JP5575326B2 - 車両用の搭載電源網及び搭載電源網用の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の搭載電源網ないしエネルギシステム及び搭載電源網用の制御装置に関する。更に本発明は、上記の搭載電源網を備えている車両、特にハイブリッド電気自動車に関する。

今日の自動車の搭載電源網ないしエネルギシステムは、後段に整流回路が接続されている三相機械として構成されている、エネルギ変換器としての発電機と、一つ又は複数のバッテリもしくは電気二重層コンデンサを含んでおり、前述の発電機Ｇから電流が充電されるエネルギ蓄積ユニットと、包括的にシステム負荷と称される、搭載電源網を介して給電を行なうことができる複数のエネルギ負荷から成るグループとを備えている。

システム負荷は、第１又は一次のエネルギ供給ユニットとしての発電機と、第２又は二次のエネルギ供給ユニットとしてのエネルギ蓄積ユニットとから電流が供給される。

搭載電源網は静的な状態を取ることができるが、動的な状態も取ることができる。そのような静的な状態においては、システム負荷ないしエネルギ負荷には発電機からだけでも十分に電流が供給される。その場合、発電機は、直流電圧成分を有しており、且つ交流電圧成分が重畳されている電流を供給する。

エネルギ消費量が大きいエネルギ負荷、又はエネルギ消費量の変動が大きいエネルギ負荷、例えば電気モータが搭載電源網に接続されると、搭載電源網におけるエネルギ需要ないし電流需要が短時間で跳躍的に上昇する。これによって搭載電源網電圧にリプルが生じ、また、発電機が搭載電源網における搭載電源網電圧を単独ではもはや安定して維持することができず、搭載電源網電圧が降下する虞が生じる。

この場合、エネルギ蓄積ユニットが搭載電源網に接続される。これにより、エネルギ蓄積ユニットは負荷が動的に変化する搭載電源網を支援し、搭載電源網における搭載電源網電圧を所要電圧レベルに維持する。

このために、搭載電源網は制御装置を有しており、この制御装置は発電機及びエネルギ蓄積ユニットによるシステム負荷の給電を制御する。制御装置は可制御スイッチを有しており、この可制御スイッチは搭載電源網における電流需要の跳躍的な上昇が識別されると制御装置によって駆動制御されて閉じられ、エネルギ蓄積ユニットを搭載電源網におけるシステム負荷に接続する。

エネルギ蓄積ユニットがシステム負荷と電気的に接続され、システム負荷に第１のエネルギ供給ユニットとしての発電機と第２のエネルギ供給ユニットとしてのエネルギ蓄積ユニットとから電流が供給されると、搭載電源網は基準状態と称されるシステム状態にある。基準状態においては、当該スイッチが閉じられたままであることが保証されなければならない。

基準状態にある搭載電源網に発電機及びエネルギ蓄積ユニットから十分な電流が供給され、従って損傷が無いままであることを検査及び保証するために、スイッチのスイッチング状態が検査されなければならない。

公知の搭載電源網においては、スイッチのスイッチング状態が、電流に比例する、スイッチに印加される電圧の測定によって求められるか、又は、スイッチにおける電流を測定することによって求められる。

電圧は電流に比例するので、前者の場合には０Ｖの電圧測定値から、電流値は０Ａであることを推論できる。

スイッチにおいて測定された、又は求められた電流の値が０Ａを有している場合、スイッチは開かれており、且つ、エネルギ蓄積ユニットは搭載電源網に接続されていないことを推論することができる。

しかしながら、スイッチのスイッチング状態を求めるための上述の方式は信頼性の高いものではない。いずれの場合にも、０Ａの電流値はスイッチが開かれた状態においても生じうるので、スイッチの実際のスイッチング状態に関して誤った情報が供給される可能性がある。

スイッチが開かれているか、又は適切に閉じられていない場合には、電流がエネルギ蓄積ユニットからスイッチに流れず、また電圧もスイッチに印加されない。即ち、スイッチにおける電流も電圧も値０Ａないし０Ｖを有している。制御装置はこれを誤って「障害無く閉じられたスイッチ」とみなす。

発電機からの電流が所定の期間においては単独で搭載電源網におけるシステム負荷に給電を行うには十分である多くの基準状態においては、エネルギ蓄積ユニットからの電流、従ってスイッチにおける電流も値０Ａを取ることが考えられる。これによって同様に、スイッチのスイッチング状態に関して誤った情報が供給されることになる。

即ち、上述の診断方式では「障害無く閉じられたスイッチ」の状態と、「意図せずに開かれたスイッチ、又は適切には閉じられなかったスイッチ」の状態を区別することができない。

従って本発明の課題は、スイッチのスイッチング状態に関して信頼性の高い診断が実現されるように、冒頭で述べたような搭載電源網及び冒頭で述べたような制御装置を修正することである。

この課題は独立請求項に記載されている構成によって解決される。有利な実施の形態は従属請求項に記載されている。

本発明の第１の態様によれば、車両用の搭載電源網が提供される。搭載電源網は第１のノード点及び第２のノード点、並びに第１のノード点と第２のノード点との間に第１の電流経路、第２の電流経路及び第３の電流経路を備えている。第２のノード点にはアースのアース電位が印加されている。アース電位ないしアースはここでは車両のボディに等しく、接続端３１（ＤＩＮ規格）と称される。第１の電流経路において、搭載電源網は少なくとも一つのエネルギ負荷を備えているシステム負荷を有しており、このエネルギ負荷には搭載電源網を介して電気的なエネルギが供給される。第２の電流経路においては、搭載電源網が第１の一次エネルギ供給ユニットを有しており、この一次エネルギ供給ユニットは搭載電源網、従ってシステム負荷に少なくとも一つの交流電圧成分を有している電流を供給する。第３の電流経路においては、搭載電源網が電流を供給するための第２の二次エネルギ供給ユニットと可制御スイッチとを有している。スイッチは、第１のノード点側の第１の端子と、第２のノード点側の第２の端子とを備えている。ここで「〜側」とは、一方の端子が一方のノード点に向けられていること、即ち、回路技術的に他方の端子に比べてその一方のノード点の近くに位置していることを意味している。閉じられたスイッチング状態においては、スイッチは第１の端子を第２の端子に電気的に短絡させ、また第２のエネルギ供給ユニットからシステム負荷までの閉じられた給電回路を形成する。開かれたスイッチング状態においては、スイッチはこの給電回路を再び開く。搭載電源網は更に、スイッチの第１の端子と第１のノードとの間の測定点、特にスイッチの第１の端子における第１のエネルギ供給ユニットの交流電圧成分を有する電圧電位を検出し、測定された電圧電位を第１の所定の比較電圧電位を有する交流電圧成分と比較する比較装置を有している。搭載電源網は更に、スイッチの開かれたスイッチング状態を電圧電位と第１の比較電圧電位との比較結果に依存して識別するための識別装置を備えている。

ここで重要であることは、スイッチに印加される電圧、即ち、スイッチの二つの端子間の電圧ではなく、搭載電源網のアースには接続されていないスイッチの端子、又はこのアース側ではない端子における電圧電位が検出されることである。スイッチのこの端子における電圧電位を検出することによって、何よりも搭載電源網における交流電圧成分を第１の端子において検出することができる。続いて、この交流電圧成分に基づき、スイッチのスイッチング状態ないし機能を障害無く診断することができる。

スイッチが障害無く閉じられている場合には、静的な成分及び動的な成分の和、即ち第１のエネルギ供給ユニットの電圧の直流成分及び交流成分の和が第２のエネルギ供給ユニットの電圧に等しい。この際、スイッチの第１の端子における電圧電位は、無視できる程度の偏差は除いて、所定の十分に一定の値を取っている。この値を事前に測定することができ、また、後の測定値との後の比較のための比較電圧電位として記憶することができる。択一的に、搭載電源網における適切な点における比較電圧電位、例えばアース端子における電圧電位も比較過程の度に検出することができる。

スイッチが意図的でなく開かれた場合、又は障害を伴ってスイッチが高インピーダンス状態にある場合には、スイッチの第１の端子には交流電圧成分が印加され、その結果、この端子において測定された電圧電位が、スイッチに障害が無い際にその第１の端子において測定された比較電圧電位から、上述の交流電圧成分だけ偏差する。この交流電圧成分の分だけの電位の偏差は、その時点においてスイッチの第１の端子において測定された電圧電位を、事前に測定された比較電圧電位、もしくは所定の比較電圧電位と比較することによって検出される。

その種の偏差が検出されると、識別装置はスイッチの開かれたスイッチング状態を識別する。スイッチの目標スイッチング状態との比較によって、識別装置はスイッチの障害のある開かれたスイッチング状態ないしスイッチにおける障害のある高インピーダンス状態を識別する。

有利な実施の形態においては、搭載電源網が、スイッチを開閉し、且つ、目標スイッチング状態信号を識別装置に出力するための制御ユニットを有している。目標スイッチング状態信号はスイッチのその時点における目標スイッチング状態を表す。識別装置は障害のある開かれたスイッチング状態ないしスイッチの障害のある高インピーダンス状態を、電圧電位と第１の比較電圧電位との比較結果に依存して、また、制御ユニットの目標スイッチング状態信号に依存して識別する。

これによって、スイッチが意図的に障害無く開かれている状態と、スイッチが意図せずに開かれている障害のあるスイッチング状態又は高インピーダンス状態とを問題なく区別することができる。従って、電子的又は電気機械的なスイッチの無電力の導電率診断を搭載電源網において問題無く実施することができる。

別の有利な実施の形態においては、比較装置が第１の比較ユニット並びに第１のエンベロープ検出ユニット（英語：Peak Envelope Detector）を備えている。比較ユニットは非反転信号入力端及び反転信号入力端を備えている。比較ユニットは、正の信号入力端に印加され、スイッチの第１の端子において検出され、また、それらの端子間に接続されている第１のエンベロープ検出ユニットによって変換された電圧電位を、負の信号入力端に印加された第１の比較電圧電位と比較し、比較結果を第１の出力信号の形態で識別装置に更に供給するために使用される。第１のエンベロープ検出ユニットはスイッチの第１の端子と第１の比較ユニットの正の信号入力端との間に接続されており、スイッチの第１の端子において検出された十分な波形の交流電圧成分から、交流電圧成分の複数の正の極大値から成る直流電圧を取得する。有利には、エンベロープ検出ユニットは整流器と、その後段に接続されているローパスフィルタとを含んでいる。整流器は交流電圧成分の正の電圧成分のみを通過させるダイオードから形成されており、またローパスフィルタは、交流電圧成分の複数の極大値から直流電圧を形成するコンデンサ及び抵抗から形成されている。

有利な実施の形態においては、第１の比較ユニットの負の信号入力端がアース、即ちアース電位と電気的に接続されている。この場合、第１の比較電圧電位はアースのアース電位である。

第１のエンベロープ検出ユニットによって、システム状態及びシステムトポロジに起因して負の電圧値を取ることも考えられる波形の交流電圧成分から直流電圧を形成することができ、この直流電圧を後に比較ユニットによって比較電圧電位と簡単に比較することができる。

別の有利な実施の形態においては、比較装置が第２の比較ユニットと第２のエンベロープ検出ユニットとインバータとを備えている。インバータ及び第２のエンベロープ検出ユニットは、第２の比較ユニットの正の信号入力端とスイッチの第１の端子との間に接続されている。非反転信号入力端及び反転信号入力端を備えている第２の比較ユニットは、正の信号入力端に印加され、スイッチの第１の端子において検出され、それらの端子間に接続されているインバータによって反転され、また間に接続されている第２のエンベロープ検出ユニットによって変換された電圧電位を、負の信号入力端に印加される第２の比較電圧電位と比較し、比較結果を第２の出力信号の形態で識別装置に更に供給する。

第１のエンベロープ検出ユニットと同様に、第２のエンベロープ検出ユニットも有利には、正の電圧電位のみを通過させるダイオードと、後段に接続されている抵抗及びコンデンサから成るローパスフィルタとを備えている。第２のエンベロープ検出ユニットはスイッチの第１の端子と第２の比較ユニットの正の信号入力端との間に接続されており、第１のエンベロープ検出ユニットと同様に、スイッチの第１の端子において検出された十分な波形の交流電圧成分から直流電圧を取得するために使用される。第１のエンベロープ検出ユニットの場合とは異なり、スイッチの第１の端子において検出された交流電圧成分は先ず、第２のエンベロープ検出ユニットの入力端とスイッチの第１の端子との間に接続されているインバータによって反転されるので、第２のエンベロープ検出ユニットの出力端における直流電圧は交流電圧成分の複数の負の極大値から形成されている。換言すれば、スイッチの第１の端子において検出された交流電圧成分は先ずインバータによって反転されてから、後段に接続されている第２のエンベロープ検出ユニットへと更に供給される。第２のエンベロープ検出ユニットは第１のエンベロープ検出ユニットと同様に入力電圧のうち正の極大値しか通過させず、それらの正の極大値から、ローパスフィルタリングされた直流電圧を形成するので、ここではインバータによって反転された交流電圧成分の負の極大値のみが、第２のエンベロープ検出ユニットによって直流電圧へとなる。比較装置の第２の出力信号に基づいて、識別装置は閉じられたスイッチに流れる電流の流れ方向を識別する。

有利には、第２の比較ユニットの負の信号入力端がアースと電気的に接続されている。この場合、第２の比較電圧電位はアースのアース電位である。

択一的に、第２の比較電圧電位が第１のエンベロープ検出ユニットの出力信号であり、その場合には第２の比較ユニットが第１のエンベロープ検出ユニットの出力信号と第２のエンベロープ検出ユニットの出力信号とを相互に比較する。

本発明の第２の態様によれば、交流電圧成分を有する搭載電源網における電流の流れを制御するための制御装置が提供される。

本発明による制御装置は、アース電位を有するアースには接続されない第１の正の接続端子と、アースに接続される第２の負の接続端子と、制御装置の第１の接続端子のための第１の端子及び制御装置の第２の接続端子のための第２の端子を備えている可制御スイッチとを含んでおり、スイッチは閉じられたスイッチング状態において制御装置の第１の接続端子を制御装置の第２の接続端子に電気的に接続する。

制御装置は更に、第１の接続端子を介して搭載電源網における交流電圧成分を検出し、検出された交流電圧成分を所定の比較電圧電位と比較する比較装置と、交流電圧成分と所定の比較電圧電位との比較結果に依存してスイッチのスイッチング状態を識別する識別装置とを備えている。

有利な実施の形態においては、制御装置が更に、スイッチを開閉し、且つ、目標スイッチング状態信号を識別装置に出力するための制御ユニットを有している。目標スイッチング状態信号はスイッチのその時点における目標スイッチング状態を表す。

続いて識別装置は、比較装置の比較結果を制御ユニットの目標スイッチング状態信号と比較することによって、スイッチの障害の有る開かれたスイッチング状態又は障害のあるスイッチを識別する。

有利には、比較装置は非反転信号入力端及び反転信号入力端を備えている第１の比較ユニットと、制御装置の第１の接続端子と第１の比較ユニットの正の信号入力端との間の第１のエンベロープ検出ユニットとを備えている。

第１の比較ユニットの負の信号入力端は有利には第２の接続端子と電気的に接続されている。この場合、第１の比較電圧電位は、第２の接続端子に印加される電圧電位である。

別の有利な実施の形態においては、制御装置が、この制御装置の第１の接続端子に印加される電圧電位を第２の所定の比較電圧電位と比較し、その比較結果を識別装置に出力するための、非反転信号入力端及び反転信号入力端を備えている第２の比較ユニットを含んでいる。

続いて識別装置は、比較装置の第２の比較結果に基づいて、スイッチに流れる電流の流れ方向を識別する。

このために有利には、制御装置は、制御装置の第１の接続端子と第２の比較ユニットの正の信号入力端との間の第２のエンベロープ検出ユニットと、制御装置の第１の接続端子と第２のエンベロープ検出ユニットとの間のインバータとを備えている。

この場合、第２の比較ユニットの負の信号入力端は第２の接続端子と電気的に接続されており、第２の比較電圧電位は第２の接続端子に印加される電圧電位である。

択一的に、第２の比較ユニットの二つの信号入力端の内の一方は第１のエンベロープ検出ユニットの出力端と電気的に接続されている。この場合、第２の比較ユニットは二つのエンベロープ検出ユニットの出力信号を相互に比較する。

上述の制御装置を用いることにより、例えば交流電圧成分を有する電流が流れる少なくとも一つの搭載電源網を備えている車両の搭載電源網の閉じられた電気的な全体のシステム内の電気的なスイッチの投入抵抗ないし順抵抗を測定し、測定されたデータに基づいてスイッチの障害のあるスイッチング状態又はスイッチの機能の障害を診断することができる。

本発明の別の態様によれば、搭載電源網、特に一つの搭載電源網、又は、上述の制御装置を備えている車両、特に自動車が提供される。

上述の搭載電源網の有利な実施の形態は、その他の点では制御装置ないし車両に転用できる限りは、制御装置ないし車両の有利な実施の形態と見なすことができる。

以下では、添付の図面を参照しながら、本発明の有利な実施例を詳細に説明する。実施例として車両の搭載電源網を用いる。図面には、本発明の説明に不可欠な搭載電源網の構成要素しか示していない。実施の形態によっては搭載電源網が別の構成要素を有していることも考えられるが、本発明を明瞭に説明するために、それらの構成要素は詳細に説明しない。

搭載電源網の簡略化された概略図を示す。 本発明の第１の実施例による搭載電源網の概略図を示す。 本発明の第２の実施例による搭載電源網の概略図を示す。 第１の実施例による第１のエンベロープ検出ユニットの詳細図を示す。 第２の実施例による第２のエンベロープ検出ユニットの詳細図を示す。 第１の実施例による搭載電源網の構成要素の信号の概略図を示す。 第２の実施例による搭載電源網の構成要素の信号の概略図を示す。

図１によれば、車両ＦＺの搭載電源網ＢＮは発電機Ｇと、バッテリＢＡＴと、包括的にシステム負荷Ｌと称される、複数のエネルギ負荷から成るグループと、制御装置ＳＴとを備えている。

発電機Ｇは後段に整流回路が接続されている三相機械として構成されており、また搭載電源網ＢＮにおける一次エネルギ供給ユニットとして使用され、システム負荷Ｌに電流を供給する。更に、発電機ＧはバッテリＢＡＴに電流ないし電気的なエネルギを充電するタスクも有している。発電機Ｇは直流電圧成分Ｖ＿Ｇ（ＤＣ）及び交流電圧成分Ｖ＿Ｇ（ＡＣ）を有する電流を搭載電源網ＢＮに供給する。

バッテリＢＡＴは搭載電源網ＢＮにおける二次エネルギ供給ユニットとして使用され、システム負荷Ｌに電流を供給する。

制御装置ＳＴは発電機Ｇからシステム負荷Ｌ及びバッテリＢＡＴへの電流の流れ、又は、バッテリＢＡＴからシステム負荷Ｌへの電流の流れを制御する。

第１の端子Ａ１を介して制御装置ＳＴはバッテリＢＡＴの負極と電気的に接続されている。第２の端子Ａ２を介して制御装置ＳＴは発電機Ｇの負極、システム負荷Ｌ並びにアースＭＳ、即ち車両ＦＺのボディ（接続端３１）と電気的に接続されている。

第３の端子Ａ３を介して制御装置ＳＴは発電機Ｇの正極、システム負荷Ｌ及びバッテリＢＡＴの正極と電気的に接続されている。この第３の端子Ａ３を介して制御装置ＳＴは動作電流を受け取る。

ここで、本発明の第１の実施例による搭載電源網が概略的に示されている図２及び図４ａを参照する。図２によれば、制御装置ＳＴは第１の端子Ａ１と第２の端子Ａ２との間のスイッチＳＷと、このスイッチＳＷを制御して開閉するための制御ユニットＳＥと、比較装置ＶＥと、識別装置ＥＥとを備えている。

制御ユニットＳＥは出力端３１１を備えている。この出力端３１１における制御信号ＳＳを用いることにより、制御ユニットＳＥはスイッチＳＷを制御し、また制御装置ＳＥはこの制御信号を目標スイッチング状態信号として識別装置ＥＥに出力する。目標スイッチング信号はスイッチのＳＷのその時点における目標スイッチング状態を表し、「スイッチＳＷの閉じられた目標スイッチング状態」に対する論理的に０の信号レベル又は「スイッチの開かれた目標スイッチング状態」に対する論理的に１の信号レベルを取る。

比較装置ＶＥは二つの信号入力端１１１，１１２と一つの信号出力端１２１とを備えている。第１の信号入力端１１１を介して比較装置ＶＥは直接的に制御装置ＳＴの第１の端子Ａ１と電気的に接続されている。この入力端１１１を介して比較装置ＶＥは、制御装置ＳＴの第１の端子Ａ１ないしスイッチＳＷの第１の端子ＳＡ１における電圧電位Ｖ＿Ａ１を検出する。

第２の信号入力端１１２を介して比較装置ＶＥは第１の比較電圧電位ＶＰ１を受け取り、この実施例において比較電圧電位ＶＰ１は第２の端子Ａ２又は制御装置ＳＴ又は搭載電源網ＢＮのアースＭＳ、即ち車両ＦＺのボディにおけるアース電位を表す。

比較装置ＶＥは信号出力端１２１を介して、電圧電位Ｖ＿Ａ１と比較電位ＶＰ１との比較結果に依存して、論理的に０又は論理的に１の信号レベルを有する出力信号ＡＳ１を識別装置ＥＥに出力する。

識別装置ＥＥは二つの信号入力端２１１，２１２を介して、その出力信号ＡＳ１及び目標スイッチング状態信号ＳＳを制御ユニットＳＥから受信する。それら二つの信号ＡＳ１，ＳＳに基づいて、識別装置ＥＥは続いて、スイッチＳＷが正常に機能しているか、又は制御不能に開かれているか、もしくは障害を伴い開かれているか（例えば高インピーダンス状態にあるか）否かを識別する。

比較装置ＶＥは第１のエンベロープ検出ユニットＨＥ１及び第１の比較ユニットＫＥ１を備えており、第１のエンベロープ検出ユニットＨＥ１は制御装置ＳＴの第１の端子Ａ１と第１の比較ユニットＫＥ１の正の入力端Ｐ１との間に接続されており、第１の端子Ａ１において検出された電圧電位Ｖ＿Ａ１を、検出された極大値から成る直流電圧電位Ｖ＿Ａ１’に変換して第１の比較ユニットＫＥ１の正の入力端Ｐ１へと更に供給する。

比較ユニットＫＥ１は、電圧電位Ｖ＿Ａ１から変換されて正の入力端Ｐ１に印加された直流電圧電位Ｖ＿Ａ１’を、負の入力端Ｎ１に印加された第１の比較電圧電位ＶＰ１と比較する。

直流電圧電位Ｖ＿Ａ１’が第１の比較電圧電位ＶＰ１を上回る場合、比較ユニットＫＥ１は比較装置ＶＥの出力信号ＡＳ１を論理的に１の信号レベルにセットし、この論理的に１の信号レベルを有する信号ＡＳ１を識別装置ＥＥに出力する。

直流電圧電位Ｖ＿Ａ１’が（無視できる程度の偏差を除き）第１の比較電圧電位ＶＰ１と同じ大きさである場合には、第１の比較ユニットＫＥ１は出力信号ＡＳ１を論理的に０の信号レベルにセットする。

識別装置ＥＥが、論理的に１の信号レベルを有する、制御ユニットＳＥからの目標スイッチング状態信号ＳＳ及び比較装置ＶＥからの第１の出力信号ＡＳ１の両信号を受信すると、識別装置ＥＥはスイッチＳＷが制御されて開かれており、障害無くこの開かれたスイッチング状態にあることを識別する。

識別装置ＥＥが論理的に０の信号レベルを有する二つの信号ＳＳ，ＡＳ１を受信すると、識別装置ＥＥはスイッチＳＷが制御されて閉じられており、障害無くこの閉じられたスイッチング状態にあることを識別する。

しかしながら、識別装置ＥＥが論理的に０の信号レベルを有する目標スイッチング状態信号ＳＳを受信したが、論理的に１の信号レベルを有する出力信号ＡＳ１を受信した場合、識別装置ＥＥはスイッチＳＷが制御不能、即ち障害を伴い開かれていること、もしくは障害を伴う開かれたスイッチング状態にあること、又は、障害を伴い高インピーダンス状態にあることを識別する。

制御ユニットＳＥ、識別装置ＥＥもしくは比較装置ＶＥを例えばマイクロコントローラとして実施することができ、またそれらの装置には発電機Ｇ又はバッテリＢＡＴから制御装置ＳＴの第３の端子Ａ３を介して電流が供給される。

第１の実施例のエンベロープ検出ユニットＨＥ１の詳細が概略的に示されている図４ａによれば、エンベロープ検出ユニットＨＥ１は、コンデンサＣ及び抵抗Ｒから構成されているローパスフィルタＴＰと整流器としてのダイオードＤとを備えている。ダイオードＤのカソードはローパスフィルタＴＰ及び第１の比較ユニットＫＥ１の入力端Ｐ１と接続されている。ダイオードＤは、比較装置ＶＥの入力端１１１に印加される電圧電位Ｖ＿Ａ１の正の成分のみをローパスフィルタへと更に供給し、負の成分を遮断する。

入力端１１１とダイオードＤのアノードとの間には、フィードバック型の演算増幅器ＯＰの形態の単一利得バッファ（インピーダンス変換器）が配置されており、この単一利得バッファのフィードバック経路はダイオードのカソード又はローパスフィルタＴＰと演算増幅器ＯＰの反転入力端との間に配置されている。

以下では、図２，４ａによる第１の実施例に示されている制御装置ＳＴの機能を図５ａに示した信号グラフに基づいて詳細に説明する。

発電機Ｇは直流電圧成分Ｖ＿Ｇ（ＤＣ）及び交流電圧成分Ｖ＿Ｇ（ＡＣ）を有する電流を搭載電源網ＢＮに供給する。スイッチＳＷが閉じられている場合、バッテリＢＡＴは直流電圧成分Ｖ＿ＢＡＴのみ（厳密に言えば、時間と共に緩慢に降下する電圧であるが、しかしながら周期性が規則的に変化する交流電圧ではない）を有する電流を搭載電源網に付加的に供給する。

障害無くスイッチＳＷが閉じられている場合、発電機電圧の直流電圧成分Ｖ＿Ｇ（ＤＣ）及び交流電圧成分Ｖ＿Ｇ（ＡＣ）及びバッテリ電圧Ｖ＿ＢＡＴは次式の関係を満たしている：
Ｖ＿Ａ１＝Ｖ＿Ｇ（ＤＣ）＋Ｖ＿Ｇ（ＡＣ）−Ｖ＿ＢＡＴ＝０Ｖ

スイッチＳＷの第１の端子ＳＡ１もしくは制御装置ＳＴの接続端子Ａ１においては、０Ｖもしくは、無視できる程度の偏差を有するほぼ０Ｖの電圧電位Ｖ＿Ａ１が測定される（図５ａにおける信号１１０を参照されたい）。

この電圧電位Ｖ＿Ａ１は、比較装置ＶＥの第１の比較ユニットＫＥ１によって比較電圧電位ＶＰ１（信号Ｓ２１０）、ここではアース電位、従って同様に０Ｖである電圧と比較される。

それら二つの電位Ｖ＿Ａ１，ＶＰ１は同じ大きさであるので（但し無視できる程度の偏差は伴う）、比較装置ＶＥは論理的に０の信号レベルを有している出力信号ＡＳ１（信号Ｓ３１０）を出力する。

制御ユニットＳＥからの目標スイッチング状態信号ＳＳが論理的に０の信号レベル値（信号Ｓ４１０）を有しており、従って、スイッチＳＷが閉じられていることを示唆する場合には、スイッチＳＷは障害無く閉じられているとみなされる。

スイッチＳＷが制御ユニットＳＥによって制御されて開かれている場合、もしくは開かれたスイッチング状態に維持されている場合、又は、スイッチが制御不能に開かれている場合、もしくは障害を伴って高インピーダンス状態にある場合には、第１の接続端子Ａ１においては、発電機電圧の交流成分Ｖ＿Ｇ（ＡＣ）とシステムに起因するオフセット偏差Ｖ＿ＯＦＦＳＥＴとの和、従って０Ｖでない電圧電位Ｖ＿Ａ１（信号Ｓ１２０）が測定される：
Ｖ＿Ａ１＝Ｖ＿Ｇ（ＤＣ）＋Ｖ＿Ｇ（ＡＣ）−Ｖ＿ＢＡＴ＝Ｖ＿Ｇ（ＡＣ）±Ｖ＿ＯＦＦＳＥＴ≠０Ｖ

交流電圧成分Ｖ＿Ｇ（ＡＣ）に起因するこの動的な電圧Ｖ＿Ａ１はエンベロープ検出ユニットＨＥ１によって静的な電圧Ｖ＿Ａ１’（信号Ｓ１２１）に変換される。この変換の際には、正の電圧成分の極大値のみが選択され、続いてローパスフィルタリングされ、それによってこの静的な電圧Ｖ＿Ａ１’が形成される。この電圧Ｖ＿Ａ１’は比較ユニットＫＥ１によって比較電圧電位ＶＰ１（信号Ｓ２１０）と比較される。この電圧Ｖ＿Ａ１’は０Ｖよりも大きく、従って比較電圧電位ＶＰ１よりも大きいので、比較装置ＶＥは論理的に１の信号レベルを有している出力信号ＡＳ１（信号Ｓ３２０）を出力する。

目標スイッチング状態信号ＳＳが論理的に１の信号レベル値を有しており（信号Ｓ４２０）、従って、スイッチＳＷが制御されて開かれていることを示唆する場合には、スイッチＳＷは障害無く開かれているとみなされる。

しかしながら、目標スイッチング状態信号ＳＳが論理的に０の信号レベル値を有しており（信号Ｓ４１０）、従って、スイッチＳＷが閉じられた目標スイッチング状態を示唆する場合には、スイッチＳＷは制御不能に開かれているか、もしくは障害を伴って高インピーダンス状態にあるとみなされる。

これまでは第１の実施例による搭載電源網を説明したが、以下では、図３，４ｂに示されている第２の実施例による搭載電源網を詳細に説明する。この搭載電源網ＢＮの制御装置ＳＴは、第１の実施例において示した制御装置ＳＴとは異なり、第１のエンベロープ検出ユニットＨＥ１及び第１の比較ユニットＫＥ１の他に、第２のエンベロープ検出ユニットＨＥ２及び第２の比較ユニットＫＥ２を比較装置ＶＥ内に備えている。

比較装置ＶＥは、第２の出力信号ＡＳ２のための別の信号出力端１２２を備えている。相応に、識別装置ＥＥは、比較装置ＶＥの第２の出力信号ＡＳ２のための第３の信号入力端２１３を備えている。

この第２のエンベロープ検出ユニットＨＥ２及び第２の比較ユニットＫＥ２を用いて、制御装置ＳＴは、第１の接続端子Ａ１から第２の接続端子Ａ２への電流経路又はスイッチＳＷを流れる電流（これは同時にバッテリＢＡＴのバッテリ電流Ｉ＿ＢＡＴを表す）の流れ方向を識別する。これによって、制御装置ＳＴはバッテリＢＡＴにおける充電過程ないし放電過程を識別する。

第２の比較ユニットＫＥ２の非反転入力端Ｐ２は第１のエンベロープ検出ユニットＨＥ１の出力端と接続されている。比較ユニットＫＥ２の反転入力端Ｎ２は第２のエンベロープ検出ユニットＨＥ２の出力端と接続されている。従って、第２の比較ユニットＫＥ２は二つのエンベロープ検出ユニットＨＥ１，ＨＥ２の出力信号を比較する。

第１のエンベロープ検出ユニットＨＥ１とは異なり、図４ｂによる第２のエンベロープ検出ユニットＨＥ２は、インピーダンス変換器の代わりに、フィードバック型の演算増幅器ＯＰの形態の反転増幅器を備えている。この反転増幅器は、フィードバック経路内並びに入力端１１１と演算増幅器ＯＰの反転入力端との間にそれぞれ抵抗Ｒ’を備えている。それと同時に、この反転増幅器はインバータ及び単一利得バッファとして使用される。

以下では、図３，４ｂによるこの第２の実施例に示されている制御装置ＳＴの機能を図５ｂに示した信号グラフに基づいて詳細に説明する。

上述のシステムに起因するオフセット偏差Ｖ＿ＯＦＦＳＥＴは次式によって表される：
Ｖ＿ＯＦＦＳＥＴ ＝ Ｖ＿Ｇ（ＤＣ） − Ｖ＿ＢＡＴ

バッテリＢＡＴが充電過程にあると、バッテリＢＡＴは発電機Ｇによって充電されるので、発電機Ｇの直流電圧成分Ｖ＿Ｇ（ＤＣ）はバッテリ電圧Ｖ＿ＢＡＴよりも高い。従って、Ｖ＿ＯＦＦＳＥＴは０Ｖよりも大きい。

バッテリＢＡＴが放電過程にある場合、その間にバッテリＢＡＴは電流を搭載電源網ＢＮに供給するので、発電機Ｇの直流電圧成分Ｖ＿Ｇ（ＤＣ）はバッテリ電圧Ｖ＿ＢＡＴよりも低い。従って、Ｖ＿ＯＦＦＳＥＴは０Ｖ以下である。

バッテリＢＡＴの負極とアースＭＳ、即ち車両ＦＺのボディとの間の電流経路における電流の流れ方向を識別するためには、オーム抵抗として機能する少なくとも一つの電気的又は電子的な構成素子が電流経路内に接続されていること、即ち、スイッチＳＷが閉じられた際にこの構成素子に測定可能な電圧が生じることが前提とされる。

更には、スイッチＳＷが制御されて障害無く閉じられていること、また測定可能な電流Ｉ＿ＢＡＴがスイッチを通って流れることが前提とされる。

第１の端子Ａ１において測定された電圧電位Ｖ＿Ａ１は、インバータが統合されている第２のエンベロープ検出ユニットＨＥ２によって先ず反転されてＶ＿Ａ１’’（信号Ｓ１２２）となり、続いて反転された直流電圧信号Ｖ＿Ａ１’’’（信号Ｓ１２３）に変換される。この直流電圧信号Ｖ＿Ａ１’’’（信号Ｓ１２３）は第２の比較ユニットＫＥ２によって第１のエンベロープ検出ユニットＨＥ１の出力信号Ｖ＿Ａ１’（信号Ｓ１２１）と比較される。

第１のエンベロープ検出ユニットＨＥ１の出力信号Ｖ＿Ａ１’（信号Ｓ１２１）の信号レベルが第２のエンベロープ検出ユニットＨＥ２の出力信号Ｖ＿Ａ１’’’（信号Ｓ１２３）の信号レベルよりも大きい場合には、第２の比較ユニットＫＥ２が論理的に０の信号ＡＳ２（信号Ｓ５１０）を出力する。識別装置ＥＥが比較装置ＶＥから論理的に０の信号レベルを有する出力信号ＡＳ２（信号Ｓ５１０）を受信すると、識別装置ＥＥはバッテリＢＡＴが充電フェーズにあること、即ち、発電機Ｇによって充電されることを識別する。

二つのエンベロープ検出ユニットＨＥ１，ＨＥ２の出力信号Ｖ＿Ａ１’，Ｖ＿Ａ１’’’が（無視できる程度の偏差を考慮して）同じ大きさである場合、第２の比較ユニットＫＥ２は論理的に１の信号レベルを有する信号ＡＳ２を出力する。識別装置ＥＥが比較装置ＶＥから論理的に０の信号レベルを有する第２の出力信号ＡＳ２を受信すると、識別装置ＥＥはバッテリＢＡＴが放電フェーズにあること、即ち、搭載電源網ＢＮに電流が供給されることを識別する。

ＦＺ 車両、 ＢＮ 搭載電源網ないし車両の搭載電源網、 Ｌ 搭載電源網ＢＮにおけるエネルギ負荷、 Ｇ 第１のエネルギ供給ユニットないし発電機、 ＢＡＴ 第２のエネルギ供給ユニットないしバッテリ、 ＳＴ 制御装置、 ＳＷ スイッチ、 ＭＳ アース、 ＳＡ１ スイッチＳＷの第１の端子、 ＳＡ２ スイッチＳＷの第２の端子、 ＶＥ 比較装置、 ＡＳ１ 比較装置ＶＥの第１の出力信号、 ＡＳ２ 比較装置ＶＥの第２の出力信号、 ＳＥ 制御ユニット、 ＳＳ 目標スイッチング状態信号、 ＥＥ 識別装置、 ＫＥ１ 第１の比較ユニット、 Ｐ１ 第１の比較ユニットＫＥ１の非反転信号入力端、 Ｎ１ 第１の比較ユニットＫＥ１の負の反転信号入力端、 ＨＥ１ エンベロープ検出ユニット、 ＫＥ２ 第２の比較ユニット、 Ｐ２ 第２の比較ユニットＫＥ２の非反転信号入力端、 Ｎ２ 第２の比較ユニットＫＥ２の反転信号入力端、 ＨＥ２ 第２のエンベロープ検出ユニット、 Ａ１ 制御装置ＳＴの第１の接続端子、 Ａ２ 制御装置ＳＴの第２の接続端子、 Ａ３ 制御装置ＳＴの第３の接続端子、 Ｖ＿Ａ１ 第１の接続端子Ａ１における電圧電位、 ＶＰ１ 第１の比較電圧電位、 ＶＰ２ 第２の比較電圧電位

Claims (7)

1. 第１のノード点（Ｋ１）と、
   アース電位が印加されている第２のノード点（Ｋ２）と、
   前記第１のノード点（Ｋ１）と前記第２のノード点（Ｋ２）との間の第１の電流経路（Ｐ１）、第２の電流経路（Ｐ２）及び第３の電流経路（Ｐ３）と、
   前記第１の電流経路（Ｐ１）内の少なくとも一つのエネルギ負荷（Ｌ）と、
   少なくとも一つの交流電圧成分（Ｖ＿Ｇ（ＡＣ））を有する電流を少なくとも一つのエネルギ負荷（Ｌ）に供給する、前記第２の電流経路（Ｐ２）内の第１のエネルギ供給ユニット（Ｇ）と、
   電流を前記少なくとも一つのエネルギ負荷（Ｌ）に供給する、前記第３の電流経路（Ｐ３）内の第２のエネルギ供給ユニット（ＢＡＴ）と、
   前記第１のノード点（Ｋ１）側の第１の端子（ＳＡ１）及び前記第２のノード点（Ｋ２）側の第２の端子（ＳＡ２）を備えている制御可能なスイッチ（ＳＷ）であって、該スイッチ（ＳＷ）の閉じられたスイッチング状態においては前記第１の端子（ＳＡ１）を前記第２の端子（ＳＡ２）に電気的に短絡させ、それにより、前記第２のエネルギ供給ユニット（ＢＡＴ）から前記少なくとも一つのエネルギ負荷（Ｌ）までの閉じられた電流回路を形成するスイッチ（ＳＷ）と、
   前記スイッチ（ＳＷ）の前記第１の端子（ＳＡ１）における、交流電圧成分（Ｖ＿Ｇ（ＡＣ））を有する電圧電位（Ｖ＿Ａ１）を検出し、且つ、前記電圧電位（Ｖ＿Ａ１）と第１の所定の比較電圧電位（ＶＰ１）とを比較し、且つ、該比較の結果に基づいて、論理的に０又は論理的に１の信号レベルを有している出力信号（ＡＳ１）を出力する比較装置（ＶＥ）と、
   論理的に０又は論理的に１の信号レベルを有している目標スイッチング状態信号（ＳＳ）を出力する制御ユニット（ＳＥ）と、
   前記出力信号（ＡＳ１）と前記目標スイッチング状態信号（ＳＳ）の両方を受け取り、且つ、前記出力信号（ＡＳ１）の信号レベルと前記目標スイッチング状態信号（ＳＳ）の信号レベルとの比較に基づいて、前記スイッチ（ＳＷ）が正常に機能しているか否かを識別する識別装置（ＥＥ）と、
   を備えていることを特徴とする、車両（ＦＺ）用の搭載電源網（ＢＮ）。
2. 前記比較装置（ＶＥ）は、
   前記電圧電位（Ｖ＿Ａ１）を前記第１の比較電圧電位（ＶＰ１）と比較する第１の比較ユニット（ＫＥ１）と、
   第１のエンベロープ検出ユニット（ＨＥ１）と
   を備えており、ここで、前記第１のエンベロープ検出ユニット（ＨＥ１）は、前記電圧電位（Ｖ＿Ａ１）を、第１の直流電圧電位（Ｖ＿Ａ１’）に変換して、前記第１の比較ユニット（ＫＥ１）に供給する、請求項１に記載の搭載電源網（ＢＮ）。
3. 前記第１の比較電圧電位（ＶＰ１）はアース（ＭＳ）のアース電位である、請求項１又は２に記載の搭載電源網（ＢＮ）。
4. 前記比較装置（ＶＥ）は、前記電圧電位（Ｖ＿Ａ１）を第２の比較電圧電位（ＶＰ２）と比較する第２の比較ユニット（ＫＥ２）を備えており、
   前記識別装置（ＥＥ）は、前記電圧電位（Ｖ＿Ａ１）と前記第２の比較電圧電位（ＶＰ２）との比較結果に依存して、前記第２のエネルギ供給ユニット（ＢＡＴ）の充電過程／放電過程を識別し、
   前記第２のエネルギ供給ユニット（ＢＡＴ）は電気的なエネルギのための再充電可能な蓄積部である、請求項２又は３に記載の搭載電源網（ＢＮ）。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の搭載電源網（ＢＮ）を備えている車両（ＦＺ）。
6. 少なくとも一つの交流電圧成分（Ｖ＿Ｇ（ＡＣ））を有する、車両（ＦＺ）の搭載電源網（ＢＮ）における電流の流れを制御する制御装置（ＳＴ）において、
   前記制御装置（ＳＴ）から前記搭載電源網（ＢＮ）までの電気的な接続部を形成する第１の接続端子（Ａ１）及び第２の接続端子（Ａ２）と、
   閉じられたスイッチング状態においては、前記第１の接続端子（Ａ１）を前記第２の接続端子（Ａ２）に電気的に接続させる、前記第１の接続端子（Ａ１）と前記第２の接続端子（Ａ２）との間の制御可能なスイッチ（ＳＷ）と、
   前記搭載電源網（ＢＮ）における前記交流電圧成分（Ｖ＿Ｇ（ＡＣ））を有する電圧電位（Ｖ＿Ａ１）を検出し、且つ、前記電圧電位（Ｖ＿Ａ１）と所定の比較電圧電位（ＶＰ１）とを比較し、且つ、該比較の結果に基づいて、論理的に０又は論理的に１の信号レベルを有している出力信号（ＡＳ１）を出力する比較装置（ＶＥ）と、
   論理的に０又は論理的に１の信号レベルを有している目標スイッチング状態信号（ＳＳ）を出力する制御ユニット（ＳＥ）と、
   前記出力信号（ＡＳ１）と前記目標スイッチング状態信号（ＳＳ）の両方を受け取り、且つ、前記出力信号（ＡＳ１）の信号レベルと前記目標スイッチング状態信号（ＳＳ）の信号レベルとの比較に基づいて、前記スイッチ（ＳＷ）が正常に機能しているか否かを識別する識別装置（ＥＥ）と
   を備えていることを特徴とする、制御装置（ＳＴ）。
7. 請求項６に記載の制御装置（ＳＴ）を備えている車両（ＦＺ）。
   

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