuergerät ist beispielhaft in 4 dargestellt, in dem ein Fahrzeug 40 dargestellt wird. Des Fahrzeug 40 kann als elektrisch betriebenes Fahrzeug ausgebildet sein, wobei der elektrische Speicher 12 dem Hochvoltzwischenkreis 14 elektrische Spannung bereitgestellt. Der Hochvoltzwischenkreis 14 wandelt die bereitgestellte Spannung derart um, dass der elektrische Antrieb (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 40 betrieben werden kann.
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In 5 ist ein Flussdiagramm des Verfahrens 100 zum Entladen eines Hochvoltzwischenkreis eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs dargestellt.
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Gemäß einem ersten Schritt 102 wird ein Unfallereignis des Fahrzeugs mittels eines Unfall-Detektions-Steuergerät detektiert. Das Unfall-Detektions-Steuergerät kann beispielsweise als Airbag-Steuergerät ausgebildet sein.
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Das Unfall-Detektions-Steuergerät kann in einem weiteren Schritt 104 ein Auslösesignal bereitstellen.
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Dieses Auslösesignal kann in einem weiteren Schritt 106 von einer Schaltvorrichtung empfangen werden.
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Die Schaltvorrichtung kann im Schritt 108 nach Empfang des Auslösesignals einen elektrischen Speicher des Fahrzeugs von einem Hochvoltzwischenkreis des Fahrzeugs trennen und einen Entladewiderstand des Fahrzeugs mit dem Hochvoltzwischenkreis verbinden.
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Das Trennen und das Verbinden können nacheinander durchgeführt werden, werden jedoch gleichzeitig ausgelöst.
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Das oben beschriebene Beispiel dient in keiner Weise einer Beschränkung der Erfindung. Vielmehr kann die Erfindung in vielfältiger Weise abgewandelt werden.
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Alle oben beschriebenen Merkmale der Erfindung können allein oder in Kombination miteinander wesentlich für die Erfindung sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 11
- Anschluss
- 12
- elektrischer Speicher
- 13
- Anschluss
- 14
- Hochvoltzwischenkreis
- 15
- Anschluss
- 16
- Entladewiderstand
- 18
- Unfall-Detektions-Steuergerät
- 20
- Schaltvorrichtung
- 22
- pyrotechnischer Wechselschalter
- 24
- Signalverbindung
- 26
- Leitungstrennelement
- 28
- Leitung
- 30
- Leitungsverbindungselement
- 32
- Schalter
- 34
- pyrotechnischer Wechselschalter
- 36
- pyrotechnischer Wechselschalter
- 40
- Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10 2016 222 340 A1 [0003]