JP4364502B2 - 多電圧式搭載電気システムを備える車両に休止時電流を供給する方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも２つの搭載電気サブシステムを有する多電圧式搭載電気システムを備える車両に休止時電流を供給する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の多電圧式搭載電気システムは、例えば、ＤＥ１９９２１４５１Ａ１より既知である。ここで多電圧式搭載電気システムは、複数の搭載電気システム回路、または異なる電圧を有しかつそれぞれ対応する方式で組み込まれた負荷用に意図された電力供給源を有する搭載電気サブシステムを備える。前記書類では、この搭載電気サブシステムによって、関連する負荷を制御および調節するための分散化した電気制御装置に電力を供給する。多電圧式搭載電気システムのタイプおよび設計に応じて、これらの搭載電気サブシステムの１つ、特に高い消費電力の負荷およびスタータ領域のための搭載電気サブシステムに、直接電力を供給する共通の発電機によって電力が供給されている。この搭載電気サブシステムに、それ自体のバッテリ、例えば、４２Ｖの搭載電気サブシステムの場合では、３６Ｖバッテリを割り当てる。別の搭載電気サブシステムに関連する１４Ｖの負荷が、ＤＣ／ＤＣ変圧器と呼ばれるＤＣ電圧変圧器を介して発電機に接続されている。この搭載電気サブシステムは、それ自体のバッテリ、特に１２Ｖのバッテリを有する。高レベルの装備を有する車両では、このような電気制御装置の相互接続および分散化が、バッテリによる長期間のエネルギー供給に関する問題を引き起こす、特に車両が例えば空港で比較的長期間休止しているとき、制御装置のウェーク・アップ能力と呼ばれるものに関する問題を引き起こす。
【０００３】
したがって、制御装置のウェーク・アップ能力と呼ばれるものを維持するために、車両が休止しているときに、通常これらに低電流を供給する。外部操作例えば閉路操作の結果、または内部的な障害の結果として、１つの制御装置がウェーク・アップすると、バス・システム、例えばＣＡＮバスによって、すべての制御装置が自動的にウェーク・アップしかつ起動する。これが電力の消耗の増加およびエネルギー備蓄のかなりの減少につながる。ピーク電流需要時に搭載電気システム電圧を安定させるために、２つの電圧の搭載電気システムでは一般に、高電圧レベルを有しかつ休止時電流の供給には使用しないバッテリを用いる。休止時電流を供給するために、特に低い方の電圧を有する別のバッテリを用いる。このように休止時電流を供給するために、相対的に高い電圧を有する制御装置を、ケーブルによって低い電圧を有する搭載電気サブシステムのエネルギー貯蔵手段に追加接続する。これは特に複雑なケーブル接続配置につながる。さらに、これは、バス・システムのウェーク・アップに、したがってすべての制御装置の起動につながる欠陥のある制御装置の問題を消し去るものではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明は、通常の動作時に異なる電圧レベルを有する少なくとも２つの搭載電気サブシステムを有する多電圧式搭載電気システムを備える車両に休止時電流を供給するための方法、および最も簡単でありうる方式で最も低くできうる休止時電流をかつ最も少なくできうるケーブルの使用程度を多電圧式搭載電気システム全体に備えることを可能とする方法を明示する目的に基づくものである。さらに、特に設計が簡単な休止時電流を供給する装置が明示される。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
最初に述べた目的は、冒頭で述べた休止時電流を供給する方法によって、本発明にしたがって実現されるが、そこではエンジンが休止しているとき、複数の搭載電気サブシステムの各電圧レベルが同一の値に下げられる。このように、すべての搭載電気サブシステムでの電圧レベルを一律に下げることによって、休止時電流の供給を確保するバッテリを伴う複数の負荷の個別のケーブル接続が確実に回避される。さらには、搭載電気サブシステムのうちの一方を、他方の搭載電気サブシステムまたは複数のサブシステムにこのように直接接続することによって、すべての搭載電気サブシステムのすべての負荷、したがってそれらの制御装置にも、電源を供給することが可能になる。この同一の値は、すべての搭載電気サブシステムのうちの最低電圧レベル値にほぼ適切に対応する。したがって、一方では、可能な限り少ない休止時電流の消耗が保証される。他方では、これは、ピーク電流需要をまかなうバッテリが、休止時電流を供給するために使用されないことを確実にする。各電圧レベルが約６Ｖ〜１４Ｖの同一の値に下げられることが好ましい。したがって、比較的高い電圧を負荷に供給することも可能である。休止時電流を供給する場合は、このような結果として、おそらく電圧低下の影響にもよるが、比較的遅い反応で十分である。
【０００６】
複数の搭載電気サブシステムは、関連するエネルギー貯蔵手段からそれぞれ遮断されていることが好ましく、かつ休止時電流動作モードを確実にするエネルギー貯蔵手段から電荷が引き出されるように、接続手段によって互いに接続されている。これは複雑なケーブル接続を回避する特に簡単な実施形態である。
【０００７】
２つ目に述べた目的は、通常の動作時に、異なる電圧レベルを有する少なくとも２つの搭載電気サブシステムを有する多電圧式搭載電気システムでの休止時電流を供給する装置によって、本発明にしたがって実現されるが、そこでは、エンジンが休止しているとき、搭載電気サブシステムを関連するエネルギー貯蔵手段からそれぞれ遮断するためのアイソレータ素子が備えられており、さらに搭載電気サブシステムを複数のエネルギー貯蔵手段の１つに接続するために接続手段が備えられている。これは、エネルギー貯蔵手段の１つだけが、休止時電流動作モードにおいて、すべての負荷に給電するために使用されることを確実にする。さらに、既存のケーブル接続を使用することができる。休止時電流動作モードを確保するバッテリのみから電荷が引き出されるように、複数の搭載電気サブシステムが簡単な接続手段によって互いに接続されるので、休止時電流動作モードを確保するバッテリにすべての負荷を接続する追加的なケーブル接続が、確実に回避される。
【０００８】
接続手段は、通常動作時に搭載電気サブシステムを遮断するように適切に設計されている。この接続手段は、半導体素子として設計することが好ましい。この半導体素子は、休止時電流動作モードでは最適の導電特性を有し、かつ通常動作時では非常に適正な遮断特性を有する。接続手段は、好適には少なくとも１つのダイオードまたは少なくとも１つのトランジスタ素子を備える。多電圧式搭載電気システムの形式および設計に応じて、搭載電気サブシステムは１つのダイオードによってまたは直列接続の複数のダイオードによって互いに接続される。
【０００９】
通常動作時では、搭載電気サブシステムが、ＤＣ／ＤＣ変圧器によって互いに接続されていることが好ましい。したがって、通常動作時では、異なる電圧レベルを有する搭載電気サブシステムが確実に遮断されている。休止時電流動作モードでは搭載電気サブシステムを接続するために、接続手段がＤＣ／ＤＣ変圧器と並列に配置されることが好ましい。
【００１０】
図面を参照して、本発明の典型的な実施形態をより詳細に説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
すべての図で、互いに対応する部分に同一の参照符号が付けてある。
【００１２】
図１は、多電圧式搭載電気システム２において休止時電流を供給する装置１を示す。この多電圧式搭載電気システム２は、結合された負荷６用の４２Ｖの第１電圧供給源を有する第１搭載電気サブシステム４と、結合された負荷１０用の、例えば、１２Ｖの第２電圧供給源を有する第２搭載電気サブシステム８とを備える。各搭載電気サブシステム４および８には、エネルギー貯蔵手段１２または１４がそれぞれ割り当てられている。エネルギー貯蔵手段１２が、例えば、３６Ｖのバッテリであり、エネルギー貯蔵手段１４が、１２Ｖのバッテリまたはスーパーコンデンサと呼ばれるものである。
【００１３】
多電圧式搭載電気システム２の形式および設計に応じて、搭載電気サブシステム４、８およびこれらのエネルギー貯蔵手段１２、１４は、他の電圧レベルを有することが可能であり、あるいは２つの搭載電気サブシステム４および８よりも多いサブシステムに、異なる電圧レベルを備えることも可能である。多電圧式搭載電気システム２の通常の動作時では、この２つの搭載電気システム回路または搭載電気サブシステム４および８が、ＤＣ電圧変圧器１６によって互いに接続されている。このＤＣ電圧変圧器１６、例えば、ＤＣ／ＤＣ変圧器によって２つの搭載電気サブシステム４および８が互いに遮断され、整流されたエネルギーの流れが、ＤＣ電圧変圧器１６を介して４２Ｖの高い電圧レベルを有する搭載電気サブシステム４から１２Ｖの低い電圧レベルを有する搭載電気サブシステム８へと遂行される。
【００１４】
安全に関するシステム、例えば、電気機械式ブレーキの制御装置６が、搭載電気サブシステム４によって電源を供給されることが好ましい。一方では、安全に関するシステムのアクチュエータ１８には、この制御装置６によって４２Ｖの高い電圧が供給される。さらに、制御装置６が、相対的に低い１２Ｖの電圧を有するセンサ２０を駆動するために使用される。１２Ｖの低い電圧を有する搭載電気サブシステム８が制御装置１０に給電し、かつこれらが順番に結合された負荷２１を制御する。
【００１５】
車両の通常動作時では、すべての制御装置６および１０が駆動され、かつそれぞれの搭載電気サブシステム４または８によって電源供給されている。この目的のために、それぞれの搭載電気サブシステム４または８に割り当てられているアイソレータ素子２２または２４が閉路される。すなわち、高い電圧レベルを有する制御装置６が、ライン接続経路２６を介して搭載電気サブシステム４用の関連するエネルギー貯蔵手段１２に接続されている。低い電圧レベルを有する制御装置１０が、ライン接続経路２８を介して搭載電気サブシステム８用の関連するエネルギー貯蔵手段１４に接続されている。
【００１６】
車両が休止しているとき、通常は数少ない制御装置６または１０のみが動作している。このような休止時電流の消耗を制限し、かつ車両が比較的に長期間休止していたときでも車両の始動を確実にできるようにするために、複数の搭載電気サブシステム４および８の各電圧レベルが、同一の値、好ましくはすべての搭載電気サブシステム４および８のうちの最低電圧レベルに下げられる。この目的のためには、搭載電気サブシステム４および８を、各アイソレータ素子２２または２４によって、それぞれに関連するエネルギー貯蔵手段１２または１４から遮断し、かつ接続手段３０によってエネルギー貯蔵手段１４に接続する。この接続手段３０が、ここではＤＣ電圧変圧器１６と並列に配置されている。
【００１７】
搭載電気サブシステム４および８は、その形式と設計に応じて、他方のエネルギー貯蔵手段１２に接続することもできる。低い電圧レベルを有するエネルギー貯蔵手段１４を使用することが好ましい。これによって、高い電圧レベルを有する制御装置６、例えば、スイッチを切ってはいけない盗難防止システム用の制御装置６に、接続手段３０を介して他方の搭載電気サブシステム８のエネルギー貯蔵手段１４によって電源供給が可能になる。したがって、このエネルギー貯蔵手段１４に制御装置６を接続する追加的なケーブル接続が不要になる。
【００１８】
この接続手段３０は、少なくとも１個の半導体素子３２または、適切ならば、ヒューズ素子３４から構成されていることが好ましい。半導体素子３２を介して、４２Ｖの搭載電気サブシステム４を１２Ｖのエネルギー貯蔵手段１４に接続する。少なくとも１個のダイオードまたは１個のトランジスタを半導体素子３２として使用することが好ましい。
【００１９】
通常の動作時、すなわち、搭載電気サブシステム４の４２Ｖの電圧が、搭載電気サブシステム８の１２Ｖの電圧よりも高い場合、半導体素子３２が、搭載電気サブシステム４から搭載電気サブシステム８へのエネルギーの流れを遮断する。このように、２つの搭載電気サブシステム４および８が、半導体素子３２を接続することによって互いに遮断されている。次いで車両を休止すると、アイソレータ素子２２および２４が開路する。搭載電気サブシステム４および８の電圧レベルが低下する。搭載電気サブシステム４の電圧が、ここでは１２Ｖのエネルギー貯蔵手段１４の電圧よりも下に低下すると、半導体素子３２が導通し、かつ搭載電気サブシステム４の制御装置６と搭載電気サブシステム８の制御装置１０が、１２Ｖのエネルギー貯蔵手段１４によって電源供給される。したがって、休止時電流動作モードでは、搭載電気サブシステム４および８の電圧レベルが、１２Ｖの同一の値に下げられる。これによって、休止時電流動作時に必要なセンサ２０を能動状態に保つことが可能になり、前記センサ２０は通常１２Ｖの電圧で動作する。これらのセンサ２０が、例えば、エネルギー貯蔵手段１２を４２Ｖの高い電圧に接続すること、または他の制御装置６または１０を駆動することを要する事象を感知した場合は、アイソレータ素子２２および２４がそれぞれ再び閉路される。
【００２０】
可能な限り高い信頼度を保証するために、半導体素子３２は直列に接続した複数のダイオードから構成することができる。ダイオードに故障が発生する場合、好適にはヒューズ３４がこのダイオードと直列に接続されている。これによって異なる電圧レベルの短絡を確実に回避することができる。ダイオードの代替として、トランジスタが半導体素子３２として使用可能である。
【００２１】
図２は、装置１の別の実施形態を例示する。４２Ｖの高い電圧レベルを有する搭載電気サブシステム４の大きな電気負荷のために、大きなキャパシタンスを有するコンデンサ３６が搭載電気サブシステム４に割り当てられている。このコンデンサ３６が放電され、さらに搭載電気サブシステム４のアイソレータ素子２２が休止時電流動作モードの後で再び閉路されると、コンデンサ３６が事実上短絡を起こす。これを回避するために、電圧が接続されるとき、得られる大きな電流のために作動するヒューズ素子３８が備えられている。ＤＣ電圧変圧器１６と並列に配置されている本発明による接続手段３０が電流を制限するように、休止時電流動作モード時にコンデンサ３６を予め充電する。得られる充電電流が十分でない場合は、通常動作に切り替わるとき、ＤＣ電圧変圧器１６によって、コンデンサ３６における電圧を増大させるアイソレータ素子２４を最初に閉路することが可能である。同様に、エネルギー貯蔵手段１２および１４を遮断するとき、エネルギー貯蔵手段１２を断路するためにアイソレータ素子２２のみが最初に開路される。ここでは、そのときに一方では、コンデンサ３６を負荷６および１０の休止時電流の消耗によって放電することができる。他方では、安全上の理由で、１２Ｖのバッテリ１４のエネルギーを充電するために、ＤＣ電圧変圧器１６を介してコンデンサ３６を放電することもできよう。このようにして、エンジンが休止しているとき、装置１によって、休止時電流の節減を２つの電圧または多電圧式搭載電気システムにおいて特に簡単な方式で実現することができる。したがって、エネルギー貯蔵手段１２または１４のうちの少なくとも一方における消耗を大幅に減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つの搭載電気サブシステムを接続するための接続手段を有する車両の多電圧式搭載電気システムに休止時電流を供給する装置を示す概略図である。
【図２】図１による装置１の代替実施形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 装置
２ 多電圧式搭載電気システム
４ 第１搭載電気サブシステム
６、１０ 制御装置
８ 第２搭載電気サブシステム
１２、１４ バッテリ
１６ ＤＣ／ＤＣ変圧器
１８ アクチュエータ
２０ センサ
２２、２４ アイソレータ素子
２６、２８ ライン接続経路
３０ 接続手段
３２ 半導体素子
３４、３８ ヒューズ素子
３６ コンデンサ

Claims (4)

1. 通常動作時に異なる電圧レベルを有する少なくとも２つの搭載電気サブシステム（４、８）を有する多電圧式搭載電気システム（２）に休止時電流を供給する装置（１）であって、エンジンが休止しているときに、前記複数の搭載電気サブシステム（４、８）をそれぞれ関連するエネルギー貯蔵手段（１２、１４）から遮断するためにアイソレータ素子（２２、２４）が備えられ、かつ前記複数の搭載電気サブシステム（４、８）を前記複数のエネルギー貯蔵手段（１２、１４）の１つに接続するために接続手段（３０）が備えられること、通常動作時に、搭載電気サブシステム（４、８）が、ＤＣ／ＤＣ変圧器（１６）によって互いに接続されていること、および接続手段（３０）が、ＤＣ／ＤＣ変圧器（１６）と並列に配置されていることを特徴とする装置。
2. 接続手段（３０）が、通常動作時に搭載電気サブシステム（４、８）を遮断するように設計されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 接続手段（３０）が、半導体素子（３２）として設計されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
4. 接続手段（３０）が、少なくとも１つのダイオードまたは少なくとも１つのトランジスタ素子を備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。

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