JP2018150036A - 自動車のための車両電気システム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車のための車両電気システム装置を提供する。
【解決手段】主車両電気システム（３０）および少なくとも１つの補助車両電気システム（４０）が導電接続されるバッテリ装置（２０）を有する、自動車のための車両電気システム装置（１０）であって、主車両電気システム（３０）は、主負荷セット（３２）を有し、および補助車両電気システム（４０）は、補助負荷セット（４２）を有し、さらに、バックアップバッテリ（５０）は、切換装置（６０）を介して主車両電気システム（３０）および補助車両電気システム（４０）に接続され、および切換装置（６０）は、主車両電気システム（３０）に導電接続するための少なくとも１つの主切換位置（ＰＳ）と、補助車両電気システム（４０）に導電接続するための補助切換位置（ＳＳ）とを有する、車両電気システム装置（１０）。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のための車両電気システム装置と、車両電気システム装置を動作させる方法とに関する。

車両電気システム装置と、自動車のための車両電気システム装置を動作させる方法とは基本的に公知である。特に、車両の運転操作の自動化がさらに進んでいることを考えると、個々の電気負荷に対するシステム供給の冗長性が一層高い確実性で保証されることが必要である。この場合、そのような冗長性を提供するための１つの選択肢は、様々な車両電気システムを主車両電気システムの形態および補助車両電気システムの形態で構成することである。これは、主車両電気システムに障害が発生した場合、補助車両電気システムが安全関連の電気負荷の動作を維持できるようにする。

一方、公知の解決策の欠点は、自動車の各車両電気システムが、バックアップバッテリとして公知のものを必要とすることである。そのようなバックアップバッテリは、電圧変換装置を用いて、変動する電力消費に対する支援を行うか、または電圧変動を一定にするために使用される。ここで、主車両電気システムおよび補助車両電気システムが、車両電気システム装置の形態の冗長性車両電気システムを構成するように形成される場合、公知の冗長化の実施形態において、第２のさらなるバックアップバッテリを用意することも必要である。第２のバックアップバッテリに不可欠な必要空間に加えて、重量およびコストの増加は、この方法の冗長構成における大きい不利な要因である。

本発明の目的は、上記の問題を少なくとも部分的に解決することである。特に、本発明の目的は、費用がかからない単純な方法で車両電気システム装置に冗長性を付与し、特に重量、コストおよび／または空間要件に関して改良を行うことである。

上記の目的は、請求項１の特徴を有する車両電気システム装置と、請求項７の特徴を有する方法とによって達成される。本発明のさらなる特徴および詳細は、従属請求項、本明細書および図面から明らかになる。この場合、当然のことながら、本発明による車両電気システム装置に関して説明される特徴および詳細は、本発明による方法にも適用され、それぞれ逆も同様であり、本発明の個々の態様に関する開示について、相互参照が全体にわたって行われるかまたは行われ得る。

本発明によれば、自動車のための車両電気システム装置が提供される。この車両電気システム装置は、主車両電気システムおよび少なくとも１つの補助車両電気システムが導電接続されるバッテリ装置を有する。主車両電気システムは、主負荷セットを備え、および補助車両電気システムは、補助負荷セットを備える。さらに、バックアップバッテリは、切換装置を介して主車両電気システムおよび補助車両電気システムに接続される。切換装置は、主車両電気システムに導電接続するための少なくとも１つの主切換位置と、補助車両電気システムに導電接続するための補助切換位置とを有する。

したがって、本発明による車両電気システム装置は、同様に冗長性を提供することが意図されている。このために、主車両電気システムの形態および補助車両電気システムの形態の２つの別々の車両電気システムが設けられる。２つの車両電気システム、すなわち主車両電気システムおよび補助車両電気システムは、バッテリ装置に導電接続される。この接続は、直接的にまたはさらなる電気動作装置を介して間接的に形成することができる。特に、それぞれの車両電気システムの電気変換器を介して導電接続が形成され、これは、後でさらにより詳細に説明される。

さらに、各車両電気システムには、電気配線だけでなく、複数の電気負荷への適用可能な接続も形成される。この場合、主車両電気システムの電気負荷は、主負荷セットに組み込まれる。補助車両電気システムの電気負荷は、まとめて補助負荷セットと称される。車両電気システム装置を使用可能にするために、主負荷セットおよび補助負荷セットのそれぞれに少なくとも１つの電気負荷が提供される。ただし、通常、特に主負荷セットに対して少なくとも２つの電気負荷が提供され、補助負荷セットに対して少なくとも２つの電気負荷が提供される。

この場合、本発明による中核的な概念は、バックアップバッテリを主車両電気システムおよび補助車両電気システムの共通バックアップバッテリとして設け得ることを特徴とする。ここで、実際の動作状況に応じて、バックアップバッテリは、第１に主車両電気システムを支援し、第２に補助車両電気システムを支援するように設定することができる。標準的な状況では、バックアップバッテリに接続された切換装置は主切換位置にあり、したがって、バックアップバッテリは主車両電気システムを電気的に支援する。補助車両電気システムに障害が発生した場合、切換装置を使用して補助切換位置に切り換えることができ、そのため、ここで、バックアップバッテリを用いた補助車両電気システムに対する電気的支援が可能になる。

主車両電気システムおよび補助車両電気システムを支援するために単一の共通バックアップバッテリを使用することで、補助車両電気システムを支援するための別の第２のバックアップバッテリをなくすことが可能になる。第２の別のバックアップバッテリを不要にすることで、コストおよび重量に関して高い節減可能性がもたらされ、さらに、そのような車両電気システム装置の空間要件が削減される。しかし、２つの別々の車両電気システム、すなわち主車両電気システムおよび補助車両電気システムの形態の車両電気システムを設けた結果としての冗長性は、公知の解決策と同じ方法で確保することができる。

車両電気システム装置の構成に関して、個々の電気負荷が２つの負荷セット、したがって２つの車両電気システムにわたって有意義にかつ有利に分散されることを保証するため、特別な注意が払われる。特に、電気的に重要なまたは安全関連の電気負荷は、主負荷セットの一部として主車両電気システムに接続されるのが好ましい。冗長要求が発生した場合、特に２つの車両電気システムへの接続が可能である。

さらに、個々の電気負荷は、特に車両の機能的負荷であり、明らかに電気駆動式車両のためのモータを電気的に駆動しないことが指摘されるべきである。電気負荷は、例えば、自動車のための自動化または半自動化された運転機能を提供するためのセンサ、アクチュエータ、またはコントローラとすることができる。このために、バッテリ装置は、高電圧バッテリの形態で適用可能な電力を供給することができる。

本発明による車両電気システム装置において、切換装置が、２つの車両電気システムの使用可能性を監視し、かつ主切換位置および補助切換位置を制御するための監視装置を有する場合、それは有利であり得る。監視装置は、特に２つの車両電気システムの電圧状況および／または電流状況を監視するために使用される。ここで、補助車両電気システムの使用可能性が限定され、さらに、これが監視装置によって確認可能になると直ちに、コントローラまたは調整機能として構成することができる制御機能を使用して、監視装置によって切換装置を主切換位置から補助切換位置に切り換えることができる。この補助切換位置において、バックアップバッテリは、ここで、したがって補助車両電気システムの一部であり、この障害状況におけるこの特別な場合において補助車両電気システムを電気的に支援するために使用される。

本発明による車両電気システム装置において、主車両電気システムが主変圧器を介してバッテリ装置に導電接続され、および補助車両電気システムが補助変圧器を介してバッテリ装置に導電接続される場合、さらなる利点を得ることができる。特に、変換器は、ＤＣ／ＤＣ変換器として構成されるのが好ましい電気変換器である。この場合、２つの変換器は、２つのシステムの別々の変換器であり、適用可能な電力低下を制御するか、または制御および／もしくは調整するのに特に適する。

さらに、本発明による車両電気システム装置において、主変圧器および／または補助変圧器が、主車両電気システムと補助車両電気システムとの間で電圧を調整するための調整装置を有する場合、それは有利である。したがって、そのような調整装置は、同様に２つの車両電気システムの機能を監視するために、特にこれら２つの車両電気システムの電圧を監視するために特に使用される。障害が発生した場合、バックアップバッテリの切換装置の単純かつ高速で、とりわけ安全な切換えが可能になることを保証するために、主車両電気システムと補助車両電気システムとの間の電圧の不一致が大きすぎないことが意図される。調整装置は、この電圧の不一致を一定にしまたは調整し、好ましくは、電圧の不一致を所定の調整閾値未満に維持するために使用される。この場合、調整装置は、１つまたは両方の変換器の一部とすることができるが、独立した装置として構成することもできる。

本発明による車両電気システム装置において、補助負荷セットの少なくとも１つの電気負荷が、主負荷セットの対応する電気負荷に対して冗長に構成される場合、それはさらに有利である。上記の段落で説明した解決策に加えてまたはその代替案として、安全関連の電気負荷は、二重の、したがって冗長化された方法で２つの負荷セットに提供され得る。したがって、冗長性は、それぞれの車両電気システムへの接続に対する選択肢のためだけでなく、それぞれの安全関連電気負荷の使用可能性のためにも提供される。

さらに、本発明による車両電気システム装置において、補助負荷セットの電気負荷の最大電力低下が、バッテリ装置への電気接続の関連する電力伝達よりも小さい場合、それは有利である。この電気接続による電力伝達は、特にすでに説明した変換器によって電気的に限定される。ここで、補助車両電気システムが標準動作中にバックアップバッテリに接続されない代わりに、補助負荷セットの電気負荷の最大電力低下をインテリジェントに抑制する結果として、バックアップバッテリを必要とするバックアップ状況が原則として補助車両電気システムにも発生しないことが保証される。一方、主車両電気システムに障害が発生した場合、補助車両電気システムでも電力低下の増大が記録され得ると直ちに、この問題は補助切換位置への切換装置の適用可能な切換えによって修正される。

本発明の主題は、同様に本発明による車両電気システム装置を動作させる方法であり、この方法は、以下のステップ：
− ２つの車両電気システムの動作を監視するステップと、
− 補助車両電気システムの不具合の特定時に切換装置を主切換位置から補助切換位置に切り換えるステップと
を有する。

本発明による方法を本発明による車両電気システム装置の動作に適用することは、本発明による車両電気システム装置に関連して詳細に説明されたのと同じ利点をもたらす。

本発明による方法は、主車両電気システムおよび補助車両電気システムの電圧が監視され、および２つの監視される電圧が調整されるという趣旨で開発され得る。これは、切換装置が一方では主車両電気システムと、他方では補助車両電気システムとの間で切り換えられる場合の急な電圧変化を回避する。この調整は、例えば、主車両電気システムの電圧と、補助車両電気システムの電圧との間の最大電圧差を事前に規定または許容する閾値と相関させることができる。

本発明のさらなる利点、特徴、および詳細が以下の説明から明らかになり、以下の説明では、本発明の例示的な実施形態が図面を参照して詳細に説明される。この場合、特許請求の範囲および本明細書に記載した特徴は、それら自体によって個々にまたは任意の組み合わせでそれぞれ本発明に不可欠であり得る。

本発明による車両電気システム装置の実施形態を概略的に示す。 補助切換位置にある図１の実施形態を概略的に示す。

図１および図２は、本発明による車両電気システム装置１０の第１の実施形態を示す。この車両電気システム装置１０では、複数の電気負荷１２に十分な電力を供給する、高圧バッテリの形態のバッテリ装置２０が設けられている。この場合、個々の電気負荷１２は、２つの異なる車両電気システム、すなわち主車両電気システム３０および補助車両電気システム４０にわたってインテリジェントな方法で分散される。安全関連の電気負荷１２は、特に主負荷セット３２の部分、したがって主車両電気システム３０に割り当てられる。バッテリ装置２０からの対応する電力低下を保証するために、主車両電気システム３０は、主変換器３４を介してバッテリ装置２０に導電接続され、補助車両電気システム４０は、補助変換器４４を介してバッテリ装置２０に導電接続されている。通常の動作中、バックアップバッテリ５０は、主車両電気システム３０のバックアップオプションとして、図１に示すように切換装置６０によって主切換位置ＰＳが提供される。

通常の動作中、図１に示すように、バックアップオプションは、したがって、バックアップバッテリ５０によって主車両電気システム３０に電気的に提供される。しかし、補助車両電気システム４０において不具合、例えば電圧降下が監視装置６２によって検出された場合、切換装置６０は、補助切換位置ＳＳへの切換を行う。ここで、図１の実施形態に対して適用可能な切換位置が図２によって示されている。この場合、切換装置６０は補助切換位置ＳＳにあり、これは、バックアップバッテリ５０を用いた電気バックアップ機能がここで補助負荷セット４２および補助車両電気システム４０に影響を及ぼすことを意味する。

単なる切換機能に加えて、図１および図２の実施形態では、主変換器３４と補助変換器４４との間に調整装置７０が設けられている。この調整装置７０は、主車両電気システム３０と補助車両電気システム４０との間の電圧差を小さくし、特に電圧差を所定の調整閾値未満に維持するために使用される。図１および図２を参照してすでに説明したように、切換装置６０が切換え動作を行う場合、これは、主切換位置ＰＳと補助切換位置ＳＳとの間の切換え時に望ましくない突然の大きい電圧変化が回避されることを保証する。

実施形態の上記の説明は、例のみに基づいて本発明を記載している。当然ながら、実施形態の個々の特徴は、技術的に意味をなす場合、本発明の範囲から逸脱することなく互いに自由に組み合わせることができる。

１０ 車両電気システム装置
２０ バッテリ装置
３０ 主車両電気システム
３２ 主負荷セット
４０ 補助車両電気システム
４２ 補助負荷セット
５０ バックアップバッテリ
６０ 切換装置
ＰＳ 主切換位置
ＳＳ 補助切換位置

Claims (9)

1. 主車両電気システム（３０）および少なくとも１つの補助車両電気システム（４０）が導電接続されるバッテリ装置（２０）を有する、自動車のための車両電気システム装置（１０）であって、前記主車両電気システム（３０）は、主負荷セット（３２）を有し、および前記補助車両電気システム（４０）は、補助負荷セット（４２）を有し、さらに、バックアップバッテリ（５０）は、切換装置（６０）を介して前記主車両電気システム（３０）および前記補助車両電気システム（４０）に接続され、および前記切換装置（６０）は、前記主車両電気システム（３０）に導電接続するための少なくとも１つの主切換位置（ＰＳ）と、前記補助車両電気システム（４０）に導電接続するための補助切換位置（ＳＳ）とを有する、車両電気システム装置（１０）。
2. 前記切換装置（６０）は、少なくとも、前記２つの車両電気システム（３０、４０）の使用可能性を監視し、かつ前記主切換位置（ＰＳ）および前記補助切換位置（ＳＳ）を制御するための監視装置（６２）を有することを特徴とする、請求項１に記載の車両電気システム装置（１０）。
3. 前記主車両電気システム（３０）は、主変圧器（３４）を介して前記バッテリ装置（２０）に導電接続され、および前記補助車両電気システム（４０）は、補助変圧器（４４）を介して前記バッテリ装置（２０）に導電接続されることを特徴とする、請求項１または２に記載の車両電気システム装置（１０）。
4. 前記主変圧器（３４）および／または前記補助変圧器（４４）は、前記主車両電気システム（３０）と前記補助車両電気システム（４０）との間で電圧を調整するための調整装置（７０）を有することを特徴とする、請求項３に記載の車両電気システム装置（１０）。
5. 前記補助負荷セット（４２）の少なくとも１つの電気負荷（１２）は、前記主負荷セット（３２）の対応する電気負荷（１２）に対して冗長に構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両電気システム装置（１０）。
6. 前記補助負荷セット（４２）の前記電気負荷（１２）の最大電力低下は、前記バッテリ装置（２０）への電気接続および／または前記補助変圧器（４４）の関連する電力伝達よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両電気システム装置（１０）。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の特徴を有する車両電気システム装置（１０）を動作させる方法であって、以下のステップ：
   前記主車両電気システム（３０）の動作を監視するステップと、
   前記補助車両電気システム（４０）の不具合の特定時に前記切換装置（６０）を前記主切換位置（ＰＳ）から前記補助切換位置（ＳＳ）に切り換えるステップと
   を有する方法。
8. 前記主車両電気システム（３０）および前記補助車両電気システム（４０）の電圧を監視することと、前記２つの監視される電圧を調整することとを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記補助変圧器（４４）の電圧降下の結果としての前記補助車両電気システム（４０）の障害時に、前記補助負荷セット（４２）の前記電気負荷（１２）をバックアップするため、前記切換装置（６０）が前記補助切換位置（ＳＳ）に切り換えられるときに、前記バックアップバッテリ（５０）を前記補助車両電気システム（４０）に切り換えることを含む、請求項７または８に記載の方法。

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