JP2004515999A - 多電圧搭載電源網におけるエラーを識別する装置 - Google Patents

Abstract

多電圧搭載電源網におけるエラーを識別する装置を提案する。この装置は供給電位（Ｕ０）を検出する検出装置（１０）を有しており、この供給電位は電気的負荷（２２）にエネルギーを供給する電力分配部（１６）に印加される。このような電力分配部は、少なくとも出力側（９）を介して少なくとも１つの電気的負荷（２２）にエネルギーを供給する。出力側（９）で出力電位（Ｕ１）を検出するさらなる検出装置（１０）が設けられている。エラー識別手段（２４）は、前記出力電位（Ｕ１）が供給電位（Ｕ０）から所定の値分ずれた場合にエラー信号（２６）を発生する。

Description

【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の多電圧搭載電源網におけるエラーを識別する装置に関する。多数の電気的負荷を有する搭載電源網、例えば自動車用搭載電源網では、１２Ｖの電圧はエネルギー供給にもはや充分ではないという問題が生じている。幾つかの負荷には１２Ｖより高い電圧が供給されるべきなので、２つの異なる電圧レベルを有する多電圧搭載電源網が公知である。ここで第１の電圧レベルはアースより１２Ｖ高い電位を有し、第２の電圧レベルはアースより３６Ｖ高い電位を有する。これらの電圧はそれぞれ定格電圧である。２つの電圧レベルは、直流電圧変換器によって接続される。
【０００２】
自動車におけるこの種の多電圧搭載電源網は、ＤＥ−Ａ１９８４５５６９号から公知である。電気的エネルギーは、このような電気システムではオルタネータによって生成される。オルタネータは車両用モータによって駆動され、４２Ｖの出力電圧（充電電圧）を供給する。このような充電電圧が３６Ｖ（定格電圧）のバッテリに充電される。また直流電圧変換器を介して、１２Ｖのバッテリに１４Ｖの充電電圧が供給される。２つのバッテリには適切なスイッチを介して電気的負荷を接続することができる。ここで１２Ｖのバッテリは、従来の搭載電源網の負荷（例えば白熱電球）に給電する。他方で３６Ｖのバッテリは高負荷の負荷（例えばウィンドガラス用のヒータ導線）に給電するのに用いられる。公知の搭載電源網では、２つのバッテリのマイナス端子は同じアース電位にある。１２Ｖないしは１４Ｖの電圧レベルと、３６Ｖないし４２Ｖの電圧レベルとの間の短絡を阻止する措置については、従来の技術では言及されていない。
【０００３】
それ故に本発明の課題は、設けられている信号電力分配部においてできるだけ付加的な介入操作なしで、エラーの識別、とりわけ短絡の識別を可能にすることである。このような課題は独立請求項に記載された特徴部分の構成によって解決される。
【０００４】
発明の利点
多電圧搭載電源網におけるエラーを識別する本発明の装置は、供給電位を検出する検出装置を有する。電気的負荷にエネルギーを供給する電力分配部にこの供給電位が印加され、この電力分配部は出力側を介して少なくとも１つの電気的負荷にエネルギーを供給する。さらに出力側で出力電位を検出するさらなる検出装置が設けられている。出力電位が供給電位と所定の値分ずれた場合にはエラー信号を発生する、エラー識別手段が設けられている。とりわけ供給電圧と出力電圧とを比較することで、第１の電圧レベル（例えば４２Ｖ）と、第２の電圧レベル（例えば１４Ｖ）とのあいだの高抵抗の短絡も識別することができる。電圧を評価することによって測定値を検出するコストも顕著に減少する。なぜなら電流測定とは対照的に、ケーブルハーネスが解かれる必要がないからである。さらに各負荷に対して特有の測定抵抗を設ける必要がない。その他に電流測定とは対照的に、逆方向電流の流れに依存することはない。
【０００５】
多電圧搭載電源網におけるエラーの識別装置は有利な別の構成で、さらなる出力電位を供給電位との比較のために検出する。この出力電力で電力分配部を通して別の負荷にエネルギーが供給される。相応のエラー識別部の複数の出力信号はＯＲ結合される。ここで出力電位が供給電位を上回っている場合、これは短絡が生じていることを示唆する。このような場合、相応のエラー信号が生成される。このエラー信号は対応措置を開始するために評価される。このようなＯＲ結合によって、配線コストが減少する。例えば上位の電力分配部へのエラー信号の転送に信号線路のみを使用しても良い。ハードーウェアにかかるコストが最小化される。
【０００６】
エラーを識別する本発明による装置は有利な別の構成で、エラー識別手段に対するエネルギー供給部を有している。これによってエラー識別手段として、電位を比較するコンパレータを使用することができる。保持電流の負荷を減らすために、エネルギー供給部を活性化または非活性化するスイッチ手段が設けられる。このようなスイッチ手段は、エラー信号が送出される信号線路と同じ信号線路を介して活性化される。このような線路を介して、立ち上がり段階（自動車の所望のスタート）において活性化信号が生成され、エラー識別装置が始動される。このエラー識別装置が自身の通常駆動状態に達すると、このような外部の活性化信号はもはや必要なくなる。その後で相当するリード線を他の目的に使用することもできる。このような配置は、エラー識別装置の構造をさらに簡易化する。
【０００７】
有利な別の構成では、さらなる少なくとも１つのエラー識別装置が、別の電力分配部の出力電位を監視する。出力されたエラー信号は、第１のエラー識別装置のエラー信号と固定的に配線されＯＲ結合されて、上位の評価ユニットに転送される。
【０００８】
有利な別の構成でエラー信号は２進法で構成されている。出力電位が供給電位を始めて所定の値分上回ったときに、論理１の状態から論理０の状態へ信号が変換される。信号の状態が変わることにより、事前に定めることができる期間にわたりタイマーが始動される。このような期間が経過した後でもなおエラー信号が、エラー状態をあらわすレベルをまだ有している場合にはじめて対応措置が開始される。このような予め定められた期間に亘る初期段階のエラー検出のマスキングによって、電気的負荷のスイッチオンプロセスと関連して起こりうる短時間の電圧ピークがエラー処理ルーチンのトリガを引き起こすことはない。これによってエラーの識別が向上される。
【０００９】
さらなる有利な別の構成は、従属請求項および明細書に記載されている。
【００１０】
図面
多電圧搭載電源網におけるエラーを識別する装置の実施例を図示し、以下の明細書でより詳細に説明する。
【００１１】
図１には多電圧搭載電源網におけるエラーを識別する装置の構成が示されており、図２にはこのエラー識別装置が詳細に示されており、図３にはエラー識別装置が複数設けられる場合の可能な接続が示されている。
【００１２】
実施例の説明
１４Ｖの信号電力分配部１６には、１４Ｖの供給電圧入力側１７を介して供給電位Ｕ０が供給される。１４Ｖの供給電圧入力側１７は一方でＤＣ／ＤＣ変換器７と接続され、またさらに第１のバッテリ１４のプラス極と接続されている。その他に第１のバッテリ１４がアース１５と接続されている。１４Ｖの信号電力分配部１６内には、例として複数の素子が示されている。電圧制限部１１は過電圧の遮蔽のために用いられる。スイッチ手段１８を介して、１４Ｖの負荷２２は供給電位と接続される。付属する第１の出力側９を介して１４Ｖの負荷は給電され、この出力側において第１の出力側９の出力電位Ｕ１を取り出すことができる。１４Ｖの負荷２２はアース１５に接続されている。第２の負荷２２ｂはヒューズ１３を介して保護されている。さらなる別の１４Ｖの負荷２２ｃは継電器１２を介して駆動制御される。１４Ｖの信号電力分配部１６はバスシステム２０を介してデータを交換する。供給電位Ｕ０と同じように、第１の出力側９における出力電位Ｕ１はエラー識別部１０へ供給される。エラー識別部１０内にはコンパレータ２４が配置されている。このコンパレータは供給電位Ｕ０と出力電位Ｕ１とを比較し、この比較に依存してエラー信号２６を発生する。このようなエラー信号２６は、信号線路を介して４２Ｖの信号電力分配部２８に供給される。この４２Ｖの信号電力分配部は時間監視部２５を有する。この時間監視部は期間が経過した後にはじめて、入力されているエラー信号２６が特徴的なエラー状態を有しているか否かを評価する。時間監視部２５の出力信号はマイクロコントローラ３１に供給される。マイクロコントローラは、このような出力信号に依存して可能な対応措置を開始する。これは例えばバスシステム２０を介したデータ交換に関連する。時間監視部２５を、例えばマイクロコントローラ３１と直通させることもできる。短絡抵抗１９は、１４Ｖの電圧レベルと４２Ｖの電圧レベルとのあいだの検出されるべき、生じ得る短絡を象徴してあらわしている。４２Ｖの信号電力分配部２８は、さらに２つのスイッチ手段２１を有している。これらのスイッチ手段は、例えばマイクロコントローラ３１を介して活性化される。４２Ｖの信号電力分配部２８には、一方では４２Ｖの供給入力側５を介して４２Ｖが供給される。スイッチ手段２１を介して４２Ｖの負荷２３にはそれぞれエネルギーが供給される。４２Ｖの供給電圧は第２のバッテリ６およびこのバッテリと並列に接続されているジェネレータ８と関連して提供され、さらにＤＣ／ＤＣ変換器７を介して１４Ｖの電圧レベルと接続されている。
【００１３】
図２にはエラー識別部１０がより詳細に示されている。入力側１７を介してエラー識別部１０に供給電位Ｕ０が供給され、入力側９を介して第１の出力電位Ｕ１が供給される。２つの入力側９と１７は、第１のダイオード３０によって接続されている。このダイオードは次のように極性付けられる。すなわち供給電位Ｕ０が第１の出力電位Ｕ１より高い場合、第１のダイオード３０は逆方向に極性付けられる。供給電位Ｕ０は一方でスイッチユニット３３ないしはトランジスタ３４のエミッタ−コレクタ経路を介して供給電圧発生器３９に達する。この供給電圧発生器は第３の抵抗４０を有している。この抵抗４０を介して供給電位Ｕ０は、第１のコンデンサ４２と、ダイオード４４と、アースに接続されている第２のコンデンサ４６とからなる並列回路に達する。供給電圧発生器３９の出力量として、内部供給電圧ＶＣＣが準備される。さらに第１の抵抗３６と第２の抵抗３８から構成される分圧器が設けられ、これを介して供給電位Ｕ０が第１のコンパレータ５４の動作電圧領域まで分圧されて押し下げられる。これによって供給電位Ｕ０に比例する電圧が第１のコンパレータ５４の非反転入力側と、この第１のコンパレータと並列に接続されている第２のコンパレータ６２の非反転入力側に接続される。第１の出力側９の出力電位Ｕ１は、第４の抵抗４８と第５の抵抗５０から構成される別の分圧器を介して、第１のコンパレータ５４の動作電圧領域まで分圧されて押し下げされる。第１の出力側の出力電位Ｕ１に比例する電圧がこのようにして第１のコンパレータの反転入力側に印加される。第２の出力電位Ｕ２はエラー識別部１０の別の入力側を介して供給され、第６の抵抗５６と第７の抵抗５８から構成される分圧器に供給され、ここで第２のコンパレータ６２の動作電圧領域に分圧されて押し下げられる。そのため第２のコンパレータ６２の反転入力側に、第２の出力側の第２の出力電位Ｕ２と比例する電圧が印加される。コンパレータ５４、６２の反転入力側と非反転入力側のあいだには、それぞれコンデンサ５２、６０が接続されており、過度的なものがフィルタリングされる。ここで出力電位Ｕ１、Ｕ２のうちの１つが供給電位Ｕ０よりも上昇した場合、コンデンサ５４、６２のうちの少なくとも１つがエラー信号２６を送出する。このエラー信号は論理０の状態に相応する。コンパレータ５４、６２は例えばオープンコレクタコンパレータとして構成される。これは供給電位Ｕ０が上回っている場合に、出力電位Ｕ１、Ｕ２のうちの１つによってコンパレータ５４、６２の出力側をアースに引っ張る。２つのコンパレータ５４、６２の出力側は相互に導通接続されているので、オープンコレクタの出力側に関連して固定的に配線された論理的ＯＲ結合（ワイヤードＯＲ）が実現される。コンパレータ５４、６２のそのように結合された出力信号は、エラー識別部１０からエラー信号２６を介して外部へ送出される。相応する信号線路は他方では、スイッチユニット３３を駆動制御するためにトランジスタ３４のベースと導通接続されている入力側として用いられる。
【００１４】
図３では２つの１４Ｖの信号電力分配部１６ａ、１６ｂが設けられている。これらは８つの負荷２２ａ．１〜８、２２ｂ．１〜８のエネルギー供給をそれぞれ担っている。これらの１４Ｖの信号電力分配部１６ａ、１６ｂにはそれぞれエラー識別部１０ａ、１０ｂが１つずつ割り当てられている。これらのエラー識別部は、各出力電位Ｕ１〜Ｕ８をエラー識別のために評価する。さらにこれらのエラー識別部１０ａ、１０ｂには、それぞれ１４Ｖの供給電位Ｕ０（端子３０）、並びにアース電位１５（端子３１）が供給される。エラー識別部１０ａ、１０ｂのエラー信号２６ａないし２６ｂは相互に導通接続され、エラー信号２６として４２Ｖの信号電力分配部２８に供給される。４２Ｖの信号電力分配部には４２Ｖが供給され、これは４２Ｖの出力側２９を介して図示されていない４２Ｖの負荷を活性化する。この負荷を場合によってはさらに外部の別のスイッチ手段を介して駆動制御することができる。稲妻マークは、４２Ｖの負荷レベルと１４Ｖの負荷レベルとのあいだの検出されるべき短絡をあらわす。
【００１５】
エラー識別装置は始めは静止モードにあり、ここでスイッチユニット３３は、所属するトランジスタ３４によって次のように駆動制御される。すなわち１４Ｖの供給電圧入力側１７と、供給電圧生成器３９の入力側とのあいだで導通接続が生じないように駆動制御される。通常の状態でエラー信号２６が伝達される線路は相応に高抵抗である。ここで４２Ｖの信号電力分配部２８のマイクロコントローラ３１は、相応の活性化命令に関連して駆動制御ユニット２７に対する相応の命令信号を発生する。ここでこの活性化命令はバスシステム２０を介して伝達されたものか、または４２Ｖの信号電力分配部２８自身によって検出されたものである。駆動制御ユニット２７は引き続き線路２６をスタンバイレベルまで引き上げ、これによってスイッチユニット３３のトランジスタ３４はスイッチオン状態に移される。このようにして供給電圧発生器３９も活性化され、この供給電圧生成器３９は引き続き、自身の出力側で例えば５Ｖである内部供給電圧ＶＣＣを２つのコンパレータ５４、６２のに対して提供する。これによってエラー識別手段としてのコンパレータ５４、６２もスタンバイ状態になる。
【００１６】
第１のコンパレータ５４は、第１の出力電位Ｕ１が供給電位Ｕ０を有る程度の値（例えば０． ７Ｖ）上回っているか否かを比較する。このような値は半導体１８の逆ダイオードでの逆方向への電圧降下と一致する。このような値は抵抗３６、３８、並びに４８、５０からなる分圧器を介して相応に調整することができる。これらの分圧器はさらに、検出されるべき電圧Ｕ１、Ｕ０をコンパレータ５４の動作領域に移行させるのに用いられる。コンパレータ５４、６２の出力側はオープンコレクタ出力側として構成される。第１の出力電圧Ｕ１が供給電位Ｕ０を設定可能な値分上回った場合、第１のコンパレータ５４の出力側は自身の状態を論理１から論理０に変える。論理０の状態でコンパレータ５４の出力側はアースに引っ張られる。これは第２のコンパレター６２の出力側がまだ論理１の値を有している場合にもである。これによってエラー信号２６は、論理１の状態から論理０の状態に変わる。それと同時に１４Ｖの電圧レベルと４２Ｖの電圧レベルとのあいだの生じ得る短絡が検出される。なぜならエラーの無い通常の状態において１４Ｖの負荷２２の出力電位Ｕ１は、１４Ｖの供給入力側１７の電位よりますます低くなっているからである。供給電位Ｕ０は、上述の短絡が生じた場合に上昇し得る。
【００１７】
さらなる評価のためにエラー信号２６は４２Ｖの信号電力分配部２８に供給される。時間監視部２５はエラー状況で生じる、論理１から論理０への信号状態の信号エッジの変化を検出し、例えば５ｍｓから１ｓにわたるタイマーを引き続きスタートさせる。このような期間内に存在する、エラーを示す論理０のエラー信号は、マイクロコントローラ３１によってこの時点ではまだ無視されている。これによって、例えば１４Ｖの負荷２２のスイッチのオン／オフの際に生じ得る、過電圧ピーク等がマスキングされる。しかしエラー信号２６がこのような事前に定められる期間後にも特徴的なエラー状態を依然として有している場合、すなわち依然として値が論理０の場合、マイクロコントローラ３１は生じ得る短絡を識別する。マイクロコントローラ３１は引き続き、診断措置およびエラー除去措置を開始する。このようにして例えばバスシステム２０を介して相応のエラー報告をディスプレイに伝送することができるようにしてもよい。また負荷２２、２３を保護するために、電源および／または負荷２２，２３をスイッチオフすることができるであろう。診断のためにこのような負荷を順番にスイッチオフすることもできる。それに引き続き第１の出力電位Ｕ１が供給電位Ｕ０を再び下回った場合、エラー信号２６は自身の論理状態を０から１に変え、同時にエラーが首尾良く除去されたことをマイクロコントローラ３１に信号で知らせる。マイクロコントローラ３１は、どの負荷２３が最後に駆動制御されたのか、またどの負荷がおそらく短絡を引き起こしたのかを記憶し、これは診断サイクルに送出される。
【００１８】
図２に示された回路によって、基本的には任意の多数の出力電位Ｕ１〜Ｕｎを、信号電力分配部１６の相応の供給電位Ｕ０と比較することができる。これらの出力電位Ｕ１〜Ｕｎのうちの１つが供給電位Ｕ０を上回っている場合、エラー信号２６はエラーをあらわす状態（論理０）になる。相応のカスケード配置が図３に示されている。このようにして１４Ｖの信号分配部１６ａ、１６ｂに、図２に示されたように構成されているエラー識別部１０ａ、１０ｂが１つずつ割り当てられる。これと同時に各出力電位Ｕ１〜Ｕｎは、供給電位Ｕ０と比較されることで監視される。各エラー信号２６ａ、２６ｂは導通接続され、図１と相応する評価のために４２Ｖの信号電力分配部２８に供給される。
【００１９】
エラー識別部１０は、別個の構成ユニットとして構成される。これによって設けられている１４Ｖの信号電力分配部１６ａ、１６ｂが変化せずに保たれ、また相応のエラー識別部１０ａ、１０ｂによってシステムアップされる。１４Ｖの負荷２２の出力量を、非常に簡単に１４Ｖの負荷回路のケーブルハーネスにおいて取り出すことができる（例えば圧切結線・接続部（Ｓｃｈｎｅｉｄ−Ｋｌｅｍｍ−Ｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇｅｎ）、分岐接続部（Ａｂｚｗｅｉｇｖｅｒｂｉｎｄｅｒ）、アダプターによって）。供給電位Ｕ０は、有利には入力側１７のすぐ近くで取り出される。しかし基本的には、エラー識別部１０を相応の信号電力分配部１６内に組み込むこともできるだろう。
【００２０】
出力電位Ｕ１、Ｕ２と供給電位Ｕ０との間に配置されているダイオード３０、３２は次の場合に付加的な保護手段として用いられるべきである。すなわち例えばスイッチ手段１２の逆ダイオードが設けられていない場合である。その他にこれを介してエラーの場合に逆方向電流が短時間流れることができ、これによってとりわけ低抵抗の短絡の場合には、該当する負荷２２が保護される。
【００２１】
このエラー識別装置は、とりわけ多電圧搭載電源網に向いている。なぜなら多電圧搭載電源網では短絡の危険が比較的高いからである。この種の多電圧搭載電源網は、とりわけ自動車において使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
多電圧搭載電源網におけるエラーを識別する装置の構成
【図２】
エラー識別装置の詳細な図面
【図３】
エラー識別装置が複数設けられる場合の可能な接続

Claims (12)

1. 少なくとも１つの出力側（９）を介して少なくとも１つの電気的負荷（２２）にエネルギーを供給する電力分配部（１６）に印加される供給電位（Ｕ０）を検出する検出装置（１０）と、
   出力側（９）の出力電位（Ｕ１）を検出するさらなる検出装置（１０）と、
   前記出力電位（Ｕ１）が供給電位（Ｕ０）と所定の値分ずれた場合にエラー信号（２６）を発生するエラー識別手段（２４）とを有している、
   ことを特徴とする多電圧搭載電源網におけるエラーを識別する装置。
2. 少なくとも１つのエネルギー供給部（３９）が前記エラー識別手段（２４）に対して設けられている、請求項１記載の装置。
3. 前記エネルギー供給部（３９）を活性化または非活性化する、少なくとも１つのスイッチ手段（３３、３４）が設けられている、請求項１または２記載の装置。
4. さらなるエラー評価のために前記エラー信号（２６）が電力分配器（２８）に供給される、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記エラー信号（２６）が、設定可能な時間間隔の経過後にエラー状況をあらわす状態であるか否かを評価する監視装置（２５、３１）が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記エラー信号（２６）が設定可能な時間間隔の経過後にエラー状況をあらわす値を有している場合、前記監視装置（２５、３１）はエラー診断および／またはエラー除去の対応措置を開始する、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 対応措置として電気的負荷（２３、２２）がスイッチオフされる、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. エラー識別手段としてコンパレータ（５４、６２）が設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 供給電位（Ｕ０）と出力電位（Ｕ１）とのあいだにダイオード（３０、３２）が配置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 供給電位（Ｕ０）との比較のために、別の出力側（９）の少なくとも１つの別の出力電位（Ｕ２）がエラー識別手段（６２）に供給される、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 少なくとも２つのコンパレータ（５４、６２）の出力側は相互に導通接続されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
12. スイッチユニット（３３）は、エラー信号（２６）が導かれる線路と同じ線路を介して駆動制御される、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。