JP2004527997A - エネルギ源の逆接保護装置 - Google Patents

Abstract

エネルギ源、例えば、自動車バッテリ用の逆接保護装置が提案されており、エネルギ源と少なくとも１つの負荷（３）及び／又は少なくとも１つの発電機（４）との間に接続されている。逆接保護装置により、逆接電流が、接続システムを流れて、このシステムが逆接時に破損されるのが阻止される。
逆接保護装置は、第１のエネルギ源の両極性（１，２）が負荷（３）乃至発電機（４）の相応の端子に接続されているかどうか検出する手段と、負荷（３）乃至発電機（４）への接続時に第１のエネルギ源の両極性（１，２）が交換されている場合、負荷（３）乃至発電機（４）の第１のエネルギ源を遮断するための手段とを有している。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ源、例えば、自動車バッテリ用の逆接（極性誤り）保護装置であって、第１のエネルギ源と少なくとも１つの負荷及び／又は少なくとも１つの発電機との間に接続された逆接保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
その種の逆接保護装置は、基本的に種々異なる用途用のエネルギ源と一緒に使用することができる。そのような逆接保護装置の機能と利点について、以下、自動車技術で使用されるエネルギ源、単数乃至複数の自動車バッテリを時間に応じて使用するエネルギ源の例を用いて説明する。自動車バッテリは、一般的に自動車の運転直前で初めて組み込まれて、搭載電源網に接続され、その結果、自動車バッテリは、一方では、複数の負荷にエネルギを供給することができ、他方では、発電機、ダイナモが常に充電される。車両製造、車両検査及び運搬中、必要な場合にしか、外部エネルギ源が搭載電源網に接続されず、その際、短時間、自動車バッテリの機能が充足される。しかし、自動車の運転後も、例えば、始動補助の場合に、自動車バッテリを短時間外部エネルギ源とブリッジ状に接続する必要があることがある。
【０００３】
このような、全ての場合に、実際には、常にその都度接続すべきエネルギ源の極性が繰り返し交換されることがあり、このような状態は、逆接（極性誤り）と呼ばれる。その際、例えば、発電機の部品が加熱したり、発電機が破損されたりすることがある。局所的な熱の拡がりによって、更に、搭載電源網の周辺システムが破損されることがある。要するに、逆接時には、接続されているシステム全て、及び、エネルギ源自体も安全上の危険性が生じる。
【０００４】
発明の効果
本発明によると、逆接電流が、接続システムを流れるのを阻止して、逆接時に、このシステムが損傷しないようにすることができるようにした、エネルギ源用の逆接保護装置を提案することができる。
【０００５】
そのために、冒頭に挙げた逆接保護装置は、エネルギ源の両極性が、負荷乃至発電機の相応の端子に接続されているかどうか検出するための本発明の手段と、負荷乃至発電機に接続する際に、エネルギ源の両極性が交換された場合に、負荷乃至発電機からエネルギ源を遮断するための手段を有している。
【０００６】
本発明の極性保護装置は、自動車バッテリ乃至自動車バッテリを時間に応じて使用するエネルギ源と接続する際に、逆接によって生じる発電機の加熱を阻止することができる。ダイナモの整流器用の重大な連続的な損傷が生じる危険性を最小にすることができる。更に、本発明の逆接保護装置は、車両搭載電源網に接続されているその他のシステム並びに自動車バッテリ乃至エネルギ源自体の損傷も阻止する。そうすることによって、例えば、逆接のコスト高な誤りサーチによって生じる連続的なコストを節約することができる。
【０００７】
基本的には、本発明の逆接保護装置を実施するため、及び、殊に、エネルギ源の両極性が、負荷乃至発電機に接続する際に交換された場合にエネルギ源を負荷乃至発電機から遮断するための手段を種々異なって構成することができる。この場合は、第１の逆接と呼ばれる。
【０００８】
本発明の逆接保護装置の有利な実施例では、そのために、エネルギ源の両極性を、少なくとも１つの第１のスイッチ及び少なくとも１つのヒューズを介して相互に接続する逆接路が設けられている。更に、エネルギ源の極性の一方と、負荷乃至発電機の相応の端子との間の接続路内にヒューズが設けられている。スイッチは、第１の逆接時の検出用手段によって制御され、第１の逆接時に閉じられて、第１のエネルギ源の両極性が短絡される。その際、逆接路がヒューズを介して分離され、それによって、エネルギ源が、接続されている負荷、乃至、場合によっては、接続されている発電機から遮断されるように制御される。
【０００９】
本発明の逆接保護装置の、この変形実施例では、エネルギ源での逆接保護装置の逆接取付が非臨界的である。その理由は、逆接保護装置は、取付状態では、エネルギ源の両極性、所謂両内部端子間で無負荷であるからである。エネルギ源の外部からアクセス可能な両端子、所謂外部端子は、回路技術上内部端子から切り離される。外部端子の各々と、相応の内部端子との間に、直接的な接続区間が設けられている。更に、エネルギ源の両内部端子は、短絡路を介して、逆接路を相互に接続する。逆接路の所定部分内に設けられているヒューズ（それと同時に、内部端子と相応の外部端子との間の直接接続区間の部分である）は、一方では、両内部端子の短絡時にエネルギ源の自己保護装置として使われる。他方では、エネルギ源の遮断用のヒューズが使われ、それによって、自動車バッテリの場合には、バッテリのガス抜け、又は、爆発を阻止することができる。ヒューズは、例えば、パワースイッチに較べて、固有のエネルギ供給を必要としないという利点がある。通常の場合、ヒューズ付の逆接保護路は、電力損失の原因とはならない。ヒューズを含めた逆接保護装置は全て、極めて不十分にしか充電されていない自動車バッテリの場合でも、完全に機能することができる。
【００１０】
既述のように、実際には、第１のエネルギ源を別のエネルギ源とブリッジ状に接続する必要性があることが屡々ある。つまり、自動車バッテリが、例えば、始動補助状況で外部バッテリとブリッジ状に接続される。この場合にも、逆接の危険性、即ち、別のエネルギ源の端子が、第１のエネルギ源の相応の極性と接続されるのではなく、接続時に交換される危険性がある。この場合は、以下、第２の逆接時と呼ばれる。
【００１１】
第２の逆接にも対処するために、本発明によると、第１のエネルギ源と、単数乃至複数負荷及び／又は発電機との間でスイッチングされ、少なくとも１つの第１の端子クランプを、別のエネルギ源に接続するように構成された逆接保護装置が提案されている。逆接保護装置は、第２の逆接時、つまり、そのために設けられている、別のエネルギ源の極性が、第１の端子クランプに接続されているかどうかの検出用の別の手段を有している。第２の逆接時に、別のエネルギ源を遮断するための手段も設けられている。この逆接保護装置の有利な変形実施例でも、第１の端子クランプと、第１のエネルギ源の相応の極性とが、単に１つのスイッチを介して接続されている。このスイッチは、第２の逆接時の検出用手段によって制御され、その結果、第２の逆接時に開かれる。そうすることによって、誤って接続された別のエネルギ源を簡単に自動的に遮断することができる。
【００１２】
こうする代わりに、第２の逆接時用の前述の本発明の逆接保護装置を、本発明により提案している第１の逆接時用の逆接保護装置とは無関係に構成してもよいし、第１の逆接時用の、この逆接保護装置を拡張した形式で構成してもよい。この点は、同様に第２の逆接時用に構成された、本発明の逆接保護装置の後述の変形実施例にも該当する。
【００１３】
本発明によると、第１のエネルギ源をブリッジ状に接続する必要がある別のエネルギ源の端子を、別のエネルギ源が逆接保護装置にどのように接続されているかに依存せずに、自動的に正確に第１のエネルギ源の極性と接続する、エネルギ源用の逆接保護装置も提案される。この逆接保護装置は、同様に第１のエネルギ源と単数又は複数の負荷及び／又は発電機との間に接続され、別のエネルギ源の接続用の第２の端子クランプを有している。更に、端子状況の検出用の手段、即ち、別のエネルギ源のどの極性が、両端子クランプのどれに接続されているか、検出するための手段が設けられている。更に、この逆接保護装置は、更に、端子クランプを第１のエネルギ源の端子と自動的に接続するための手段も有しており、その結果、別のエネルギ源の極性は、どんな場合でも第１のエネルギ源の相応の端子と接続される。この逆接保護装置の有利な変形実施例では、前述の、端子クランプを自動的に接続するための手段は、端子状況を検出するための手段によって制御されて、この手段を介して、両端子クランプを各々択一的に第１のエネルギ源の両極性の一方と接続することができる。
【００１４】
第１の逆接時の検出用の前述の手段も、第２の逆接時のの検出用の手段も、端子状況の検出用の手段も、有利に、少なくとも１つの逆接検出器と逆接検出器の測定データ用の評価ユニットを有している。逆接は、例えば、逆接保護装置の強通電線路での直接的又は間接的な電流測定を介して検出することができる。そのために、例えば、電流センサ、及び／又は、磁気センサを使うことができる。しかし、逆接は、電圧センサを用いても測定することができ、つまり、適切な個所、例えば、エネルギ源と負荷との間で電圧を検出するのである。
【００１５】
第１の逆接時用にも第２の逆接時用にも構成されている、本発明の逆接保護装置の変形実施例では、種々異なる逆接検出器によって検出された測定データを適切な評価ユニットで評価すると有利である。
【００１６】
評価ユニットは、有利には、集積回路の形式で構成されている。そうすることによって、逆接保護装置の応答時間を、逆接時に、接続システムが破損される前にエネルギ源を遮断することができる程度に短縮することができる。エネルギ供給のために、評価ユニットを、有利には、エネルギ源の内部端子に接続することができる。しかし、自動車バッテリ用の逆接保護装置の場合、評価ユニットを、物理的に自動車バッテリから切り離して、例えば、他のバッテリ制御ユニット、及び／又は、エンジン制御装置内に集積してもよい。
【００１７】
例えば、極端に低い外部温度の場合、自動車バッテリでは、逆接路の活性化を抑制することができる。その理由は、このような条件では、極端に高い電流が車両の始動のために必要であって、その際、車両の始動は、逆接に起因することはないからである。このように、評価ユニット自体の中で抑制されるか、又は、外部制御装置によって少なくとも１つの信号入力側を介して抑制される。
【００１８】
有利には、信号発信器を逆接時の指示のために設けるようにしてもよい。つまり、車両ユーザが、誤り機能の原因を即座に検出することができるからである。
【００１９】
既述のように、本発明の技術思想を有利に構成して実施する種々異なる手段がある。そのために、一方では、独立請求項に続く従属請求項、他方では、本発明の、３つの図示の実施例の説明から分かる。
【００２０】
実施例の説明
図１に示されている逆接保護回路は、図２及び３に示されている逆接保護回路の各構成部品である。従って、全て３つの図の同じ回路部品乃至回路要素は、全部で３つの図でも同じ参照番号が付けられている。
【００２１】
全部で３つの図は、各々自動車バッテリ用の逆接保護回路が示されており、そのうち、２つの極性１及び２しか示されていない。この極性１及び２は、以下、自動車バッテリの内部端子とも呼ぶ。全部で３つの図では、逆接保護乃至逆接保護回路は、自動車バッテリと、２つの接続負荷３並びに接続発電機４との間に接続されており、この発電機を介して、自動車バッテリは常に再充電される。
【００２２】
図１に示された逆接保護回路は、自動車バッテリの内部端子１及び２と、自動車バッテリの外部アクセス端子との間に構成されており、この端子には、負荷３及び発電機４が接続されている。これらの端子は、以下、自動車バッテリの外部端子５及び６とも呼ぶ。
【００２３】
本発明によると、図１に示された逆接保護回路は、一方では、自動車バッテリの両極性１及び２が、負荷３乃至発電機４の相応の端子に接続されているかどうか検出するための手段を有している。他方では、逆接保護回路は、本発明によると、自動車バッテリの極性１及び２が、第１の逆接状態での接続時に交換される場合、自動車バッテリを負荷３及び発電機４から遮断する手段を有している。
【００２４】
第１の逆接状態の検出用手段は、ここに示されている実施例では、逆接検出器７と、逆接検出器７の測定データ用の評価ユニット８を有している。逆接検出器７は、電流センサ９又は磁気センサを有しており、このセンサは、内部端子１と外部端子５との間の強い通電接続線路１０での電流強度を間接的に検出する。しかし、第１の逆接の場合の検出は、直接的な電流測定によって行うとよい。評価ユニット８は、電流強度、及び／又は、電流強度の変化を評価して、第１の逆接が生じているかどうか検出する。外部信号入力側１１を介して、逆接検出器７の測定データの評価を、例えば、エンジン制御装置を介して、所期のような制御することができる。
【００２５】
自動車バッテリの遮断のために、ここに示していない実施例では、自動車バッテリの両極１及び２をスイッチ１２及びヒューズ１３を介して相互に接続する逆接路１４が設けられている。簡単に溶融ヒューズでよいヒューズ１３は、内部端子１と外部端子５との接続路内に設けられている。スイッチ１２は、評価ユニット８を介して制御されて、第１の逆接の場合に閉じられる。その際、自動車バッテリの両極性は短絡される。そうすることによって、ヒューズ１３を介して、単に、逆接路１４だけを制御して分離するのではなく、内部端子１と外部端子５との接続も切離し、そうすることによって、自動車バッテリが、負荷３及び発電機４から遮断される。ヒューズ１３は、自動車バッテリ用の自己保護装置としてのみならず、自動車バッテリに接続されたシステム用の保護装置としても使われる。
【００２６】
外部始動、即ち、自動車を外部エネルギ源を用いて始動する場合、同様に、逆接の危険性、即ち、外部エネルギ源の極性が、既に組み込まれた自動車バッテリの相応の極性に接続されていない危険性がある。図２には、図１に示された逆接回路（この危険性を防止する）の拡張した実施例が示されている。そのために、外部始動用の固有の端子クランプ１５が設けられている。この端子クランプ１５は、スイッチ１６を介して外部端子５に接続されており、この外部端子には、負荷３及び発電機４が接続された車両搭載電源も接続されている。ここに示した実施例では、端子クランプ１５用に、固有の電流センサ１７が設けられており、この電流センサは、端子クランプ１５と外部端子５との接続線路１８内の電流強度を検出する。この測定データの、評価ユニット８を用いた評価によって、外部エネルギ源の、そのために設けられた極が、端子クランプ１５に接続されているかどうか、即ち、ここでは、内部端子１に相応する、外部エネルギ源の極が接続されているかどうか検出することができる。スイッチ１６も、評価ユニット８を介して制御され、その結果、外部エネルギ源の両極性が、端子クランプ１５に接続される際に交換された場合（第２の逆接と呼ばれる）、スイッチ１６が開けられる。つまり、スイッチ１６は、逆接が生じていない場合に限って電流が流れるようにすることができる。
【００２７】
図３には、同様に、外部エネルギ源の接続用に構成されて、外部エネルギ源の極性を自動的に正確に自動車バッテリの極性に切り換える逆接回路が示されている。そのために、２つの端子クランプ、即ち、第１の端子クランプ２０及び第２の端子クランプ２３が、外部エネルギ源の接続のために設けられており、この２つの端子クランプを用いて、自動車バッテリをブリッジ状に接続することができる。第１の端子クランプ２０は、第１のスイッチ２１を介して択一的に自動車バッテリの外部端子５か、又は、外部端子６に接続することができ、第２の端子クランプ２３は、第２のスイッチ２４を介して択一的に外部端子６か、又は、外部端子５に接続することができる。端子の状況を検出するために、即ち、外部エネルギ源の、どの極性が、両端子クランプ２０又は２３の、どれに接続されているかを検出するために、逆接検出器７は、ここに示した実施例では、２つのセンサ２３及び２５（図２に示された電流センサ１７に相応して設けられている）を有している。この実施例でも、センサ２２及び２５の測定データは、評価ユニット８によって評価され、この評価ユニット８は、両スイッチ２１及び２４を制御して、外部エネルギ源の極性がどんな場合でも自動車バッテリの相応の端子と接続されるようにする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の逆接時用に構成された自動車バッテリ用の本発明による逆接保護装置の回路図
【図２】第１の逆接時用にも第２の逆接時用にも構成された自動車バッテリ用の本発明の別の逆接保護装置の回路図
【図３】同様に、第１の逆接時用にも第２の逆接時用にも構成された本発明の第３の逆接保護装置の回路図

Claims (11)

1. エネルギ源、例えば、自動車バッテリ用の逆接保護装置であって、第１のエネルギ源と少なくとも１つの負荷（３）及び／又は少なくとも１つの発電機（４）との間に接続された逆接保護装置において、
   第１のエネルギ源の両極性（１，２）が負荷（３）乃至発電機（４）の相応の端子に接続されているかどうか検出する手段と、負荷（３）乃至発電機（４）への接続時に第１のエネルギ源の両極性（１，２）が交換されている場合（第１の逆接）、負荷（３）乃至発電機（４）の第１のエネルギ源を遮断するための手段とを有していることを特徴とする逆接保護装置。
2. 第１のエネルギ源の両極性（１，２）を、少なくとも１つの第１のスイッチ（１２）及び少なくとも１つのヒューズ（１３）を介して相互に接続する逆接路（１４）が設けられており、第１のエネルギ源の極性（１，２）の一方と、負荷（３）乃至発電機（４）の相応の端子との間の接続路内にヒューズ（１３）が設けられており、
   第１のスイッチ（１２）は、第１の逆接時の検出用手段によって制御され、該制御の結果、前記第１のスイッチ（１２）は、前記第１の逆接時に閉じられて、前記第１のエネルギ源の前記両極性（１，２）が短絡され、該短絡時に、前記逆接路（１４）がヒューズ（１３）を介して分離され、前記第１のエネルギ源が負荷（３）乃至発電機（４）から遮断される請求項１記載の逆接保護装置。
3. 例えば、請求項１又は２記載の、第１のエネルギ源と、少なくとも１つの負荷（３）及び／又は少なくとも１つの発電機（４）との間に接続されたエネルギ源、例えば、自動車バッテリ用の逆接保護装置において、
   別のエネルギ源の接続用の、少なくとも１つの第１の端子クランプ（１５）を有しており、該第１の端子クランプを用いて、第１のエネルギ源がブリッジ状に接続され、
   前記接続のために設けられた、前記別のエネルギ源の極性が、第１の端子クランプ（１５）に接続されているかどうか検出するための手段を有しており、
   前記別のエネルギ源の両極性が、前記第１の端子クランプ（１５）での接続時に交換される（第２の逆接の場合）
   ことを特徴とするエネルギ源用の逆接保護装置。
4. 第１の端子クランプ（１５）及び第１のエネルギ源の相応の極性（１）は、少なくとも１つの第２のスイッチ（１６）を介して接続され、第２のスイッチ（１６）は、第２の逆接時の検出用手段によって制御され、該制御の結果、前記第２のスイッチ（１６）は、前記第２の逆接時に開かれる請求項３記載の逆接保護装置。
5. 例えば、請求項１又は２記載の、第１のエネルギ源と少なくとも１つの負荷（３）及び／又は少なくとも１つの発電機（４）との間に接続された、エネルギ源、例えば、自動車バッテリ用の逆接保護装置において、
   別のエネルギ源の接続用の第１及び第２の端子クランプ（２０，２３）を有しており、該第１及び第２の端子クランプ（２０，２３）を用いて、第１のエネルギ源がブリッジ状に接続され、
   端子状況の検出用手段、即ち、別のエネルギ源の、どの極性が、両端子クランプ（２０，２３）のどちらの端子クランプに接続されているか検出するための手段を有しており、
   第１及び第２の端子クランプ（２０，２３）を第１のエネルギ源の各端子と自動的に接続し、該接続の結果、別のエネルギ源の極性が、どんな場合でも、前記第１のエネルギ源の相応の極性と接続されるようにする手段を有している
   ことを特徴とするエネルギ源用の逆接保護装置。
6. 両端子クランプ（２０，２３）は、各々少なくとも１つのスイッチ（２１，２４）を介して択一的に第１のエネルギ源の両極性の一方と接続することができ、前記両スイッチ（２１，２４）は、端子状況の検出用手段によって制御される請求項５記載の逆接保護装置。
7. 第１の逆接時の検出用手段、第２の逆接時の検出用手段及び／又は少なくとも１つの逆接検出器（７）の端子状況の検出用手段及び前記逆接検出器（７）の測定データ用の評価ユニット（８）を有している請求項１〜６迄の何れか１記載の逆接保護装置。
8. 逆接検出器（７）は、少なくとも１つの電流センサ（９；１７；２２，２５）及び／又は少なくとも１つの磁気センサを有している請求項７記載の逆接保護装置。
9. 逆接検出器は、少なくとも１つの電圧センサを有している請求項８記載の逆接保護装置。
10. 評価ユニット（８）は、少なくとも１つの外部信号入力側（１１）を有しており、該外部信号入力側を介して、逆接検出器（７）の測定データの評価を所期のように制御することができる請求項７〜９迄の何れか１記載の逆接保護装置。
11. 少なくとも１つの信号発生器が、逆接時の指示のために設けられている請求項１〜１０迄の何れか１記載の逆接保護装置。