(57)【要約】互いに電気的に並列に配置された少なくとも２つの主配線ストランドを有する自動車両車載ネットワークであって、主配線ストランドが、互いに分離された２つの領域内で互いに電気的に短絡されており、各場合において、少なくとも２つの車載ネットワーク動力供給のうちの１つに対する接続を有し、少なくとも１つの自動車両車載ネットワークが、少なくとも２つの主配線ストランド内に配置され、それぞれの主配線ストランドを中断し、自動車両電気システム切り替えネットワークが、少なくとも３つのスイッチを有し、第１のスイッチが、第１の主配線接続と共通ノードとの間に配置されており、第２のスイッチが、第２の主配線接続と共通ノードとの間に配置されており、第３のスイッチが、共通ノードと少なくとも１つの負荷接続との間に配置されている、自動車両車載ネットワーク。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車両電気システムであって、前記自動車両電気システムが、
−  互いに電気的に並列に配置された少なくとも２つの主配線ストランドであって、前記主配線ストランドが、互いに分離された２つの領域内で互いに電気的に短絡されており、各々が少なくとも２つの車載動力供給のうちの１つに対する接続を有する、少なくとも２つの主配線ストランドと、
−  前記少なくとも２つの主配線ストランド内に配置され、前記それぞれの主配線ストランドを中断する少なくとも１つの自動車両電気システム切り替えネットワークと、を備え、前記自動車両電気システム切り替えネットワークが、少なくとも３つのスイッチを有し、
−  第１のスイッチが、第１の主配線ストランド端子と共通ノードとの間に配設されており、
−  第２のスイッチが、第２の主配線ストランド端子と前記共通ノードとの間に配設されており、
−  第３のスイッチが、前記共通ノードと少なくとも１つの負荷端子との間に配設されている、
自動車両電気システム。
【請求項２】
−  前記主配線ストランドのうちの少なくとも１つが、少なくとも３つの配線セクションから形成されており、前記配線セクションのうちの少なくとも１つが、２つの自動車両電気システム切り替えネットワーク間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の自動車両電気システム。
【請求項３】
−  主配線ストランドの配線セクションが、前記主配線端子のうちの１つにそれぞれ接続されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車両電気システム。
【請求項４】
−  特に、前記主配線ストランドが短絡の領域内で互いに直接接続されているという点で、前記主配線ストランドが、それらのそれぞれの遠位端部の領域内で互いに短絡されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項５】
−  少なくとも１つの自動車両電気システム切り替えネットワークが、クロス配線ストランド接続と前記共通ノードとの間に少なくとも１つの第４のスイッチを有することを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項６】
−  前記主配線ストランドが、少なくとも１つのクロス配線ストランドを介して互いに接続されていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項７】
−  クロス配線ストランドが、クロス配線ストランド端子に接続されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項８】
−  前記主配線ストランドおよび前記クロス配線ストランドが、少なくとも部分的に、好ましくは、完全に網状の配電ネットワークを形成することを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項９】
−  前記配線セクションのうちの少なくとも１つおよび／または前記クロス配線ストランドのうちの少なくとも１つが、フラットケーブルとして、特に、固体材料で、特に、銅材料またはアルミニウム材料から作製されたフラットケーブルから形成されていることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１０】
−  前記スイッチが、個々に制御可能であることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１１】
−  前記車両電気システム切り替えネットワークのうちの少なくとも１つが、電流センサおよび／または電圧センサおよび／または温度センサを有し、前記スイッチのうちの少なくとも１つが、センサ信号の機能として制御される、請求項１〜１０の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１２】
−  前記主配線ストランドのうちの少なくとも１つが、通信装置に連結されており、前記通信装置が、前記主配線ストランド上の前記スイッチのうちの少なくとも１つに対して切り替えコマンドを発する、請求項１〜１１の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１３】
−  前記車載動力供給システムのうちの少なくとも１つが、エネルギーストレージとして、特に、バッテリ、アキュムレータ、またはＤＣ／ＤＣコンバータもしくは発電機として形成されていることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１４】
−  前記負荷が、単一の動力ケーブルを介して前記負荷端子に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１３の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れか一項に記載の自動車両電気システム、ならびに少なくとも２つの車載動力供給および１つの負荷を備える自動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、自動車両電気システムおよび自動車両電気システムを備える自動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車両（ＥＶ）のシェアは、ハイブリッド電気車両（ＥＨＶ）、バッテリ電気車両（ＢＥＶ）、または燃料電池車両（ＦＣＶ）のいずれであろうと、将来急速に増加するであろう。電気車両では、トラクションモータとしても知られている電気駆動モータは、車両内に設置された電気的動力供給によって給電される。トラクションモータのための電気エネルギーは、発電機から、または電気エネルギーストレージ装置、例えば、アキュムレータから達し得る。動力供給は、好適な回路、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータまたはＡＣ／ＤＣコンバータを介してトラクションモータに電気的に接続されている。これらの接続概念は、当該切り替えシステムの一部であり得る。
【０００３】
エレクトロモビリティの受け入れは、かかる電気車両の信頼性に決定的に依存する。どうみても利用者が駆動の故障を許容することはないであろう。この課題は、電気車両を自律動作型車両として使用する場合にますます激しくなる。自動車を自律駆動させる傾向は途切れておらず、信頼性に関するさらなる論点につながる。
【０００４】
この理由のために、本主題は、特に、信頼性に関して、増加した安全要件を満たす車両電気システムを提供するという目的に基づいていた。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題を解決するために、請求項１に記載の自動車両電気システムおよび請求項１５に記載の自動車両が提案される。
【０００６】
車両電気システムは、互いに電気的に並列に配置された少なくとも２つの主配線ストランドを有する。主配線ストランドは、好ましくは、エネルギーストレージ装置の電気的に高い側の電位を担持し得る。主配線ストランドを絶縁体によって包囲することもできる。主配線ストランドには、互いに絶縁された２つの個々の配線ストランド、特に、低位（接地）配線と高位配線とを配置することができる。以下に記載される主配線ストランドおよびクロス配線ストランドの布線は、好ましくは、高位の配線を指す。主配線ストランドは、好ましくは、互いに電気的に並列に延び、各々が２つの別々に動作する車載動力供給に接続している。
【０００７】
主配線ストランドは、少なくとも２つの部分で電気的に短絡されている。主配線ストランド間に直接接続を形成することができる。これらの接続に基づいて、２つの車載動力供給の各々のうちの１つの極への接続配線を分岐することができる。したがって、主配線ストランドは、車載動力供給の両方に、好ましくは、同じ電気的電位で接続されている。
【０００８】
したがって、主配線ストランドは、車載動力供給への２つの冗長接続を表す。これは信頼性をかなり増加させ得ることが見出されている。したがって、主配線ストランドを介して車載動力供給に接続された各負荷には、２つの車載動力供給から電気エネルギーが冗長的に供給される。２つの車載動力供給のうちの１つの故障または１つの主配線への損傷を、他の車載動力供給または他の主配線によって補償することができる。
【０００９】
２つの主配線ストランドはまた、電流が両方の主配線ストランドを介して導電され、ひいては、単一の配線と比較して配線抵抗が低減されるため、通常の動作では負荷と車載動力供給と間の動力損失が低減されることを確実にする。一方、単一の配線と比較して、各主配線の配線断面積を同じ動力損失で低減させることができる。
【００１０】
冗長性だけでなく、障害保護などのセキュリティ要件の増加も関連性があることが判明している。特に、信頼性にとって、車両の継続した動作を妨害することなく、自動車両電気システムから、エラーの元、例えば、任意の短絡を切断することができることが重要である。この目的のために、車両電気システム切り替えネットワークを車両電気システム内に設け、これにより、負荷が１つの主配線ストランドにそれぞれ接続される。主配線ストランドは、好ましくは、機械的にであるが、特に、電気的に切り替え可能であり、少なくとも１つの車両電気システム切り替えネットワークによって中断される。車両電気システム切り替えネットワークは、主配線ストランドに沿って、ならびに主配線ストランドと負荷との間で切り替え可能な接続であり得る。
【００１１】
この目的のために、少なくとも１つの自動車両電気システム切り替えネットワークが、少なくとも２つの主配線ストランド内に配置され、特に、それぞれの主配線ストランドを切り替え可能に中断し、自動車両電気システム切り替えネットワークが、少なくとも３つのスイッチを有することが提案される。
【００１２】
本主題によれば、第１のスイッチは、第１の主配線ストランド端子と共通ノードとの間に設けられている。第２のスイッチは、第２の主配線ストランド端子と共通ノードとの間に設けられている。共通ノードは、動力供給の各々に接続された２つのスイッチの出力に接続された電気的に短絡された導体であり得る。スイッチは、それらが入力側でそれぞれの車載動力供給に接続され得るような方法で配置されている。スイッチの出力側では、これらは、共通ノードを介して短絡されている。
【００１３】
共通ノードから始まり、電気的接続は、負荷につながる。この配線において、第３のスイッチは、共通ノードと負荷との間に設けられている。負荷は、好ましくは、第３のスイッチの出力側に配置され得る負荷接続に接続され得る。
【００１４】
スイッチを、対応する制御コマンドを介してオンとオフとに切り替えることができる。通常、動力供給のうちの１つが負荷の動作のために使用される。第２の動力供給は、負荷に冗長動力供給を提供する。２つの動力供給間の寄生電流の流れを除外するために、動力供給の各々に対してスイッチが設けられている。これを使用して、補償電流が動力供給間に流れることを防止することができる。
【００１５】
加えて、安全上の理由から、エネルギー供給を負荷から切断できることが必要である。この理由のために、負荷のために共通ノードと端子との間に位置する第３のスイッチが設けられている。
【００１６】
動作中、冗長切り替えシステムは、負荷を切断するために第３のスイッチが通常、開放されるような方法で作用する。
【００１７】
本主題の観念において負荷は、例えば、トラクションモータ、ステアリング用サーボモータ、ブレーキユニット、または他の安全関連負荷である。第１の２つのスイッチは、負荷に２つのチャネルの動力供給を提供する。
【００１８】
自律動作型自動車両はまた、本主題による車両電気システムを装備し得る。駆動の自律性ゆえ、故障、とりわけ、駆動トレインまたは他の安全上重要な負荷の故障に対する保護が特に重要である。自律駆動時に、駆動処理において運転手が介入しなくなり、駆動トレイン、ブレーキシステムなどのような重要な負荷におけるエラーが、運転手による監視の欠如により、重大な事故のリスクにつながることがある。これらは回避されなければならない。駆動トレインだけでなく、他のすべての安全上重要な負荷も、好ましくは、冗長的に保護されなければならない。これらには、例えば、ステアリングシステム、特に、ステアリングシステム用サーボモータ、またはブレーキユニット、ならびに故障の場合に安全上重要な状況につながり得る他のすべての負荷が含まれる。
【００１９】
本主題による切り替えシステムの助けにより、負荷の信頼性をかなり増加させることが可能である。動力供給と負荷との間のいくつかのスイッチの賢い配置は、信頼性を増加させる。
【００２０】
各スイッチに状態センサを設けて、それぞれのスイッチの状態を監視することができる。第３のスイッチでは、切断状態でスイッチが実際に開放されているかどうかを監視することができる。これにより、負荷が動力供給から切断されることを確実にする。
【００２１】
しかしながら、スイッチが、例えば、固定または溶接されているため、開放コマンドにもかかわらず適切に開放されないことが見出された場合、制御コマンドは第１のスイッチおよび第２のスイッチを開放し得る。これはまた、負荷から動力供給を分離する。結果として生じる切り替え概念は、エネルギー供給から負荷を分離する際に冗長性を提供する。
【００２２】
駆動モードでは、第３のスイッチは通常、常に閉鎖されている。加えて、動力供給のうちの少なくとも１つが負荷に電気的に接続されている。この目的のために、第１のスイッチまたは第２のスイッチのいずれかが切り替えコマンドによって閉鎖される。したがって、エネルギーは、動力供給のうちの１つからそれぞれのスイッチを介して負荷に流れる。例えば、負荷に接続された動力供給に欠陥がある場合に生じる、負荷が依然として制御されているにもかかわらず、閉鎖されるべきスイッチが閉鎖されていないか、または負荷と動力供給との間の電流が崩壊していると判定される場合、閉鎖され、負荷に他の動力供給を介して電気エネルギーが供給されている他のスイッチに対して制御信号を発生させることができる。これは、負荷を常に２つの動力供給のうちの１つに接続することができるため、かなり高い信頼性につながる。
【００２３】
動作中に、ノードとそれぞれの動力供給との間の両方のスイッチを閉鎖することも可能である。これは、動力供給間の補償電流を可能にする。例えば、第１の動力供給は、発電機を有し得る。この発電機は、第２の動力供給、例えば、アキュムレータを、任意選択のコンバータ、例えば、ＡＣ／ＤＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータ、および切り替えシステムを介して充電することができる。
【００２４】
２つの主配線ストランドゆえ、車両電気システム切り替えネットワーク全体および追加の車両電気システムの動力供給の故障を補償することも可能である。この場合、供給電流は、第１の主配線上の負荷に、例えば、第２の主配線全体を介して流れ、次いで、残りの第１の主配線を介して負荷に流れ得る。
【００２５】
一実施形態によれば、主配線ストランドのうちの少なくとも１つが、少なくとも３つの配線セクションからなり、配線セクションのうちの少なくとも１つが、２つの車両電気システム切り替えネットワーク間に位置することが提案される。
【００２６】
配線セクションは、車両電気システム切り替えネットワーク間に配置された別個の構成要素である。配線セクションは、セクションごとに主配線ストランドを形成する。
【００２７】
各配線セクションは、例えば、絶縁された単芯ケーブルまたは二芯ケーブルとして形成され得る。配線セクションは、好ましくは、車両電気システム切り替えネットワークの主配線端子に接続され得る。電流は、好ましくは、車載動力システムのエネルギーストレージから２つの主配線ストランド間の第１の短絡の領域を介して第１の自動車両電気システム切り替えネットワークに流れ、そこからそれぞれ配線セクションを介して、次の自動車両電気システム切り替えネットワークに主配線ストランド間の第２の短絡の領域まで流れ、そこから任意選択で第２の車載動力システムのエネルギーストレージに流れる。しかしながら、好ましくは、スイッチの位置に依存して、電流は、単に、車載エネルギーストレージ装置から配線セクションを介して負荷に流れる。
【００２８】
各々が車両電気システム切り替えネットワークを介して接続された主配線ストランドに接続されたすべての負荷を冗長的に供給することができるようにするために、主配線ストランドがそれらのそれぞれの遠位端部の部分で短絡されていることが提案される。かかる電気的短絡は、特に、主配線ストランドの導体間の機械的な接続によって引き起こされることがある。車載エネルギーストレージへの出口をこの接続の部分に配置することができる。主配線ストランド間の短絡を、車載エネルギーストレージのための接続部品内に直接形成することもできる。かかるコネクタは、好ましくは、バッテリ端子であり得る。
【００２９】
主配線ストランドのそれぞれの遠位端部は、好ましくは、可撓性ケーブル、とりわけ、円形ケーブルであり得る。これらを２つの主配線ストランドから、好ましくは、バッテリ端子の圧着端子または他の接続部品まで経路付けることができ、かつ機械的にならびに電気的に互いに、そして接続部品に接続することができる。
【００３０】
車両電気システム切り替えネットワークのそれぞれの主配線端子間で、配線セクションを円形またはフラット導体として形成することができる。配線セクションは、アルミニウム材料または銅材料で作製され得る。配線セクションは、銅またはアルミニウム材料のケーブル芯と絶縁体とを有するケーブルによって形成され得る。ケーブル芯は、好ましくは、固体材料から形成されるが、複数のストランドを有するストランド型導体から個々の配線セクション内に形成することもできる。
【００３１】
配線セクションは、それらのそれぞれの遠位端部において、それらが車両電気システム切り替えネットワークの主配線端子に接続され得る接続部品を備え得る。特に、これらは、配線セクションをそれぞれの接続に螺着させるための接続コンソールであり得る。
【００３２】
一実施形態によれば、少なくとも１つの車両電気システム切り替えネットワークが、クロス配線ストランドと共通ノードとの間に少なくとも１つの第４のスイッチを有することが提案される。既に述べられたように、主配線ストランドは、少なくとも２つの部分で短絡されている。これらの部分から始まり、主配線ストランドは、それぞれの車載動力供給に接続されている。しかしながら、さらなる信頼性の増加を確実にするために、主配線ストランドを、それらのコースの間に少なくとも一回、互いに接続することもできる。この目的のために、第４のスイッチを介して主配線または配線に電気的に接続され得るクロス配線を設けることができる。
【００３３】
したがって、クロス配線を使用して、それらのコース内に２つの主配線ストランド間で電気的に切り替え可能な接続を確立することができる。これらの接続は、いくつかの車両電気システム切り替えネットワークが故障した場合でも、それらに接続されていない負荷の供給が保証され得るという事実につながる。電流を、第１のスイッチ、第２のスイッチ、および第４のスイッチの好適な切り替えによって、それぞれの主配線ストランドを介して負荷に「経路付ける」ことができる。
【００３４】
それぞれのスイッチを制御するために、制御入力変数を知ることが必要である。かかる制御入力変数を、例えば、それぞれの主配線ストランドおよび／または車両電気システム切り替えネットワーク上で、それらの内部または上に配置されたセンサによって直接測定することができる。例えば、温度、電流、および／または電圧を好適なセンサによって測定することができる。短絡が負荷で発生した場合、例えば、この負荷に割り当てられた車両電気システム切り替えネットワーク内の電圧がただちに崩壊し、これを好適なセンサによって測定することができる。次いで、外部介入なしでも、第３のスイッチをただちに開放することができる。中央制御ユニットがセンサ値を記録し、これらから車両電気システムの状態を判定して、スイッチを適切に制御することも可能である。
【００３５】
述べられる数量に加えて、負荷状態および負荷の期待値を記録することも可能である。負荷の期待値をパラメータ化し、例えば、負荷のある特定のアンペア数がどの程度高いかを示すことができる。このアンペア数を超過すると、負荷の誤動作が推察されることがある。
【００３６】
加えて、車載動力供給の充電状態、車両状態、または衝突信号を、例えば、中央コンピュータで記録および処理することができる。車両の状況に依存して、エネルギー供給から個々の負荷を除外するか、または他の負荷で冗長性を増加させることが意味をなす場合がある。例えば、個々の負荷の供給の信頼性を増加させるために、個々の負荷を、それぞれの車両電気システム切り替えネットワークの第３のスイッチを開放することによって車両電気システムから切断することができるか、または主配線ストランド間のクロス接続を、第４のスイッチを閉鎖することによって明確に確立することができる。
【００３７】
主配線ストランドを互いに接続するためにクロス配線を設ける。これらは、一実施形態に従って、それぞれの車両電気システム切り替えネットワークのクロス配線端子に接続されている。かかる接続を、好適な接続端子を介して行うこともできる。空間要件に依存して、クロス配線ストランドを可撓性または剛性の円形ケーブルまたはフラットケーブルで作製することができる。
【００３８】
一実施形態によれば、主配線およびクロス配線が、少なくとも部分的に、好ましくは、完全に網状の配電ネットワークを形成することが提案される。既に説明されたように、主配線ストランド間のクロス接続は、クロス配線によって形成され得る。クロス接続は、第４のスイッチを介して切り替え可能である。主配線ストランドは、車両電気システム切り替えネットワーク上の第１のスイッチおよび第２のスイッチによって中断され得る。第１のスイッチ、第２のスイッチ、および第４のスイッチを適切に開放および閉鎖することによって、車両電気システムの動力供給と負荷との間の接続が個々に設定され得るように、車両電気システム内で任意の経路を切り替えることができる。次いで、網状の配電ネットワークについて明らかにすることができる。
【００３９】
一実施形態によれば、配線セクションのうちの少なくとも１つおよび／またはクロス配線ストランドのうちの少なくとも１つが、フラットケーブルとして、特に、固体材料で、特に、銅材料またはアルミニウム材料から作製されたフラットケーブルから形成されていることが提案される。
【００４０】
一実施形態によれば、スイッチが個々に制御可能であることが提案される。したがって、個々の制御回路を備えた個々の車両電気システム切り替えネットワークごとに制御コンピュータと接続させることが可能である。少なくとも２つ、好ましくは、すべての車両電気システム切り替えネットワークがバス配線を介して互いに接続されていることも考えられる。バス配線も、好ましくは、網状の構造で、かつ網状のリングとして形成されている。バス配線は、好ましくは、中央制御コンピュータに接続されており、バス配線を使用して、車両電気システム切り替えネットワークごとまたはその中に個々に設置された個々のスイッチごとに制御することができる。車両電気システム切り替えネットワークのセンサならびに主配線ストランド上に配置されたセンサからのセンサ信号を、バス配線を介して経路付けることもできる。
【００４１】
信号が車両電気システム自体を介して送信されることも可能である。この目的のために、主配線ストランドのうちの少なくとも１つが、通信装置に連結されており、通信装置が、主配線に対するスイッチのうちの少なくとも１つに対して切り替えコマンドを送信することが提案される。好ましくは、両方の主配線ストランドは、通信も電気供給と同様に冗長であるように、通信機器と連結されている。主配線ストランドを介して、例えば、特に動力配線通信の形態のパルス幅変調を使用して、それぞれの車両電気システム切り替えネットワークを制御することができる。センサ信号および車両電気システム切り替えネットワークの状態を、車両電気システムを介して通信装置へおよび通信装置から送信することもできる。
【００４２】
一実施形態によれば、車載動力供給システムのうちの少なくとも１つが、エネルギーストレージ装置として、特に、バッテリまたはアキュムレータとして形成されていることが提案される。一方、車載動力供給のうちの少なくとも１つが、ＤＣ／ＤＣコンバータまたは発電機として形成されていることも可能である。特に、少なくとも２つの車載動力供給は、互いに異なる場合がある。
【００４３】
負荷端子は、好ましくは、単一の動力ケーブルを介して負荷を接続するために意図されている。特に、１つの負荷端子を正確に１つの負荷に接続することができる。
【００４４】
この文脈において、車両電気システム切り替えネットワークが、少なくとも２つまたはさらにそれ以上の第３のスイッチを有し得ることに留意されたい。２つ以上の負荷を各々、車両電気システム切り替えネットワークを介して第３のスイッチによって１つの主配線ストランドに個々に接続することができる。
【００４５】
スイッチは、好ましくは、半導体スイッチまたはリレーとして、とりわけ、いわゆるＰＲＯＦＥＴとして設計される。第１のスイッチおよび第２のスイッチ、ならびに場合によっては第４のスイッチの通電容量は、好ましくは、第３のスイッチの通電容量よりも高い。電流は、第１のスイッチおよび第２のスイッチ、ならびに場合によっては第４のスイッチを介して、特に、車両電気システム内に配置された多数の負荷に流れ、かつ電流は、第３のスイッチのみを介して、接続された負荷に流れる。したがって、第１のスイッチおよび第２のスイッチの通電容量が第３のスイッチの通電容量よりも高いことが提案される。
【００４６】
一実施形態によれば、車両電気システム切り替えネットワークが共通ハウジング内に設置されていることが提案される。この点に関して、スイッチが共通ハウジング内に配置されていることと、電気接続がハウジング上に主配線端子、負荷端子、および必要な場合は、クロス配線端子のために設けられていることとが提案される。電子制御を含むスイッチをハウジング内に設置することができる。ハウジングは、車両電気システムの残部から切り替えシステムをカプセル化し得る。ケーブルは、接触ラグなどの適切な端子を介して、それぞれの動力供給または負荷に接続され得る。
【００４７】
スイッチの少なくとも一部が共通のプリント回路基板上に配置されていることも提案される。この場合、半導体構成要素、特に、半導体スイッチなどの電子構成要素は、好ましくは、プリント回路基板上に配置され、好適な制御電子部品を介して制御され得る。これにより、冗長切り替えシステム全体を、好ましくは共通ハウジング内に設置、特に、カプセル化され得るコンパクトなモジュール上に実装することが可能になる。
【００４８】
スイッチは、好ましくは、可逆的であるため、一回だけ切り替えることができる従来のヒューズとは異なる。スイッチを頻繁にオンとオフとで切り替えることができ、冗長切り替えシステムが車両の寿命にわたって動作することを確実にする。
【００４９】
一実施形態によれば、スイッチは、上で説明されるように、半導体構成要素である。特に、これらは、トランジスタ、好ましくは、ＭＯＳＦＥＴであり得る。しかしながら、スイッチをリレーまたは接触器として設計することも可能である。
【００５０】
スイッチは、１００Ａ超、とりわけ、２００Ａ超、好ましくは、３００Ａ超の通電容量を有する。スイッチは、永久的な損傷を引き起こすことなく、１００Ａ超、好ましくは、２００Ａ超、特に、３００Ａ超の電流を安全に切り替えることができる。スイッチはまた、一連のいくつかの半導体スイッチから形成され得る。いくつかの半導体スイッチを、個々のスイッチごとの切り替え容量がより低くなるように、並列に接続することもできる。
【００５１】
異なる切り替え能力および／または通電容量を備えるスイッチを設計することもまた有用であり得る。第１のスイッチおよび第２のスイッチは同じ設計のものであり得、第３のスイッチは、例えば、通電容量および／または切り替え能力の点で、より小さい寸法のものであり得る。動力供給間の均等化電流を最大３００Ａにすることもでき、負荷の動作電流は、例えば、わずか１０〜５０Ａであり得る。したがって、第１の２つのスイッチは、３００Ａの通電容量に設計され、第３のスイッチは、わずか５０Ａに設計されることになる。
【００５２】
一実施形態によれば、半導体スイッチを、それらのボディダイオードが第１のスイッチおよび第２のスイッチで反対方向に布線されるような方法で接続することが提案される。これは、２つのボディダイオードの電流の流れ方向が反対であることを意味する。特に、ダイオードの電流の流れ方向は、ノードから離れる方向に向いているか、またはノードに向いているかのいずれかである。これは、ダイオードを介して第１の動力供給から第２の動力供給への、およびその逆への電流の流れを除外する。
【００５３】
ノードから始まり、切り替えシステムは、第３のスイッチ、および好ましくは、単一の動力ケーブルを介して負荷に接続されている。ノードまたは第３のスイッチと負荷との間に、本主題に従って負荷に属するものとして数えることができる電子制御ユニットを負荷に対して設けることもできる。動力ケーブルは、好ましくは、銅材料またはアルミニウム材料で作製され得る。動力ケーブルは、特に、シールド動力ケーブルである。好ましくは、動力ケーブルは、内部でケーブル内の質量戻り（独：Masserueckfuehrung、英：mass return）も保証されており、通常の場合のようにシャーシを介して実現されない二芯ケーブルとして形成されている。
【００５４】
一実施形態によれば、負荷からそれぞれの動力供給への質量戻りが切り替えシステムを介して提供されることが提案される。この場合、主配線ストランドは、好ましくは、二線式であり、かつ特に、シールドされている。スイッチに加えて、切り替えシステムは、好ましくは、二線式の主配線ストランドも切り替えシステムに接続され得るように、質量戻りのための電流経路を有する。特に、動力供給および質量戻りの両方がハウジング内で実現される。
【００５５】
動力供給、すなわち、高位には、好ましくはスイッチが設けられており、質量回帰、すなわち、低位には、切り替えシステムの電気接触間、特に、ハウジングの電気端子間で短絡が発生する。この短絡は、好ましくは、ハウジング内部のケーブルを介して発生する。ハウジングは、好ましくは、同様にシールドされており、特に、動力ケーブルのシールドと電気的に短絡されている。これは、切り替えシステムの継続的なシールドを確実にする。
【００５６】
スイッチのそれぞれの切り替えシステムが高位、したがって、エネルギー供給の正電位で配置されていることも提案される。一方、低位のスイッチまたは切り替えシステムを動力供給に接続することも有用であることがある。これは、特に、スイッチ、とりわけ、半導体スイッチのための動作電圧が動力供給の電位を上回る必要がないという利点につながることがある。１２Ｖの車載動力供給の場合、高位、例えば、１７Ｖまたは２４Ｖに接続されると、スイッチの電圧はより高くなければならず、一方、低位接続の場合、スイッチの供給電圧は５Ｖまたは１２Ｖのみでなければならない。
【００５７】
以下において、本主題を、実施形態を示す図面を使用して、より詳細に例証する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】一実施形態による車両電気システムの図である。
【図２】一実施形態による車両電気システム切り替えネットワークの図である。
【図３】別の実施形態によるこの車両の車両電気システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１は、互いに電気的に並列に接続された２つの主配線ストランド４、６を有する車両電気システム２を示す。主配線ストランド４、６は、それらの遠位端部４ａ、６ａおよび４ｂ、６ｂでそれぞれ互いに直接接続されている。接続点８ａ、８ｂから始まり、主配線ストランド４、６は、好ましくは可撓性ケーブル１０ａ、１０ｂを介して、車載動力供給として機能する１つのバッテリ１２ａ、１２ｂごとに電気的に接続されている。
【００６０】
ここでは、可撓性ケーブル１０ａ、１０ｂは各々、それぞれのバッテリ１２ａ、１２ｂと高位で接続されている。
【００６１】
主配線ストランド４、６は、車両電気システム切り替えネットワークによって中断されている。負荷１６は、車両電気システム切り替えネットワーク１４に接続されている。かかる負荷は、例えば、スタータ、水力発電機、ブレーキブースタ、ステアリングホイールブースタ、駆動支援システムなどであり得る。１つ以上の負荷１６が車両電気システム切り替えネットワーク１４内で接続され得ることを見ることができる。
【００６２】
図１はまた、主配線ストランド４、６が閉リングを形成し、ひいては、同じ電気的電位にあることを示す。２つの主配線ストランド４、６は、負荷１６の冗長動作を可能にする。２つのバッテリ１２ａ、１２ｂの電気的に高い側の電位は、両方とも各負荷１６に接続されている。主配線ストランド４、６が故障しても、信頼性がかなり増加されるように、バッテリ１２ａ、１２ｂのうちの少なくとも１つの電気的電位が負荷１６に対して常に利用可能である。
【００６３】
以下に記載されるように、車両電気システム切り替えネットワーク１４は、選択的に切り替え可能なスイッチを有する。例えば、動作中に、例えば、車両電気システム切り替えネットワーク１４ａの部分で、主配線ストランド４が中断されることがある。この場合、主配線ストランド４ａは、依然としてバッテリ１２ａに接続され、主配線ストランド６を介してバッテリ１２ｂに直接接続され、負荷には依然として電気エネルギーが供給されるであろう。例えば、車両電気システム切り替えネットワーク１４ｃの部分における追加の故障の場合であっても、残りの負荷には依然としてバッテリ１２ａまたはバッテリ１２ｂのいずれかを介して電気が供給されるであろう。これは、主配線ストランド４、６に沿った複数の故障の場合であっても、多数の負荷１６に電気エネルギーが供給されたままであることを意味する。
【００６４】
図２は、略図内の車両電気システム切り替えネットワーク１４を示す。車両電気システム切り替えネットワーク１４は、２つの主配線端子１８ａ、１８ｂを有する。加えて、車両電気システム切り替えネットワーク１４は、１つ以上の負荷端子２０ａ、２０ｂを有する。最後に、クロス配線端子２２を車両電気システム切り替えネットワーク１４上に設けることができる。
【００６５】
主配線端子１８ａ、１８ｂは、第１のスイッチ２４ａおよび第２のスイッチ２４ｂを介して共通ノード２６に接続されている。共通ノード２６から始まり、第３のスイッチ２４ｃは、負荷端子２０ａ、２０ｂに分岐し得る。さらに、第４のスイッチ２４ｄは、共通ノード２６からクロス配線端子２２へ分岐し得る。
【００６６】
通信装置３０を車両電気システム切り替えネットワーク１４のハウジング２８内に設けることができ、通信装置３０は、少なくとも主配線端子１８ａ、１８ｂに、かつ任意選択でクロス配線端子２２に永久的に接続され、ひいては、それらとの通信を可能にする。
【００６７】
加えて、図示されていないプロセッサが車両電気システム切り替えネットワーク１４内に設けられており、これは、通信装置３０およびそれぞれのスイッチ２４と能動的に接続されている。通信装置３０を介して、マイクロプロセッサは、エラーを受信し、必要な場合は、個々のスイッチ２４ごとに個々に開放または閉鎖することができる。さらに、プロセッサは、例えば、車両電気システム切り替えネットワーク１４内でスイッチ２４の切り替え状態、電圧、温度、電流などを検出するように、非表示センサに照会し得る。記録されたセンサ値の助けにより、センサは、自動的にスイッチ２４を開放もしくは閉鎖するか、または通信装置３０を介して記録された値を送信し得る。
【００６８】
スイッチ２４は、好ましくは、リレーまたは主スイッチ、とりわけ、ＭＯＳＦＥＴまたはＰＲＯＦＥＴである。
【００６９】
図３は、図１とはわずかに異なる設計を有する車両電気システム２を示す。初めに、車両電気システムの動力供給１２ａがもはやバッテリとしてではなく、例えば、発電機として形成されていることを見ることができる。加えて、明確さのために、図３のみが車両電気システム切り替えネットワーク１４間の配線セクション３２を示す。配線セクション３２は、好ましくは、それらの断面積および輪郭において、接続点８ａ、８ｂの部分の主配線ストランド４、６のセクションと同一である。
【００７０】
クロス配線ストランド２４が各々、２つの車両電気システム切り替えネットワーク１４間に配置されていることを見ることもできる。クロス配線ストランド３４を、任意選択で、第４のスイッチ２４ｄを介して主配線ストランド４、６に接続することができる。クロス配線ストランド３４は、車両電気システム切り替えネットワーク１４に接続された個々の負荷の各々と２つの車両電気システムの動力供給１２ａ、１２ｂの各々との接続が最も大きい考えられる確率で確実にされるように、完全に網状の配電ネットワークを可能にする。車両自動車両電気システム切り替えネットワーク１４をクロス配線ストランド３４内に設けることもでき、必要な場合は、負荷１６をそこに接続することもできる。
【００７１】
自動車両内に３つ以上の主配線ストランド４、６を互いに並列に置くことができるが、明確さのために、２つの主配線ストランド４、６のみが図１および図３に示されていることが理解される。３つ以上の主配線ストランド４、６が設けられる場合、２つの主配線ストランド間にクロスリンク配線を任意選択で設けることができる。クロス配線ストランドは、例えば、車両の前方部品、例えば、エンジンコンパートメント内またはその上に１つ、そして車両の後方部品、例えば、後方内／上またはブート内／上に１つ、互いに空間的に分離されていてもよい。スイッチ２４を選択的に閉鎖および開放することによって、車両電気システム切り替えネットワーク１４と車両電気システムの動力供給１２ａ、１２ｂとの間に任意選択の接続を行うことができ、ひいては、必要な場合は、主配線ストランド４、６内の故障または中断を回避するために、経路付けを確立することができる。これは、特にエレクトロモビリティおよび自動車用駆動の分野において関連があるであろう車両電気システムの障害の信頼性を大幅に増加させるであろう。
【符号の説明】
【００７２】
２  車両電気システム
４、６  主配線
４ａ、４ｂ  遠位端部
６ａ、６ｂ  遠位端部
８ａ、８ｂ  接続点
１０ａ、１０ｂ  可撓性ケーブル
１２ａ、１２ｂ  バッテリ
１４  車両電気システム切り替えネットワーク
１６  負荷
１８ａ、１８ｂ  主配線接続
２０ａ、２０ｂ  負荷接続
２２  クロス配線接続
２４  スイッチ
２６  ノード
２８  ハウジング
３０  通信ユニット
３２  配線セクション
３４  クロス配線ストランド
【図１】
2019531954.tif 000003
【図２】
2019531954.tif 000004
【図３】
2019531954.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月7日(2018.6.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車両電気システムであって、前記自動車両電気システムが、
−  互いに電気的に並列に配置された少なくとも２つの主配線ストランドであって、前記主配線ストランドが、互いに分離された２つの領域内で互いに電気的に短絡されており、各々が少なくとも２つの車載動力供給のうちの１つに対する接続を有する、少なくとも２つの主配線ストランドと、
−  前記少なくとも２つの主配線ストランド内に配置され、前記それぞれの主配線ストランドを中断する少なくとも１つの自動車両電気システム切り替えネットワークと、を備え、前記自動車両電気システム切り替えネットワークが、少なくとも３つのスイッチを有し、
−  第１のスイッチが、第１の主配線ストランド端子と共通ノードとの間に配設されており、
−  第２のスイッチが、第２の主配線ストランド端子と前記共通ノードとの間に配設されており、
−  第３のスイッチが、前記共通ノードと少なくとも１つの負荷端子との間に配設されており、
−  前記スイッチが、半導体スイッチとして形成され、ボディダイオードが、前記第１のスイッチおよび第２のスイッチで互いに反対方向に接続されていることを特徴とする、
自動車両電気システム。
【請求項２】
−  前記主配線ストランドのうちの少なくとも１つが、少なくとも３つの配線セクションから形成されており、前記配線セクションのうちの少なくとも１つが、２つの自動車両電気システム切り替えネットワーク間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の自動車両電気システム。
【請求項３】
−  主配線ストランドの配線セクションが、前記主配線端子のうちの１つにそれぞれ接続されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車両電気システム。
【請求項４】
−  特に、前記主配線ストランドが短絡の領域内で互いに直接接続されているという点で、前記主配線ストランドが、それらのそれぞれの遠位端部の領域内で互いに短絡されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項５】
−  少なくとも１つの自動車両電気システム切り替えネットワークが、クロス配線ストランド接続と前記共通ノードとの間に少なくとも１つの第４のスイッチを有することを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項６】
−  前記主配線ストランドが、少なくとも１つのクロス配線ストランドを介して互いに接続されていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項７】
−  クロス配線ストランドが、クロス配線ストランド端子に接続されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項８】
−  前記主配線ストランドおよび前記クロス配線ストランドが、少なくとも部分的に、好ましくは、完全に網状の配電ネットワークを形成することを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項９】
−  前記配線セクションのうちの少なくとも１つおよび／または前記クロス配線ストランドのうちの少なくとも１つが、フラットケーブルとして、特に、固体材料で、特に、銅材料またはアルミニウム材料から作製されたフラットケーブルから形成されていることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１０】
−  前記スイッチが、個々に制御可能であることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１１】
−  前記車両電気システム切り替えネットワークのうちの少なくとも１つが、電流センサおよび／または電圧センサおよび／または温度センサを有し、前記スイッチのうちの少なくとも１つが、センサ信号の機能として制御される、請求項１〜１０の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１２】
−  前記主配線ストランドのうちの少なくとも１つが、通信装置に連結されており、前記通信装置が、前記主配線ストランド上の前記スイッチのうちの少なくとも１つに対して切り替えコマンドを発する、請求項１〜１１の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１３】
−  前記車載動力供給システムのうちの少なくとも１つが、エネルギーストレージとして、特に、バッテリ、アキュムレータ、またはＤＣ／ＤＣコンバータもしくは発電機として形成されていることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１４】
−  前記負荷が、単一の動力ケーブルを介して前記負荷端子に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１３の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１５】
請求項１〜１４の何れか一項に記載の自動車両電気システム、ならびに少なくとも２つの車載動力供給および１つの負荷を備える自動車両。
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月17日(2019.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車両電気システムであって、前記自動車両電気システムが、
−  互いに電気的に並列に配置された少なくとも２つの主配線ストランドであって、前記主配線ストランドが、互いに分離された２つの領域内で互いに電気的に短絡されており、各々が少なくとも２つの車載動力供給のうちの１つに対する接続を有する、少なくとも２つの主配線ストランドと、
−  前記少なくとも２つの主配線ストランド内に配置され、前記それぞれの主配線ストランドを中断する少なくとも１つの自動車両電気システム切り替えネットワークと、を備え、前記自動車両電気システム切り替えネットワークが、少なくとも３つのスイッチを有し、
−  第１のスイッチが、第１の主配線ストランド端子と共通ノードとの間に配設されており、
−  第２のスイッチが、第２の主配線ストランド端子と前記共通ノードとの間に配設されており、
−  第３のスイッチが、前記共通ノードと少なくとも１つの負荷端子との間に配設されており、
−  前記２つの主配線ストランドが、通信装置に連結されており、前記通信装置が、前記自動車両電気システム切り替えネットワークが動力配線通信を介して制御可能であるように、前記主配線ストランド上の前記スイッチのうちの少なくとも１つに対して切り替えコマンドを発することを特徴とする、
自動車両電気システム。
【請求項２】
−  前記主配線ストランドのうちの少なくとも１つが、少なくとも３つの配線セクションから形成されており、前記配線セクションのうちの少なくとも１つが、２つの自動車両電気システム切り替えネットワーク間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の自動車両電気システム。
【請求項３】
−  主配線ストランドの配線セクションが、前記主配線端子のうちの１つにそれぞれ接続されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の自動車両電気システム。
【請求項４】
−  特に、前記主配線ストランドが短絡の領域内で互いに直接接続されているという点で、前記主配線ストランドが、それらのそれぞれの遠位端部の領域内で互いに短絡されていることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項５】
−  少なくとも１つの自動車両電気システム切り替えネットワークが、クロス配線ストランド接続と前記共通ノードとの間に少なくとも１つの第４のスイッチを有することを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項６】
−  前記主配線ストランドが、少なくとも１つのクロス配線ストランドを介して互いに接続されていることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項７】
−  クロス配線ストランドが、クロス配線ストランド端子に接続されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項８】
−  前記主配線ストランドおよび前記クロス配線ストランドが、少なくとも部分的に、好ましくは、完全に網状の配電ネットワークを形成することを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項９】
−  前記配線セクションのうちの少なくとも１つおよび／または前記クロス配線ストランドのうちの少なくとも１つが、フラットケーブルとして、特に、固体材料で、特に、銅材料またはアルミニウム材料から作製されたフラットケーブルから形成されていることを特徴とする、請求項１〜８の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１０】
−  前記スイッチが、個々に制御可能であることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１１】
−  前記車両電気システム切り替えネットワークのうちの少なくとも１つが、電流センサおよび／または電圧センサおよび／または温度センサを有し、前記スイッチのうちの少なくとも１つが、センサ信号の機能として制御される、請求項１〜１０の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１２】
−  前記車載動力供給システムのうちの少なくとも１つが、エネルギーストレージとして、特に、バッテリ、アキュムレータ、またはＤＣ／ＤＣコンバータもしくは発電機として形成されていることを特徴とする、請求項１〜１１の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１３】
−  前記負荷が、単一の動力ケーブルを介して前記負荷端子に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか一項に記載の自動車両電気システム。
【請求項１４】
請求項１〜１３の何れか一項に記載の自動車両電気システム、ならびに少なくとも２つの車載動力供給および１つの負荷を備える自動車両。
【国際調査報告】
2019531954.tif 000006
2019531954.tif 000007
2019531954.tif 000008
2019531954.tif 000009
2019531954.tif 000010
2019531954.tif 000011