用于车辆电气系统的安全电路和车辆电气系统的制作方法

本发明涉及一种用于车辆电气系统的保护电路以及一种具有该保护电路的车辆车载电气系统布置。

背景技术：

1、已知的是，为车辆配备电驱动装置或其他电气部件。为了实现高功率，特别是用于牵引，采用高电压，例如400伏或更高，这与通常的12伏电气系统相反，可能对人体构成危险。

2、因此，具有高电压电气系统的车辆（即高压电气系统-hv电气系统）配备有绝缘，该绝缘将hv电气系统与其余电气系统以及地电位，特别是与车辆底盘电隔离。

3、此外，车辆包括控制信号或传感器信号，或者还包括低压供电信号，这些信号与高压电位相反，并未特别设置为防接触保护。

4、由于绝缘中的故障可能导致接触电压，而该接触电压对人体有害，甚至是致命的，因此需要进一步的保护措施。

5、本发明的一个任务在于，提供一种保护电路，其以较小的空间需求和较低的成本实现对危险接触电压的改进保护。

6、该任务通过独立权利要求的特征来解决。从属权利要求中标明了有利的实施方式。

技术实现思路

1、根据第一方面，该任务通过一种用于车辆电气系统的保护电路来解决。所述车辆电气系统具有高压电气系统（hv电气系统）和低压电气系统（lv电气系统）。所述高压电气系统的至少一部分布置在预定高压区域中。一条或多条低压导线从所述高压区域引出。所述低压导线尤其将布置在所述高压区域中的低压部件与布置在所述高压区域外部的其他低压部件连接。所述低压导线被构造为，至少在无故障运行中分别将低压信号电位和/或低压供电电位（例如12 v或+ 5 v和地）从所述高压区域引出。所述低压信号电位用于传输信息，特别是控制信号、监测信号、传感器信号等。

2、所述高压区域尤其是封闭的或者四周受限的高压区域，或者封闭空间。所述高压区域例如由壳体包围。

3、所述保护电路具有用于与车辆的保护接地电位连接的参考电位端。所述保护接地电位尤其可以对应于车辆接地电位或底盘电位。

4、所述保护电路包括一个或多个二极管半桥电路，每个二极管半桥电路具有串联连接的第一二极管和第二二极管。各所述二极管半桥电路具有中点连接、与第一二极管的阴极连接的第一端子以及与第二二极管的阳极连接的第二端子。此外，所述保护电路包括一个或多个lv电位连接，用于将各所述中点连接分别与从所述高压区域引出的低压导线之一连接。所述保护电路具有一限流电路。各所述二极管半桥电路的第一端子和第二端子经由所述限流电路与所述参考电位端连接，所述限流电路具有一限流元件和多个电单向元件，从而在出现故障时，当至少一条所述低压导线将正高压电位或负高压电位从所述高压区域引出时，经由所述低压导线流动的故障电流经由所述参考电位端被引走。所述故障电流由该故障，特别是绝缘故障，引发。

5、在多个二极管半桥电路的情况下，它们彼此并联连接。在此，第一二极管的阴极彼此连接，第二二极管的阳极彼此连接。各所述二极管半桥电路的二极管彼此以相同的导通方向连接。

6、所述二极管半桥电路的数量尤其对应于从所述高压区域引出的低压导线的数量，从而每个二极管半桥电路单独与一条所述低压导线连接。

7、所述限流电路具有第一连接端和第二连接端。所述第一二极管的阴极与所述限流电路的第一连接端连接，所述第二二极管的阳极与所述限流电路的第二连接端连接。所述限流元件优选设计用于高电流脉冲，因为所述限流元件上可能出现非常高的电压峰值。

8、所述保护电路具有第一限压元件和第二限压元件。所述二极管半桥电路的第一端子经由所述第一限压元件与所述限流电路的第一连接端连接，并且/或者所述二极管半桥电路的第二端子经由所述第二限压元件与所述限流电路的第二连接端连接。

9、所述保护电路尤其能够作为故障保护措施，将电压等级a的可接触端子上的接触电压限制为小于60 v直流电压。

10、本发明基于如下认识：存在于具有高电位的高压区域中的低压信号导线和/或低压电位导线、并且从高压区域延伸出来的这些导线，并未受到特别保护，因此在故障情况下，特别是在发生绝缘故障时，构成相关危险。所述保护电路使得从所述高压区域延伸出来的低压导线得到特别保护。

11、所述限流电路及其电单向元件的特殊构造使得，仅需要一个限流元件即可经由所述参考电位端引走故障电流。即，无论相应低压导线上存在的高压电位的极性如何，所述故障电流均经由该一个限流元件被引走。

12、通过这种方式，所述保护电路被构造为，在两个高压电位中的任一个被引入至少一条低压导线时，经由所述限流电路将电流引至所述保护接地电位。

13、尤其在故障情况下，由于布置在所述高压区域中的、位于正hv电位与所述保护接地电位之间以及位于负hv电位与所述保护接地电位之间的现有电容放电而在受影响的低压导线中流动的故障电流，可以经由所述保护电路被引至保护接地端子或所述保护接地电位。

14、在根据第一方面的至少一种有利实施方式中，所述限流元件包括电阻，或者所述限流元件由电阻构成。所述电阻优选为欧姆电阻。所述限流元件可由一个或多个电阻构件构成。所述电阻构件可串联连接。尤其可以使用多个电阻构件，以吸收/引走更多潜在危险能量，和/或提高对更高幅值/峰值的电压冲击的耐受性，例如1.000 vpeak而不是仅500vpeak。

15、在根据第一方面的至少一种实施方式中，所述多个电单向元件包括第一电单向元件和第二电单向元件。所述第一电单向元件布置在第一支路中，所述第二电单向元件与所述限流元件串联布置在第二支路中。所述第二支路并联于所述第一支路。

16、在根据第一方面的至少一种实施方式中，所述多个电单向元件分别包括至少一个二极管，或者分别由至少一个二极管构成。特别地，所述第一电单向元件包括至少一个第一二极管，并且/或者所述第二电单向元件包括至少一个第二二极管。所述至少一个第一二极管和所述至少一个第二二极管可以构造为相同或不同。所述至少一个第一二极管的阳极与所述参考电位端连接。所述至少一个第二二极管的阴极同样与所述参考电位端连接。

17、在根据第一方面的至少一种实施方式中，所述保护电路具有第一限压元件和第二限压元件，并且所述二极管半桥电路的第一端子经由所述第一限压元件与所述限流电路的第一连接端连接，并且/或者所述二极管半桥电路的第二端子经由所述第二限压元件与所述限流电路的第二连接端连接。所述第一和第二限压元件分别被构造为：当超过阈值电压或击穿电压时导通，而当低于阈值电压或击穿电压时不导通或几乎不导通。

18、所述二极管半桥电路形成一个网络，该网络允许将多个待保护的低压导线分别与所述第一限压元件和所述第二限压元件连接。由此，多个低压导线可通过所述第一和第二限压元件得到保护。由此带来成本和安装空间方面的优点，因为二极管比限压元件更便宜且更小，特别是在设计用于数安培或数百安培峰值负载时。

19、在根据第一方面的至少一种实施方式中，所述第一限压元件和/或所述第二限压元件分别包括抑制二极管和/或压敏电阻和/或保护二极管和/或齐纳二极管和/或可控硅电路和/或气体放电管和/或火花间隙和/或diac，或者由一个或多个此类构件构成。所述组件也可以以任意组合形成所述限压元件。所述抑制二极管也可称为瞬态电压抑制器（transient voltage suppressor，tvs）。

20、根据第二方面，本发明的特征在于一种车辆车载电气系统布置。所述车辆车载电气系统布置包括一种车辆电气系统，该车辆电气系统具有至少部分布置在预定高压区域中的高压电气系统以及低压电气系统，其中一条或多条低压导线从所述高压区域引出，并且所述低压导线被构造为，至少在无故障运行中分别将低压信号电位和/或低压供电电位从所述高压区域引出。此外，所述车辆车载电气系统布置具有根据第一方面的保护电路，其中所述低压导线中的至少一部分分别与lv电位连接之一连接，并且所述参考电位端与车辆的保护接地电位（gnd）连接。

21、根据第一方面的保护电路的有利实施方式同样适用于第二方面。

22、在根据第二方面的至少一种有利实施方式中，所述高压电气系统包括正高压电位和负高压电位，并且所述正高压电位经由第一电容与车辆的保护接地电位连接，所述负高压电位经由第二电容与车辆的保护接地电位连接。