JP2014519804A

JP2014519804A - 多電圧車載電源網を接続する装置および方法

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Publication number: JP2014519804A
Application number: JP2014515122A
Authority: JP
Inventors: ヴァーレンタセバスティアン; ピシュケウルフ; ドレーゼニルス
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: EP2721704A1; EP2721704B1; KR20140036233A; RU2014101243A; DE102012208520A1; JP5746429B2; BR112013032253A2; WO2012171766A1; CN103620901B; CN103620901A; US20140117925A1

Abstract

ここで提案されているのは多電圧車載電源網を接続するための装置および方法であり、この装置には、第１車載電源網電圧（Ｕ１）を有する第１車載電源網（１２）と、第２車載電源網電圧（Ｕ２）を有する第２車載電源網（１４）とを結合可能な少なくとも１つの直流電圧変換器（１）が含まれている。ここでは、第２車載電源網電圧（Ｕ２）を上昇させるため、直流電圧変換器（１０）の他に少なくとも１つの充電手段（１８）が設けられている。

Description

従来の技術
本発明は、独立請求項に示した形態の多電圧車載電源網を接続する装置および方法を出発点とする。

EP 1145416 B1からは、電気エネルギを変換するための変換器がすでに公知である。ここで提案されているのは、結合された複数のインダクタンスを使用することにより、チョークサイズを小さくできることである。ここでは、部分分岐の負荷電流が互いに補償され、チョークコイルの磁気的な負荷が発生しないように上記の結合される複数のチョークコイルを設計する。この場合には、個々の部分分岐間の差分電流だけが、磁場になるのである。

本発明の課題は、回路構造が簡単でありかつ動作方法が簡単であるという特徴を有する、多電圧車載電源網を接続する装置および方法を提供することである。この課題は、独立請求項に記載した特徴的構成によって解決される。

発明の利点
多電圧車載電源網を接続する本発明による装置および本発明による方法は、１次側電圧が２次側電圧を下回る場合であっても、殊に双方向チョーク式降圧コンバータのような直流電圧変換器の逆動作モードにおいても殊に簡単に手段により、１次側のエネルギ蓄積器を充電できるという利点を有する。ここではコストのかかる付加的な手段を省略することができる。相異なる車載電源網トポロジにおいても、本発明によれば、確実かつ高い信頼性で電流ピークなしに２つの車載電源網を互いに接続することができる。

有利な１つの発展形態において、充電手段として少なくとも１つの電流源を設け、有利には定電流源を設ける。このような実現方式は、回路構造が殊に簡単になるという特徴を有する。

有利な１つの発展形態において、充電手段として少なくとも１つの別の直流電圧変換器を設ける。このような直流電圧変換器がいずれにせよ設けられる応用に対しては殊に、この直流電圧変換器により、上記の充電機能を一緒にカバーすることができる。

有利な１つの発展形態において、上記の充電手段には、充電電流を調整する調整手段が含まれており、有利にはツェナーダイオードが含まれている。これにより、殊に簡単かつコスト的に有利に都度の適用事例に適合させることができる。

多電圧車載電源網を接続する本発明の方法には、第１車載電源網電圧を有する第１車載電源網と、第２車載電源網電圧を有する第２車載電源網とを結合可能な少なくとも１つの直流電圧変換器が含まれている。エネルギ蓄積器を第２車載電源網に接続する前に少なくとも１つの充電手段により、第２車載電源網に存在する中間回路キャパシタンスを中間電圧に充電する。

有利な発展形態において、中間電圧に達した際、直流電圧変換器だけにより、または上記の充電手段と共に上記の中間回路キャパシタンスをさらに充電する。

有利な１つの発展形態では、直流電圧変換器の出力電圧がほぼ上記の中間回路キャパシタンスの電圧に等しい場合、第２車載電源網と直流電圧変換器との間に設けられる少なくとも１つの保護素子を駆動制御する。この直流電圧変換器は、この電圧関係において、いわゆる逆動作モードで上記のエネルギ蓄積器の電圧レベルまで第２車載電源網の電圧をさらに上昇させる。

有利な１つの発展形態において、直流電圧変換器の出力電圧が、中間回路キャパシタンスの電圧にほぼ等しい場合、上記の充電手段を非アクティブ化する。これにより、上記の直流電圧変換器だけを制御することによって殊に簡単に上記の電圧を上昇させることができる。

有利な１つの発展形態において、上記の中間回路キャパシタンスは、直流電圧変換器だけによりまたは上記の充電手段と共に、上記のエネルギ蓄積器の静止電圧にほぼ等しい電圧に充電される。この結合は、障害となる電流ピークなしにほぼ同じ電圧レベルで行われる。

有利な１つの発展形態において、上記の直流電圧変換器は、中間回路キャパシタンスの電圧を充電手段と並行して上昇させる。この充電手段の所期の遮断は、迅速な電圧上昇時には行わないことが可能である。

上で説明した方法によってさらに、上記の充電中に充電手段を介して中間回路の診断を行うことができる。これにより、アースへの短絡があるか否かまたは漏れ電流があるかいなかを確定することができる。さらに上記の中間回路にどのキャパシタンス２０があるかを求めることもできる。また第２車載電源網全体の診断も可能である。このためには、例えば２０Ｖの既知かつクリティカルでない電圧に、中間回路における電圧を所期のように上昇させることができる。引き続いて相応のバスシステムを介して第２車載電源網のすべての制御装置およびコンポーネントに、これらも同様に例えば２０Ｖのクリティカルでない電圧を測定するか否かを問い合わせる。クリティカルでない電圧が測定されてはじめて、上記の電圧をさらに上昇させて第２車載電源網をイネーブルする。

別の有利な発展形態は、別の従属請求項から、また以下の説明から得られる。

複数の実施例を図面に示し、以下これらの実施例を詳細に説明する。

いわゆるブースト回生システム用の第１の車載電源網トポロジを示す図である。直流電圧変換器を有する車載電源網トポロジ、および、スタータ回路と負荷車載電源網との間にデカップリング素子を有するＤＬＣとして実施されたエネルギ蓄積器を示す図である。付加的な直流電圧変換器を有する実施例を示す図である。２つの車載電源網を接続するための回路技術的な実現方式を示す図である。２つの車載電源網を接続するための第１スタートシナリオの時間的な経過を示す線図である。２つの車載電源網を接続するための第２スタートシナリオの時間的な経過を示す線図である。

実施例の説明
将来の多電圧車載電源網では、相異なる電圧状態Ｕ１，Ｕ２を有する相異なる車載電源網回路１２，１４間でエネルギ伝達を保証する直流電圧変換器ないしはＤＣ／ＤＣコンバータが使用される。一般的には、直流電圧変換器１０は、ふつうは１４Ｖである第１車載電源網電圧Ｕ１を有する古典的な負荷車載電源網（第１車載電源網１２）と、例えば４８Ｖまたは６０Ｖである、第１車載電源網電圧Ｕ１よりも高い第２車載電源網電圧Ｕ２を有する別の車載電源網回路（第２車載電源網１４）との間のインタフェースである。

考えられ得る多数の車載電源網アーキテクチャを代表するのは、例えば、図１〜３に手短に説明する車載電源網アーキテクチャである。

図１には、回生機能付きジェネレータ３４（ＲＳＧ）および並列接続されたエネルギ蓄積器３８を有するいわゆるブースト回生システムが示されている。このエネルギ蓄積器は、例えば、リチウムイオンバッテリのような例えば４８Ｖハイパワー蓄積器である。ジェネレータ３４およびエネルギ蓄積器３８は、第２車載電源網電圧Ｕ２を有する第２車載電源網１４の構成部分である。例えば約１２ないしは１４Ｖの第１車載電源網電圧Ｕ１を有する第１車載電源網１２には、アース接続されたスタータ３６と、並列接続された負荷４０と、同様に並列接続されたバッテリ３２とが含まれている。アース接続された直流電圧変換器１０は、第１車載電源網１２と、第１車載電源網電圧Ｕ１よりも高く、例えば４８Ｖまたは６０Ｖのオーダの第２車載電源網電圧Ｕ２を有する第２車載電源網１４とを接続する。ジェネレータ３８は、例えば制動時に電気エネルギを車載電源網１４に供給するいわゆるブースト回生システムとすることが可能である。

図２には、いわゆるスタート・ストップ・コースティング（ＳＳＣ Start-Stop-Coasting）用の負荷車載電源網とスタータ回路との間のデカップリング素子およびＤＣ／ＤＣ−ＤＬＣモジュールが示されている。第１車載電源網１２ではスタータ３６とバッテリ３２とが並列接続されており、スイッチのような分離手段１７を介して第２車載電源網１４からデカップリング可能である。第２車載電源網１４ではジェネレータ３４と負荷４０とがアースに向かって並列接続されている。第２車載電源網１４の第２車載電源網電圧Ｕ２は、直流電圧変換器１０の２次側ＳＥＫに供給されるのに対し、直流電圧変換器１０の１次側ＰＲは、コンデンサ１５を介してアースに接続されている。コンデンサ１５は、エネルギ蓄積器として使用され、例えば２重層コンデンサ（ＤＬＣ）として構成される。

図３に示したトポロジでは、直流電圧変換器１０により、第１車載電源網１２と第２車載電源網１４とが結合される。第１車載電源網１２ではバッテリ３２と負荷４０とがアースに接続されている。第２車載電源網１４では、キャパシタンス２０がアースに接続されている。直流電圧変換器１０に並列な別の直流電圧変換器１９により、２つの車載電源網１２，１４が接続される。

図４には、第１保護素子２１および第２保護素子２２および充電手段１８を有する直流電圧変換器１０の例として、双方向チョーク式降圧コンバータの典型的な回路技術的構造が示されている。直流電圧変換器１０は、ｎ相の双方向チョーク式降圧コンバータとして実施されている。さらに高圧側ＨＳにおいてｎ個のMOSFET ＨＳ１〜ＨＳｎが並列接続されている。これらのドレイン端子は同じ電位にあり、端子ＨＳを介して直流電圧変換器１０から引き出されている。各MOSFET ＨＳ１〜ＨＳｎには、別のMOSFET ＬＳ１〜ＬＳｎが直列に配置されている。これらのソース端子は同じ電位にあり、端子ＬＳを介して引き出され、第２保護素子２２を介し、端子ＫＬ３１を経由してアース２４に接続されている。直列接続されているMOSFET ＨＳ１，ＬＳ１；ＨＳｎ，ＬＳｎ間では、上記の電位が、１つずつのチョークを介し、その後まとめられて、いわゆる端子ＫＬ３０を介して第１車載電源網１２に電気的に接触接続している。

１次側では、直流電圧変換器１０の端子ＨＳと、第２車載電源網１４との間に第１保護素子２１が配置されている。第１保護素子２１の出力側は、端子ＫＬ６０として引き出されている。第２車載電源網１４の公称電圧ないしは第２車載電源網電圧Ｕ２は、第１車載電源網電圧Ｕ１よりも高い、例えば６０Ｖの公称電圧を有する。第２車載電源網１４では、ジェネレータ３４およびエネルギ蓄積器３８（例えばバッテリ）がアースに向かって並列接続されている。エネルギ蓄積器３８には電圧Ｕｂが印加されている。エネルギ蓄積器３８は、スイッチ３０を介して第２車載電源網１４に接続可能である。概略的に書き込んだ第２車載電源網１４の中間回路キャパシタンス２０は、第２車載電源網１４に接続された例えばジェネレータ３４などの電気ユニットないしは負荷のキャパシタンスによって生じる。

直流電圧変換器１０のアース路には第２保護素子２２が設けられている。保護素子２１，２２は例示的には半導体スイッチ、リレーなどのスイッチ手段として構成される。この実施例においてこのスイッチ手段は、例えばMOSFETのような逆並列に接続された２つの半導体スイッチである。これにより、エラー時における第１車載電源網１２および第２車載電源網１４間の不所望の電流の流れを確実に回避することができ、ここでこの電流は、例えば直流電圧変換器１０のMOSFETの内在的なダイオードを介して発生し得る電流である。保護素子２１，２２内に書き込まれた抵抗は、対称化に使用され、有利には高抵抗に実施される。

直流電圧変換器１０は、いわゆる端子ＫＬ３０を介して第１車載電源網１２に接続されており、この第１車載電源網は、例えば１２／１４Ｖの大きさの第１車載電源網電圧Ｕ１を有する。第１車載電源網１２には、例えばスタータ３６と、エネルギ蓄積器３２と、負荷４０とが接続されている。

図４では、第２車載電源網１４の中間回路キャパシタンス２０を充電するための充電手段１８が設けられている。例えば、充電手段１８は定電流源として構成されている。このため、第１スイッチ２６を使用することができ、このスイッチ手段は、例えば、この実施例ではＮＰＮトランジスタであるトランジスタとして実施することができる。第１スイッチ手段２６を介して、この実施例ではＰＮＰトランジスタとして実施されている第２スイッチ手段２８のベースが駆動制御される。第１トランジスタ２６のコレクタは、抵抗２７を介して、第２トランジスタ２８のベースに接続されている。第２トランジスタ２８のコレクタには、定電流Ｉｋの形態の所望の充電電流が設定される。定電流Ｉｋは、第１保護素子２１に供給され、しかも例えばMOSFETのような逆並列接続された２つのパワー半導体の間に供給される。電流設定手段としてのツェナーダイオード３０は、第２トランジスタ２８のベースに接続されており、また別の抵抗２９を介して第２トランジスタ２８のエミッタに接続されている。ツェナーダイオード３０および別の抵抗２９はさらに、導電的に直流電圧変換器１０の出力部ないしは第１保護素子２１の入力部に接続されている。ツェナーダイオード３０は、例えば約１Ａのオーダで変動し得る定電流Ｉｋを設定するため、電流帰還結合される。

択一的な充電手段１８’として別の直流電圧変換器１９を第１車載電源網１２と、（ダイオードを介して接続される）第１保護素子２１との間に設けることができ、この直流電圧変換器そのものは、第１保護素子２１の直列接続される２つのMOSFET間に導電的に接続される。

第２車載電源網１４の中間回路キャパシタンス２０を充電するための充電手段１８の回路は、本発明の回路の重要な核心部分であり、以下ではこの回路を図５に示した典型的なスタートシナリオに基づいて説明する。

このシステムの静止状態において、２つの保護素子２１，２２ならびに第２車載電源網１４のエネルギ蓄積器３８用のスイッチ３０は開いている。これによって第２車載電源網１４は、ボルトフリーに接続されている。

システムスタート時にはまず直流電圧変換器１０の第２保護素子２２が閉じられ、これによって直流電圧変換器１０はアース２４に接続される。つぎのステップでは、スイッチ３０を閉じる前に第２車載電源網１４における電圧状態を第２車載電源網１４のエネルギ蓄積器３８の静止電圧に適合させ、これによって第２車載電源網１４に接続されている複数のコンポーネント３４によって生じるキャパシタンス２０（これらのコンポーネントのキャパシタンスの総和によって中間回路キャパシタンス２０が形成される）にエネルギ蓄積器３８を接続した際に電流ピークが発生しないようにする。第２車載電源網１４の中間回路キャパシタンス２０を充電するために充電手段１８の回路を挿入することにより、スイッチング可能な定電流源の機能が得られる。

中間回路キャパシタンス２０の充電は、図５に示したように３つのフェーズに分けられる。すなわち、
フェーズ１：第１スイッチ手段２６を駆動制御することにより、定電流源として作用する充電手段１８をスイッチオンする。これによって定電流Ｉｋが流れる。この電流は、第１保護素子２１の上側のMOSFETの内在的なダイオードを介し、端子ＫＬ６０を経由して第２車載電源網１４に流れる。

これによって第２車載電源網電圧Ｕ２が上昇し、ひいては中間回路キャパシタンス２０の電圧も０Ｖからちょうど第１車載電源網電圧Ｕ１（例えば１２Ｖ，ＫＬ３０における電圧）に上昇するため、中間回路キャパシタンス２０が充電される。第１保護素子２１はまだ開かれたままである。直流電圧変換器１０の出力部ＨＳにおける電圧Ｕ_HSは、例えば１２Ｖの第１車載電源網電圧Ｕ１の一定の電圧レベルにとどまる。第２車載電源網電圧Ｕ２を直流電圧変換器１０の出力部ＨＳにおける電圧Ｕ_HSに近づけた後、フェーズ１からフェーズ２に変わる。

フェーズ２：直流電圧変換器１０は、第１保護素子２１がまだ開いているうちに動作させられ、直流電圧変換器１０の出力部ＨＳにおける電圧Ｕ_HSは、例えば約２５Ｖの中間電圧Ｕ_Zまで制御されて上昇させられる。このために中間電圧Ｕ_Zに達するまで例えば電圧Ｕ_HSを線形に上昇させる。つぎにこの電圧Ｕ_HSは中間電圧Ｕ_Zのレベルにとどまる。充電手段１８の定電流源はスイッチオンされたままであるため、中間回路キャパシタンス２０における電圧ないしは第２車載電源網電圧Ｕ２は一緒に緩慢に変化する。第２車載電源網電圧Ｕ２が、中間電圧Ｕｚのレベルに止まっている電圧Ｕ_HSに達すると、フェーズ２は終了する。充電手段１８により、第２車載電源網電圧Ｕ２の電圧レベルは、第１車載電源網電圧Ｕ１を上回って上昇する。これにより、直流電圧変換器１０は、第２車載電源網電圧Ｕ２の電圧をさらに高めるために直接使用できる。なぜならば、いまや１次電圧は、直流電圧変換器１０の２次電圧を下回らないからである。したがって充電手段１８は、電圧蓄積器として使用される中間回路キャパシタンス２０と共に、第２車載電源網電圧Ｕ２を所望の電圧に所期のように増大させるのに使用されるのである。必要な場合には、付加的なユニットによって適当な電圧蓄積器が第２車載電源網１４に設けられる。

フェーズ３：出力部ＨＳにおける電圧Ｕ_HSと、第２車載電源網電圧Ｕ２とが近づけられると直ちに第１保護回路２１が閉じられる。同時に充電手段１８の定電流源も遮断される。直流電圧変換器１０は、ここではアクティブな逆動作モードにある。この直流電圧変換器は、中間回路キャパシタンス２０を充電することにより、エネルギ蓄積器３８の静止電圧Ｕｂに第２車載電源網電圧Ｕ２を上昇させる。第２車載電源網１４のエネルギ蓄積器３８の静止電圧Ｕｂと、第２車載電源網電圧Ｕ２との間の電圧が一致すると直ちに（フェーズ３の終了）、障害なしにエネルギ蓄積器３２のスイッチ３０を閉じることができる。このシステムはここで動作準備完了状態になる。

図６に示した択一的な充電方法は、例えば２５Ｖをやや上回る中間電圧Ｕｚに達した場合にも充電手段１８がアクティブなままである点が図５に示したものと異なる。この時点以降、充電手段１８および直流電圧変換器１０は並行して中間回路キャパシタンス２０を充電する。中間回路キャパシタンス２０における第２車載電源網電圧Ｕ２が、エネルギ蓄積器３８の静止電圧Ｕｂに達した後、スイッチ３０を閉じることができ、ひいてはエネルギ蓄積器３８を接続することができる。

ここで重要であるのは、複数ステップの充電コンセプトが実現されることである。第１フェーズでは、第１車載電源網１４の中間回路キャパシタンス２０が中間電圧Ｕｚに充電される。この中間電圧Ｕｚは、この中間電圧Ｕｚ以降、直流電圧変換器１０が中間回路キャパシタンス２０をさらに充電できるように選択される。端子ＫＬ３０における第１車載電源網電圧Ｕ１の近くの中間電圧Ｕｚが得られた場合、直流電圧変換器１０はスイッチオンされる。直流電圧変換器１０の出力部における電圧Ｕ_HSは、この時点以降、例えばランプ状に、制御されてさらに上昇させられる。直流電圧変換器１０によって端子ＨＳに出力される電流は、（第１保護手段２１の下側のMOSFETの内在的なダイオードを遮断して）充電手段１８に流れ、また充電手段１８の充電電流Ｉｋによって制限されて、上側のMOSFETの内在的なダイオードおよび端子ＫＬ６０を介して第２車載電源網１４とに流れる。

定電流源１８はスイッチオンされたままであるため、中間回路キャパシタンス２０における電圧、第２車載電源網電圧Ｕ２は一緒に緩慢に変化させられる。中間回路キャパシタンス２０における電圧Ｕ２が、直流電圧変換器１０における電圧Ｕ_HSに達すると、第１保護素子２１ないしはそのスイッチ手段を閉じることができ、すなわち２つのMOSFETは導通されて、端子ＨＳと端子ＫＬ６０とが接続される。これにより、補償電流がまったく流れないかまたは極めてわずかしか流れないことが補償される。図５によれば、定電流源１８はここで遮断される。直流電圧変換器１０は、アクティブな逆動作モードにあり、第２車載電源網１４におけるエネルギ蓄積器３８の静止電圧Ｕｂに第２車載電源網電圧Ｕ２を上昇させる。第２車載電源網電圧Ｕ２と、静止電圧Ｕｂとの間で電圧が一致すると直ちにスイッチ３０を閉じることによってエネルギ蓄積器３８を第２車載電源網１４に接続することができる。上記のシステムは、ここで通常動作モードに対する準備が整うのである。

択一的には図５に示した実施例において、第２車載電源網電圧Ｕ２を、中間電圧Ｕｚではなくすぐに目標電圧Ｕｂに上昇させることができる。この場合にはフェーズ３は省略されることになる。

この複数ステップの駆動制御は殊に有利である。なぜならば、第２車載電源網電圧をさらに増大させている間に、直流電圧変換器のいずれにせよ設けられている監視機能を用いることができるからである。この際には直流電圧変換器１０の出力部ＨＬにおける電圧、電流また電圧上昇も監視することができ、場合によってエラー診断および保護機能に使用することもできる。

上で説明した方法によってさらに、充電中に充電手段を介して中間回路の診断を行う可能性も得られる。

したがって例えば、アースへの短絡があるか否かまたは漏れ電流の有無を確認することができる。さらに中間回路にどのようなキャパシタンス２０が設けられているかを求めることもできる。また例えば中間回路における電圧および／または電流経過の評価に基づいて第２車載電源網全体を診断することも可能である。このためには、例えば２０Ｖの、既知かつクリティカルでない電圧Ｕｔに、中間回路における第２車載電源網電圧Ｕ２を所期のように上昇させることができる。引き続いて第２車載電源網１４におけるすべての制御装置およびコンポーネントにまたは所定の制御装置およびコンポーネントだけに、相応するバスシステムを介して、これらも例えば２０Ｖのクリティカルでない電圧Ｕｔを測定するか否かを問い合わせる。このクリティカルでない電圧が測定されてはじめて、第２車載電源網電圧Ｕ２をさらに上昇させて第２車載電源網１４をイネーブルする。場合によっては、上記のクリティカルでない電圧Ｕｔと中間電圧Ｕｚとが一致することも可能である。

回路コストが少なくまた効率が良好であることにより、上記のような車載電源網アーキテクチャでは一般的に、図４に略示したように双方向チョーク式降圧コンバータが、直流電圧変換器１０として使用される。ここでは２つのスイッチ手段によってそれぞれ双方向に駆動制御可能でありかつシーケンシャルに駆動制御されるｎ個のチョークを有するｎ相の直流電圧変換器１０を使用することができる。しかしながら装置および方法の使用はこれに制限されない。上記のチョーク式降圧コンバータは、原理的な制限により、高い方の電圧状態（１次側）から低い方の電圧状態（２次側）にしかエネルギを伝送することができない。双方向のチョーク式降圧コンバータの場合、逆方向ないしは逆動作モードにおいて、択一的に２次側の低い方の電圧状態から１次側の高い方の電圧状態に変換できるが、いずれの場合にも１次電圧は２次電圧を下回ってはならない。充電手段１８，１８’を設けることにより、これが確実に達成される。

端子ＫＬ６０における電位（第２車載電源網電圧Ｕ２）が、直流電圧変換器１０の端子ＫＬ３０の電位（第１車載電源網電圧Ｕ１）と異なる場合、詳しく示していない上側のハーフブリッジトランジスタの内在的なダイオードは導通するため、２つの車載電源網１２，１４間でＫＬ３０からＫＬ６０に向かって、制御されていない電流の流れが設定されることになる。この電流の流れを阻止するため、直流電圧変換器１０の端子ＫＬ６０回路において保護素子２１が必要であり、この保護素子は、例えばリレーまたは逆並列半導体スイッチとして実施することができる。一般的にはスイッチ素子として、２つの逆並列半導体スイッチからなるバック・ツー・バックの組み合わせが使用され、これにより、付加的に、第１スイッチ手段２６が短絡した場合に、２つの車載電源網１２，１４間に（端子ＫＬ６０からＫＬ３０に向かって）制御されない電流が流れることを阻止することができる。

車両の停止状態において、安全上の理由からスイッチ３０を開くことにより、第２車載電源網１４は、第２車載電源網１４のエネルギ蓄積器３８から切り離され、ひいてはボルトフリーに切り換えられる。エネルギ蓄積器３８を再度接続する前には、第２車載電源網１４に設けられている中間回路キャパシタンス２０（例えばジェネレータ３４の中間回路キャパシタンス２０）により、スイッチ３０を閉じる前にまず第２車載電源網電圧Ｕ２を制御して上昇させなければならない。

例えば図２の車載電源網において（高い方の電圧状態の）２重層コンデンサＤＬＣに関連して双方向チョーク式降圧コンバータ１０を使用する際にも、コンデンサ１５を０Ｖ（完全な放電状態）から出発して充電するする必要がある（例えば、最初の運転、スタータバッテリ３２を取り外した比較的長い停止フェーズ後の自動車の再運転）。上記のチョーク式変換器（ここでは逆動作モード−昇圧コンバータ）はこれができないため、電圧０Ｖから第１車載電源網電圧Ｕ１以上にコンデンサ１５を充電するためにも上記の充電手段１８を設けることができる。

上記の装置および方法の目標は、簡単な回路手段により、１次側電圧が２次側電圧以下である場合であっても、例えば双方向降圧コンバータとして実施される直流電圧変換器１０が、逆動作モードにおいて（２次側が１次側に向かって）１次側のエネルギ蓄積器３２の充電を行えるようにすることである。この場合には別のコンポーネントにおいて必要な付加的な手段は省略することができ、ひいてはコスト上の利点が得られるのである。

上記の装置および方法は、殊に自動車の多電圧車載電源網１２，１４を結合するのに適している。なぜならば、このような自動車においてはますます多くのハイパワー負荷が使用されるからである。しかしながらその使用はこれには制限されない。

Claims

第１車載電源網電圧（Ｕ１）を有する第１車載電源網（１２）と、第２車載電源網電圧（Ｕ２）を有する第２車載電源網（１４）とを結合可能な少なくとも１つの直流電圧変換器（１０）を含む、多電圧車載電源網を接続する装置において、
前記第２車載電源網（１４）に給電するためのエネルギ蓄積器（３８）を接続する前に、前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）を上昇させるための少なくとも１つの充電手段（１８）が設けられている、
ことを特徴とする装置。
請求項１に記載の装置において、
前記充電手段（１８）は、当該充電手段（１８）が前記第２車載電源網（１４）に存在する中間回路キャパシタンス（２０）を充電することによって前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）を上昇させる、
ことを特徴とする装置。
請求項１または２に記載の装置において、
前記充電手段（１８）は、前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）を少なくとも中間電圧（Ｕｚ）に上昇させ、ただし当該中間電圧（Ｕｚ）では、前記直流電圧変換器（１０）が前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）をさらに電圧上昇させるために作動される、
ことを特徴とする装置。
請求項１から３までのいずれか１項に記載の装置において、
前記直流電圧変換器（１０）と前記第２車載電源網（１４）との間に少なくとも１つの保護素子（２１）が配置されており、殊に逆並列接続された２つの半導体スイッチが配置されている、
ことを特徴とする装置。
請求項１から４までのいずれか１項に記載の装置において、
前記充電手段（１８）は、少なくとも部分的に前記保護素子（２１）を介して、前記第２車載電源網（１４）に充電電流（Ｉｋ）を供給する、
ことを特徴とする装置。
請求項１から５までのいずれか１項に記載の装置において、
前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）が、前記第２車載電源網（１４）に接続可能な前記直流電圧変換器（１０）の出力部（ＨＳ）における前記電圧（Ｕ_HS）にほぼ達した場合、前記保護素子（２１）が閉じられる、
ことを特徴とする装置。
請求項１から６までのいずれか１項に記載の装置において、
スイッチ（３０）が設けられており、
前記スイッチ（３０）は、前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）が前記エネルギ蓄積器（３８）の静止電圧（Ｕｂ）にほぼ等しい場合、エネルギ蓄積器（３８）と前記第２車載電源網（１４）とを接続する、
ことを特徴とする装置。
第１車載電源網電圧（Ｕ１）を有する第１車載電源網（１２）と、第２車載電源網電圧（Ｕ２）を有する第２車載電源網（１４）とを結合可能な少なくとも１つの直流電圧変換器（１０）を含む、多電圧車載電源網を接続する方法において、
前記第２車載電源網（１４）に給電するためにエネルギ蓄積器（３８）を接続する前に、少なくとも１つの充電手段（１８）により、前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）を上昇させる、
ことを特徴とする方法。
請求項８に記載の方法において、
前記充電手段（１８）により、前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）を上昇させるため、前記第２車載電源網（１４）に設けられている中間回路キャパシタンス（２０）を充電する、
ことを特徴とする方法。
請求項８または９に記載の方法において、
前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）が、前記第１車載電源網電圧（Ｕ１）よりも高い中間電圧（Ｕｚ）に達した場合、前記直流電圧変換器（１０）および／または前記充電手段（１８）によって前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）をさらに上昇させる、
ことを特徴とする方法。
請求項８から１０までのいずれか１項に記載の方法において、
前記充電手段（１８）により、前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）を所定の電圧（Ｕｔ）に上昇させ、当該所定の電圧（Ｕｔ）において前記第２車載電源網（１４）に接続されている少なくとも１つの負荷（３４）または前記第２車載電源網（１４）それ自体が正常動作している否かを検査する、
ことを特徴とする方法。
請求項８から１１までのいずれか１項に記載の方法において、
前記第２車載電源網（１４）に接続可能な、前記直流電圧変換器（１０）の出力部（ＨＳ）における電圧（Ｕ_HS）がほぼ前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）に等しい場合、第２車載電源網（１４）と直流電圧変換器（１０）との間に設けられている少なくとも１つの保護素子（２１）を駆動制御する、
ことを特徴とする方法。
請求項８から１２までのいずれか１項に記載の方法において、
前記第２車載電源網（１４）に接続可能な、前記直流電圧変換器（１０）の出力部（ＨＳ）における電圧（Ｕ_HS）がほぼ前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）に等しい場合、前記充電手段（１８）を非アクティブ化する、
ことを特徴とする方法。
請求項８から１３までのいずれか１項に記載の方法において、
前記直流電圧変換器（１０）および／または前記充電手段（１８）により、前記第２車載電源網（１４）に接続可能なエネルギ蓄積器（３８）の静止電圧（Ｕｂ）に前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）を上昇させる、
ことを特徴とする方法。
請求項８から１４までのいずれか１項に記載の方法において、
前記第２車載電源網電圧（Ｕ２）が前記エネルギ蓄積器（３８）の前記静止電圧（Ｕｂ）にほぼ等しい場合、前記エネルギ蓄積器（３８）と前記第２車載電源網（１４）とを接続する、
ことを特徴とする方法。