DE102017212187A1

DE102017212187A1 - Energiespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102017212187A1
Application number: DE102017212187.4A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kawamura
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2017-07-17
Publication date: 2018-01-25
Also published as: JP2018012398A; US20180026458A1; JP6442444B2

Abstract

Eine Energiespeichervorrichtung ist angeordnet, die eine elektrische Energie von einer Hochspannungsschaltung eines Fahrzeugs aufnimmt, und Reed-Schalter sind in einer Schaltung angeordnet, die einen Verbindungszustand der Energiespeichervorrichtung schaltet. In den Reed-Schaltern wird der EIN-/AUS-Zustand abhängig von der Erregung/Entregung und einer Erregungsrichtung einer Hochspannungs-Sammelschiene geschaltet, die an einer proximalen Position platziert ist. Darüber hinaus ist ein Dauermagnet, der ein magnetisches Gleichfeld erzeugt, um eine Vorspannung in einer bestimmten Richtung anzulegen, in der Nähe der Reed-Schalter platziert, und es wird ein Schalten entsprechend der Erregungsrichtung aktiviert. Ein beweglicher Dauermagnet wird in der Nähe der Hochspannungs-Sammelschiene platziert, und die Position des Dauermagneten wird abhängig von der Erregung/Entregung und der Erregungsrichtung verändert.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht Priorität gegenüber der am 20. Juli 2016 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-142.556 , deren gesamte Inhalte durch Bezugnahme hierin eingeschlossen sind.
Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Energiespeichervorrichtung, die ein Energiespeicherelement beinhaltet, das eine elektrische Energie speichern kann, die von einer Batterieschaltung eines Fahrzeugs zugeführt wird.
2. Hintergrund der Technik
In einem Fahrzeug wie zum Beispiel einem Hybridfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor als Antriebsquelle zum Erzeugen einer Antriebskraft beinhaltet, oder einem Elektrofahrzeug wird eine Hochspannungs-Hauptbatterie oder dergleichen, die an dem Fahrzeugaufbau montiert ist, geladen, und die Antriebskraft wird mithilfe von elektrischer Energie erzeugt, die von der Hauptbatterie oder dergleichen zugeführt wird. Eine Energiequellenschaltung, die elektrische Energie zum Erzeugen einer Antriebskraft für das Fahrzeug erzeugt und die durch die Hauptbatterie oder dergleichen gestaltet ist, wird häufig so konstruiert, dass sie eine hohe Spannung wie etwa 200 [V] verarbeitet, um einen Energieverlust zu verringern.
In einem Fahrzeug, das eine hohe Spannung verarbeitet, ist es erforderlich, einen Insassen oder dergleichen vor einem elektrischen Schlag aufgrund eines Leckstroms zu schützen. Daher ist es üblich, dass eine Hochspannungsschaltung gegen Masse wie zum Beispiel den Fahrzeugaufbau elektrisch isoliert ist. Das heißt, selbst wenn der Insasse den Fahrzeugaufbau berührt, besteht keine Gefahr eines elektrischen Schlags. Es besteht jedoch eine Möglichkeit, dass der Isolationswiderstand zwischen der Hochspannungsschaltung und Masse aufgrund einer Verschlechterung, eines Ausfalls, einer Veränderung in der Umgebung wie zum Beispiel der Feuchtigkeit, einer Kollision des Fahrzeugs oder dergleichen verringert werden kann. Wenn der Isolationswiderstand verringert wird, entsteht eine Möglichkeit, dass der Insasse oder dergleichen einen elektrischen Schlag erleiden kann.
In einem Fahrzeug, das eine hohe Spannung verarbeitet, muss daher der Isolationswiderstand zwischen einer Hochspannungsschaltung und Masse regelmäßig oder ständig überprüft werden. Zu diesem Zweck wird eine Isolationszustands-Erkennungsvorrichtung verwendet.
In Isolationszustands-Erkennungsvorrichtungen, die in den Patentliteraturen JP-A-2013-205.082 , JP-A-2014-126.382 und JP-A-2014-149.193 offenbart werden, wird ein Kondensator verwendet, der als fliegender Kondensator bezeichnet wird, die Spannung wird während wiederholter Lade- und Entladezyklen des fliegenden Kondensators gemessen, und der Masseschlusswiderstand wird auf Grundlage der gemessenen Spannung erkannt. Bei einer solchen Messvorrichtung wird die Spannung gemessen, nachdem der fliegende Kondensator geladen worden ist, und anschließend werden Ladungen, die in dem fliegenden Kondensator gespeichert sind, entladen. Bei dem Entladen handelt es sich um einen Vorgang, der notwendig ist, um die Messung in den nächsten Messzyklus korrekt durchzuführen.
Übersicht
Eine fahrzeugseitige Vorrichtung wie zum Beispiel die herkömmlichen Isolationszustands-Erkennungsvorrichtungen ist mit einer Steuereinheit zum Durchführen der Lade- und Entladezyklen und von Messungen in verschiedenen Messvorrichtungen ausgestattet. Eine solche Steuereinheit erfordert eine Niederspannungsschaltung zum Zuführen einer elektrischen Quellenenergie von einer Niederspannungsbatterie von üblicherweise 12 [V]. Darüber hinaus ist eine Niederspannungsbatterie üblicherweise an einer Position angeordnet, die von einer Hauptbatterie entfernt ist. Daher ist die Niederspannungsschaltung von der Niederspannungsbatterie zu der Steuereinheit verlegt, die in der Nähe der Hauptbatterie angeordnet ist. In der Umgebung der Hauptbatterie sind dementsprechend die Niederspannungsschaltung und eine Hochspannungsschaltung gleichzeitig vorhanden. Das gemeinsame Vorhandensein von Nieder- und Hochspannungsschaltungen ist jedoch aufgrund der Unterschiede in ihren Spannungen nicht wünschenswert, und daher ist es erwünscht, eine Hochspannungsschaltung und eine Niederspannungsschaltung gegeneinander zu isolieren.
Die Erfindung ist in Anbetracht der oben erörterten Situationen gemacht worden. Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, bei der es, um den Betrieb der Vorrichtung selbst zu steuern, nicht erforderlich ist, eine Energiequellenenergie von einer Niederspannungsschaltung zuzuführen, und daher die Niederspannungsschaltung gegenüber einer Hochspannungsschaltung in der Nähe einer Hauptbatterie isoliert werden kann.
Um das Ziel zu erreichen, wird die Energiespeichervorrichtung der Erfindung im Folgenden in (1) bis (5) charakterisiert.

(1) Eine Energiespeichervorrichtung, wobei die Vorrichtung beinhaltet: ein Energiespeicherelement, das eine elektrische Energie speichern kann, die von einer Batterieschaltung eines Fahrzeugs zugeführt wird; und eine Magnetschalterschaltung, die zwischen einem Verbindungs- und einem Trennzustand der Batterieschaltung und des Energiespeicherelements geschaltet werden kann, und, wenn ein Magnetfeld dadurch erzeugt wird, dass ein Strom durch einen Hochspannungsleitungsweg fließt, der mit der Batterieschaltung elektrisch verbunden ist, die Magnetschalterschaltung in den Verbindungszustand geschaltet wird.
(2) Eine Energiespeichervorrichtung, wobei die Vorrichtung beinhaltet: ein Energiespeicherelement, das eine elektrische Energie speichern kann, die von einer Batterieschaltung eines Fahrzeugs zugeführt wird; eine erste Magnetschalterschaltung, die zwischen einem Verbindungs- und einem Trennzustand der Batterieschaltung und des Energiespeicherelements geschaltet werden kann; und eine zweite Magnetschalterschaltung, die zwischen einem Verbindungs- und einem Trennzustand des Energiespeicherelements und einer externen Niederspannungsschaltung geschaltet werden kann, wobei sich, wenn sich die erste Magnetschalterschaltung oder die zweite Magnetschalterschaltung in dem Verbindungszustand befindet, die andere Magnetschalterschaltung in dem Trennzustand befindet und der Verbindungs- und der Trennzustand auf Grundlage eines Magnetfeldes geschaltet werden, das dadurch erzeugt wird, dass ein Strom durch einen Hochspannungsleitungsweg fließt, der mit der Batterieschaltung elektrisch verbunden ist.
(3) Die Energiespeichervorrichtung gemäß (2) oben, wobei sich in einem Fall eines Magnetfeldes, das durch einen Strom in einer Richtung, entlang der der Strom in die Batterieschaltung fließt, erzeugt wird, die erste Magnetschalterschaltung in dem Verbindungszustand befindet und sich die zweite Magnetschalterschaltung in dem Trennzustand befindet, und sich in einem Fall eines Magnetfeldes, das durch einen Strom in einer Richtung, entlang der der Strom aus der Batterieschaltung fließt, erzeugt wird, die erste Magnetschalterschaltung in dem Trennzustand befindet und sich die zweite Magnetschalterschaltung in dem Verbindungszustand befindet.
(4) Die Energiespeichervorrichtung gemäß (2) oder (3) oben, wobei die Vorrichtung des Weiteren ein Magnetfeld-Erzeugungselement beinhaltet, das in einer Nähe der ersten und der zweiten Magnetschalterschaltung platziert ist und das ein vorgegebenes magnetisches Gleichfeld für die erste und die zweite Magnetschalterschaltung bereitstellt, und in der ersten und der zweiten Magnetschalterschaltung der Verbindungs- und der Trennzustand entsprechend einem Beeinflussungsgrad des magnetischen Gleichfeldes geschaltet werden, das durch das Magnetfeld-Erzeugungselement erzeugt wird.
(5) Die Energiespeichervorrichtung gemäß einem von (2) bis (4) oben, wobei die externe Niederspannungsschaltung einen Teil einer Erkennungsschaltung zum Erkennen eines Zustands im Zusammenhang mit der Batterieschaltung bildet, wobei das Energiespeicherelement mit der Erkennungsschaltung verbunden ist, und die elektrische Energie, die in dem Energiespeicherelement gespeichert ist, zum Ansteuern der Erkennungsschaltung verwendet wird.

Gemäß der Energiespeichervorrichtung, die die Gestaltung von (1) oben aufweist, können, wenn die Magnetschalterschaltung so geschaltet ist, dass sich die Batterieschaltung und das Energiespeicherelement in dem Verbindungszustand befinden, Ladungen von dem Hochspannungsleitungsweg in das Energiespeicherelement eingebracht und darin gespeichert werden. Darüber hinaus wird der Zustand der Magnetschalterschaltung durch das Magnetfeld aufgrund des Stroms gesteuert, der durch den Hochspannungsleitungsweg fließt. Gemäß der Gestaltung kann die Magnetschalterschaltung arbeiten, selbst wenn die elektrische Quellenenergie nicht zugeführt wird.
Gemäß der Energiespeichervorrichtung, die die Gestaltung von (2) oben aufweist, können, wenn die erste und die zweite Magnetschalterschaltung so geschaltet werden, dass sich die Batterieschaltung und das Energiespeicherelement in dem Verbindungszustand befinden und sich das Energiespeicherelement und die externe Niederspannungsschaltung in dem Trennzustand befinden, Ladungen von dem Hochspannungsleitungsweg in das Energiespeicherelement eingebracht und darin gespeichert werden. Wenn die erste und die zweite Magnetschalterschaltung so geschaltet werden, dass sich die Batterieschaltung und das Energiespeicherelement in dem Trennzustand befinden und sich das Energiespeicherelement und die externe Niederspannungsschaltung in dem Verbindungszustand befinden, kann das Energiespeicherelement die gespeicherte Energie der Niederspannungsschaltung zuführen. Darüber hinaus werden die Zustände der ersten und der zweiten Magnetschalterschaltung durch das Magnetfeld aufgrund des Stroms gesteuert, der durch den Hochspannungsleitungsweg fließt. Gemäß der Gestaltung können die Magnetschalterschaltungen arbeiten, selbst wenn die elektrische Quellenenergie nicht zugeführt wird.
Gemäß der Energiespeichervorrichtung, die die Gestaltung von (3) oben aufweist, wird die Position eines Magnetfeld-Erzeugungselements abhängig davon geschaltet, ob ein Strom in der Richtung fließt, entlang der die Batterieschaltung geladen wird, und können die Zustände der ersten und der zweiten Magnetschalterschaltung geschaltet werden.
Gemäß der Energiespeichervorrichtung, die die Gestaltung von (4) oben aufweist, können die Zustände der ersten und der zweiten Magnetschalterschaltung entsprechend dem Beeinflussungsgrad des magnetischen Gleichfeldes geschaltet werden, das durch das Magnetfeld-Erzeugungselement erzeugt wird. Daher können zum Beispiel der Verbindungs- und der Trennzustand der ersten und der zweiten Magnetschalterschaltung abhängig von dem zusammengesetzten Magnetfeld des Magnetfeldes aufgrund des Stroms, der durch den Hochspannungsleitungsweg fließt, und von demjenigen, das durch das Magnetfeld-Erzeugungselement erzeugt wird, oder entsprechend der Position des Magnetfeld-Erzeugungselements geschaltet werden.
Gemäß der Energiespeichervorrichtung, die die Gestaltung von (5) oben aufweist, kann der Betriebszustand der Batterieschaltung mithilfe der Erkennungsschaltung erkannt werden. Darüber hinaus kann die elektrische Quellenenergie, die zum Ansteuern der Erkennungsschaltung erforderlich ist, auf Grundlage der Energie erzeugt werden, die in dem Energiespeicherelement gespeichert ist, und daher kann die gespeicherte Energie wirksam genutzt werden.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, bei der es, um den Betrieb der Vorrichtung selbst zu steuern, nicht erforderlich ist, eine Energiequellenenergie von einer Niederspannungsschaltung zuzuführen, und daher die Niederspannungsschaltung gegenüber einer Hochspannungsschaltung in der Nähe einer Hauptbatterie isoliert werden kann.
Die Erfindung ist oben kurz beschrieben worden. Wenn eine Art des Ausführens der Erfindung (die im Folgenden als „Ausführungsform” bezeichnet wird), die im Folgenden beschrieben wird, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, werden die Einzelheiten der Erfindung weiter verdeutlicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein elektrisches Schaltbild, das Hauptbestandteile eines Systems darstellt, das eine Energiespeichervorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet.
2 ist eine Vorderansicht, die ein Gestaltungsbeispiel (1) der Umgebung eines Reed-Schalters SW1 diagrammatisch darstellt.
3 ist eine Vorderansicht, die ein Gestaltungsbeispiel (2) der Umgebung des Reed-Schalters SW1 diagrammatisch darstellt.
4 ist eine Vorderansicht, die ein Gestaltungsbeispiel (3) der Umgebung des Reed-Schalters SW1 diagrammatisch darstellt.
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine spezifische Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Zuerst werden die Gestaltung und der Betrieb der gesamten Ausführungsform zusammengefasst.
1 stellt Hauptbestandteile eines Systems dar, das eine Energiespeichervorrichtung der Ausführungsform der Erfindung beinhaltet. Das in 1 dargestellte System beinhaltet eine Masseschluss-Messschaltung (Erkennungsschaltung) 10, die zum Erkennen des Masseschlusswiderstandes an einem Fahrzeug verwendet wird, und Peripherieschaltungen, die eine elektrische Quellenenergie erzeugen, die erforderlich ist, damit fahrzeugseitige Vorrichtungen wie zum Beispiel die Masseschluss-Messschaltung 10 arbeiten. Die Peripherieschaltungen beinhalten die Energiespeichervorrichtung 70.
In dem in 1 dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Energiespeichervorrichtung 70 zum Erzeugen einer elektrischen Quellenenergie verwendet wird, die erforderlich ist, damit die Masseschluss-Messschaltung 10 den Masseschlusswiderstand misst. Alternativ kann die Energiespeichervorrichtung 70 zum Erzeugen einer elektrischen Quellenenergie verwendet werden, die von einer Spannungsmessvorrichtung und sonstigen fahrzeugseitigen Vorrichtungen benötigt wird.
Die in 1 dargestellte Masseschluss-Messschaltung 10 kann verwendet werden, während sie an einem Fahrzeug wie zum Beispiel einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug angebracht ist, das einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor als Antriebsquelle zum Erzeugen einer Antriebskraft beinhaltet. Eine fahrzeugseitige Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50, die als Hauptbatterie fungiert, gibt eine Gleichstromenergie mit einer hohen Spannung von zum Beispiel etwa 200 [V] aus. Die Energieausgabe von der fahrzeugseitigen Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 kann einen Elektromotor MOT antreiben, der eine Antriebskraft für das Fahrzeug erzeugt.
Die fahrzeugseitige Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 ist durch wiederaufladbare Batterien wie zum Beispiel Lithium-Ionen-Batterien gestaltet und kann eine Energie mit einer hohen Spannung von zum Beispiel etwa 100 bis 200 [V] speichern. Die fahrzeugseitige Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 kann die Gleichstromenergie nach Bedarf einer Wechselrichtervorrichtung, die mit dem Elektromotor MOT verbunden ist, der eine Antriebskraft für das Fahrzeug erzeugt, und sonstigen Verbrauchern zuführen.
Die fahrzeugseitige Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 kann über die Wechselrichtervorrichtung, die eine Wandlerfunktion aufweist, mit dem Elektromotor MOT, der als Generator arbeiten kann, oder mit externen Geräten verbunden sein. Der Generator wandelt die Antriebskraft des Motors, eine überschüssige kinetische Energie während einer Verzögerung des Fahrzeugs und dergleichen in elektrische Energie um und gewinnt die Energie zurück. Bei den externen Geräten handelt es sich um eine Ladeeinrichtung, die an einem Platz angeordnet ist, an dem das Fahrzeug zu parken ist, und die für ein Fahrzeug bestimmt ist. Wenn ein Laden durchzuführen ist, wird das externe Gerät über ein abnehmbares externes Verbindungskabel mit der fahrzeugseitigen Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 verbunden.
Demgegenüber ist eine positive Energieversorgungsleitung 111 des Ausgangs der fahrzeugseitigen Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 gegenüber einer Masseelektrode elektrisch isoliert. Darüber hinaus ist eine negative Energieversorgungsleitung 112 gegenüber der Masseelektrode elektrisch isoliert. Die Masseelektrode entspricht einem geerdeten Abschnitt wie zum Beispiel dem Fahrzeugaufbau. Der Isolationszustand zwischen der positiven Energieversorgungsleitung 111 und der Masseelektrode kann durch amen Masseschlusswiderstand RLp angegeben werden, und derjenige zwischen der negativen Energieversorgungsleitung 112 und der Masseelektrode kann durch einen Masseschlusswiderstand RLn angegeben werden.
Wenn die in 1 dargestellte Masseschluss-Messschaltung 10 an einem Fahrzeug angebracht ist, ist es möglich, den Isolationszustand des Fahrzeugs jederzeit nach Bedarf zu überwachen. Das heißt, die Masseschluss-Messschaltung 10 kann zum Erkennen der Masseschlusswiderstände RLp, RLn an dem Ausgang der fahrzeugseitigen Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 verwendet werden, um den Isolationszustand zu erfahren.
Wie in 1 dargestellt, sind daher positive und negative eingangsseitige Anschlüsse 13, 14 der Masseschluss-Messschaltung 10 mit der positiven bzw. der negativen Energieversorgungsleitung 111, 112 verbunden.
Wie in 1 dargestellt, sind Ausgangsanschlüsse 21 angeordnet, um das Ergebnis einer Messung durch die Masseschluss-Messschaltung 10 und Warninformationen auszugeben. Die Ausgangsanschlüsse 21 können zum Beispiel mit einer elektronischen Steuereinheit (electronic control unit, ECU) des Fahrzeugs verbunden sein.
In dem in 1 dargestellten System ist eine Energiequelleneinheit 30 angeordnet, um eine logische Versorgungsgleichspannung Vcc zu erzeugen, die erforderlich ist, damit die Masseschluss-Messschaltung 10 arbeitet. Eine Diode D22, die mit dem Eingang der Energiequelleneinheit 30 verbunden ist, ist mit dem Ausgang der Energiespeichervorrichtung 70 verbunden. Die Diode D22 weist eine Funktion auf, um zu verhindern, dass es zu einem Sperrstromfluss kommt.
Ein Ende des Kondensators 31 in der Energiequelleneinheit 30 ist mit dem Kathodenanschluss der Diode D22 und darüber hinaus mit einem Eingangsanschluss 32a eines Reglers 32 verbunden, und das andere Ende ist mit Masse verbunden. Der Kondensator 31 speichert Ladungen, die über die Diode D22 zugeführt werden, um sie als elektrische Quellenenergie zu verwenden. Der Regler 32 weist eine Funktion einer Spannungsregelung auf, bei der eine Gleichspannung auf Grundlage einer Eingangsenergie stabil erzeugt wird, und gibt die vorgegebene logische Versorgungsgleichspannung Vcc, die als elektrische Quellenenergie für verschiedene logische Schaltungen erforderlich ist, aus einem Ausgangsanschluss 32b aus. Im Besonderen gibt der Regler eine Gleichspannung von etwa +5 [V] oder +3,3 [V] als logische Versorgungsgleichspannung Vcc aus.
Als Nächstes wird ein Gestaltungsbeispiel für die Energiespeichervorrichtung 70 beschrieben.
Die in 1 dargestellte Energiespeichervorrichtung 70 beinhaltet Widerstände R03, R04, Reed-Schalter SW1, SW2, eine Energiespeichereinrichtung (ein Energiespeicherelement) Cs und eine Zener-Diode ZD1.
Als Energiespeichereinrichtung Cs wird zum Beispiel ein Superkondensator mit hoher Kapazität oder ein elektrischer Doppelschichtkondensator verwendet, so dass die Vorrichtung eine relativ große Menge an Energie speichern kann. Es versteht sich, dass anstelle einer Vorrichtung vom Kapazitätstyp eine Sekundärbatterie als Energiespeichereinrichtung Cs verwendet werden kann.
2 stellt ein Gestaltungsbeispiel (1) der Umgebung des Reed-Schalters SW1 dar. Der Reed-Schalter SW2 ist ähnlich gestaltet wie die Gestaltung von 2. Die Reed-Schalter SW1, SW2 bilden die Magnetschalterschaltung. Wie in 1 und 2 dargestellt, weist jeder der Reed-Schalter SW1, SW2 einen Wechselkontakt vom Typ „C-Kontakt” auf. Im Besonderen weist der Reed-Schalter SW1 einen Arbeitskontakt SW1a und einen Ruhekontakt SW1b auf, und der Reed-Schalter SW2 weist einen Arbeitskontakt SW2a und einen Ruhekontakt SW2b auf. Bei der Ausführungsform bildet die Seite der Kontakte SW1a, SW2a der Reed-Schalter SW1, SW2 die erste Magnetschalterschaltung, und diejenige der Kontakte SW1b, SW2b der Reed-Schalter SW1, SW2 bildet die zweite Magnetschalterschaltung.
Wenn der Reed-Schalter SW1 AUS ist, ist der Kontakt SW1a geöffnet, und der Kontakt SW1b ist geschlossen. Wenn der Reed-Schalter SW1 EINgeschaltet ist, ist der Kontakt SW1b geöffnet, und dann ist der Kontakt SW1a geschlossen. Wenn der Reed-Schalter SW1 AUSgeschaltet ist, ist der Kontakt SW1a geöffnet, und dann ist der Kontakt SW1b geschlossen. Daher tritt ein Zustand, in dem die beiden Kontakte SW1a, SW1b gleichzeitig geschlossen sind, nicht auf.
Wenn der Reed-Schalter SW2 AUS ist, ist der Kontakt SW2a geöffnet, und der Kontakt SW2b ist geschlossen. Wenn der Reed-Schalter SW2 EINgeschaltet ist, ist der Kontakt SW2b geöffnet, und dann ist der Kontakt SW2a geschlossen. Wenn der Reed-Schalter SW2 AUSgeschaltet ist, ist der Kontakt SW2a geöffnet, und dann ist der Kontakt SW2b geschlossen. Daher tritt ein Zustand, in dem die beiden Kontakte SW2a, SW2b gleichzeitig geschlossen sind, nicht auf.
Ein arbeitsseitiger Anschluss T1_NO, der mit dem Kontakt SW1a des Reed-Schalters SW1 verbunden ist, ist über den Widerstand R03 und eine eingangsseitige Hochspannungsleitung 71 mit dem positiven eingangsseitigen Anschluss 13 verbunden. Ein Anschluss des Kontakts SW2a des Reed-Schalters SW2 ist über den Widerstand R04 und eine eingangsseitige Hochspannungsleitung 72 mit dem negativen eingangsseitigen Anschluss 14 verbunden.
Die Energiespeichereinrichtung Cs ist zwischen einem gemeinsamen Anschluss 76 (T1_COM), der den Kontakten SW1a, SW1b gemeinsam ist, und einem gemeinsamen Anschluss 77 verbunden, der den Kontakten SW2a, SW2b gemeinsam ist. Die Zener-Diode ZD1 ist parallel mit der Energiespeichereinrichtung Cs verbunden. Die Zener-Diode ZD1 ist für einen Überspannungsschutz der Energiespeichereinrichtung Cs angeordnet.
Ein ruheseitiger Anschluss T1_NC, der mit dem Kontakt SW1b des Reed-Schalters SW1 verbunden ist, ist über eine ausgangsseitige Leitung 74 mit dem Eingang der Energiequelleneinheit 30 auf der Seite der Diode D22 verbunden. Ein Anschluss des Kontakts SW2b ist über eine ausgangsseitige Leitung 75 mit einer Masseelektrode 15 verbunden.
Wie in 2 dargestellt, ist jeder der Reed-Schalter SW1, SW2 in der Energiespeichervorrichtung 70 an einer Position platziert, die sich in der Nähe einer Hochspannungs-Sammelschiene (eines Hochspannungsleitungsweges) 73 befindet. Im Besonderen werden die EIN-/AUS-Zustände der Reed-Schalter SW1, SW2 abhängig von dem Vorhandensein/Nichtvorhandensein des magnetischen Gleichfeldes geschaltet, das von der Hochspannungs-Sammelschiene 73 erzeugt wird.
In dem in 2 dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, dass, wie durch eine Stromrichtung 73a angegeben, ein Strom, der von oben nach unten gerichtet ist, als Lade-Strom durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, die entlang einer Achse platziert ist, die senkrecht zu dem Figurenblatt gerichtet ist. Daher bewirkt der Ladestrom, dass ein Magnetfeld in der Umgebung der Hochspannungs-Sammelschiene 73 erzeugt wird und ein magnetischer Fluss B1 in der Richtung erzeugt wird, die durch die Pfeile angegeben wird. Der magnetische Fluss B1 kreuzt den Reed-Schalter SW1, der in der Umgebung des Busses platziert ist, und daher wird die Kontaktzunge des Reed-Schalters SW1 magnetisiert. Die resultierende magnetische Anziehungskraft bewirkt, dass sich ein beweglicher Kontaktzungenabschnitt SW1x elastisch verformt und die Zustände der Kontakte SW1a, SW1b geschaltet werden.
Wenn die Erregung der Hochspannungs-Sammelschiene 73 beendet wird, verschwinden das Magnetfeld und der magnetische Fluss B1 in der Umgebung der Hochspannungs-Sammelschiene 73. Daher wird die Magnetisierung des Reed-Schalters SW1 aufgehoben, und die Kontakte SW1a, SW1b werden durch die Elastizität der Kontaktzunge in die jeweiligen Normalzustände zurückgeführt. Dies ist ebenso auf den Reed-Schalter SW2 anwendbar.
Die Hochspannungs-Sammelschiene 73 ist als Teil einer positiven Energieversorgungsleitung angeordnet, durch die der Elektromotor MOT und die fahrzeugseitige Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50, die in 1 dargestellt sind, miteinander verbunden sind. Wenn die fahrzeugseitige Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 geladen wird, d. h., wenn die elektrische Energie verwendet werden kann, die von dem Elektromotor MOT, der als Generator fungiert, oder von der externen Ausrüstung zugeführt wird, fließt daher ein Gleichstrom durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73.
Daher werden die Reed-Schalter SW1, SW2 durch den Einfluss des magnetischen Gleichfeldes, das von der Hochspannungs-Sammelschiene 73 erzeugt wird, jeweils automatisch auf EIN geschaltet. In diesem Fall werden die Kontakte SW1b, SW2b geöffnet, und die Kontakte SW1a, SW2a werden dann geschlossen. Daher wird ein Strompfad zum Zuführen einer elektrischen Energie zu der Energiespeichereinrichtung Cs durch das Schließen der Kontakte SW1a, SW2a ausgebildet. Anschließend speichert die Energiespeichereinrichtung Cs die zugeführte Energie.
Wenn das Laden der fahrzeugseitigen Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 beendet ist, fließt kein Strom durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73. Daher verschwindet das magnetische Gleichfeld, das von der Hochspannungs-Sammelschiene 73 erzeugt wird, und die Reed-Schalter SW1, SW2 werden jeweils automatisch auf AUS geschaltet. In diesem Fall werden die Kontakte SW1a, SW2a geöffnet, und die Kontakte SW1b, SW2b werden dann geschlossen. Infolgedessen wird die Energiespeichereinrichtung Cs von der Hochspannungsschaltung auf der Eingangsseite abgeschnitten und durch die ausgangsseitigen Leitungen 74, 75 mit der Schaltung auf der Ausgangsseite, d. h. der Energiequelleneinheit 30 verbunden. In diesem Zustand kann die elektrische Energie, die in der Energiespeichereinrichtung Cs gespeichert ist, über die Diode D22 in die Energiequelleneinheit 30 eingebracht werden.
Ein wichtiger Aspekt bei der Energiespeichervorrichtung 70 ist, dass die elektrische Energie, die in der Niederspannungsschaltung zu verwenden ist, von der Hochspannungsschaltung eingebracht wird, ohne die Niederspannungsenergiequelle zu verwenden, und in der Energiespeichereinrichtung Cs gespeichert wird. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, dass die Hochspannungsschaltung auf der Seite des Eingangs der Energiespeichereinrichtung Cs gegenüber der Niederspannungsschaltung auf der Seite des Ausgangs elektrisch isoliert ist. Diese Ziele werden durch die Reed-Schalter SW1, SW2 erzielt, die in der Energiespeichervorrichtung 70 angeordnet sind.
Im Besonderen isolieren die Kontakte SW1a, SW1b des Reed-Schalters SW1 die eingangsseitige Hochspannungsleitung 71 gegenüber der ausgangsseitigen Leitung 74, und die Kontakte SW2a, SW2b des Reed-Schalters SW2 isolieren die eingangsseitige Hochspannungsleitung 72 gegenüber der ausgangsseitigen Leitung 75. Darüber hinaus werden die EIN-/AUS-Zustände der Reed-Schalter SW1, SW2 abhängig von dem Vorhandensein/Nichtvorhandensein des Magnetfeldes, das von der Hochspannungs-Sammelschiene 73 erzeugt wird, mechanisch und automatisch geschaltet. Daher ist es nicht erforderlich, eine spezielle Steuerschaltung anzuordnen. Folglich ist es nicht erforderlich, eine Niederspannungsschaltung zum Zuführen einer Niederspannungsenergie zu einer solchen Steuerschaltung von einer Niederspannungsbatterie von 12 [V] zu der fahrzeugseitigen Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 oder der Umgebung der Hochspannungs-Sammelschiene 73 zu verlegen, so dass die Hochspannungsschaltung gegenüber der Niederspannungsschaltung isoliert werden kann. Darüber hinaus ist auch eine spezielle elektrische Quellenenergie zum Steuern nicht erforderlich.
<Modifizierung (1) der Energiespeichervorrichtung 70>
3 stellt ein Gestaltungsbeispiel (2) der Umgebung des Reed-Schalters SW1 dar. Der Reed-Schalter SW2 ist ähnlich gestaltet wie die Gestaltung von 3.
In der in 2 dargestellten Gestaltung werden die EIN-/AUS-Zustände der Reed-Schalter SW1, SW2 abhängig davon geschaltet, ob ein Strom durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, und folglich kann eine Steuerung, die den Unterschied in der Richtung des Stroms widerspiegelt, nicht durchgeführt werden. Daher kann ein Pfad, auf dem zum Beispiel der Ladestrom, der in der Richtung in die Batterie fließt, und der Entladestrom, der in der Richtung aus der Batterie fließt, gleichzeitig vorhanden sind, nicht als Pfad für die Hochspannungs-Sammelschiene 73 verwendet werden, die durch die Energiespeichervorrichtung 70 verwendet wird.
Die Energiespeichervorrichtung 70 mit der Gestaltung der Modifizierung (1), die in 3 dargestellt wird, weist eine Funktion auf, dass sie ermöglicht, dass ein Vorgang durchgeführt wird, der den Unterschied in der Stromrichtung widerspiegelt. Selbst in dem Fall, in dem die Hochspannungs-Sammelschiene 73 in dem Pfad platziert ist, auf dem der Ladestrom, der in der Richtung in die Batterie fließt, und der Entladestrom, der in der Richtung aus der Batterie fließt, gleichzeitig vorhanden sind, können nur dann, wenn zum Beispiel der Strom in die Batterie fließt, d. h. die Batterie durch eine externe Energiequelle oder eine erneuerbare Energie geladen wird, die Kontakte SW1a, SW2a EINgeschaltet werden, die Energiespeichereinrichtung Cs geladen werden und Ladungen eingebracht werden.
Im Besonderen unterscheidet sich die in 3 dargestellte Gestaltung von derjenigen, die in 2 dargestellt wird, darin, dass ein Dauermagnet (ein Magnetfeld-Erzeugungselement) 78 hinzugefügt ist. Wie in 3 dargestellt, ist der Dauermagnet 78 in der Umgebung des Reed-Schalters SW1 platziert. Das magnetische Gleichfeld, das durch den Dauermagneten 78 erzeugt wird, bewirkt, dass ein magnetischer Fluss B2 den Reed-Schalter SW1 kreuzt. In dem Fall, in dem die beiden Reed-Schalter SW1, SW2 jeweils an Positionen platziert sind, die nahe beieinander liegen, kann der einzelne Dauermagnet 78 durch die beiden Reed-Schalter SW1, SW2 gemeinsam genutzt werden.
Wenn ein Strom durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, bewirkt der Strom bei der in 3 dargestellten Gestaltung darüber hinaus, dass ein magnetisches Gleichfeld erzeugt wird und der magnetische Fluss B1 den Reed-Schalter SW1 kreuzt. Bei der in 3 dargestellten Gestaltung wird der Reed-Schalter SW1 daher durch das zusammengesetzte Magnetfeld aus dem magnetischen Gleichfeld des Dauermagneten 78 und demjenigen beeinflusst, das durch den Strom bewirkt wird, der durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt.
In dem in 3 dargestellten Beispiel trifft etwa die Richtung des magnetischen Flusses B1 mit derjenigen des magnetischen Flusses B2 in der Umgebung des Reed-Schalters SW1 zusammen, und daher werden die magnetischen Flüsse addiert, so dass das zusammengesetzte Magnetfeld verstärkt wird. Demgegenüber ist in dem Fall, in dem ein Strom in der der Stromrichtung 73a entgegengesetzten Richtung, d. h. der Entladestrom, durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, die Richtung des magnetischen Flusses B1 derjenigen in dem in 3 dargestellten Zustand entgegengesetzt, die Richtung des magnetischen Flusses B1 ist derjenigen des magnetischen Flusses B2 in der Nähe des Reed-Schalters SW1 entgegengesetzt, und die Magnetfelder heben einander auf, sodass das zusammengesetzte Magnetfeld geschwächt wird.
Im Besonderen wird die Intensität des zusammengesetzten Magnetfeldes, das den Reed-Schalter SW1 beeinflusst, nicht nur abhängig von der Erregung/Entregung der Hochspannungs-Sammelschiene 73, sondern auch von der Erregungsrichtung geändert. Daher kann die Richtung der Erregung in der Hochspannungs-Sammelschiene 73 in den Bedingungen für den Vorgang des Schaltens des EIN-/AUS-Zustands des Reed-Schalters SW1 widergespiegelt werden. Beispielsweise kann ein Vorgang so durchgeführt werden, dass, wenn ein Strom mit einem vorgegebenen oder höheren Pegel durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 in der Richtung fließt, entlang der die Batterie geladen wird, der Reed-Schalter SW1 auf EIN geschaltet wird, und wenn ein Strom durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 in der Richtung fließt, entlang der die Batterie entladen wird, der Reed-Schalter SW1 den AUS-Zustand aufrechterhält.
Die eigentliche Energiespeichervorrichtung 70 kann so konstruiert sein, dass bewirkt wird, dass die Energiespeichervorrichtung 70 in Übereinstimmung mit einer der folgenden beiden Arten von Bedingungen (1) und (2) beispielsweise abhängig von den Eigenschaften des eingesetzten Dauermagneten 78 oder der Anpassung des Abstandes zwischen dem Dauermagneten 78 und dem Reed-Schalter SW1 arbeitet.

(1) In dem Fall, in dem der Dauermagnet ein relativ schwaches Magnetfeld 78 erzeugt, ist das Magnetfeld aufgrund des Dauermagneten 78 nicht ausreichend, um zu bewirken, dass der Reed-Schalter SW1 EINgeschaltet wird. Daher arbeitet der Reed-Schalter SW1 abhängig von dem Erregungszustand der Hochspannungs-Sammelschiene 73 in folgender Weise.

Wenn die Sammelschiene nicht erregt ist: Der SW1, ist AUSgeschaltet.
Wenn die Sammelschiene vorwärts erregt (geladen) wird: Das zusammengesetzte Magnetfeld wird aufgrund der Addition der Flüsse B1, B2 verstärkt, und daher wird der Reed-Schalter SW1 EINgeschaltet.
Wenn die Sammelschiene umgekehrt erregt (entladen) wird: Das zusammengesetzte Magnetfeld wird aufgrund der gegenseitigen Aufhebung der Flüsse B1, B2 geschwächt, und daher wird der Reed-Schalter SW1 AUSgeschaltet.

(2) In dem Fall, in dem die Intensität des Magnetfeldes, das durch den Dauermagneten 78 erzeugt wird, ausreichend hoch ist, kann der Reed-Schalter SW1 durch das Magnetfeld aufgrund des Dauermagneten 78 einfach EINgeschaltet werden. Daher arbeitet der Reed-Schalter SW1 abhängig von dem Erregungszustand der Hochspannungs-Sammelschiene 73 in folgender Weise.

Wenn die Sammelschiene nicht erregt ist: Der SW1 ist EINgeschaltet.
Wenn die Sammelschiene vorwärts erregt (geladen) wird: Das zusammengesetzte Magnetfeld wird aufgrund der Addition der Flüsse B1, B2 verstärkt, und daher wird der Reed-Schalter SW1 EINgeschaltet.
Wenn die Sammelschiene umgekehrt erregt (entladen) wird: Das zusammengesetzte Magnetfeld wird aufgrund der gegenseitigen Aufhebung der Flüsse B1, B2 geschwächt, und daher wird der Reed-Schalter SW1 AUSgeschaltet.
Selbst in dem Fall, in dem die Vorrichtung unter einer beliebigen der obigen Bedingungen (1) und (2) arbeitet, kann der EIN-/AUS-Zustand des Reed-Schalters SW1 abhängig von der Richtung des Stroms geschaltet werden, der durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt. Im Besonderen wird eine Vorspannung in einer bestimmten Richtung durch den Einfluss des magnetischen Gleichfeldes angelegt, das durch den Dauermagneten 78 erzeugt wird, und daher kann der Unterschied in der Richtung des Stroms, der durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, in der Betätigung des Reed-Schalters SW1 widergespiegelt werden.
<Modifizierung (2) der Energiespeichervorrichtung 70>
4 stellt ein Gestaltungsbeispiel (3) für die Umgebung des Reed-Schalters SW1 dar.
Die Energiespeichervorrichtung 70 der Gestaltung der Modifizierung (2), die in 3 dargestellt wird, weist die Funktion auf, dass sie ermöglicht, dass ein Vorgang durchgeführt wird, der den Unterschied in der Stromrichtung widerspiegelt. Selbst in dem Fall, in dem die Hochspannungs-Sammelschiene 73 in dem Pfad platziert ist, auf dem der Ladestrom, der in der Richtung in die Batterie fließt, und der Entladestrom, der in der Richtung aus der Batterie fließt, gleichzeitig vorhanden sind, können daher nur dann, wenn der Strom in die Batterie fließt, die Reed-Schalter SW1, SW2 geschaltet werden und kann die elektrische Energie zurückgewonnen und gespeichert werden.
Bei der in 4 dargestellten Gestaltung ist ein beweglicher Abschnitt 81 in der Hochspannungs-Sammelschiene 73 angeordnet. Der bewegliche Abschnitt 81 beinhaltet einen Dauermagneten 83, der durch ein Lagerelement 82 in einem Zustand gelagert wird, in dem der Magnet in der Z-Richtung beweglich ist. In dem Entregungszustand der Hochspannungs-Sammelschiene 73 befindet sich der Dauermagnet 83 durch die Kraft eines nicht dargestellten elastischen Elements an einer bestimmten Position. In der Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt ein Strom in der Y-Richtung oder in der dieser entgegengesetzten Richtung. Der Dauermagnet 83 erzeugt ein magnetisches Gleichfeld in der X-Richtung, die senkrecht zu der Y-Richtung ist. Die Reed-Schalter SW1, SW2 sind so in der Nähe des Dauermagneten 83 platziert, dass sie sich gegenüber dem Magneten befinden.
Wenn ein Strom in der Y-Richtung durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, wird daher gemäß Flemings Linke-Hand-Regel eine Kraft in der Z-Richtung erzeugt, die senkrecht zu der Y- und der X-Richtung ist. Die Position des Dauermagneten 83 wird durch die Kraft in der Z-Richtung verschoben. Die Abstände zwischen dem Dauermagneten 83 und den Reed-Schaltern SW1, SW2 wird durch die Verschiebung in der Z-Richtung verändert, und daher wird die Stärke des Magnetfeldes verändert, das die Reed-Schalter SW1, SW2 beeinflusst.
Wenn die Richtung des Stroms, der durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, umgekehrt wird, wird der Dauermagnet 83 in die Richtung verschoben, die der Z-Richtung entgegengesetzt ist. Im Besonderen wird die Position des Dauermagneten 83 abhängig von der Erregung/Entregung der Hochspannungs-Sammelschiene 73 und der Erregungsrichtung verändert. In Übereinstimmung mit der Änderung wird auch die Stärke des Magnetfeldes verändert, das die Reed-Schalter SW1, SW2 beeinflusst.
Wenn der Dauermagnet 83 zu einer proximalen Position verschoben wird, wird jeder der in 4 dargestellten Reed-Schalter SW1, SW2 EINgeschaltet, und wenn der Dauermagnet in die distale Position zurückgeführt wird, wird der Schalter AUSgeschaltet. Wenn der Ladestrom in der Richtung, entlang der die Batterie geladen wird, durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, nähert sich daher zum Beispiel der Dauermagnet 83 den Reed-Schaltern SW1, SW2, die Reed-Schalter SW1, SW2 werden EINgeschaltet, und die elektrische Energie, die von der Hochspannungsschaltung zugeführt wird, wird in der Energiespeichereinrichtung Cs in der Energiespeichervorrichtung 70 gespeichert. Wenn der Entladestrom in der Richtung, entlang der die Batterie entladen wird, durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, entfernt sich der Dauermagnet 83 von den Reed-Schaltern SW1, SW2, die Reed-Schalter SW1, SW2 werden AUSgeschaltet, und daher wird die Energiespeichereinrichtung Cs gegenüber der Hochspannungsschaltung isoliert.
In dem Fall, in dem die in 4 dargestellte Gestaltung verwendet wird, wird selbst dann, wenn das magnetische Gleichfeld aufgrund eines Stroms, der durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, relativ schwach ist, durch das magnetische Gleichfeld, das durch den Dauermagneten 83 erzeugt wird, und eine Änderung der Position des Dauermagneten 83 bewirkt, dass die Reed-Schalter SW1, SW2 sicher arbeiten.
Als Nächstes wird ein Gestaltungsbeispiel für die Masseschluss-Messschaltung 10 beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, ist ein Erkennungskondensator C1, der als fliegender Kondensator fungiert, in der Masseschluss-Messschaltung 10 angeordnet.
Um ein Laden und Entladen des Erkennungskondensators C1 zu steuern, sind vier Schaltvorrichtungen S1 bis S4 in der Umgebung des Kondensators angeordnet. Darüber hinaus ist eine Schaltvorrichtung Sa angeordnet, um die Spannung für eine Messung abzutasten. Bei jeder der Schaltvorrichtungen S1 bis S4 handelt es sich um einen Schalter, der den Schließ-/Öffnungszustand (EIN/AUS eines Leitens) des Kontaktes durch eine Steuerung eines isolierten Signals schalten kann, wie zum Beispiel um einen optischen MOSFET.
Ein Ende der Schaltvorrichtung S1 ist über einen Widerstand R01 mit dem positiven eingangsseitigen Anschluss 13 verbunden, und das andere Ende ist mit einer Verdrahtung 41 verbunden. Ein Ende der Schaltvorrichtung S2 ist über einen Widerstand R02 mit dem negativen eingangsseitigen Anschluss 14 verbunden, und das andere Ende ist über einen Widerstand R2 mit einer Verdrahtung 42 verbunden.
Ein Ende der Schaltvorrichtung S3 ist mit einer Verdrahtung 43 verbunden, und das andere Ende ist mit einer Verdrahtung 45 verbunden. Ein Ende der Schaltvorrichtung S4 ist mit einer Verdrahtung 42 verbunden, und das andere Ende ist über einen Widerstand R4 mit der Masseelektrode 15 verbunden.
Der negative Anschluss des Erkennungskondensators C1 ist mit der Verdrahtung 42 verbunden. Der positive Anschluss des Erkennungskondensators C1 ist über eine Reihenschaltung, die aus einer Diode D1 und einem Widerstand R1 gestaltet ist, mit der Verdrahtung 41 verbunden. Der positive Anschluss des Erkennungskondensators C1 ist über eine Reihenschaltung, die aus einer Diode D3 und einem Widerstand R5 gestaltet ist, auch mit der Verdrahtung 43 und des Weiteren über eine Diode D2 mit der Verdrahtung 43 verbunden. Die Diode D2 ist in einer Polarität verbunden, in der eine Erregung in einer Richtung zugelassen ist, die von der Verdrahtung 43 zu einer Verdrahtung 44 gerichtet ist, und die Diode D3 ist in einer Polarität verbunden, bei der eine Erregung in einer Richtung zugelassen ist, die von der Verdrahtung 44 zu der Verdrahtung 43 gerichtet ist.
Um die Ladungen zu entladen, die in dem Erkennungskondensator C1 gespeichert sind, kann die Verdrahtung 44 über einen speziellen Schalter und einen Widerstand, die nicht dargestellt werden, geerdet werden. Wenn Bauelemente, die einen relativ geringen Widerstand aufweisen, als Widerstände R3 bis R5 verwendet werden, kann eine solche spezielle Entladeschaltung jedoch weggelassen werden.
Ein Mikrocomputer (CPU) 11 führt vorinstallierte Programme aus, um verschiedene Steuerungen durchzuführen, die für die Masseschluss-Messschaltung 10 erforderlich sind. Im Besonderen steuert der Mikrocomputer 11 die Schaltvorrichtungen S1 bis S4 einzeln, um das Laden/Entladen des Erkennungskondensators C1 zu steuern. Darüber hinaus empfängt der Mikrocomputer 11 einen Analogpegel entsprechend der Ladespannung des Erkennungskondensators C1 über eine Verdrahtung 46 von einem Analog-Port AD1 und führt eine Berechnung auf Grundlage des Eingangspegels durch, wodurch er die Masseschlusswiderstände RLp, RLn erfährt.
Die Schaltvorrichtung Sa ist zwischen den Verdrahtungen 45 und 46 verbunden. Die Schaltvorrichtung Sa wird mit einer bestimmten Messtaktung für einen kurzen Zeitraum geschlossen, und ein Signal, das in der Verdrahtung 45 auftritt, wird abgetastet. Im Besonderen wird der Spannungspegel des Messziels durch einen Kondensator 22 gehalten, der mit dem Eingang des Mikrocomputers 11 verbunden ist.
Darüber hinaus wird eine elektrische Energie von der Energiespeichereinrichtung Cs der Energiespeichervorrichtung 70 über die ausgangsseitige Leitung 74 und die Diode D22 zugeführt, wodurch die elektrische Energie gewährleistet werden kann, die von der Energiequelleneinheit 30 benötigt wird. Die Diode D22 sperrt einen Strom in die umgekehrte Richtung, und daher kann verhindert werden, dass Ladungen, die in dem Kondensator 31 gespeichert sind, umgekehrt fließen, so dass ein Entladen bewirkt wird.
In dem in 1 dargestellten System wird die logische Versorgungsgleichspannung Vcc, die durch die Energiequelleneinheit 30 zu dem Ausgangsanschluss 32b ausgegeben wird, als elektrische Quellenenergie logischen Schaltungen in der Masseschluss-Messschaltung 10 wie zum Beispiel dem Mikrocomputer 11 zugeführt. Daher können gespeicherte Ladungen in der Energiespeichereinrichtung Cs in die Energiequelleneinheit 30 eingebracht werden und als Energiequelle der Seite der Masseschluss-Messschaltung 10 zugeführt werden.
Der grundlegende Betrieb der Masseschluss-Messschaltung 10 und der Grundgedanke der Messung des Masseschlusswiderstandes ähneln denjenigen nach dem Stand der Technik, die in den Patentliteraturen 1 bis 3 und dergleichen offenbart werden, und daher wird ihre Beschreibung weggelassen.
<Vorteile der Energiespeichervorrichtung 70>
In dem Fall, in dem ein Ladestrom in die fahrzeugseitige Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 fließt, kann die in 1 dargestellte Energiespeichervorrichtung 70 den Fluss automatisch erkennen, die elektrische Energie aufnehmen und bewirken, dass die elektrische Energie in der Energiespeichereinrichtung Cs gespeichert wird. Darüber hinaus werden die Reed-Schalter SW1, SW2 in der Schalterschaltung dazu verwendet, die Hochspannungsschaltung gegenüber der Niederspannungsschaltung zu isolieren. Daher kann ein automatischer Schaltvorgang umgesetzt werden, ohne einen besonderen Energieverbrauch zu bewirken. Darüber hinaus ist es nicht erforderlich, eine kostspielige Schaltvorrichtung wie zum Beispiel einen optischen MOSFET zu verwenden.
In dem Fall, in dem die in 3 dargestellte Gestaltung oder diejenige, die in 4 dargestellt ist, eingesetzt wird, können die Reed-Schalter SW1, SW2 nur dann, wenn ein Ladestrom, der in eine bestimmte Richtung gerichtet ist, durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, automatisch auf EIN geschaltet werden, um den Vorgang zum Speichern der elektrischen Energie durchzuführen. Daher kann selbst die Hochspannungs-Sammelschiene 73, die in dem Pfad platziert ist, in dem der Lade- und der Entladestrom gleichzeitig vorhanden sind, bei der Stromerkennung verwendet werden.
Ähnlich wie bei der in 1 dargestellten Masseschluss-Messschaltung 10 kann eine Vorrichtung zum Messen der Spannung einer Energiequelle mithilfe des Erkennungskondensators C1 gestaltet sein, bei dem es sich um einen fliegenden Kondensator handelt. Ebenfalls ist es in dem Fall, in dem eine solche Vorrichtung verwendet wird, möglich, ein System zu gestalten, das der in 1 dargestellten Masseschluss-Messschaltung 10 ähnelt.
Wenngleich in der in 1 dargestellten Energiespeichervorrichtung 70 die Reed-Schalter SW1, SW2 vom Typ „C-Kontakt” verwendet werden, kann es sich bei den Kontakten SW1a, SW1b, SW2a, SW2b jeweils um unabhängige Reed-Schalter handeln. In diesem Fall muss sorgfältig darauf geachtet werden, dass die beiden Kontakte SW1a, SW1b nicht gleichzeitig geschlossen sind, um die Hochspannungsschaltung und die Niederspannungsschaltung gegeneinander zu isolieren. Dies ist ebenso auf die Kontakte SW2a, SW2b anwendbar.
In der in 3 dargestellten Gestaltung können die Positionsbeziehungen zwischen der Hochspannungs-Sammelschiene 73, dem Reed-Schalter SW1 und dem Dauermagneten 78, die Polaritätsrichtung des Dauermagneten 78, die Richtungen des magnetischen Flusses B1, B2 und dergleichen nach Bedarf verändert werden. In der in 4 dargestellten Gestaltung kann die Beziehung zwischen der Stromrichtung 73a der Hochspannungs-Sammelschiene 73 und die Richtung des Magnetfeldes des Dauermagneten 83 verändert werden.
Es wird angenommen, dass die elektrische Energie, die als logische Versorgungsgleichspannung Vcc durch die Energieversorgungseinheit 30 ausgegeben wird, zum Beispiel für die folgenden Zwecke zusätzlich zu der oben beschriebenen Verwendung durch die Masseschluss-Messschaltung 10 selbst verwendet wird.

(1) Die Energie wird als Energiequellen für verschiedene Sensoren verwendet.
(2) Die Energie wird als Energiequellen für verschiedene elektronische Steuereinheiten (ECUs) verwendet, die an dem Fahrzeug angebracht sind.
(3) Die Energie wird als Energiequellen zum Ansteuern von Relais, verschiedenen elektronischen Bauelementen, verschiedenen Verbrauchern und dergleichen verwendet.
(4) Die Energie wird als Energiequellen verwendet, um drahtlosen Vorrichtungen zu ermöglichen, Signale mithilfe von Funkwellen oder dergleichen zu übertragen und zu empfangen. In dem Fall, in dem der Benutzer einen Smart-Key in einem Fahrzeug betätigt, wird zum Beispiel eine Situation angenommen, in dem der Zündschalter des Fahrzeugs AUSgeschaltet ist. Wenn die Energieversorgungseinheit 30 verwendet wird, kann die erforderliche elektrische Energie jedoch leicht gewährleistet werden.

In der oben beschriebenen Ausführungsform beinhaltet die fahrzeugseitige Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 eine Batterie von etwa 100 bis 200 [V] als Antriebsquelle, um einem Fahrzeug wie zum Beispiel einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug zu ermöglichen, eine Antriebskraft zu erzeugen, und diese wird in der Hochspannungsschaltung verwendet, und eine gewöhnliche 12-[V]-Batterie wird in der Niederspannungsschaltung verwendet. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. In einem herkömmlichen Benzinfahrzeug oder dergleichen ist bisweilen zusätzlich zu einer gewöhnlichen 12-[V]-Batterie eine weitere Batterie von 36 bis 48 [V] zum Zuführen einer Energie zu Fahrzeugverbrauchern unter dem Gesichtspunkt einer Effizienz der Energieverteilung angeordnet. Die Erfindung kann auch auf einen Fall angewendet werden, in dem die andere Batterie in der Hochspannungsschaltung verwendet wird und die gewöhnliche 12-[V]-Batterie in der Niederspannungsschaltung verwendet wird.
Mit anderen Worten, in dem Fall, in dem ein Fahrzeug zwei oder mehr Arten von Batterien aufweist und die höhere Batteriespannung etwa doppelt so hoch wie die niedrigere Batteriespannung oder höher ist, kann die Erfindung auf eine Gestaltung angewendet werden, in der eine Schaltung, die die Batterie mit der höheren Spannung beinhaltet, als Hochspannungsschaltung verwendet wird, und diejenige, die die Batterie mit der niedrigeren höheren Spannung beinhaltet, als Niederspannungsschaltung verwendet wird.
Darüber hinaus sind in der oben beschriebenen Ausführungsform die Kontakte SW1a, SW2a im Hinblick auf die Energiespeichereinrichtung Cs auf der Seite der fahrzeugseitigen Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 angeordnet, und die Kontakte SW1b, SW2b sind auf der Seite der Energiequelleneinheit 30 angeordnet. Als weiteres Gestaltungsbeispiel können, wenngleich die Nutzungseffizienz von Ladungen geringer als diejenige bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist, die Reed-Schalter so gestaltet sein, dass die Kontakte SW1a, SW2a auf der Seite der fahrzeugseitigen Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle 50 angeordnet sind und kein Kontakt auf der Seite der Energiequelleneinheit 30 angeordnet ist. In diesem Fall ist ein einen Spannungsabfall erzeugendes Element dem Kontakt SW1a nachgelagert verbunden.
Zusätzlich zu der oben beschriebenen Ausführungsform kann eine Gestaltung eingesetzt werden, bei der der Stromwert, bei dem die Zustände der Reed-Schalter geändert werden, auf einen anderen Wert als null festgelegt werden kann. Im Besondern wenn bei der oben beschriebenen Ausführungsform ein Strom durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 zu fließen beginnt oder wenn die Richtung eines Stroms, der durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, geändert wird, werden die Zustände der Reed-Schalter geändert. Alternativ können die Zustände der Reed-Schalter in dem Fall geändert werden, in dem der Wert eines Stroms, der durch die Hochspannungs-Sammelschiene 73 fließt, von null bis zu einem vorgegebenen Schwellenwert reicht, in dem die Richtung des Stroms geändert wird, und der Wert des Stroms dann einen Schwellenwert erreicht, oder in dem der Wert des Stroms unmittelbar, bevor die Richtung des Stroms geändert wird, kleiner als ein Schwellenwert wird. Bei der Erfindung beinhaltet der Vorgang zum Schalten des Verbindungs- und des Trennzustands auf Grundlage des Magnetfeldes, das durch einen Strom erzeugt wird, der durch die Hochspannungs-Sammelschiene fließt, die elektrisch mit der Batterieschaltung verbunden ist, im Besonderen sämtliche der oben beschriebenen Fälle.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der Erfindung möglich, eine Energiespeichervorrichtung bereitzustellen, bei der es, um den Betrieb der Vorrichtung selbst zu steuern, nicht erforderlich ist, eine Energiequellenenergie von einer Niederspannungsschaltung zuzuführen, und daher kann die Niederspannungsschaltung gegenüber einer Hochspannungsschaltung in der Nähe einer Hauptbatterie isoliert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2016-142556 [0001]
JP 2013-205082 A [0006]
JP 2014-126382 A [0006]
JP 2014-149193 A [0006]

Claims

Energiespeichervorrichtung, wobei die Vorrichtung beinhaltet: ein Energiespeicherelement, das eine elektrische Energie speichern kann, die von einer Batterieschaltung eines Fahrzeugs zugeführt wird; und eine Magnetschalterschaltung, die zwischen einem Verbindungs- und einem Trennzustand der Batterieschaltung und des Energiespeicherelements geschaltet werden kann, und, wenn ein Magnetfeld dadurch erzeugt wird, dass ein Strom durch einen Hochspannungsleitungsweg fließt, der mit der Batterieschaltung elektrisch verbunden ist, die Magnetschalterschaltung in den Verbindungszustand geschaltet wird.
Energiespeichervorrichtung, wobei die Vorrichtung beinhaltet: ein Energiespeicherelement, das eine elektrische Energie speichern kann, die von einer Batterieschaltung eines Fahrzeugs zugeführt wird; eine erste Magnetschalterschaltung, die zwischen einem Verbindungs- und einem Trennzustand der Batterieschaltung und des Energiespeicherelements geschaltet werden kann; und eine zweite Magnetschalterschaltung, die zwischen einem Verbindungs- und einem Trennzustand des Energiespeicherelements und einer externen Niederspannungsschaltung geschaltet werden kann, wobei sich, wenn sich die erste Magnetschalterschaltung oder die zweite Magnetschalterschaltung in dem Verbindungszustand befindet, die andere Magnetschalterschaltung in dem Trennzustand befindet und der Verbindungs- und der Trennzustand auf Grundlage eines Magnetfeldes geschaltet werden, das dadurch erzeugt wird, dass ein Strom durch einen Hochspannungsleitungsweg fließt, der mit der Batterieschaltung elektrisch verbunden ist.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2, wobei sich in einem Fall eines Magnetfeldes, das durch einen Strom in einer Richtung, entlang der der Strom in die Batterieschaltung fließt, erzeugt wird, die erste Magnetschalterschaltung in dem Verbindungszustand befindet und sich die zweite Magnetschalterschaltung in dem Trennzustand befindet, und sich in einem Fall eines Magnetfeldes, das durch einen Strom in einer Richtung, entlang der der Strom aus der Batterieschaltung fließt, erzeugt wird, die erste Magnetschalterschaltung in dem Trennzustand befindet und sich die zweite Magnetschalterschaltung in dem Verbindungszustand befindet.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Vorrichtung des Weiteren ein Magnetfeld-Erzeugungselement beinhaltet, das in einer Nähe der ersten und der zweiten Magnetschalterschaltung platziert ist und das ein vorgegebenes magnetisches Gleichfeld für die erste und die zweite Magnetschalterschaltung bereitstellt, und in der ersten und der zweiten Magnetschalterschaltung der Verbindungs- und der Trennzustand entsprechend einem Beeinflussungsgrad des magnetischen Gleichfeldes geschaltet werden, das durch das Magnetfeld-Erzeugungselement erzeugt wird.
Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die externe Niederspannungsschaltung einen Teil einer Erkennungsschaltung zum Erkennen eines Zustands im Zusammenhang mit der Batterieschaltung bildet, wobei das Energiespeicherelement mit der Erkennungsschaltung verbunden ist, und die elektrische Energie, die in dem Energiespeicherelement gespeichert ist, zum Ansteuern der Erkennungsschaltung verwendet wird.