JP2008182883A - 自動車搭載電源網 - Google Patents

Abstract

【課題】ジェネレータの負の接続端子はバッテリの負の接続端子と同様にアースに接続されている自動車搭載電源網において、誤った極性でバッテリとジェネレータが接続された場合に、高い短絡電流がジェネレータ出力線路の整流器に対して設けられているダイオードを介して流れ、このダイオードが場合によっては装置の別の部分と同様に損傷ないし破壊される危険を解消する。
【解決手段】極性反転検出器がダイオードに直列に接続されている閾値素子を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流ジェネレータと、交流ジェネレータと接続されている整流器と、整流器の出力端子と接続されているバッテリと、バッテリと接続されており、ダイオードを有する極性反転検出器とを備えた自動車搭載電源網に関する。

特許文献１からは車両のための極性反転保護装置を有するバッテリ充電装置が公知である。この公知のバッテリ充電装置においては、バッテリの正の接続端子がジェネレータの正の接続端子と直接接続されている。ジェネレータの負の接続端子はバッテリの負の接続端子と同様にアースに接続されている。この種の装置では誤った極性でバッテリとジェネレータが接続された場合に、高い短絡電流がジェネレータ出力線路の整流器に対して設けられているダイオードを介して流れ、このダイオードが場合によっては装置の別の部分と同様に損傷ないし破壊される危険が存在する。このような破壊を防止するために、ジェネレータの少なくとも１つの直流電流接続端子にはヒューズを含む極性反転保護装置が対応付けられている。ヒューズは逆の極性でバッテリがジェネレータの直流電流接続端子に接続されると溶融し、短絡電流を遮断する。ヒューズを付加的なダイオードを介して接続することができるので、ヒューズが溶融している間でなくても負荷と整流器のセットには短絡電流が流されている。

特許文献２からはバッテリ充電システムが公知であり、このバッテリ充電システムにおいてはバッテリが反転された極性で接続されたことを確実に検出することができる。この公知のシステムは交流ジェネレータ、このジェネレータの後段に接続されている整流器、接続可能なバッテリおよびダイオードを有する。ダイオードはバッテリの極性反転を識別するために、ジェネレータの直流電圧出力側に並列に阻止方向に接続されており、またその性能はバッテリが逆の極性で接続されたとしてもダイオードが即座に破壊されないように定められている。
DE 2 147 695 A1 DE 30 30 700 C2

本発明の課題は、従来技術における問題を解消する、自動車搭載電源網を提供することである。

この課題は、極性反転検出器がダイオードに直列に接続されている閾値素子を有することにより解決される。

本願発明による自動車搭載電源網は、閾値素子を使用することによって極性反転検出器があらゆる障害に対して応答しないようにフィルタリングが行われるという利点を有する。殊に閾値素子を使用することによって、極性反転に起因しない低エネルギの電圧ピークおよび他の障害が抑制される。

本発明による自動車搭載電源網の別の有利な特性は、バッテリの接続時に発生した極性反転が識別および記憶されるので、この情報が後の時点に使用され、したがって瑕疵保証ないしコスト吸収に関して場合によっては起こり得る不当な顧客請求を拒むことができることにある。この種の不当な顧客請求は例えば、ダイオードおよび閾値素子が配置されている信号経路は遮断していることが検査により明らかになった場合に存在する。本発明の別の実施形態においては、ダイオードおよび閾値素子が配置されている信号経路において閾値素子自体が破壊されていることに基づき不当な顧客請求を識別することができる。

有利な実施形態によれば、ダイオードおよび閾値素子に直列に、フィルタ機能を有する検出素子が設けられている。これにより検出素子したがって極性反転検出器全体の不所望な作動ないしトリガに対する安全性が高まる。

本発明のさらに有利な特徴は図面に基づく以下の例示的な説明から明らかになる。

図１は本発明による自動車搭載電源網の第１の実施例を示す。図示されている自動車搭載電源網は交流ジェネレータ１、整流器２、ジェネレータ制御部１ａ、バッテリ３、極性反転検出器４および負荷５を有する。

整流器２は交流ジェネレータ１によって生成された交流電圧を整流するために設けられており、また出力側Ａ１に正の直流電圧を供給し、出力側Ａ２にアース信号を供給する。

整流器の出力側Ａ１に供給される正の直流電圧はバッテリ３の正極、極性反転検出器４のアース側ではない端子、および負荷５のアース側ではない端子にも印加される。整流器２の出力側Ａ２はバッテリ３の負極、極性反転検出器４の他方の端子および負荷５の他方の端子と接続されている。

極性反転検出器４は検出素子４ｃ、閾値素子４ｂおよびダイオード４ａを有し、これらの素子は直列に接続されている。閾値素子４ｂは有利にはツェナーダイオードの形で実現されている。ダイオード４ａのアノードは整流器２の出力側Ａ２に接続されており、したがってアースと接続されている。ダイオード４ａのカソードはツェナーダイオード４ｂのカソードと接続されている。ツェナーダイオード４ｂのアノードは検出素子４ｃを介して整流器２の出力側Ａ１と接続されている。発生した極性反転を後に検出することができる検出素子４ｃは例えばヒューズ、ボンディングワイヤ、ダイオード、化学的な表示素子、光学的な表示素子、回路基板上またはＡＳＩＣ内に適切に寸法設計された導体路、パイロ技術的な素子、熱的な素子または他の電気的な構成素子である。

図示されている自動車搭載電源網が所定のように動作している時には、ダイオード４ａは阻止方向に接続されていることに基づき極性反転検出器４を流れる電流を阻止する。

これに対して極性反転が存在し、これによって発生した負の電圧がダイオード４ａの順方向電圧とツェナーダイオード４ｂのツェナー電圧の合計よりも大きい場合には検出経路が解放され、検出素子４ｃに電流が流れ、その結果検出素子が作動する。

この検出装置４ｃは有利には、フィルタ機能を有するように構成されている。例えば、検出素子４ｃは所定の電流負荷能力ないし電流容量を有する。検出素子のこの特別な構成により、検出素子したがって極性反転検出器は全体としてどのような障害においても作動することはなくなる。むしろ、極性反転に起因しない特殊な障害および低エネルギの電圧はフィルタリングされて除去される、もしくは抑制される。

上述したように、極性反転の場合には検出素子４ｃが作動する。例えば、検出経路が遮断されているこの状態は記憶され、したがって極性反転が生じたことに関する証明として後の時点に使用される。この証明を検出経路の検査によって導き出すことができる。場合によっては、このために別の電気的なコンポーネントの分離が必要となる可能性がある。検出素子４ｃの作動時には、ダイオード４ａは損傷を受けていない状態のままである。

それにもかかわらず、ツェナーダイオード４ｂの使用また検出素子４ｃのそれぞれの構成により、所定の閾値よりも大きく且つ所定の最小時間にわたり存在する負の電圧が識別され、この事象が不可逆性に記憶される。

図２は本発明による自動車搭載電源網の第２の実施例を示す。この第２の実施例は、極性反転検出器４の構成が変更されている点において図１に示した第１の実施例とは異なる。第２の実施例によれば、極性反転検出器４は閾値素子４ｂおよびダイオード４ａを有し、これらの素子は直列に接続されている。ここでもまた閾値素子４ｂは有利にはツェナーダイオードの形で実現されている。ダイオード４ａのアノードは整流器２の出力側Ａ２に接続されており、したがってアースと接続されている。ダイオード４ａのカソードはツェナーダイオード４ｂのカソードと接続されている。ツェナーダイオード４ｂのアノードは整流器２の出力側Ａ１と接続されている。

この実施例においても、図示されている自動車搭載電源網が所定のように動作している時には、ダイオード４ａは阻止方向に接続されていることに基づき極性反転検出器４を流れる電流を阻止する。

これに対して極性反転が存在し、これによって発生した負の電圧がダイオード４ａの順方向電圧とツェナーダイオード４ｂのツェナー電圧の合計よりも大きい場合には検出経路が解放される。この場合に流れる電流はツェナーダイオード４ｂを破壊する。

この実施形態においても、ツェナーダイオードは極性反転検出器を作動させる負の電圧の大きさを制御する。さらにツェナーダイオードは所定の低い電流負荷能力を有することができる。これによって、ツェナーダイオードの作動および破壊に必要とされるエネルギが規定される。これはツェナーダイオードのフィルタ機能に相当する。このフィルタ機能によって、極性反転検出器４はあらゆる障害およびあらゆる低エネルギの電圧において作動することはなくなる。

上述したように、極性反転の場合には極性反転検出器が作動し、ツェナーダイオードは破壊される。この状態は不可逆性であり、したがって極性反転が生じたことに関する証明として後の時点に使用される。この証明を検出経路に発生した遮断、またツェナーダイオードの破壊が示されることにより導き出すことができる。

それにもかかわらず、ツェナーダイオードの使用およびその構成によって、所定の閾値よりも大きく且つ所定の最小時間にわたり存在する負の電圧が識別され、この事象が不可逆性に記憶される。

図３は本発明による自動車搭載電源網の第３の実施例を示す。この第３の実施例は、極性反転検出器４の構成が変更されている点において図１に示した第１の実施例とは異なる。第３の実施例によれば、極性反転検出器４は並列回路とダイオード４ａからなる直列回路を有する。並列回路はｎ個の並列分岐を有し、図示されている実施例においてはｎ＝３である。この並列回路の第１の分岐は閾値素子４ｂ１および検出素子４ｃ１からなる直列回路を含み、閾値素子４ｂ１は有利にはツェナーダイオードである。この並列回路の第２の分岐は閾値素子４ｂ２および検出素子４ｃ２からなる直列回路を含み、閾値素子４ｂ２は有利にはツェナーダイオードである。この並列回路の第３の分岐は閾値素子４ｂ３および検出素子４ｃ３からなる直列回路を含み、閾値素子４ｂ３は有利にはツェナーダイオードである。ツェナーダイオード４ｂ１，４ｂ２および４ｂ３のツェナー電圧は異なる大きさに定められているので、並列回路の異なる分岐においては異なる作動閾値が存在する。

バッテリの極性反転の場合には、存在する負の電圧ならびにエネルギ量は全ての経路における検出素子が応答するほど大きい。この状態は不可逆性に記憶されるので、これを極性反転が生じたことに関する証明として後に使用することができる。ダイオード４ａは損傷を受けていない状態のままである。

これに対して極性反転に起因しない比較的小さい振幅の負の電圧および比較的小さいエネルギ量が生じると、これにより例えば検出素子のうちの１つまたは２つが作動する可能性はあるが、残りの他の１つまたは複数の検出素子は作動しない。このような３つの検出素子のうちのただ１つの検出素子または２つの検出素子の作動も不可逆性に記憶され、したがって後の証明のために使用される。これにより負の電圧の大きさ、またそれと共に発生した障害の原因も必要に応じて推論することができる。

この実施例においても、検出素子４ｃ１，４ｃ２および４ｃ３が有利にはそれぞれフィルタ機能を有するように構成されている。例えば、これらの検出素子は所定の電流負荷能力を有することができる。検出素子のこの特別な構成により、所定の最小エネルギ量を有する負の電圧のみがそれぞれの検出素子を作動させる。

図４は本発明による自動車搭載電源網の第４の実施例を示す。この第４の実施例は、極性反転検出器４の構成が変更されている点において図２に示した第２の実施例とは異なる。第４の実施例によれば、極性反転検出器４は並列回路とダイオード４ａからなる直列回路を有する。並列回路はｎ個の並列分岐を有し、図示されている実施例においてはｎ＝３である。３つの並列分岐はそれぞれ閾値素子を有し、これらの閾値素子は図示されている実施例においてはツェナーダイオードである。つまり第１の分岐にはツェナーダイオード４ｂ１が設けられてあり、第２の分岐にはツェナーダイオード４ｂ２が設けられており、また第３の分岐にはツェナーダイオード４ｂ３が設けられている。これらのツェナーダイオードのツェナー電圧は異なる大きさに定められているので、並列回路の異なる分岐においては異なる作動閾値が存在する。

バッテリの極性反転の場合には、存在する負の電圧ならびにエネルギ量は、全ての経路における検出素子として使用されるツェナーダイオードが破壊されるほど大きい。この状態は不可逆性に記憶されるので、これを極性反転が生じたことに関する証明として後の時点に使用することができる。ダイオード４ａは損傷を受けていない状態のままである。

前述のツェナーダイオードはフィルタ機能も有するように構成されている。例えば、これらのツェナーダイオードは所定の電流負荷能力を有することができる。ツェナーダイオードのこの特別な構成により、所定の最小振幅および所定の最小エネルギ量を有する負の電圧のみがそれぞれのツェナーダイオードを作動ないし破壊させる。

極性反転に起因しない比較的小さい負の電圧および比較的小さいエネルギ量が生じると、これにより例えばツェナーダイオードのうちの１つまたは２つが破壊される可能性はあるが、残りの他のツェナーダイオードは損傷を受けていない状態のままである。このようなツェナーダイオードのうちのただ１つのツェナーダイオードまたは２つのツェナーダイオードの破壊も不可逆性に記憶され、したがって後の証明のために使用される。これにより負の電圧の大きさ、またそれと共に発生した障害の原因も必要に応じて推論することができる。

図５は本発明による自動車搭載電源網の第５の実施例を示す。この第５の実施例、極性反転検出器４の構成が変更されている点において図１〜４に示した実施例とは異なる。第５の実施例によれば、極性反転検出器４はダイオード４ａ１，４ａ２および４ａ３ならびに検出素子４ｃ１，４ｃ２および４ｃ３を有する。ダイオード４ａ１のアノードは整流器２の出力側Ａ２に接続されており、したがってアースと接続されている。ダイオード４ａ１のカソードは検出素子４ｃ１を介して整流器２の出力側Ａ１と接続されており、さらにダイオード４ａ２のアノードと接続されている。ダイオード４ａ２のカソードは検出素子４ｃ２を介して整流器２の出力側Ａ１と接続されており、さらにダイオード４ａ３のアノードと接続されている。ダイオード４ａ３のカソードは検出素子４ｃ３を介して整流器２の出力側Ａ１と接続されている。

図示されている自動車搭載電源網が所定のように動作している時には、ダイオード４ａ１，４ａ２および４ａ３は阻止方向に接続されていることに基づき極性反転検出器４を流れる電流を阻止する。これに対して極性反転が存在する場合には、検出素子のうちの１つ、複数または全ての検出素子の負の電圧の大きさに依存して作動する。作動した検出素子の数は負の電圧の大きさを後に証明するために使用することができる。極性反転検出器４の素子は、極性反転の場合にはそれぞれの検出素子が常に応答し、ダイオードが破壊されないよう構成されている。この実施例においても検出素子はフィルタ機能を有するように構成されている。例えば、検出素子は所定の電流負荷能力を有することができる。検出素子のこの特別な構成により、極性反転検出器はあらゆる障害において作動することなく、生じたエネルギが所定の閾値を上回ったときに初めて作動する。

上述の実施例においては、極性反転検出器は常に自立的な構成部分としてバッテリ３と負荷５の間に位置決めされている。択一的な実施形態においては、ジェネレータ制御部１ａがＡＳＩＣとして実現されており、また極性反転検出器がこのＡＳＩＣ内に統合されている。

本発明による自動車搭載電源網の第１の実施例を示す。 本発明による自動車搭載電源網の第２の実施例を示す。 本発明による自動車搭載電源網の第３の実施例を示す。 本発明による自動車搭載電源網の第４の実施例を示す。 本発明による自動車搭載電源網の第５の実施例を示す。

Claims (13)

1. 自動車搭載電源網であって、
   交流ジェネレータと、
   前記交流ジェネレータと接続されている整流器と、
   前記整流器の出力端子と接続されているバッテリと、
   前記バッテリと接続されており、ダイオードを有する極性反転検出器とを備えた自動車搭載電源網において、
   前記極性反転検出器（４）はさらに前記ダイオード（４ａ）に直列に接続されている閾値素子（４ｂ）を有することを特徴とする、自動車搭載電源網。
2. 前記閾値素子はツェナーダイオードである、請求項１記載の自動車搭載電源網。
3. 前記ツェナーダイオードおよび前記ダイオードは、極性反転が生じた場合に該ツェナーダイオードが破壊され、該ダイオードは損傷を受けていないままの状態であるように設計されている、請求項２記載の自動車搭載電源網。
4. 前記閾値素子は並列に接続されている複数のツェナーダイオード（４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３）を有し、該複数のツェナーダイオード（４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３）は異なるツェナー電圧を有する、請求項１記載の自動車搭載電源網。
5. 前記複数のツェナーダイオードおよび前記ダイオードは、極性反転が生じた場合に該複数のツェナーダイオードが破壊され、該ダイオードは損傷を受けていないままの状態であるように設計されている、請求項４記載の自動車搭載電源網。
6. 前記閾値素子はフィルタ機能を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の自動車搭載電源網。
7. 検出素子（４ｃ）が前記閾値素子（４ｂ）に直列に接続されている、請求項１記載の自動車搭載電源網。
8. 前記検出素子はフィルタ機能を有する、請求項７記載の自動車搭載電源網。
9. 前記閾値素子はツェナーダイオードである、請求項７または８記載の自動車搭載電源網。
10. 前記ダイオード、前記ツェナーダイオードおよび前記検出素子は、極性反転が生じた場合に該検出素子が応答し、該ダイオードおよび該ツェナーダイオードは損傷を受けていないままの状態であるように設計されている、請求項９記載の自動車搭載電源網。
11. 前記検出素子はヒューズ、ボンディングワイヤ、ダイオード、化学的な表示素子、光学的な表示素子、導体路、パイロ技術的な素子、熱的な素子である、請求項７から１０のいずれか１項記載の自動車搭載電源網。
12. 前記極性反転検出器は前記ダイオード（４ａ）と並列回路とからなる直列回路を有し、前記並列回路は複数の分岐を有し、該分岐はそれぞれ閾値素子（４ｂ１，４ｂ２，４ｂ３）と検出素子（４ｃ１，４ｃ２，４ｃ３）との直列回路から構成されており、前記閾値素子はツェナーダイオードであり、該ツェナーダイオードは異なるツェナー電圧を有し、前記検出素子（４ｃ１，４ｃ２，４ｃ３）はそれぞれフィルタ機能を有する、請求項７から１１までのいずれか１項記載の自動車搭載電源網。
13. 前記極性反転検出器はジェネレータ制御部の構成部分である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の自動車搭載電源網。

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