(57)【要約】      （修正有）【課題】インテリジェントな、すなわち２つ以上のスイッチング機能を提供する自動車の適用分野向けの電気スイッチを提供すること。【解決手段】スイッチ回路（１０７）は、電気機械スイッチングサブモジュール（１０９）および電気スイッチングサブモジュール（１１１）のリストから選択された少なくとも２つのスイッチングサブモジュールを備える。スイッチは、少なくとも２つのスイッチングサブモジュール（１０９、１１１）の動作状態を制御するための制御ユニット（１２７）をさらに備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのインレット（１０３、１０３’、１０３”）と、少なくとも１つのアウトレット（１０５、１０５’、１０５”、１０５”’）と、前記少なくとも１つのインレット（１０３、１０３’、１０３”）および前記少なくとも１つのアウトレット（１０５、１０５’、１０５”、１０５”’）を電気的に接続するスイッチ回路（１０７）とを備えるインテリジェントスイッチ（１００）、特にヒューズ（１０１）において、前記スイッチ回路（１０７）が、電気機械スイッチングサブモジュール（１０９）および電気スイッチングサブモジュール（１１１）のリストから選択された少なくとも２つのスイッチングサブモジュールを備え、前記スイッチが、前記少なくとも２つのスイッチングサブモジュール（１０９、１１１）の動作状態を制御するための制御ユニット（１２７）をさらに備えていることを特徴とする、インテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項２】
少なくとも２つのスイッチングサブモジュールが、前記スイッチ回路（１２７）内で直列または並列に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項３】
前記電気機械スイッチングサブモジュール（１０９）は、単安定スイッチングサブモジュール（１１３）または双安定スイッチングサブモジュール（１５７）であることを特徴とする、請求項１または２に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項４】
前記電気スイッチングサブモジュール（１１１）は、半導体スイッチ（１１５）、好ましくは電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（１１７）、またはスマートＦＥＴであ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インテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項５】
少なくとも１つの電気機械スイッチングサブモジュール（１０９）および少なくとも１つの電気スイッチングサブユニット（１１１）を備えていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項６】
前記制御ユニット（１２７）は、前記インテリジェントスイッチ（１００）の外側に位置するネットワークシステムに前記制御ユニット（１２７）を接続するための少なくとも１つの制御インターフェース（１３７）を備えていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項７】
前記制御ユニット（１２７）は、駆動ライン（１３１、１３３、１５９、１６１）を介して前記スイッチングサブモジュール（１０９、１１１）のそれぞれに接続されていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項８】
診断サブモジュール（１４４）を備えていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項９】
前記診断サブモジュール（１４４）は、スイッチングサブモジュールの動作状態、経路電流、温度、および電圧の少なくとも１つを検出するための少なくとも１つのセンサ（１４５）を備えていることを特徴とする、請求項８に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのセンサ（１４５）は、状態ライン（１４９、１４９ａ）を介して前記制御ユニット（１２７）に接続されていることを特徴とする、請求項９に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項１１】
ベースアセンブリ（１１）を備える電気自動車用コネクタ（１）を備え、前記ベースアセンブリ（１１）は、一方の側に、前記少なくとも１つのインレット（１０３、１０３’、１０３”）および前記少なくとも１つのアウトレット（１０５、１０５’、１０５”、１０５”’）を含むコネクタ面（７）を有し、前記コネクタ面（７）とは反対側に内部側（１７）を有し、前記スイッチ回路（１０７）は、前記内部側（１７）に設けられていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項１２】
前記コネクタ面（７）は、少なくとも３つの端子（９）を備え、好ましくは、前記コネクタ面（７）は、９つの端子を有するソケットまたはプラグを構成していることを特徴とする、請求項１１に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項１３】
前記制御ユニット（１２７）は、好ましくは前記端子（９）の１つに接続もしくは対応する単一の制御インターフェース（１３７）を備えること、および／または前記制御ユニット（１２７）は、電源ライン（１４１）を介して前記少なくとも１つのインレット（１０３、１０３’、１０３”）に接続されていることを特徴とする、請求項１１または１２に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項１４】
電気機械スイッチングサブモジュール（１０９）、電気スイッチングサブモジュール（１１１）、制御ユニット（１２７）、駆動ライン（１３１、１３３、１５９、１６１）、電源ライン（１４１）、状態ライン（１４９、１４９ａ）、およびセンサ（１４５）の群から選択された少なくとも１つの電気構成要素（２７）または電気機械構成要素（２９）を備える少なくとも１つの回路基板（２１）を備えていることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【請求項１５】
前記ベースアセンブリ（１１）から延びて互いに対向する少なくとも２つの回路基板部（１８）が前記内部側（１７）に設けられ、各回路基板部（１９）は、少なくとも１つの電気構成要素（２７）または電気機械構成要素（２９）を備えていることを特徴とする、請求項１４に記載のインテリジェントスイッチ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのインレットと、少なくとも１つのアウトレットと、少なくとも１つのインレットおよび少なくとも１つのアウトレットを電気的に接続するスイッチ回路とを備える自動車の適用分野向けの電気スイッチ、特にリセット可能および／またはプログラム可能なヒューズに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気／電子（Ｅ／Ｅ）システムは、エンジンおよびパワートレイン、シャーシ、ボディおよびコンフォート、インフォテインメント、ナビゲーション、運転補助、ならびに対話システムなど、車両内の様々なサブシステム内のいたるところで見られる。Ｅ／Ｅシステムには、ケーブル布線およびネットワークインタフェースの点でこれらのシステムを支持するために、配線ハーネスが付随する。配線ハーネスは単独で、車の中で３番目にコストの高い構成要素であり（エンジンおよびシャーシに続く）、また３番目に重い構成要素（シャーシおよびエンジンに続く）でもある。したがって、この重量を削減する解決策は、コストの節約および環境の保護に直接寄与する。
【０００３】
Ｅ／Ｅ機構の数が増加し続け進歩していることにより、共通の相互接続基盤を介してこの複雑さを包み込む包括的かつ動的なアーキテクチャに対する需要が押し上げられている。そのような基盤は、通信ならびに配電、構成要素の物理的な配置、それらの構成要素上の機能のマッピングを含む。これには、異なる通信方式およびゲートウェイにおいてスマートノード間の相互ネットワーク化を可能にすることが必要である。共通のＥ／Ｅアーキテクチャを使用する一般的な利益には、異なる適用分野に対してデータ（すなわち、センサからのもの）を再利用することが可能になること、配線ハーネスが最適化されること、新しい機能を追加するとき単純に拡張可能なこと、および異なる拡張モジュール／ステージを有することに対応することが挙げられる。
【０００４】
電気自動車スイッチは、当技術分野では知られており、標準化されたサイズおよび／または接続手段、すなわち自動車の負荷回路などの回路内にスイッチを配置するためのコンタクト端子と共に利用可能である。電気ヒューズは、負荷回路に接続されたデバイスの特定の状態、たとえば過負荷、不整合負荷、過電圧、または障害の場合に負荷回路を遮断する特定のスイッチである。
【０００５】
自動車産業では、車内の最も集中化された位置で、ヒューズと組み合わせてリレーを大量に使用する。リレーに伴う１つの問題は、スイッチングイベントが発生したとき、コンタクト間で望ましくないアーク放電が生じる可能性があり、コンタクト同士が融着することも、破壊的なアークエネルギーによるコンタクト面の損傷のためリレーに障害が生じることもある。米国特許第７，２８２，９２４号は、リレーユニット、電流センサ、アナログ回路、デジタル回路を含むアーク障害検出サブシステムと、アーク障害を識別したことに応答して電流を切断するようにリレーユニットに伝えるように構成された処理ユニットとを有する電気システムを開示している。これは、ヒューズの交換が煩雑な作業であることは言うに及ばず、拡張性および柔軟性に対する疑問をも引き起こす。より多くの機能を追加すると、余分なジャンクションボックスおよびそれに付随するハーネスが必要になり、車両の重量が増大し、ＣＯ２の放出量が大きくなる。
【０００６】
自動車内の電気的な複雑さが増大すると、様々なコネクタおよびヒューズ内に含む必要のある電気回路および電気スイッチに負担がかかる。自動車分野で一般的に使用されるスイッチおよびヒューズは、通常は柔軟性がなく、負荷回路を開閉するように切り換えられるだけである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第７，２８２，９２４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、インテリジェントな、すなわち２つ以上のスイッチング機能を提供する自動車の適用分野向けの電気スイッチを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前述した電気スイッチは、スイッチ回路が、電気機械スイッチングサブモジュールおよび電気スイッチングサブモジュールのリストから選択された少なくとも２つのスイッチングサブモジュールを備え、このスイッチが、少なくとも２つのスイッチングサブモジュールの動作状態を制御するための制御ユニットをさらに備えるということから、上記の問題を解決する。
【００１０】
電気スイッチのスイッチ回路内に少なくとも２つのスイッチングサブモジュール、たとえば少なくとも１つの電気機械スイッチングサブモジュールおよび少なくとも１つの電気スイッチングサブモジュールの任意の組合せを制御ユニットとともに設けることによって、電気スイッチはインテリジェントになり、したがって２つ以上のスイッチング機能を提供する。たとえば、電気スイッチは、ニーズに合わせてカスタム化し、たとえば速い応答、および電気スイッチングサブモジュールを容易にリセットすることができること、ならびにたとえば電源切断後の安全なスイッチング状態などの電気機械スイッチングサブモジュールの利点から利益を得ることができる。
【００１１】
以下、本発明のインテリジェントスイッチの様々な実施形態について例として説明する。それぞれの実施形態の特徴は、単独で有利である。様々な実施形態の技術的な特徴は、任意に組み合わせることができ、または省略される技術的な特徴によって実現される技術的な効果が本発明にとって重要でない場合は省略することができる。
【００１２】
一実施形態では、インテリジェントスイッチは、ベースアセンブリを備える電気自動車用コネクタを備え、ベースアセンブリは、一方の側に、少なくとも１つのインレットおよび少なくとも１つのアウトレットを含むコネクタ面を有し、コネクタ面とは反対側に内部側を有し、スイッチ回路は、内部側に設けられる。インテリジェントスイッチに電気コネクタを設けることで、自動車スイッチの容易な組立てが可能になる。さらに、一方でインテリジェントスイッチが負荷回路に接続されるインレットおよびアウトレットを含むコネクタ面と、他方で内部に位置するスイッチ回路とを、空間的に分離することで、スイッチにモジュール性が提供される。たとえば、少なくとも１つのインレットおよび少なくとも１つのアウトレットがコネクタ面に位置する設計を維持しながら、スイッチの要件に応じてスイッチ回路を変更することができる。
【００１３】
インテリジェントスイッチのさらなる実施形態では、少なくとも１つの電気機械スイッチングサブモジュールは、単安定スイッチングサブモジュールまたは双安定スイッチングサブモジュールとすることができる。電気機械スイッチングサブモジュールは、たとえば、単安定または双安定リレーとすることができる。単安定リレーには、電源切断後に安全な状態に到達して、電気機械スイッチングサブモジュールを１つの所定の状態、たとえば開状態で維持し、したがって負荷回路を遮断するという利点がある。双安定リレーなどの双安定電気機械スイッチングモジュールは、その２つのスイッチング（または動作）状態間のスイッチングのために必要とするコイル電力消費が非常に小さいということから有利である。
【００１４】
さらなる実施形態では、少なくとも１つの電気スイッチングサブモジュールは、たとえばトランジスタなどの半導体スイッチとすることができる。電気機械スイッチ、特に単安定リレーは、手動リセットを必要とする。それとは逆に、半導体スイッチは遠隔でリセットすることが可能である。さらに、半導体スイッチは、パルス幅変調を可能にし、負荷経路を通って負荷、たとえばランプへ供給される電圧および電流を制御することを可能にする。さらに、半導体スイッチは応答が非常に迅速であり、サイズが小さく、したがって電気自動車スイッチ／ヒューズのサイズを最小にすることが可能である。迅速な応答により、電流が高すぎる値に到達する前に負荷を切断するソフトヒューズとして半導体スイッチを使用することが可能になる。電気スイッチングサブモジュールは、高圧で、たとえば４８ボルトの電力網内で動作することができる電界効果トランジスタとすることができる。さらに、電界効果トランジスタは、スイッチを制御するために必要とする電力消費が小さく、たとえば電流、温度、または電圧検出器などの診断機構を上に有することができる。
【００１５】
インテリジェントスイッチ（またはヒューズ。以下、スイッチに関する実施形態について説明する場合、これらはスイッチがヒューズである特定の実施形態を包含する）のさらなる実施形態によれば、コネクタ面は、少なくとも３つの端子を備える。１つの端子は、インレットに相当することができ、別の端子は、アウトレットに相当することができ、第３の端子は、たとえば、制御インターフェースまたは信号アウトレットとすることができる。一実施形態では、コネクタ面は、ＤＩＮ７２５５２に準拠したｍｉｎｉ−ＩＳＯプラグもしくはソケット、または別のソケットもしくはプラグなど、自動車産業で使用される標準化されたコネクタ面である。１つの例示的な実施形態では、スイッチは、９つの端子を有することができる。インテリジェントスイッチに９つの端子を設けることで、インテリジェントスイッチを２つ以上の負荷経路、すなわち最高４つの異なる負荷経路に接続しながら、それでもなお１つの端子を診断機能などの別の機能のために自由にしておくことが可能になる。そのモジュール性のため、本発明によるインテリジェントスイッチは、そこに接続されるそれぞれの経路の要件に合わせたスイッチ回路のカスタム化を可能にする柔軟性を提供する。同じインテリジェントスイッチを通って２つ以上の経路、たとえば負荷経路を案内することが可能になることで、必要とされる構成要素の数が最小になり、したがってコストおよび材料が節約される。
【００１６】
さらなる実施形態によれば、本発明によるインテリジェントスイッチは、動作しているスイッチングサブモジュールの動作状態を制御するための制御ユニットを備えることができる。インテリジェントスイッチ上にマイクロコントローラなどの制御ユニットを設けることで、電気スイッチおよびそのスイッチングサブモジュールのための外部コントローラが不要になる。これにより、本発明のインテリジェントスイッチをマスタ制御、たとえば車両内の電気制御ユニットに接続することが可能になる。こうして、本発明のインテリジェントスイッチは、前記スイッチングサブモジュールの接触状態などの特定のスイッチングサブモジュールの動作状態、またはたとえば不足電圧／過電圧、過電流、過熱、短絡などの他の診断上および保護上の特徴を示す信号を、直接出力することができる。インテリジェントスイッチ上には、それぞれのスイッチングサブモジュールを制御するための単一の制御ユニットを備えることができ、それにより構成要素の数が最小になり、したがってスイッチのサイズが縮小される。
【００１７】
インテリジェントスイッチのさらなる実施形態では、制御ユニットは、駆動ラインを介してスイッチングサブモジュールのそれぞれに接続することができる。マイクロコントローラは、前記駆動ラインを介して、たとえば電気機械スイッチングサブモジュールの状態または電気スイッチングサブモジュールを通過する電圧／電流など、それぞれのスイッチングサブモジュールによるスイッチングを制御することができる。電気機械スイッチングサブモジュールの場合、マイクロコントローラは、駆動ラインを介してリレードライバに接続することができ、リレードライバは、それぞれのスイッチングサブモジュールを、マイクロコントローラによって駆動ラインを介して信号として送られた事前設定された状態に対応する状態にする。
【００１８】
インテリジェントスイッチのさらなる実施形態では、制御ユニットは、インテリジェントスイッチの外側に位置するネットワークシステムに制御ユニットを接続するための少なくとも１つの制御インターフェースを備えることができる。コネクタ面の端子の１つは、たとえばホスト（もしくはマスタ）コントローラからの命令データまたはスイッチに対する限界値を定義する所定の制御データを受け取るための制御インターフェースとすることができる。インテリジェントスイッチは、制御インターフェースを介して、たとえばバスシステムを介して、マスタコントローラに接続することができる。
【００１９】
一実施形態では、インテリジェントスイッチは、単一の制御インターフェースを備える制御ユニットを有する。制御インターフェースは、端子の１つに接続または対応することができ、したがって制御インレットおよび／またはアウトレットを提供することができる。インテリジェントスイッチが単一の制御インターフェースのみを備え、それがコネクタ面からの端子の１つに接続されている場合、電気スイッチは、たとえばＬＩＮバスなどのバスシステムを介して制御ユニットに接続することができる。ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）は、低コストの自動車ネットワークのための概念である。ＬＩＮは、流通している自動車の適用分野におけるメカトロニクスノードのコントローラに効率的に対応するシリアル通信プロトコルである。ＬＩＮバスシステムの特性および利点は、単一のマスタが自己同期式の複数のスレーブを有する概念であり、事前に計算可能な信号伝搬時間による確定的信号伝送を行うことである。これは、低コストで高速の単一ワイア実装である。単一ワイア実装のため、制御ユニットが１つの端子のみに接続された単一の制御インターフェースを備える電気自動車スイッチの実施形態が可能である。これにより、最大４つの異なる負荷経路に対処するために９つの端子を有する標準化されたＩＳＯソケットまたはプラグを備える電気自動車スイッチの実施形態が可能になる。この場合、９つの端子は、４つの異なる負荷インレット、４つの異なる負荷アウトレット、およびこの制御インターフェースに割り当てることができ、制御インターフェースは、ＬＩＮバスを介して、マスタコントローラと通信することができる。それにもかかわらず、この実施形態では、標準的なコネクタ面を使用することで、高度な柔軟性が実現される。しかし、インテリジェントスイッチは同様に、２つ以上の制御インターフェースおよび／または２つ以上の制御ユニットを備えることもできる。さらに、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＣＡＮ）、ＦｌｅｘＲａｙ（ＦＲ）、Ｍｅｄｉａ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ（ＭＯＳＴ）、およびＬｏｗ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ（ＬＶＤＳ）などの既存の自動車通信技術を含む任意の種類の適当な通信媒体を実装することもできる。ＬＩＮを使用する利点は、車両に一般に使用されるＣＡＮネットワークより安価な代替であることである。ＬＩＮシステムは、ＬＩＮ／ＣＡＮゲートウェイを介して車両ＣＡＮネットワークに接続することができる。これにより、ＣＡＮネットワークと通信する必要のあるデバイスの数が削減され、それぞれのスイッチに対するＣＡＮコントローラのコストが不要になる。ＬＩＮは、はるかに安価であるがそれでもなお典型的な自動車サブシステムに必要とされる通信に対応することによって、ＣＡＮを補完する。
【００２０】
さらなる実施形態によれば、インテリジェントスイッチの制御ユニットは、電源ラインを介して少なくとも１つのインレットに接続することができ、それによりインテリジェントスイッチは、負荷回路からその電力を得る自己支持モジュールになる。電源ラインは、制御ユニットを負荷入力に直接接続することができ、またはスイッチ回路の導体（もしくは経路）を介して間接的に接続することができる。
【００２１】
一実施形態では、電源ライン内にダイオードを配置することができる。ダイオードは、スイッチを逆極性から保護する。制御ユニット上の電源は、２つ以上の回路（たとえば、負荷回路）から得ることができ、これらの回路は、ダイオードによって減結合することができる。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態では、インテリジェントスイッチは、診断サブモジュールを備えることによって、診断機能を有することができる。診断サブモジュールは、電流、温度、電圧、接触状態などのスイッチングサブモジュールの動作状態の少なくとも１つを検出するための少なくとも１つのセンサを備えることができる。診断サブモジュール／センサは、マイクロコントローラ上に位置することができ、またはマイクロコントローラとは別個のものとすることができ、状態ラインを介して制御ユニットに接続することができる。スイッチに接触状態センサを設けたとき、接触状態センサは、スイッチングサブモジュールの接触状態、すなわちスイッチがオンであるか、それともオフであるかを検出することができる。センサは、状態ラインを介してマイクロコントローラへそれぞれの情報を出力することができ、こうしてインテリジェントスイッチに追加の診断機能を提供する。それに応じて、インレットからアウトレットへのスイッチング回路の（負荷）経路内に、電流センサおよび／または電圧センサを配置することができ、これらのセンサは、状態ラインを介してマイクロコントローラに接続することができ、電流、電圧、温度、または監視すべき他のパラメータを表す信号をマイクロコントローラへ送ることが可能である。
【００２３】
さらなる実施形態によれば、２つのスイッチングサブモジュールを負荷経路内で直列または並列に接続することができるということから、インテリジェントスイッチの柔軟性はさらに改善される。たとえば、たとえばリレーなどの電気機械スイッチングサブモジュールおよび半導体などの電子スイッチングサブモジュールを並列に接続することができ、それによりリレーの寿命が改善されるはずである。電気機械スイッチングサブモジュールおよび電気または電子スイッチングサブモジュールを並列に配置することで、両方の技術の利点の組合せが可能になる。半導体スイッチングサブモジュールなどの電気スイッチングサブモジュールは、摩耗なく切り換わる。電気スイッチングサブモジュールは、リレーで生じる可能性のある接点消耗なく、スイッチングプロセスを迅速に引き継ぐ。リレーなどの電気機械スイッチングサブモジュールには、貫通抵抗がより小さいという利点があり、したがって連続する電流の搬送を引き継ぐ。両者を組み合わせる利点は、半導体スイッチが突入負荷電流を迂回することができ、したがってリレー内でアーク放電のリスクが低減されるため、リレーの寿命が増大されることである。したがって、関連するリレーに対する定格より高圧での動作が可能である。
【００２４】
少なくとも２つのスイッチングサブユニットを直列に接続することもできる。たとえば、リレーなどの電気機械スイッチおよびリレーなどの電気スイッチングサブモジュールを直列に接続することができ、それにより臨界安全の適用分野に対する安全を増大させる冗長保護機構を提供することができる。冗長性は、常に１つのスイッチが、他のスイッチに障害が生じた場合に回路を切断することができることを保証することになる。
【００２５】
本発明による電気スイッチおよびバス通信に対する少なくとも１つの端子の１つの特定の実施形態では、スイッチ内に最高で計４つのスイッチングサブモジュールを備えることができる。４つのスイッチングサブモジュールを有するスイッチでも、たとえばＤＩＮ７２５５２に準拠したｍｉｎｉ−ＩＳＯプラグなどの９つの端子を有する標準化されたＩＳＯプラグまたはソケットとともに使用することが可能なはずである。これらの９つの端子は、たとえば、様々なインレットおよびアウトレットに使用することができる。
【００２６】
さらなる実施形態によれば、インテリジェントスイッチは、電気機械スイッチングサブモジュール、制御ユニット、駆動ライン、電力ライン、状態ライン、ダイオード、およびセンサの群から選択された少なくとも１つの電気または電気機械構成要素を備える少なくとも１つの回路基板を備えることができる。スイッチング回路またはスイッチング回路の一部分を回路基板上に設けることで、モジュール性が実現され、それによりインテリジェントスイッチの構成要素を容易に交換することが可能になり、さらに、たとえば標準化されたコネクタ面を介して標準化された構造を維持しながら、ニーズに合わせてスイッチをカスタム化するためのシステムが提供される。
【００２７】
さらなる実施形態によれば、ベースから延びて互いに対向する少なくとも２つの回路基板部を内部側に設けることができ、各回路基板アセンブリは、制御ユニットおよびその接続ラインを有するスイッチング回路および／または制御回路の少なくとも１つの電気構成要素を備える。
【００２８】
２つの回路基板部を設けることによって、インテリジェントスイッチの取付け面を単一の回路基板部の値の最大２倍に増大させることができる。少なくとも２つの回路基板部は、少なくとも１つのコンタクト素子（または端子）に直列または並列に接続することができる。コンタクト基板部は、優先的に、ベースアセンブリから離れる方へ直交して延びることができ、電気構成要素は、優先的に、少なくとも２つのコンタクト基板部間の空間内に配置することができる。この結果、インテリジェントスイッチまたはヒューズでは、当該規格によって規定されたそのサイズが増大されることなく、電気構成要素を受け取るための取付け面が増大される。これにより、インテリジェントスイッチまたはコネクタの全体的なサイズを縮小させることができ、サイズの縮小は、インテリジェントスイッチの寸法のうち、当該規格によって包含または記載された最小値によって指定されていないものに関する（サイズの縮小は、たとえばコンタクトピンまたはフラットコネクタの長さの低減であると理解されるものではない）。
【００２９】
さらなる実施形態では、少なくとも１つのコンタクト素子（以下、端子に対する同義語である）は、コネクタ面から開放的にアクセス可能である。そのような開放的にアクセス可能なコンタクト素子は、たとえば、電気コネクタ、より厳密には少なくとも１つのコンタクト素子を、電気コネクタのコネクタ面に対して相補型のプラグソケット内へ差し込むことによって、スイッチの電気コネクタを容易に取り付けることを可能にする。
【００３０】
また、好ましくは、はんだ付けによって電気コネクタを回路基板に容易に取り付けるために、自動車の適用分野向けの電気コネクタを回路基板にはんだ付けするためのはんだ付けピンが、開放的にアクセス可能である。
【００３１】
別の実施形態では、少なくとも１つの導電素子が、少なくとも２つの回路基板部に接続される。導電素子は、少なくとも２つの回路基板部間の電気接続を確立するのに有利である。
【００３２】
少なくとも２つの回路基板部は、少なくとも１つの導電素子を介した電気接続を除いて、互いからガルバニック分離することができる。任意の数の導電素子を設けることができ、少なくとも２つの回路基板部を互いに電気的に接続することができる。複数の導電素子を使用して、一方の回路基板部から、第２の回路基板部上の異なる電気構成要素へ、駆動電流および／または電気的にコード化された信号を提供することができる。また、これらの導電素子を使用して、一方の回路基板部から他方の回路基板部へ制御信号を伝送することができる。
【００３３】
さらに別の実施形態では、絶縁素子が少なくとも２つの回路基板部を接続することができる。そのような絶縁素子は、少なくとも２つの回路基板部のそれぞれの機械的な安定性を増大させるために適用することができる。
【００３４】
さらなる実施形態では、少なくとも１つの導電素子は、ベースアセンブリに対して実質上平行に配置される。少なくとも１つの導電素子のそのような配置は、少なくとも２つの回路基板部間の空間の最適な使用を可能にする。導電素子が少なくとも２つの回路基板部間に斜めに配置された場合、その空間は減少するはずである。少なくとも１つの導電素子は、ピンの形の細長いコンタクト部材として実施することができ、または少なくとも２つの回路基板部に配置されて取り付けられたプレートとして実施することができる。
【００３５】
別の実施形態では、少なくとも２つの回路基板部および導電素子は、Ｕ字形状を構成する。
【００３６】
Ｕ字形状は、少なくとも１つの導電素子が、ベースアセンブリに対して遠位に位置する回路基板部の端部に配置された場合に得ることができる。そのような実施形態では、回路基板部は、Ｕ字の脚部に相当することができ、少なくとも１つの導電素子は、Ｕ字の底辺に相当する。Ｕ字の両脚部（少なくとも２つの回路基板部）が、ベースアセンブリに接続されるため、少なくとも２つの回路基板部および少なくとも１つの導電素子を備える全体的なアセンブリでは、安定性および振動に対する抵抗が増大する。
【００３７】
さらに別の実施形態では、さらなる回路基板部を備え、さらなる回路基板部は、少なくとも２つの回路基板部に本質的に直交するように向けられる。
【００３８】
さらなる回路基板部は、当接する回路基板部の縁部に沿って少なくとも２つの回路基板部に当接することができ、回路基板部間の接触線は、異なる導電素子（たとえば、コンタクトピン）の接触面積より大きくすることができる。そのような当接面積の増大により、少なくとも２つの回路基板部およびさらなる回路基板部の全体的なアセンブリの安定性が増大する。
【００３９】
さらなる回路基板部は、ベースアセンブリに対して平行に向けられることができ、さらにより好ましくは、ベースアセンブリから離れる方を向いている少なくとも２つの回路基板部の端部で、少なくとも２つの回路基板部に取り付けることができる。
【００４０】
さらなる回路基板部はまた、少なくとも１つの電気構成要素を備えることができる。さらなる回路基板部は、少なくとも２つの回路基板部のうちの少なくとも１つに電気的に接続することができる。
【００４１】
回路基板部の数を増大させることによって、利用可能な取付け面をさらに増大させることもできる。
【００４２】
別の実施形態では、さらなる回路基板部および少なくとも２つの回路基板部は、Ｕ字形状を形成する。上述したように、Ｕ字形状は、少なくとも２つの回路基板部およびさらなる回路基板部を備える全体的なアセンブリの安定性を増大させることができる。
【００４３】
Ｕ字の脚部は、少なくとも２つの回路基板部によって形成することができ、Ｕ字の底辺は、さらなる回路基板部によって形成することができる。
【００４４】
別の実施形態では、回路基板部は、個別回路基板上で実施される。各回路基板部を個別回路基板上に配置することで、障害または動作不良の場合に電気コネクタの取付けおよび取外しを容易にすることができ、また、回路基板部が個別回路基板上に実施されることによって、保守を容易にすることができる。さらに、個別回路基板は、一方の回路基板部の障害を、障害のある回路基板部に一時的に取って代わることができる第２の回路基板部によって補償することができように実施することができる。
【００４５】
別の実施形態では、さらなる回路基板部は、支承部材および支承レセプタクルの少なくとも１つを備え、少なくとも２つの回路基板部の少なくとも１つは、さらなる回路基板部の支承部材および支承レセプタクルの少なくとも１つに対して本質的に相補型に実施される支承レセプタクルおよび支承部材の少なくとも１つを備え、少なくとも１つの支承部材は、対応する支承レセプタクルと形状嵌合で係合する。
【００４６】
電気自動車スイッチは、少なくとも２つの回路基板部を備えるモノリシック回路基板を備えることができる。特に、実装面積の小さい電気自動車スイッチまたはコネクタの場合、モノリシックに実施された回路基板は、すべての回路基板部を一度に取り付けることができ、互いに位置決めする必要がないため、備えられる回路基板部を電気自動車用コネクタのベースアセンブリ上および／またはハウジング内へ取り付けることを容易にすることができる。
【００４７】
モノリシック回路基板は、最初から、前述のＵ字形状を構成することができる。
【００４８】
さらに別の実施形態では、モノリシック回路基板は、少なくとも１つの屈曲部を備える。
【００４９】
少なくとも１つの屈曲部は、優先的に、少なくとも２つの回路基板部のうちの少なくとも１つとさらなる回路基板部との間に備えることができる。屈曲部は、好ましくは、一方の回路基板部のうち別の回路基板部の縁部に接続する縁部に配置される。インテリジェントスイッチ内に、いくつかの屈曲部を備えることができる。
【００５０】
さらなる実施形態では、少なくとも１つの屈曲部は、曲げもしくは折れ、またはその両方である。
【００５１】
曲がった屈曲部は、曲げ半径を含むことができ、折れた屈曲部は、屈曲部の比較的鋭い曲げを含む。屈曲部は、任意の角度を構成することができるが、最も好ましくは、９０°に曲がりまたは折れている。
【００５２】
屈曲部の材料に応じて、対応する屈曲部に対して曲げまたは折れの１つのみが可能になることがある。
【００５３】
別の実施形態では、少なくとも１つの屈曲部は、局所的に減少した厚さを有する。局所的に減少した厚さは、屈曲部を容易に曲げることを可能にすることができ、または屈曲部を折ることを可能にすることができる。最初の厚さでは、折ったり曲げたりするのに適していないことがある。
【００５４】
回路基板を考慮すると、たとえば数ミリメートルの一般的な厚さの回路基板では、そのような回路基板を曲げたり折ったりすることはほとんど不可能である。そのような元のままの回路基板を曲げると、特定の曲げ角度が実現された場合、回路基板の表面上に亀裂が生じたり、さらには回路基板が破損したりすることは避けられないはずである。
【００５５】
屈曲部の局所的に減少した厚さは、元のままの回路基板と比較すると、増大した柔軟性を含むことができる。
【００５６】
厚さの低減は、回路基板の切削、化学エッチング、または屈曲領域の形状切断によって実現することができる。そのような技法は、局所的に減少した厚さを有する屈曲部を得るための例示的な方法としてのみ理解されたい。
【００５７】
優先的に、回路基板の最初の厚さから局所的に減少した厚さへの移行は、急勾配の縁部なく平滑に行われる。なぜなら、急勾配の縁部は、回路基板の亀裂および破損の危険を増大させるからである。
【００５８】
別の実施形態では、局所的に減少した厚さの領域内で、回路基板は、少なくとも１つの金属層まで本質的に縮小される。残りの金属層には、対応する厚さの回路基板材料層より柔軟であるという利点がある。
【００５９】
少なくとも１つの金属層は、優先的に銅を含み、銅層は、さらにより好ましくは、電気自動車用コネクタ内で適用される回路基板の銅層とすることができる。少なくとも１つの金属層はそれでもなお、回路基板材料層によって覆うことができ、回路基板材料層の厚さは、好ましくは、少なくとも１つの金属層の厚さを下回る。
【００６０】
さらに別の実施形態では、ベースアセンブリおよび少なくとも２つの回路基板のうちの少なくとも１つは、互いに形状嵌合で配置される。ベースアセンブリおよび少なくとも２つの回路基板のうちの少なくとも１つの形状嵌合は、利用可能な空間、特に電気自動車用コネクタのハウジングの空間を最適に使用することができるために有利である。
【００６１】
ベースアセンブリおよび２つの回路基板のうちの少なくとも１つは、形状嵌合接続でさらに配置することもでき、すなわち互いに取外し可能にロックすることができる。ベースアセンブリと少なくとも１つの回路基板との間の形状嵌合は、溝によって係合させることができる。
【００６２】
以下、本発明の電気自動車用コネクタについて、添付の図を参照して例として説明する。後述する個々の実施形態の技術的な特徴は、任意に組み合わせることができ、または省略される技術的な特徴によって得られる技術的な効果が本発明にとって重要でない場合は省略することができる。同じ技術的な効果を有する同じ要素または要素は、同じ参照番号で示す。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１の実施形態によるインテリジェントスイッチの概略図である。
【図２】さらなる実施形態におけるインテリジェントスイッチの概略図である。
【図３】別の実施形態によるインテリジェントスイッチの概略図である。
【図４】本発明のコネクタの一実施形態を示す斜視側面図である。
【図５】本発明の電気コネクタの別の実施形態を示す斜視側面図である。
【図６】本発明の自動車用コネクタの別の実施形態を示す斜視側面図である。
【図７】本発明の電気コネクタの別の実施形態を示す斜視側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図１では、自動車の適用分野向けのインテリジェントスイッチ１００、特にリセット可能またはプログラム可能なヒューズ１０１の概略図が示されている。
【００６５】
インテリジェントスイッチ１００は、少なくとも１つのインレット１０３および少なくとも１つの負荷アウトレット１０５を備える。インレット１０３は、たとえば負荷ラインに対する入力ポートとすることができる。アウトレット１０５は、たとえば負荷ラインに対する出力ポートとすることができる。インレット１０３およびアウトレット１０５は、インテリジェントスイッチ１００の端子９（またはコンタクト素子）、たとえばコンタクトピンまたはコンタクトソケットとすることができる。
【００６６】
図１に示す第１の実施形態では、インテリジェントスイッチ１００、たとえばリセット可能および／またはプログラム可能なヒューズ１０１は、ちょうど１つのインレット１０３および１つのアウトレット１０５を備える。
【００６７】
スイッチ回路１０７が、少なくとも１つのインレット１０３および少なくとも１つのアウトレット１０５を電気的に接続する。スイッチ回路１０７は、少なくとも１つの電気機械スイッチングサブモジュール１０９を電気機械構成要素２９として備え、少なくとも１つの電気スイッチングサブモジュール１１１を電気構成要素２７として備える。
【００６８】
図１に示す例示的な実施形態では、スイッチ回路１０７は、１つの電気機械スイッチングサブモジュール１０９および１つの電気スイッチングサブモジュール１１１を備える。電気機械スイッチングサブモジュール１０９、たとえば単安定スイッチングモジュール１１３、および電気スイッチングサブモジュール１１１、たとえば電界効果トランジスタ１１７（たとえば、パワーＭＯＳＦＥＴ）などの半導体スイッチ１１５は、スイッチ回路１０７内で並列に接続される。すなわち、スイッチ回路１０７は、インレット１０３の後に、２つのサブパス１１９ａ、１１９ｂに分割される経路１１９を備える。単安定スイッチングサブモジュール１１３、たとえば単安定リレーは、サブパス１１９ａ内に配置される。半導体スイッチ１１５は、サブパス１１９ｂ内に配置される。電気機械スイッチングサブモジュール１０９および電気スイッチングサブモジュール１１１の後で、第１のサブパス１１９ａおよび第２のサブパス１１９ｂは組み合わされ、その後、経路１１９は最終的にアウトレット１０５に接続される。
【００６９】
図示の実施形態では、回路１２１は、インテリジェントスイッチ１００またはヒューズ１０１に加えて、たとえば自動車の適用分野向けのスイッチ１００を使用する場合に自動車（図示せず）の接地１２５につながる電気負荷１２３を備える。
【００７０】
図１に示す実施形態では、インテリジェントスイッチ１００は、スイッチングサブモジュール１０９、１１１の動作状態を制御するためのたとえばマイクロコントローラ１２９などの制御ユニット１２７をさらに備える。単安定スイッチングサブモジュール１１３において、動作状態は、たとえば「オン」または「オフ」とすることができ、すなわちリレーは閉じ（「オン」）、したがってサブパス１１９ａを介して経路１１９をインレット１０３からアウトレット１０５へ接続し、または「オフ」になり、すなわち経路１１９を切断する。電気スイッチングサブモジュール１１１において、動作状態は同様に、「オン」もしくは「オフ」とすることができ、またはパルス幅変調を介して負荷１２３へ供給され、したがって出力電圧の変動を可能にする電流の特定の値に対応する。
【００７１】
制御ユニット１２７は、駆動ライン１３１を介して電気機械スイッチングサブモジュール１０９に接続され、別の駆動ライン１３３を介して電気スイッチングサブモジュール１１１に接続される。単安定リレーが単安定スイッチングモジュール１１３として使用される場合、駆動ライン１３３は、マイクロコントローラ１２９をドライバに、ここではリレードライバ１３５に接続する。ドライバ１３５は、スイッチング単安定スイッチングモジュール１１３に作用し、駆動ライン１３３を介して制御ユニット１２７から対応する信号を受け取った後、電気機械スイッチングサブモジュール１１３を特定の動作状態、一般に「オフ」状態にし、経路１１９を遮断する。
【００７２】
制御ユニット１２７は、インテリジェントスイッチ１００の外側に位置するネットワークシステム（詳細には図示せず）に制御ユニット１２７を接続するための制御インターフェース１３７を備える。図１に示す実施形態では、インテリジェントスイッチ１００は、単一の制御インターフェース１３７を備える。図示の実施形態では、制御インターフェース１３７は、インテリジェントスイッチ１００のコネクタ１（図１には図示せず）内の１つの端子９である。
【００７３】
制御インターフェース１３７は、インテリジェントスイッチ１００の制御ユニット１２７を自動車のマスタコントローラ、たとえばエンジンまたは電気制御ユニット（図示せず）に接続するためのバスシステム１３９に接続することができる。バスシステム１３９は、たとえば、マスタコントローラからのデータをインテリジェントスイッチ１００の制御ユニット１２７へ送り、またはインテリジェントスイッチ１００に関するその制御ユニット１２７からの情報を送ることを可能にするＬＩＮバスまたは任意の他の好ましくは単一ワイアネットワークとすることができる。しかし、Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＣＡＮ）、ＦｌｅｘＲａｙ、Ｍｅｄｉａ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ、およびＬｏｗ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｉｇｎａｌｉｎｇのような他の既存の通信技術を使用することもできる。
【００７４】
図１に示す実施形態では、ヒューズ１０１は、分離された電力接続を必要としない自己支持モジュールである。インテリジェントスイッチ１００は、経路１１９からその電力を引き出す。そのために、制御ユニット１２７は、電源ライン１４１を介してインレット１０３に接続される。図示の実施形態では、過電圧保護１４３、たとえばダイオードが電源ライン１４１内に配置され、したがってマイクロコントローラ１２９の損傷を回避する。図示の実施形態では、制御ユニット１２７は、接地端子１５５にさらに接続される。
【００７５】
図１に示す実施形態では、インテリジェントスイッチ１００は、診断サブモジュール１４４を備える。診断サブモジュール１４４は、スイッチングサブモジュール１０９、１１１の動作状態、経路電流Ｉ、温度Ｔ、および電圧Ｕの少なくとも１つを検出するための少なくとも１つのセンサ１４５を備える。図示の実施形態では、それぞれのサブパス１１９ａ、１１９ｂ内に、接触状態モニタ１４７が配置される。接触状態モニタ１４７は、状態ライン１４９を介して、制御ユニット１２７に接続される。接触状態モニタ１４７によって検出されたスイッチングサブモジュール１０９、１１１の動作状態は、状態ライン１４９を介して制御ユニット１２７へ出力することができる。
【００７６】
図１に示す実施形態では、インテリジェントスイッチ１００は、第１のサブパス１１９ａ内の電流Ｉを検出する電流センサ１５１を、前記サブパス１１９ａ内にさらに備える。電流は、ホール効果電流センサによって連続して監視することができる。さらなる状態ライン１４９ａを介して、サブパス１１９ｂ内の電流Ｉを表すデータを電流センサ１５１から制御ユニット１２７へ伝送することができる。図１に示す実施形態では、電気スイッチングサブモジュール１１１は、いわゆるスマートＦＥＴ１１７、すなわち電界効果トランジスタ１１７に基づく半導体スイッチ１１５とすることができ、その上に電流センサ１５１などの診断デバイスをさらに備えており、したがって保護機構と診断機構を組み合わせている。スマートＦＥＴ１１７の電流センサ１５１もまた、状態ライン１４９ａを介して制御ユニット１２７に接続される。
【００７７】
インテリジェントスイッチ１００は、温度センサ１５３をさらに備える。図示の実施形態では、温度センサ１５３は、マイクロコントローラ１２９の内部温度センサである。
【００７８】
要約すると、インテリジェントスイッチ１００は、スイッチングサブモジュール１０９、１１１の動作状態、サブパス１１９ａおよび１１９ｂ内の電流、したがって電圧、ならびに温度を検出することが可能なセンサ１４５を備える。したがって、マイクロコントローラ１２９は、スイッチングサブモジュール１０９、１１１の接触状態、サブパス１１９ａおよび１１９ｂ内の電流および／または電圧、ならびにスイッチ１００内の温度に関するデータを受け取ることができる。制御ユニット１２７は、状態ライン１４９、１４９ａを介してセンサ１４５から受け取ったそれぞれのデータに基づいて、たとえば、過負荷、過電圧、短絡、または熱安定性があるかどうかを決定することができる。動作不良、すなわち過負荷、過電圧、短絡がなく、熱安定性がある場合、制御ユニット１２７は、制御インターフェース１３７に接続されたバスシステム１３９を介して、自動車のマスタコントローラに状態を送ることができる。動作不良、たとえば過負荷、過電圧、短絡、または熱不安定性がある場合、制御ユニット１２７は、それに応じてそのスイッチングモジュール１０９、１１１の動作状態を変更するように、たとえば単安定リレーを開き、したがって経路１１９を遮断するように、駆動ライン１３１、１３３を介してデータを送ることによって、適当な方策をとることができる。
【００７９】
図１に示す第１の実施形態のスイッチ回路１０７は、回路基板２１上に位置することができる。図示の実施形態では、スイッチ回路１０７のすべての電気構成要素２７および電気機械構成要素２９が、単一の回路基板２１内にある。
【００８０】
図２は、同じくリセット可能および／またはプログラム可能なヒューズ１０１として実施することができる自動車の適用分野向けのインテリジェントスイッチ１００の別の実施形態を示す。
【００８１】
以下、図１に示す実施形態と比較した図２に示すインテリジェントスイッチ１００実施形態の違いのみについて説明する。
【００８２】
図２に示す実施形態のインテリジェントスイッチ１００は、第１の経路１１９および第２の経路１１９’を備える。したがって、インテリジェントスイッチ１００は、２つのインレット１０３、１０３’および２つのアウトレット１０５、１０５’を備える。第１の経路１１９内には、電気機械スイッチングサブモジュール１０９、たとえば単安定スイッチングサブモジュール１１３／電気スイッチングサブモジュール１１１が配置されており、ドライバ１３５を介してその動作状態を変化させることができる。図１に示す実施形態と同様に、接触状態モニタ１４７および電流センサ１５１が経路１１９内に配置される。
【００８３】
第２の経路１１９’内には、電気スイッチングサブモジュール１１１が配置され、ならびに電気スイッチングサブモジュール１１１の動作状態を検出および出力することが可能な接触状態モニタ１４７が配置される。第１の経路１１９および第２の経路１１９’をそれぞれ備える各回路１２１、１２１’が、たとえば自動車の接地１２５に接続された異なる負荷１２３、１２３’を備える。
【００８４】
図２に示す実施形態のインテリジェントスイッチ１００は、制御ユニット１２７がインテリジェントスイッチ１００の上に位置しておらず、スイッチ１００の外側に位置する別個のユニットであるということから、図１に示す実施形態とは異なる。制御ユニット１２７は、制御ユニット１２７を電気スイッチングサブモジュール１１１に直接接続する駆動ライン１３１と、ドライバ１３５を介して電気機械スイッチングサブモジュール１０９に接続する駆動ライン１３３と、を介して、スイッチングサブモジュール１０９、１１１を制御する。さらに、状態ライン１４９、１４９ａは、制御ユニット１２７をインテリジェントスイッチ１００のセンサ１４５に接続する。
【００８５】
図２に示す実施形態では、インテリジェントスイッチ１００、たとえば電気ヒューズ１０１は、２つの異なる負荷１２３、１２３’に対する２つの異なる経路１１９、１１９’に作用することができる。
【００８６】
図示されていないさらなる代替形態では、２つの別個の経路１１９、１１９’を有するのではなく、電気機械スイッチングサブモジュール１０９および電気スイッチングサブモジュール１１１を同じ経路内で直列に配置することができる。これは、たとえば、図２に示すアウトレット１０５をインレット１０３’に接続し、負荷１２３を除去することによって実現することができる。そのような実施形態は、臨界負荷にとって有利となることができ、スイッチングサブモジュール１０９および１１１を直列に接続することによって、臨界負荷に対するヒューズ機能内の冗長性が実現される。したがって、このさらなる代替形態により、安全が高められる。このさらなる代替形態では、２つのスイッチングサブモジュールを直列に使用することによって、スイッチオフイベントがより確実になる。
【００８７】
図３では、本発明によるインテリジェントスイッチ１００の別の実施形態が概略的に示されている。スイッチ回路１０７は、９つの端子９に接続するように設計されており、３つのインレット１０３、１０３’、１０３”と、４つのアウトレット１０５、１０５’、１０５”、１０５”’と、１つの接地端子１５５と、１つの制御インターフェース１３７とを備える。図１に示す実施形態と同様に、図３に示す実施形態のインテリジェントスイッチ１００は、回路基板２１上のすべての電気構成要素２７ならびにすべての電気機械構成要素２９を備える。
【００８８】
図３に示す実施形態では、インテリジェントスイッチ１００は、３つの経路１１９、１１９’、１１９”に対処することが可能である。図２に示す実施形態と同様に、図２の経路１１９に対応する１つの経路１１９’内に、単安定の電気機械スイッチングサブモジュール１０９が配置され、図３の経路１１９”に主に対応する別の経路１１９”内に、電気スイッチングサブモジュール１１１が配置される。さらなる経路１１９は、並列に配置された２つの電気機械スイッチングサブモジュール１０９を備える。図３に示す実施形態では、これらの電気機械スイッチングサブモジュール／サブユニット１０９は、双安定スイッチングサブユニット／サブモジュール１５７であり、それぞれのドライバ１３５、１３５’によって駆動される。単安定スイッチングサブモジュール１１３とは対照的に、双安定スイッチングサブモジュール１５７は、２つの別個の状態を得ることができ、これをそれぞれのドライバ１３５、１３５’からその対応する双安定スイッチングサブモジュール１５７へ引いた２本の線で示す。ドライバ１３５、１３５’は、駆動ライン１５９、１６１を介して制御ユニット１２７に接続される。
【００８９】
当然ながら、代替実施形態では、スイッチングサブモジュールの任意の組合せが可能である。たとえば、電気スイッチングサブモジュール１１１をさらなる経路１１９内の電気機械スイッチングサブモジュールと並列に接続することができる限り、図３に示す設計を変更することができ、２つの電気機械スイッチングサブモジュール１０９、たとえば１つの双安定リレーおよび単安定リレーを、それぞれ経路１１９’および１１９”内に配置することができる。
【００９０】
電気機械スイッチングサブモジュール１０９および電気スイッチングサブモジュール１１１を１つの経路内で並列に配置することで、電気機械スイッチングサブモジュール１０９に対する寿命を延ばす解決策としてインテリジェントスイッチ１００を使用することが可能になる。電気機械リレーに伴う１つの問題は、コンタクト間の望ましくないアーク放電である。望ましくないアーク放電は、最終的に、スイッチングイベントが発生したとき、コンタクトの遮断を招いたり、破壊的なアークエネルギーによるコンタクト面の損傷のため、リレーに障害を与えたりするおそれがある。電気スイッチングサブモジュール１１１、たとえばパワーＭＯＳＦＥＴと、リレーなどの電気機械スイッチングサブモジュール１０９との並列の組合せを使用する実施形態では、望ましくないアーク放電が低減される。負荷を切り換えるには、まず電気スイッチングサブモジュール１１１をオンにし、次いで電気機械スイッチングサブモジュール１０９が引き継ぐ。これにより、電気スイッチングサブモジュール１１１を通って突入電流を迂回するのを助け、電気機械スイッチングサブモジュール１０９のコンタクトに対するアーク放電の影響を低減させる。
【００９１】
図１〜３の実施形態では、制御ユニット１２７を単一のユニットとして示したが、インテリジェントスイッチ１００は、２つ以上、たとえば２つの別個の制御ユニットを備えることができる（実施形態は図示せず）。別個の制御ユニットは、スイッチ１００の異なるサブモジュール１０９、１１１と通信して制御することができる。さらに、別個の制御ユニットは互いに通信することができる。たとえば、１つの第１の制御ユニットが、バスシステムの入力を構成することができ、第１の制御ユニットの出力を、第２の制御ユニットの入力に接続することができる。第２の制御ユニットの出力は、バスシステム内のインテリジェントスイッチ１００の出力であり、このスイッチ１００を別のスイッチまたはマスタに接続する。
【００９２】
図１〜３に概略的に示すインテリジェントスイッチ１００またはその任意の他の実施形態は、ベースアセンブリ１１を備える電気コネクタ１を備えることができ、ベースアセンブリ１１は、一方の側に、インレット１０３、アウトレット１０５、制御ユニット１２７もしくは接地端子１５５の制御インターフェース１３７に対応または電気的に接続することができる端子９またはコンタクト素子を備えるコネクタ面７を有する。
【００９３】
ベースアセンブリ１１を含む電気コネクタ１は、コネクタ面７とは反対側に内部側１７を有することができ、内部側１７にスイッチ回路１０７が設けられる。以下に示すように、コネクタ面７は、少なくとも３つの端子９を備えることができるが、好ましくは９つの端子９を有するコネクタ面を構成する。
【００９４】
以下で詳細に説明するように、自動車の適用分野向けのインテリジェントスイッチ１００は、ベースアセンブリ１１から延びて互いに対向する少なくとも２つの回路基板部１９を内部側１７に設けることができ、少なくとも２つの回路基板部１９はそれぞれ、スイッチ回路１０７の少なくとも１つの電気構成要素２７／または電気機械構成要素２９を備える。
【００９５】
図４では、本発明のインテリジェントスイッチ１００の一実施形態が示されている。スイッチ１００は、図４に示す電気コネクタ１を備えており、プラグイン形式５でヒューズ１０１またはリレー３として実施される。
【００９６】
プラグイン形式５は、多数のコンタクト素子または端子９を備えるコネクタ面７を特徴とする。電気コネクタ１は、端子９を受け取るベースアセンブリ１１をさらに備える。
【００９７】
コンタクト素子または端子９は、ベースアセンブリ１１からコネクタ側１３へコネクタ方向１５に延びる。インテリジェントスイッチ１００の電気コネクタ１は、コネクタ方向１５に沿って、たとえば車内に設けられた対応するプラグソケット内へ差し込むことができる。
【００９８】
電気コネクタ１は、コネクタ面７とは反対側に内部側１７を備え、内部側１７上には、ベースアセンブリ１１から延びる２つの回路基板部１９が設けられる。
【００９９】
２つの回路基板部１９は、ベースアセンブリ１１に本質的に直交しかつ互いに平行に向けられている。２つの回路基板部１９はそれぞれ、回路基板２１上で実施され、図４の実施形態に示す回路基板２１は、個別回路基板２１ａである。回路基板２１ａまたは回路基板部１９は、スイッチ電流１０７の電気構成要素２７および電気機械構成要素２９を備える。
【０１００】
個別回路基板２１ａはそれぞれ、回路基板２１間の空間２５の方に面している取付け容積２３と、前記空間２５から反対側を向く取付け容積２３とを画定する。図４では、取付け容積２３を矩形によって示す。
【０１０１】
回路基板部１９はそれぞれ、取付け容積２３内に、図４では２つの例示的な電気構成要素２７によって示すスイッチ電流１０７の少なくとも１つの電気構成要素２７または電気機械構成要素２９を備えることができる。
【０１０２】
図４は、ベースアセンブリ１１の内部側１７に配置されかつ／または取り付けられた伝送素子３１をさらに示し、伝送素子３１は、コンタクト素子９に接続されまたはモノリシックに実施される。伝送素子３１は、貫通孔技術３３を介して個別回路基板２１ａに機械的かつ電気的に接続され、すなわち伝送素子３１は、個別回路基板２１ａ内の貫通孔５５に挿入され、その後、前記個別回路基板２１ａにはんだ付けされる。伝送素子３１は、端子９からの電気信号および／または電源電圧を、個別回路基板２１ａ上に配置された電気構成要素２７または電気機械構成要素２９へ伝送する。
【０１０３】
見やすくするため、ベースアセンブリ１１と回路基板２１との間の機械的接続について、図５を参照して説明する。
【０１０４】
図５は、同じくプラグイン形式５で実施される自動車の適用分野向けの電気コネクタ１の第２の実施形態を示す。
【０１０５】
図５に示す第２の実施形態の基本的なアセンブリは、図４の第１の実施形態と本質的に同じであるが、第２の実施形態では、多数の導電素子３７（導電素子３７の１つのみに参照番号を提供する）が、２つの個別回路基板２１ａを接続している。
【０１０６】
導電素子３７は、貫通孔技術３３を介して個別回路基板２１ａに取り付けられる。確立された電気接続３９は、一方の個別回路基板２１ａから他方の個別回路基板２１ａへの電気的にコード化されたデータおよび／または供給電圧の伝送を可能にする。
【０１０７】
導電素子３７はまた、双方向の矢印で示す振動方向４１に沿った個別回路基板２１ａの振動を防止し、または少なくとも低減させることによって、個別回路基板２１ａを機械的に安定させる。
【０１０８】
個別回路基板２１ａおよび導電素子３７は、Ｕ字形状４３に配置される。
【０１０９】
図５は、２つの個別回路基板２１ａが、ベースアセンブリ１１の内部側１７に配置された形状嵌合部材４５内に受け取られていることをさらに示す。形状嵌合部材４５は、溝４７として実施される。２つの個別回路基板２１ａは、内部側１７の方へ開いている２つの溝４７内に部分的に受け取られており、それにより各溝４７は、対応する個別回路基板２１ａと形状嵌合４９で係合する。
【０１１０】
個別回路基板２１ａは、溝４７内にゆるく受け取ることができ、溝４７内へ圧入することができ、または適当な固定手段（たとえば、図５には図示しないが、ねじ）によって、溝４７に機械的に締め付けもしくは固定することができる。
【０１１１】
図５に示す本発明の電気コネクタ１の第２の実施形態は、図４の第１の実施形態に類似している取付け容積２３を備えるが、導電素子３７のため、コネクタ方向１５とは反対の方向における取付け容積２３の寸法はわずかに縮小されている。
【０１１２】
しかし、図５に示す第２の実施形態の導電素子３７は、上側５１からのアクセスから電気構成要素２７を保護することができる。
【０１１３】
図６は、同じくプラグイン形式５でリレー３として実施される本発明の電気コネクタ１の第３の実施形態を示す。
【０１１４】
この第３の実施形態は、４つの支承部材５５によって２つの回路基板部１９に取り付けられたさらなる回路基板部５３を備え、４つの支承部材５５は、さらなる回路基板部５３から延びており、２つの個別回路基板２１ａ内でベースアセンブリ１１に対して遠位側に実施された支承レセプタクル５７内に受け取られる。
【０１１５】
支承レセプタクル５７および支承部材５５は、形状嵌合４９で互いに係合し、すなわち支承部材５５は、支承レセプタクル５７の内部に当接し、支承レセプタクル５７は、支承部材５５を取外し可能に受け取る。支承部材５５および支承レセプタクル５７は、互いに対して本質的に相補型である。
【０１１６】
図６に示す電気コネクタ１の実施形態では、支承部材５５は、空間２５内にも、個別回路基板２１ａの支承レセプタクル５７からも延びていない。
【０１１７】
さらなる回路基板部５３は、さらなる回路基板５９上に配置されており、さらなる回路基板５９は、個別回路基板２１ａに本質的に直交しかつベースアセンブリ１１に対して本質的に平行に向けられている。
【０１１８】
さらなる回路基板５９は、追加の取付け容積２３を画定しており、追加の取付け容積２３内では、さらなる回路基板５９にさらなる電気構成要素２７または電気機械構成要素２９を取り付けることができる。
【０１１９】
さらなる回路基板５９は、図６に屈曲した導電素子３７の形態で例示的に示す導電素子３７によって、個別回路基板２１ａのうちの少なくとも１つに電気的に接続することができる。
【０１２０】
また、図６に示す自動車の適用分野向けの本発明のインテリジェントスイッチ１００の実施形態でも、個別回路基板２１ａおよびさらなる回路基板５９は、Ｕ字形状４３を形成する。
【０１２１】
図７は、同じくプラグイン形式５で実施される本発明の電気コネクタ１の第４の実施形態を示す。
【０１２２】
図４〜６に示した３つの実施形態とは異なり、図７のこの実施形態は、個別回路基板２１ａを備えておらず、モノリシック回路基板６１によって形成される。
【０１２３】
モノリシック回路基板６１は、ベースアセンブリ１１に本質的に直交しかつ互いに本質的に平行に向けられている２つの回路基板部１９と、２つの回路基板部１９に本質的に直交しかつベースアセンブリ１１に対して本質的に平行に向けられているさらなる回路基板部５３とを備える。
【０１２４】
モノリシック回路基板６１の端部は、ベースアセンブリ１１の溝４７内に受け取られて、溝４７と形状嵌合４９で係合される。
【０１２５】
２つの回路基板部１９のそれぞれとさらなる回路基板部５３との間には、屈曲部６３を備える。
【０１２６】
図７に示す実施形態では、回路基板部１９のＣＢＳ幅ｗ１は、さらなる回路基板部５３の頂部幅ｗ２より大きい。屈曲部６３は、同じ頂部幅ｗ２を有するさらなる回路基板部５３に沿って延びる。
【０１２７】
図７に示す実施形態の屈曲部６３は、曲げ部６５であるが、可能な異なる実施形態では、折れ部（図示せず）とすることもできる。
【０１２８】
曲げ部６５の結果、２つの回路基板部１９のそれぞれとさらなる回路基板部５３との間に曲げ角度６７が得られる。曲げ角度６７は、約９０°の直角である。
【０１２９】
屈曲部６３は、回路基板の厚さ７１より小さい減少した厚さ６９（拡大図７０に示す）を備える。この減少した厚さ６９の結果、屈曲部６３の柔軟性７３が増大する。
【０１３０】
屈曲部６３は、回路基板部１９間の空間２５から反対側を向く電気自動車用コネクタ１の側壁７５およびさらなる回路基板部５３に位置する。この解決策には、屈曲部６３の曲げ半径７７が、屈曲部６３がインテリジェントスイッチ１００の内壁７９に位置する場合に得ることができる曲げ半径７７より大きいという利点がある。曲げ半径７７を増大させることで、それぞれ屈曲部６３に対する亀裂および／または深刻な損傷のリスクが低減される。
【０１３１】
図７の拡大図７０では、屈曲部６３の詳細な構造が示されている。モノリシック回路基板６１は、減少した厚さ６９の領域内で薄くなっており、その結果、金属層８１および回路基板材料８５の残留層８３が残っている。金属層は、優先的に、銅層８７である。
【０１３２】
電気構成要素２７は図４および図５のみに示されているが、図３および４の実施形態でも、電気構成要素２７を備えることができる。本発明の電気コネクタ１の第１の実施形態に記載した技術的な特徴は、図５、図６、および図７に後述した実施形態でも見ることができるが、簡潔にするために繰り返していない。簡単にするため、スイッチ電流１０７のすべての電気構成要素２７および電気機械構成要素２９を図４〜７に示したわけではない。したがって、図４〜７では、導管１１９の配線は省略されている。
【０１３３】
インテリジェントスイッチ１００全体は、コネクタハウジング内に含むことができる。コネクタハウジングについては、図示していないが、本明細書に示す電気コネクタ１に一般的に適用されるものである。
【０１３４】
図４〜７に示す実施形態の実装面積は、電気自動車用コネクタ１に使用される準拠する規格によって定義される。図示した４つの実施形態の例示的な規格は、たとえば自動車用リレーまたはヒューズに対するｍｉｎｉ−ＩＳＯプラグイン式規格である。コンタクト素子９の配置およびサイズは、独国ＤＩＮ規格ＤＩＮ７２５５２に見出すことができる。
【０１３５】
スイッチングサブモジュール（たとえば、２つの双安定、１つの単安定、およびスマートＦＥＴ）の組合せを有する本発明のモジュールの自動車の適用分野向けのインテリジェントスイッチは、単一のケース内に２つ以上のスイッチング機能を提供する。スイッチを並列に使用することで、空間および重量が最適化されたアーキテクチャが可能になる。含まれるスイッチングサブモジュールの任意の他の電気的な組合せにより、機能的な安全が増大される。電力信号に対する電気コンタクトに加えて、本発明のスイッチは、車両ＥＣＵとの直接通信を提供する４ピンＬＩＮバスインターフェースによって独立して制御することができる。これにより、制御アーキテクチャにとって最高の柔軟性が導入され、それによって分散化されたモジュールの必要に対処する。
【０１３６】
したがって、本発明は、過電圧および逆の電池極性などに対する様々な保護を組み込み、診断機能も同様に含むことができる。したがって、本発明は、短絡または過電圧状態などの異常の場合に負荷を切断するため、ヒューズの機能に相当することができる。本発明は、将来の車両におけるあらゆる配電および制御アーキテクチャをも可能にする。
【０１３７】
本発明のインテリジェントスイッチは、制御ワイアの数を削減するのに役立つだけでなく、既存のプラットホームに適合した小型の形状を提供する。本発明のインテリジェントスイッチは、単純なスイッチング素子（すなわち、電気機械リレー）を、２つ以上のスイッチング機能を有するインテリジェントデバイスに変換し、特定の実施形態では、そのコマンダユニットと通信することに加えて、その状態および条件に関する情報を提供することができる。本発明のインテリジェントスイッチはまた、異なるシナリオ（たとえば、制御ユニット内で実装されるソフトウェア）に基づいて、ＥＣＵが障害イベントを処理する前でも、単独で決定を下すことができる。
【０１３８】
このスイッチは、柔軟性およびモジュラ性のあるアーキテクチャ／ハードウェアを有する。したがって、顧客の好みに基づいて、わずかな、主にソフトウェアの修正だけで、モジュール内に異なる数／タイプのスイッチング素子を有する様々な商品を開発することができる。さらに、自動ノードアドレス指定により、このスイッチは、修理および保守に対して非常に頑丈になる。交換モジュールに対して、余分なアドレス指定の修正は不要である。
【符号の説明】
【０１３９】
１  電気コネクタ
３  リレー
５  プラグイン形式
７  コネクタ面
９  コンタクト素子
１１  ベースアセンブリ
１３  コネクタ側
１５  コネクタ方向
１７  内部側
１９  回路基板部
２１  回路基板
２１ａ  個別回路基板
２３  取付け容積
２５  空間
２７  電気構成要素
２９  電気機械構成要素
３１  伝送素子
３３  貫通孔技術
３５  孔
３７  導電素子
３９  電気接続
４１  振動方向
４３  Ｕ字形状
４５  形状嵌合部材
４７  溝
４９  形状嵌合
５１  上側
５３  さらなる回路基板部
５５  支承部材
５７  支承レセプタクル
５９  さらなる回路基板
６１  モノリシック回路基板
６３  屈曲部
６５  曲げ部
６９  減少した厚さ
７０  ズーム
７１  回路基板の厚さ
７３  柔軟性
７５  側壁
７７  曲げ半径
７９  内壁
８１  金属層
８３  残留層
８５  回路基板材料
８７  銅層
１００  インテリジェントスイッチ
１０１  ヒューズ
１０３、１０３’、１０３”  インレット
１０５、１０５’、１０５”、１０５”  アウトレット
１０７  スイッチ回路
１０９  電気機械スイッチングサブモジュール
１１１  電気スイッチングサブモジュール
１１３  単安定スイッチングサブモジュール
１１５  半導体スイッチ
１１７  電界効果トランジスタ
１１９  経路
１１９ａ、１１９ｂ  サブパス
１２１  回路
１２３  負荷
１２５  接地
１２７  制御ユニット
１２９  マイクロコントローラ
１３１  駆動ライン
１３３  駆動ライン
１３５  ドライバ
１３７  制御インターフェース
１３９  バスシステム
１４１  電源ライン
１４３  過電圧保護
１４４  診断サブモジュール
１４５  センサ
１４７  接触状態モニタ
１４９、１４９ａ  状態ライン
１５１  電流センサ
１５３  温度センサ
１５５  接地端子
１５７  双安定スイッチングサブモジュール
１５９  駆動ライン
１６１  駆動ライン
Ｉ  経路  電流
Ｔ  温度
Ｖ  電圧
ｗ１  ＣＢＳ幅
ｗ２  頂部幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018082611.tif 000008
【図７】
2018082611.tif 000009
【外国語明細書】
2018082611000001.pdf