(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両（１００）用の車載電気システム（１）であって、
・動的に変化する第１の電気的負荷（４）を含む第１の車載電気システム分岐（２）、
・敏感な第２の電気的負荷（８）を含む第２の車載電気システム分岐（７）、ならびに、
・前記第１の車載電気システム分岐（２）と前記第２の車載電気システム分岐（７）との間に設置される、制御可能な第１のスイッチングデバイス（１１）
を有し、
前記第１のスイッチングデバイス（１１）は、
・前記第１の車載電気システム分岐（２）から前記第２の車載電気システム分岐（７）へ向かう第１の電流方向（２０１）にのみ一方向に電流を流す第１のスイッチング状態、または、
・前記第２の車載電気システム分岐（７）から前記第１の車載電気システム分岐（２）に向かう第２の電流方向（２０２）と、前記第１の電流方向（２０１）とに、双方向に電流を流す第２のスイッチング状態
をとるように構成され、
前記車載電気システム（１）はさらに、
・前記第１の車載電気システム分岐（２）と前記第２の車載電気システム分岐（７）との間に、前記第１のスイッチングデバイス（１１）に並列接続された、ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）と制御可能な第２のスイッチングデバイス（１２）との直列接続体
を有し、
・前記第１の車載電気システム分岐（２）は第１のエネルギー蓄積器（３）を有し、
・前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）は、前記第２の車載電気システム分岐（７）の電流を用いて前記第１の車載電気システム分岐（２）の前記第１のエネルギー蓄積器（３）の充電を行うように構成されており、
・前記第２のスイッチングデバイス（１２）は、
前記第２の車載電気システム分岐（７）から前記第１の車載電気システム分岐（２）に向かう第１の電流方向（２０３）にのみ、一方向に電流を流す第１のスイッチング状態、または、
前記第１の車載電気システム分岐（２）から前記第２の車載電気システム分岐（７）に向かう第２の電流方向（２０４）と、前記第１の電流方向（２０３）とに、双方向に電流を流す第２のスイッチング状態
をとるように構成されている、
車載電気システム（１）。
【請求項２】
前記車載電気システム（１）はさらに、
・第３の車載電気システム分岐（５）、ならびに、
・前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）と前記第３の車載電気システム分岐（５）との間に設置された、制御可能な第３のスイッチングデバイス（１３）
を有し、
前記第３のスイッチングデバイス（１３）は、
前記第３の車載電気システム分岐（５）から前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）へ向かう第１の電流方向（２０５）にのみ、一方向に電流を流す第１のスイッチング状態、または、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）から前記第３の車載電気システム分岐（５）へ向かう第２の電流方向（２０６）と、前記第１の電流方向（２０５）とに、双方向に電流を流す第２のスイッチング状態
をとるように構成されている、
請求項１記載の車載電気システム（１）。
【請求項３】
・前記第３の車載電気システム分岐（５）は第３のエネルギー蓄積器（６）を有し、
・前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）はさらに、前記第３の車載電気システム分岐（５）の前記第３のエネルギー蓄積器（６）の電流を用いて、前記第１の車載電気システム分岐（２）の前記第１のエネルギー蓄積器（３）の充電を行い、および／または、その逆の充電を行うように構成されている、
請求項２記載の車載電気システム（１）。
【請求項４】
・前記第１のスイッチングデバイス（１１）と前記第２のスイッチングデバイス（１２）と前記第３のスイッチングデバイス（１３）とのうち少なくとも１つのスイッチングデバイスは、半導体トランジスタとダイオードとを含み、
・前記半導体トランジスタと前記ダイオードとは並列接続されている、
請求項２または３記載の車載電気システム（１）。
【請求項５】
前記少なくとも１つのスイッチングデバイス（１１，１２，１３）は、ボディダイオードを有するＭＯＳＦＥＴスイッチを含む、
請求項４記載の車載電気システム（１）。
【請求項６】
前記第１の電気的負荷（４）は、前記車両（１００）の内燃機関を始動するためのスタータである、
請求項１から５までのいずれか１項記載の車載電気システム（１）。
【請求項７】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）は、制御可能な双方向直流コンバータである、
請求項１から６までのいずれか１項記載の車載電気システム（１）。
【請求項８】
車両（１００）の車載電気システム（１）の制御装置（２０）であって、
・動的に変化する第１の電気的負荷（４）を有する第１の車載電気システム分岐（２）に電気的に接続される第１の電流端子（５１）、
・敏感な第２の電気的負荷（８）を有する第２の車載電気システム分岐（７）に電気的に接続される第２の電流端子（５２）、ならびに、
・前記第１の電流端子（５１）と前記第２の電流端子（５２）との間に設置された、制御可能な第１のスイッチングデバイス（１１）
を有し、
前記第１のスイッチングデバイス（１１）は、
前記第１の電流端子（５１）から前記第２の電流端子（５２）に向かう第１の電流方向（２０１）にのみ、一方向に電流を流す第１のスイッチング状態、または、
前記第２の電流端子（５２）から前記第１の電流端子（５１）へ向かう第２の電流方向（２０２）と、前記第１の電流方向（２０１）とに、双方向に電流を流す第２のスイッチング状態
をとるように構成され、
前記制御装置（２０）はさらに、
・前記第１の電流端子（５１）と前記第２の電流端子（５２）との間に、ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）と、制御可能な第２のスイッチングデバイス（１２）との直列接続体
を有し、
前記直列接続体は、前記第１のスイッチングデバイス（１１）に並列接続されており、
・前記第２のスイッチングデバイス（１２）は、
前記第２の電流端子（５２）から前記第１の電流端子（５１）へ向かう第１の電流方向（２０３）にのみ、一方向に電流を流す第１のスイッチング状態、または、
前記第１の電流端子（５１）から前記第２の電流端子（５２）へ向かう第２の電流方向（２０４）と、前記第１の電流方向（２０３）とに、双方向に電流を流す第２のスイッチング状態
をとるように構成されている、
制御装置（２０）。
【請求項９】
前記制御装置（２０）はさらに、
・第３の車載電気システム分岐（５）に電気的に接続される第３の電流端子（５３）、ならびに、
・前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）と前記第３の電流端子（５３）との間に設置された、制御可能な第３のスイッチングデバイス（１３）
を有し、
前記第３のスイッチングデバイス（１３）は、
前記第３の電流端子（５３）から前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）へ向かう第１の電流方向（２０５）にのみ、一方向に電流を流す第１のスイッチング状態、または、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）から前記第３の電流端子（５３）へ向かう第２の電流方向（２０６）と、前記第１の方向（２０５）とに、双方向に電流を流す第２のスイッチング状態
をとるように構成されている、
請求項８記載の制御装置（２０）。
【請求項１０】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（９）は、制御可能な双方向直流コンバータである、
請求項９記載の制御装置（２０）。
【請求項１１】
車載電気システム（１）を備えた車両（１００）であって、
さらに、前記車載電気システム（１）を制御するために、請求項８から１０までのいずれか１項記載の制御装置（２０）を備えていることを特徴とする、車両（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用の車載電気システムと、車両の車載電気システムの制御装置と、装置を備えた車両とに関する。
【０００２】
ＤＥ１０２０１００２９７８８Ａ１から、第１の車載電気システム分岐と少なくとも１つの第２の車載電気システム分岐とを有する自動車用車載電気システムが公知である。第１の車載電気システム分岐は、第１の電流端子と第２の電流端子とを有する第１のエネルギー蓄積器を備えており、さらに、前記第１の車載電気システム分岐はジェネレータと少なくとも１つの第１の負荷とを有する。第２の車載電気システム分岐は、第１の電流端子と第２の電流端子とを有する第２のエネルギー蓄積器を備えており、第２の車載電気システム分岐はさらに、前記第２のエネルギー蓄積器の第１の電流端子および／または前記第１のエネルギー蓄積器の第１の電流端子に電気的に結合可能である少なくとも１つの第２の負荷を有する。前記第２の車載電気システム分岐はさらに、第１の電流端子および第２の電流端子を有するエネルギーフローレギュレータを備えており、当該エネルギーフローレギュレータの第２の電流端子は前記第２のエネルギー蓄積器の第１の電流端子に電気的に結合可能であり、当該エネルギーフローレギュレータの第１の電流端子は前記第１のエネルギー蓄積器の第１の電流端子に電気的に結合されている。
【０００３】
本願の課題は、車両の車載電気システムにおける電圧安定化を更に改善できる構成を実現することである。
【０００４】
前記課題は、独立請求項に記載の発明によって解決される。従属請求項から、本発明の有利な実施形態を導き出すことができる。
【０００５】
本願の第１の対象は、車両用の車載電気システムである。前記車載電気システムは第１の車載電気システム分岐を有し、当該第１の車載電気システム分岐は、動的特性を有する第１の電気的負荷を備えている。さらに、前記車載電気システムは第２の車載電気システム分岐を有し、当該第２の車載電気システム分岐は、敏感な第２の電気的負荷を有する。前記車載電気システムはさらに、前記第１の車載電気システム分岐と前記第２の車載電気システム分岐との間に、制御可能な第１のスイッチングデバイスを有し、当該第１のスイッチングデバイスは、
・前記第１の車載電気システム分岐から前記第２の車載電気システム分岐へ、第１の電流方向でのみ一方向に電流を流す第１のスイッチング状態、または、
・前記第２の車載電気システム分岐から前記第１の車載電気システム分岐への第２の電流方向と、前記第１の電流方向とに、双方向に電流を流す第２のスイッチング状態
をとるように構成されている。
【０００６】
本願において、動的特性を有する電気的負荷とは、たとえば車両の内燃機関のスタータ等の、動的特性を有する高電流負荷を意味する。このような高電流負荷の特徴は、当該高電流負荷が比較的大量の電気エネルギーを不定期的に消費し、これにより車載電気システムに電圧変動が引き起こされることを特徴とし、また、この電圧変動により、車載電気システムに設置された敏感な電気的負荷がエラー無しで動作できなくなる恐れが出てくることを特徴とする。
【０００７】
本願において敏感な電気的負荷とは、車載電気システムにおける電圧変動に比較的影響を受けやすいので車載電気システムの電圧変動から保護しなければならない、たとえばＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）またはロービーム等の電力負荷を意味する。
【０００８】
上述のような敏感な負荷を別個の車載電気システム分岐に設置して動的特性の負荷から分離させ、かつ、必要な場合にのみ第１のスイッチングデバイスの閉成制御により当該敏感な負荷が設置された第２の車載電気システム分岐と当該動的特性の負荷が設置された第１の車載電気システム分岐との電流を流す前記第１のスイッチングデバイスを、敏感な負荷と動的特性の負荷との間に設置することにより、前記敏感な負荷を電流変動から、特に第１の車載電気システム分岐における電圧降下から、一層有効に保護することができる。さらに、第２の車載電気システム分岐において、第１の車載電気システム分岐の定格電圧より高い定格電圧を生成できるという利点も奏される。
【０００９】
１つの有利な実施形態では、前記車載電気システムは、前記第１の車載電気システム分岐に設置される第１のエネルギー蓄積器を有し、さらに、当該第１の車載電気システム分岐と前記第２の車載電気システム分岐との間に、ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御可能な第２のスイッチングデバイスとの直列接続体を有し、当該直列接続体は前記第１のスイッチングデバイスに並列接続されている。この実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータは第１の車載電気システム分岐の第１のエネルギー蓄積器に、前記第２の車載電気システム分岐からの電流を充電し、および／または、その逆方向の充電を行うように構成されている。前記第２のスイッチングデバイスは、
・前記第２の車載電気システム分岐から前記第１の車載電気システム分岐へ、第１の電流方向でのみ一方向に電流を流す第１のスイッチング状態、または、
・前記第１の車載電気システム分岐から前記第２の車載電気システム分岐への第２の電流方向と、前記第１の電流方向とに、双方向に電流を流す第２のスイッチング状態
をとるように構成されている。
【００１０】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータと第２のスイッチングデバイスとにより構成される上述の第２の電流経路により、第２の車載電気システム分岐において危険な電圧変動を生じさせることなく、第１の車載電気システム分岐は第２の車載電気システム分岐からの電流により安定化することができる。したがって、上述の実施形態の車載電気システムにより、車両の動作状態が変わっても、第２の車載電気システム分岐における一層改善された電圧安定化を実現することができる。このことにより、特に第２の車載電気システム分岐内部に設置された敏感な電気的負荷の動作を改善することができる。
【００１１】
他の１つの有利な実施形態では、前記車載電気システムはさらに第３の車載電気システム分岐を有する。この第３の車載電気システム分岐は、有利には第３のエネルギー蓄積器を有する。前記車載電気システムはさらに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記第３の車載電気システム分岐との間に、制御可能な第３のスイッチングデバイスを有し、当該第３のスイッチングデバイスは、
・前記第３の車載電気システム分岐から前記ＤＣ／ＤＣコンバータへの第１の電流方向でのみ、一方向に電流を流す第１のスイッチング状態、または、
・前記ＤＣ／ＤＣコンバータから前記第３の車載電気システム分岐への第２の電流方向と、前記第１の電流方向とに、双方向に電流を流す第２のスイッチング状態
をとるように構成されている。
【００１２】
第３のエネルギー蓄積器を備えた前記第３の車載電気システム分岐は、第１の車載電気システム分岐の更なる電流源、ないしは、第１の車載電気システム分岐に設置された第１の動的特性負荷の更なる電流源として機能し、必要な場合に、当該第１の車載電気システム分岐における電圧を安定化させる。
【００１３】
前記電圧安定化は、特に、ＤＣ／ＤＣコンバータと第１，第２，第３のスイッチングデバイスとを設置することにより実現される。このことについては、後に詳述する。上述の実施形態はさらに、車載電気システムの冗長構成の改善、アベイラビリティの向上、および、機能的安全性の向上を実現することもできる。さらに、前記ジェネレータ、前記第１のエネルギー蓄積器および第２のエネルギー蓄積器を、より低い電力クラスで構成することも可能になり、このことは特にコスト面での利点に繋がる。
【００１４】
さらに他の有利な実施形態の車載電気システムでは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、第３の車載電気システム分岐の第３のエネルギー蓄積器からの電流を用いて第１の車載電気システム分岐の第１のエネルギー蓄積器の充電を行い、および／または、その逆方向の充電を行うように構成されている。有利には、ＤＣ／ＤＣコンバータは同期コンバータである。このような構成により、特に第１の車載電気システム分岐において電圧安定化を実現するため、第１の車載電気システム分岐と第２の車載電気システム分岐と第３の車載電気システム分岐との間でエネルギー伝送を簡単に行うことができる。
【００１５】
さらに他の有利な実施形態の車載電気システムでは、前記第１のスイッチングデバイスと第２のスイッチングデバイスと第３のスイッチングデバイスとのうち少なくとも１つが、半導体トランジスタとダイオードとを並列接続したものを含む。有利には、前記少なくとも１つのスイッチングデバイスは、ボディダイオードを有するＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）を含む。
【００１６】
他の有利な実施形態の車載電気システムでは、前記第１の負荷は、車両の内燃機関を始動するためのスタータである。
【００１７】
さらに他の有利な実施形態の車載電気システムでは、前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、制御可能な双方向直流コンバータである。
【００１８】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ、第１のスイッチングデバイス、第２のスイッチングデバイスおよび第３のスイッチングデバイスは、有利には制御装置の構成要素である。その際には、これらの構成要素を制御装置の形態の１つのモジュールで実現することができる。
【００１９】
有利には、前記車載電気システムはさらに、前記第１のスイッチングデバイスを駆動制御するように構成された第１の駆動制御ユニットと、前記第２のスイッチングデバイスを駆動制御するように構成された第２の駆動制御ユニットと、前記第３のスイッチングデバイスを駆動制御するように構成された第３の駆動制御ユニットと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを駆動制御するように構成された第４の駆動制御ユニットとを有する。その際には、前記第１の駆動制御ユニット、第２の駆動制御ユニット、第３の駆動制御ユニットおよび第４の駆動制御ユニットは、前記制御装置の構成要素である。
【００２０】
前記ジェネレータは、第１の車載電気システム分岐または第３の車載電気システム分岐の一部とすることができる。その際には、ジェネレータにより安全な車載電気システム動作を実現するために決定的に重要なのは、ジェネレータが供給できるエネルギーよりも、動的特性負荷が必要とするエネルギーが高くなってしまう、車載電気システムの機能不全を確実に回避するため、ジェネレータを少なくとも１つのエネルギー蓄積器に電気的に接続すること、すなわち、前記第１のエネルギー蓄積器と第２のエネルギー蓄積器とのうち少なくとも１つに電気的に接続することである。このことは、本願の車載電気システムにより確実に実現することができる。このことについては、後に詳細に説明する。
【００２１】
第１のエネルギー蓄積器はたとえば、鉛蓄電池またはＬｉイオン蓄電池である。前記第２のエネルギー蓄積器はたとえば、少なくとも１つのキャパシタと少なくとも１つの蓄電池とから成る群から選択され、前記キャパシタはとりわけ少なくとも１つの電気二重層コンデンサであり、前記蓄電池はとりわけ少なくとも１つのＬｉイオン蓄電池である。
【００２２】
車載電気システムの他の１つの実施形態では、前記第３の車載電気システム分岐はさらに第３の電気的負荷を有し、この第３の電気的負荷は前記第２のエネルギー蓄積器に電気的に結合ないしは導電接続されている。この第３の負荷もまた、第１の車載電気システム分岐において電圧変動が生じた場合に前記第１のスイッチングデバイスと第２のスイッチングデバイスと第３のスイッチングデバイスとによりこの電圧変動から有効に保護される敏感な負荷とすることができる。
【００２３】
本願の第２の対象は、車両の車載電気システムの制御装置である。この制御装置は、動的に変化する電気的負荷を有する第１の車載電気システム分岐に電気的に接続される第１の電流端子と、敏感な負荷を有する第２の車載電気システム分岐に電気的に接続される第２の電流端子とを備えている。前記制御装置は、前記第１の電流端子と前記第２の電流端子との間に、制御可能な第１のスイッチングデバイスを有し、当該第１のスイッチングデバイスは、
・前記第１の電流端子から前記第２の電流端子へ、第１の電流方向でのみ一方向に電流を流す第１のスイッチング状態、または、
・前記第２の電流端子から前記第１の電流端子への第２の電流方向と、前記第１の電流方向とに、双方向に電流を流す第２のスイッチング状態
をとるように構成されている。
【００２４】
１つの有利な実施形態では、前記制御装置は第１の電流端子と第２の電流端子との間にさらに、ＤＣ／ＤＣコンバータと、制御可能な第２のスイッチングデバイスとの直列接続体を有し、当該直列接続体は前記第１のスイッチングデバイスに並列接続されている。その際には前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、第２の電流端子の第２の電圧電位を、第１の電流端子の第１の電圧電位に変換し、および／または、その逆方向の変換を行うように構成されている。前記第２のスイッチングデバイスは、
・前記第２の電流端子から前記第１の電流端子へ、第１の電流方向でのみ一方向に電流を流す第１のスイッチング状態、または、
・前記第１の電流端子から前記第２の電流端子への第２の電流方向と、前記第１の電流方向とに、双方向に電流を流す第２のスイッチング状態
をとるように構成されている。
【００２５】
他の有利な実施形態では、前記制御装置はさらに、第３の車載電気システム分岐に電気的に接続される第３の電流端子も備えている。この第３の車載電気システム分岐は、有利には第３のエネルギー蓄積器を有する。前記制御装置はさらに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記第３の車電流端子との間に、制御可能な第３のスイッチングデバイスを有し、当該第３のスイッチングデバイスは、
・前記第３の電流端子から前記ＤＣ／ＤＣコンバータへの第１の電流方向でのみ、一方向に電流を流す第１のスイッチング状態、または、
・前記ＤＣ／ＤＣコンバータから前記第３の電流端子への第２の電流方向と、前記第１の電流方向とに、双方向に電流を流す第２のスイッチング状態
をとるように構成されている。
【００２６】
本願の第３の対象は、上述の構成の車載電気システムを備えた車両である。有利には、前記車両はさらに、当該車載電気システムを制御する上述の制御装置も備えている。
【００２７】
有利には、前記車両はさらに、当該車両の内燃機関を自動および／または手動で遮断ないしは始動するように構成されたスタートストップシステムを含む。
【００２８】
本願はさらに、上述の構成の車載電気システムを動作させる方法も対象とする。この方法は以下のステップを有する。車両の動作状態を特定する。さらに、前記第１のスイッチングデバイス、第２のスイッチングデバイス、第３のスイッチングデバイスおよびＤＣ／ＤＣコンバータを駆動制御するための制御信号を、前記車両の特定された動作状態に依存して生成する。
【００２９】
ここで車両の動作状態の特定には、たとえば、車両の検出された少なくとも１つのパラメータに基づいて、または、車両の少なくとも１つの構成要素の検出されたパラメータに基づいて前記動作状態を特定すること、および／または、たとえばユーザ要求またはユーザ入力により行われた前記動作状態の設定を含むことができる。
【００３０】
本願の車両および方法もまた、本願の車載電気システムについて既に述べた利点を奏する。ここでは繰り返しになるのを避けるため、この利点について再度説明しない。特に、スタートストップシステムを備えた車両の場合には、電圧安定化をさらに改善することが特に重要である。というのも、内燃機関の始動には高い電力消費量が伴うからであり、この高電力消費により、車両車載電気システムにおいて急激な電圧降下が生じてしまうからである。このことは、上述の実施形態の車載電気システムによって有利に回避することができる。
【００３１】
特定された動作状態が車両の内燃機関の始動過程である場合、１実施形態では、第１のスイッチングデバイスを開放し、第２のスイッチングデバイスおよび第３のスイッチングデバイスを閉成し、ＤＣ／ＤＣコンバータを作動させる。特に、ＤＣ／ＤＣコンバータが電圧制御方式で動作するようにこれを制御することができる。
【００３２】
特定された前記動作状態が、車両の内燃機関の非作動状態または低エネルギーモードである場合、１つの他の実施形態では、第１のスイッチングデバイスを開放し、第２のスイッチングデバイスを閉成し、第３のスイッチングデバイスを開放し、かつ、第１の車載電気システム分岐から第３の車載電気システム分岐へエネルギーを伝送するように前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する。
【００３３】
以下、添付の図面に基づいて本願の実施形態を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本願の第１の実施形態の車載電気システムのブロック回路図である。
【図２】本願の第２の実施形態の車載電気システムのブロック回路図である。
【図３】図１ないし２に示された車載電気システムの基本回路図である。
【図４】図１ないし２に示された実施形態の車載電気システムの第１，第２および第３の車載電気システム分岐における電圧‐時間グラフである。
【００３５】
図１Ａおよび１Ｂは、本願の第１の実施形態の車載電気システム１を備えた車両１００のブロック回路図である。
【００３６】
前記車載電気システム１は第１の車載電気システム分岐２を有し、当該車載電気システム分岐２には第１の電気エネルギー蓄積器３と第１の電気的負荷４とが設置されている。前記第１の電気エネルギー蓄積器３はたとえば１２Ｖ蓄電池であり、前記第１の電気的負荷４は動的特性負荷である。第１の電気エネルギー蓄積器３はたとえば、Ｌｉイオン蓄電池または鉛蓄電池とすることができる。図中の実施形態では第１の電気的負荷４は、車両１００の、同図に具体的に示されていない内燃機関のスタータとして構成されている。
【００３７】
前記車載電気システム１はさらに第２の車載電気システム分岐７も有し、この第２の車載電気システム分岐７には、敏感な第２の負荷８が設置されている。この第２の車載電気システム分岐７にはさらにジェネレータ１０も設置されており、このジェネレータ１０は、具体的に図示されていない機械的結合部材を介して、たとえばＶリブドベルトを介して、車両１００の内燃機関に結合されている。
【００３８】
前記車載電気システム１はさらに、第３の車載電気システム分岐５も有しており、この第３の車載電気システム分岐５には第３の電気エネルギー蓄積器６が設置されている。第３の電気エネルギー蓄積器６はたとえば１２Ｖ蓄電池とすることができ、たとえばＬｉイオン蓄電池の形態の１２Ｖ蓄電池とすることができる。他の１つの実施形態では、前記第３の電気エネルギー蓄積器６はキャパシタとして、特にいわゆるスーパーキャパシタとして構成されているか、ないしはキャパシタモジュールとして構成されている。図中の実施形態では、第３の車載電気システム分岐５にはさらに、第３の電気的負荷２５も設置されている。
【００３９】
図中に示された実施形態では、前記第１の車載電気システム分岐２、前記第２の車載電気システム分岐５および前記第３の車載電気システム分岐７の公称電圧は等しく、たとえば１２Ｖまたは１４Ｖである。
【００４０】
さらに前記車載電気システム１は、前記第１の車載電気システム分岐２と第２の車載電気システム分岐７と第３の車載電気システム分岐５との間の電流の流れを制御するための制御装置２０も有する。この制御装置２０は、第１の電流端子５１を介して第１の車載電気システム分岐２に電気的に接続されており、第２の電流端子５２を介して第２の車載電気システム分岐７に電気的に接続されており、かつ、第３の電流端子５３を介して第３の車載電気システム分岐５に電気的に接続されている。
【００４１】
制御装置２０は、前記第１の電流端子５１と第２の電流端子５２との間に第１のスイッチングデバイス１１を有し、前記第２の電流端子５２と第３の電流端子５３との間に第２のスイッチングデバイス１２および第３のスイッチングデバイス１３を有する。図中の実施形態では、第１のスイッチングデバイス１１、第２のスイッチングデバイス１２および第３のスイッチングデバイス１３は、ボディダイオードを有するノーマリーオフ型ｎチャネルＭＯＳＦＥＴスイッチの形態の半導体スイッチとして構成されている。
【００４２】
制御装置２０はさらに、前記第２，第３のスイッチングデバイス１２，１３間にある接続端子と前記第１の接続端子５１との間にＤＣ／ＤＣコンバータ９も有する。このＤＣ／ＤＣコンバータ９は、双方向直流電圧変換器として構成されており、これは特に、第１の電圧を第２の電圧に、すなわち前記第１の電流端子５１の第１の電圧電位Φ１を前記第２の電流端子５２の第２の電圧電位Φ２に変換するか、または第３の電圧に、すなわち前記第３の電流端子５３の第３の電圧電位Φ３に変換することができ、また、その逆の変換を行うこともできる。こうするためには、図中に示した実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ９は同期コンバータとして構成されている。
【００４３】
前記第１のスイッチングデバイス１１のＭＯＳＦＥＴスイッチのソース側は、第１の車載電気システム分岐２の正極経路に接続されており、かつ、当該ＭＯＳＦＥＴスイッチのドレイン側は前記第２の車載電気システム分岐７に接続されている。さらに、第１のスイッチングデバイス１１のＭＯＳＦＥＴスイッチのドレイン側は第２のスイッチングデバイス１２のＭＯＳＦＥＴスイッチのソース側に接続されている。さらに、第２のスイッチングデバイス１２のＭＯＳＦＥＴスイッチのドレイン側は、第３のスイッチングデバイス１３のＭＯＳＦＥＴスイッチのドレイン側とＤＣ／ＤＣコンバータ９とに接続されている。第３のスイッチングデバイス１３のＭＯＳＦＥＴスイッチのドレイン側もまた、ＤＣ／ＤＣコンバータ９に接続されている。さらに、第３のスイッチングデバイス１３のＭＯＳＦＥＴスイッチのソース側は第３の車載電気システム分岐５の正極経路に接続されている。このようにして、特に、第２のスイッチングデバイス１２のＭＯＳＦＥＴスイッチおよび第３のスイッチングデバイス１３のＭＯＳＦＥＴスイッチはＤＣ／ＤＣコンバータ９に接続されている。
【００４４】
したがって、第１のスイッチングデバイス１１のＭＯＳＦＥＴスイッチのボディダイオードは、第１の車載電気システム分岐２から第２の車載電気システム分岐７へ向かう方向が導通方向となり、その逆が阻止方向となるように配置されている。第２のスイッチングデバイス１２のＭＯＳＦＥＴスイッチのボディダイオードは、第２のスイッチングデバイス７からＤＣ／ＤＣコンバータ９へ向かう方向が導通方向となり、その逆が阻止方向となるように配置されている。ここで第３のスイッチングデバイス１３のＭＯＳＦＥＴスイッチのボディダイオードは、第３のスイッチングデバイス５からＤＣ／ＤＣコンバータ９へ向かう方向が導通方向となり、その逆が阻止方向となるように配置されている。
【００４５】
ＭＯＳＦＥＴスイッチが開放された状態ひいては阻止状態である場合、第１の電流端子５１の第１の電圧電位Φ１と第２の電流端子５２の第２の電圧電位Φ２との間の電圧ないしは電位差がスイッチングデバイス１１のボディダイオードの順方向電圧より高くなると直ちに、第１の車載電気システム分岐２から第１のスイッチングデバイス１１のＭＯＳＦＥＴスイッチのボディダイオードを介して第２の車載電気システム分岐７へ、電流が第１の電流方向２０１に流れる。第１の電圧電位Φ１と第２の電圧電位Φ２との間の電位差がボディダイオードの順方向電圧より下回ると、順方向２０１にボディダイオード中に流れる電流が阻止される。
【００４６】
第１のスイッチングデバイス１１のＭＯＳＦＥＴスイッチが閉成されて導通状態に切り替えられると、第１の車載電気システム分岐２における電圧ないしは第１の電圧電位Φ１が第２の車載電気システム分岐７における電圧の大きさに、ないしは第２の電圧電位Φ２の大きさに上昇するまで、第２の車載電気システム分岐７からこの閉成状態のＭＯＳＦＥＴスイッチを通って第１の車載電気システム分岐２へ電流が第２の電流方向２０２に流れる。このようにして、第２の車載電気システム分岐７に設置されたジェネレータ１０により生成された電流が、当該第２の車載電気システム分岐７から第１の車載電気システム分岐２ないしは第１の電気的負荷４へ供給される。
【００４７】
このようにして、第１のスイッチングデバイス１１のＭＯＳＦＥＴスイッチが開放状態にあるとき、当該第１のスイッチングデバイス１１は、電流方向２０１にのみ一方向に電流を流すスイッチング状態をとり、当該ＭＯＳＦＥＴスイッチが閉成状態にあるときは、当該第１のスイッチングデバイス１１は両電流方向２０１および２０２に双方向に電流を流すスイッチング状態をとることができる。
【００４８】
第１の電気エネルギー蓄積器３の第１の電流端子１４は第１の電気的負荷４の第１の電流端子１５に電気的に結合されているか、ないしは導電接続されている。
【００４９】
前記ジェネレータ１０は第１の電流端子３２を介して、前記第２の電気的負荷８の第１の電流端子１７に導電接続されている。
【００５０】
さらに、第３の電気エネルギー蓄積器６の第１の電流端子１６は第３の電気的負荷２５の第１の電流端子２８に電気的に結合されているか、ないしは導電接続されている。
【００５１】
前記ＤＣ／ＤＣコンバータ９の第１の電流端子１８は制御装置２０の第１の電流端子５１を介して、第１の電気エネルギー蓄積器３の第１の電流端子１４と、第１の電気的負荷４の第１の電流端子１５とに電気的に結合されている。
【００５２】
第１のエネルギー蓄積器３の第２の電流端子２７、および、第３のエネルギー蓄積器６の第２の電流端子３０は、基準電位に電気的に結合ないしは導電接続されている。この基準電位は有利には接地電位である。さらに、前記第１の電気的負荷４の第２の電流端子２６、第３の電気的負荷２５の第２の電流端子２９、第２の電気的負荷８の第２の電流端子３１、および、ジェネレータ１０の第２の電流端子３３もまた、前記基準電位に電気的に結合されており、ないしは導電接続されている。
【００５３】
第２のスイッチングデバイス１２のＭＯＳＦＥＴスイッチが開放状態であるときにも、第２のスイッチングデバイス１２のＭＯＳＦＥＴスイッチのボディダイオードにより、制御装置２０の第２の電流端子５２からＤＣ／ＤＣコンバータ９へ、ないしはＤＣ／ＤＣコンバータ９の第２の電流端子１９に向かって、電流方向２０３に電流を流すことができる。このことにより、第２のスイッチングデバイス１２のＭＯＳＦＥＴスイッチが開放状態であり、これにより電流を阻止する状態になっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ９は第２の車載電気システム分岐７からの電流を用いてＭＯＳＦＥＴスイッチのボディダイオードを介して、第１の車載電気システム分岐２の電圧ないしは制御装置２０の第１の電流端子５１の電圧電位Φ１を、より高い電圧値ないしは電位値に上昇させることができる。
【００５４】
したがって、第１のスイッチングデバイス１１により構成される電流路が不具合により遮断した場合には、第１，第２の車載電気システム分岐２および７間のＤＣ／ＤＣコンバータ９および第２のスイッチングデバイス１２から成る電流路を、前記第１のスイッチングデバイス１１により構成される電流路に対して冗長的な、第２のスイッチングデバイス１２のスイッチング状態に応じて双方向になる冗長的電流路として用いることが可能になる。このような冗長的電流路によって特に、第２の車載電気システム分岐７から第１の車載電気システム分岐２への電流の流れを保証することができる。
【００５５】
また、第１のスイッチングデバイス１１と第２のスイッチングデバイス１２とにより構成される電流路が不具合により遮断した場合、第１の車載電気システム分岐２と第３の車載電気システム分岐５との間にてＤＣ／ＤＣコンバータ９により構成される電流路も同様に、当該第１のスイッチングデバイス１１と第２のスイッチングデバイス１２とにより成る電流路に対して冗長的な、双方向の冗長電流路として使用することが可能になる。
【００５６】
しかし、電流方向２０３に対して逆方向の順方向２０４に電流が流れるのは、第２のスイッチングデバイス１２のＭＯＳＦＥＴスイッチが閉成されたときに初めて、ないしは双方向導通状態になったときに初めて可能になる。第２のスイッチングデバイス１２のＭＯＳＦＥＴスイッチが閉成状態になり、かつ、第１のスイッチングデバイス１１のＭＯＳＦＥＴスイッチが同時に開放状態になり、これにより電流を阻止する状態になることで初めて、ＤＣ／ＤＣコンバータ９は第１の車載電気システム分岐２からの電流を用いて、第２の車載電気システム分岐７の電圧を、ないしは制御装置２０の第２の電流端子５２の電圧電位Φ２を、より高い電圧値ないしは電位値に上昇させることができる。
【００５７】
このようにして、第２のスイッチングデバイス１２のＭＯＳＦＥＴスイッチが開放状態にあるとき、当該第２のスイッチングデバイス１２は、電流方向２０３にのみ一方向に電流を流すスイッチング状態をとり、当該ＭＯＳＦＥＴスイッチが閉成状態にあるときは、当該第２のスイッチングデバイス１２は両電流方向２０３および２０４に双方向に電流を流すスイッチング状態をとることができる。
【００５８】
また、第３のスイッチングデバイス１３のＭＯＳＦＥＴスイッチが開放状態であり阻止状態にあるときにも同様に、第３のスイッチングデバイス１３のＭＯＳＦＥＴスイッチのボディダイオードにより、制御装置２０の第３の電流端子５３からＤＣ／ＤＣコンバータ９へ、ないしはＤＣ／ＤＣコンバータ９の第２の電流端子１９に向かって、電流方向２０５に電流を流すことが可能になる。このことにより、第３のスイッチングデバイス１３のＭＯＳＦＥＴスイッチが開放状態であり、これにより電流を阻止する状態になっても、ＤＣ／ＤＣコンバータ９はこのＭＯＳＦＥＴスイッチのボディダイオードを介して、第３の車載電気システム分岐５からの電流を用いて、第１の車載電気システム分岐２の電圧ないしは制御装置２０の第１の電流端子５１の電圧電位Φ１を、より高い電圧値ないしは電位値に上昇させることができる。
【００５９】
しかし、電流方向２０５とは逆方向である順方向２０６に電流が流れるのは、第３のスイッチングデバイス１３のＭＯＳＦＥＴスイッチが閉成されたとき、ないしは導通状態になったときに初めて可能になる。第３のスイッチングデバイス１３のＭＯＳＦＥＴスイッチが閉成状態である場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ９は第１の車載電気システム分岐２からの電流を用いて、第３の車載電気システム分岐５の電圧をより高い電圧値に上昇させ、ないしは、制御装置２０の第３の電流端子５３の電圧電位Φ３をより高い電位値に上昇させることができる。
【００６０】
このようにして、第３のスイッチングデバイス１３のＭＯＳＦＥＴスイッチが開放状態にあるとき、当該第３のスイッチングデバイス１３は、電流方向２０５にのみ一方向に電流を流すスイッチング状態をとり、当該ＭＯＳＦＥＴスイッチが閉成状態にあるときは、当該第３のスイッチングデバイス１３は両電流方向２０５および２０６に双方向に電流を流すスイッチング状態をとることができる。
【００６１】
車載電気システム１はさらに、前記第１のスイッチングデバイス１１を駆動制御するように構成された第１の駆動制御ユニット２１を有する。車載電気システム１はさらに、第２のスイッチングデバイス１２を駆動制御する第２の駆動制御ユニット２２と、第３のスイッチングデバイス１３を駆動制御するように構成された第３の駆動制御ユニット２３とを有する。これらの駆動制御ユニット２１〜２３を用いてスイッチングデバイス１１〜１３のＭＯＳＦＥＴスイッチは開閉制御される。すなわち、上記の各スイッチング状態に切り替えられる。さらに、前記車載電気システム１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を駆動制御するように構成された第４の駆動制御ユニット２４も有する。第４の駆動制御ユニット２４を用いて、特に、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を経由して前記車載電気システム分岐２，７，５間にてエネルギー伝送する方向を設定することができる。またこれにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の制御モードも設定することができる。すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を電圧制御方式で動作させるか、または電流制御方式で動作させるか、または電力制御方式で動作させるかを決定することができる。
【００６２】
図中に示された実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ９、第１のスイッチングデバイス１１、第２のスイッチングデバイス１２、第３のスイッチングデバイス１３、第１の駆動制御ユニット２１、第２の駆動制御ユニット２２、第３の駆動制御ユニット２３および第４の駆動制御ユニット２４は、電力モジュールとして構成された制御装置２０の構成要素である。
【００６３】
既に説明したように、駆動制御ユニット２１〜２３はスイッチングデバイス１１〜１３を制御するように構成されており、駆動制御ユニット２４はＤＣ／ＤＣコンバータ９を制御するように構成されている。この構成については、図１Ｂにて、第１の駆動制御ユニット２１と第２の駆動制御ユニット２２と第３の駆動制御ユニット２３と第４の駆動制御ユニット２４とが第１の車載電気システム２の正極経路に電気的に結合された車載電気システム１の構成、ないしは、前記駆動制御ユニットと正極経路とが導電接続された構成を示す。さらに、車両１００の現在の動作状態に応じて、第１のスイッチングデバイス１１、第２のスイッチングデバイス１２、第３のスイッチングデバイス１３およびＤＣ／ＤＣコンバータ９を制御するための制御信号を生成するために、駆動制御ユニット２１〜２４を他の車両構成要素に結合すること、特に車両１００の他の制御ユニットに結合することも可能である。また、特に駆動制御ユニット２１〜２４は、エラー状態を検出するように構成されたエラー診断ユニットを有することも可能である。このエラー診断ユニットにより、対応する車両構成要素がエラー状態にあることが検出された場合には、第１のスイッチングデバイス１１、第２のスイッチングデバイス１２、第３のスイッチングデバイス１３および／またはＤＣ／ＤＣコンバータ９を、車両１００の現在の実際の動作状態に依存せずに制御することができる。
【００６４】
図１Ａおよび１Ｂに示された車載電気システムトポロジーにより、車載電気システム１の、専用の電気エネルギー蓄積器を備えていない分岐に、ジェネレータ１０を配置することができる。すなわち図中の実施形態では、専用の電気エネルギー蓄積器を有さない第２の車載電気システム分岐７に配置することができる。
【００６５】
図２Ａおよび２Ｂは、本願の第２の実施形態の車両１００の車載電気システム１のブロック回路図である。図１Ａおよび１Ｂと同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付しており、以下、これらの構成要素については詳細な説明は再度行わない。
【００６６】
同図中に示した第２の実施形態では、ジェネレータ１０は第１の車載電気システム分岐２に設置されている。この実施形態ではジェネレータ１０の第１の電流端子３２は、第１の電気的負荷４の第１の電流端子１５と、第１の電気エネルギー蓄積器３の第１の電流端子１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の第１の電流端子１８とに電気的に結合ないしは導電接続されている。
【００６７】
図２Ｂに示されているように、第１の駆動制御ユニット２１、第２の駆動制御ユニット２２、第３の駆動制御ユニット２３および第４の駆動制御ユニット２４はここでも、第１の車載電気システム分岐２の正極経路に結合ないしは導電接続されている。
【００６８】
図１Ａ〜２Ｂに示された車載電気システムトポロジーは、ＤＥＭ（デュアルエネルギーマネージメント（英語：「Dual Energy Management」））とも称され、このトポロジーは、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を制御装置２０内部に組み込んでいる。
【００６９】
ここで、他の１つの実施形態では、第１の車載電気システム分岐２および／または第３の車載電気システム分岐５を制御装置２０の一部とすることができる。すなわち、これらの車載電気システム分岐を制御装置２０に組み込むことができ、これによりコンパクトなモジュールを実現することができる。
【００７０】
さらに、第１の車載電気システム分岐２、第２の車載電気システム分岐７および／または第３の車載電気システム分岐５は、図１Ａ〜２Ｂに示された電気的負荷４，８および２５の他にも別の電気的負荷を有することができる。すなわち、第１の車載電気システム分岐２、第２の車載電気システム分岐７および第３の車載電気システム分岐５の各車載電気システム分岐が、それぞれ少なくとも１つの電気的負荷を有することもできる。
【００７１】
図１Ａ〜２Ｂに示した実施形態では、上述の車載電気システム構成要素は正極経路に設置されている。他の１つの実施形態では、これらの車載電気システム構成要素を接地経路ないしは負極経路に設置することも可能である。さらに、各車載電気システム分岐を電位分離することも可能である。
【００７２】
図３は、図１ないし２Ｂに示された車載電気システム１の基本回路図である。上記図と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付しており、以下、これらの構成要素については詳細な説明は再度行わない。
【００７３】
図３に概略的に示しているように、制御装置２０を用いて、第１のエネルギー系統 Esys1 を成す第１の車載電気システム分岐２と、第２のエネルギー系統 Esys2 を成す第２の車載電気システム分岐７と、第３のエネルギー系統 Esys3 を成す第３の車載電気システム分岐５との間で、エネルギー交換を行うことができる。制御装置２０はこれら３つのエネルギー系統 Esys1，Esys2 および Esys3 を相互に接続し、この接続により、これら３つの系統間のエネルギー交換を行えるようにする。ここで図３では、第１の車載電気システム分岐２と第２の車載電気システム分岐７と第３の車載電気システム分岐５と制御装置２０との間のエネルギー伝送を矢印Ａ，ＢおよびＣにより概略的に示している。
【００７４】
一実施形態では、エネルギー系統 Esys1 は１つのエネルギー蓄積器と少なくとも１つの動的特性負荷とから構成される。このエネルギー蓄積器は、たとえば１２Ｖバッテリーである。エネルギー系統 Esys2 は一実施形態では、ジェネレータと、少なくとも１つの敏感な負荷とにより構成される。すなわち、一実施形態ではジェネレータは、独立したエネルギー系統 Esys2 の一部となる。オプションとして、ジェネレータの設置位置をエネルギー系統 Esys1 内とすることも可能である。エネルギー系統 Esys3 は、一実施形態では１つのエネルギー蓄積器から構成され、このエネルギー蓄積器はたとえば１２Ｖバッテリーである。オプションとして、このエネルギー系統に負荷を設置することも可能である。このジェネレータを用いて車載電気システムの安全な動作を実現するためには、このジェネレータを少なくとも１つのエネルギー蓄積器に接続する。というのもそうしないと、車載電気システムの機能不全が生じる危険性が出てくるからである。すなわち、敏感な負荷が必要とするエネルギーが、ジェネレータにより供給可能なエネルギーより高くなってしまうからである。第３のエネルギー系統 Esys3 のエネルギー蓄積器に電気的に接続するためには、図１Ａ〜２Ｂに示されたスイッチングデバイス１２および１３を閉成する。また、他の一手段として、第１のスイッチングデバイス１１を用いて、第１のエネルギー系統 Esys1 に設置されたエネルギー蓄積器との間に電気的接続部を形成することも可能である。図中に示したトポロジーにより、エネルギー系統 Esys1 の電気エネルギー蓄積器に代わる他の択一的なエネルギー経路を確立することが可能になる。こうするためには、第２のスイッチングデバイス１２、および、図１Ａ〜２Ｂに示したＤＣ／ＤＣコンバータ９との間に電気的接続部を生成し、かつ、第１のスイッチングデバイス１１を開放する。
【００７５】
第３のスイッチングデバイス１３が閉成されている場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ９は Esys1 と Esys3 との間にエネルギー連絡路を形成し、図１Ａ〜２Ｂに示された第１のエネルギー蓄積器３と第３のエネルギー蓄積器６との間で充電交換を行えるようにし、またそれとは逆方向に、Esys3 から Esys1 に向かう方向に行うことも可能にする。可能な適用例の１つに、たとえばエンジン始動時に、さらに Esys3 からもエネルギーを追加的に、有利には電流制御によって供給して、Esys1 の高電流負荷を動作させるという例がある。こうするためには、第３のスイッチングデバイス１３を閉成して、第１のスイッチングデバイス１１および第２のスイッチングデバイス１２の双方を開放する。
【００７６】
さらに、第２のスイッチングデバイス１２が閉成されている場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ９は Esys1 から Esys2 へのエネルギー連絡路を、またはその逆方向のエネルギー連絡路を形成する。その際には、第１のスイッチングデバイス１１および第３のスイッチングデバイス１３は開放されている。可能な１つの適用例に、車両のエンジンの遮断時がある。その際には、ＤＣ／ＤＣコンバータ９を有利には電圧制御方式で動作させる。Esys2 のジェネレータの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータ９が、系統 Esys2 の公称電圧を生成する。これは、図中に示したＤＥＭトポロジーの特に有利な特性である。
【００７７】
さらに、スイッチングデバイス１２および１３が閉成されているときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ９によって Esys1 からエネルギー系統 Esys2 および Esys3 へエネルギーを伝送することができ、また、エネルギー系統 Esys2 および Esys3 から Esys1 へエネルギー伝送を行うことができる。このとき、第１のスイッチングデバイス１１は開放されている。
【００７８】
このことにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ９をより活用することができ、このことにより、冗長性およびアベイラビリティについて新たな可能性が見出され、ひいては動作安全性を実現する新たな手段が見出される。Esys2 に設置された複数の敏感な負荷にかかるシステム電圧は、車両状態に依存したり Esys1 における電圧変動に依存することなく、安定した状態に維持される。さらに、メインスイッチである第１のスイッチングデバイス１１の機能と、サブスイッチである第２のスイッチングデバイス１２および第３のスイッチングデバイス１３の機能とを、可能な限り最大限に利用することができ、このことによっても、冗長性やアベイラビリティについて新たな可能性を見出すことができ、ひいては動作安全性を実現するための新たな手段が見出される。さらに、ジェネレータと第１のエネルギー蓄積器と第２のエネルギー蓄積器と上述の電気的負荷とを用いてシステム調整を行えることにより、コスト上の利点も奏される。したがって、ジェネレータならびに第１のエネルギー蓄積器および第２のエネルギー蓄積器といった構成要素を、より低い電力クラスで構成することができる。
【００７９】
図４は、本願の車載電気システムの第１，第２および第３の車載電気システム分岐における電圧‐時間グラフである。図４の上の電圧‐時間グラフは、第１の車載電気システム分岐２の瞬時電圧の時間的推移を概略的に示している。図４の中央の電圧‐時間グラフには、第３の車載電気システム分岐５の瞬時電圧の時間的推移を概略的に示しており、同図下の電圧‐時間グラフには、車載電気システムの第２の車載電気システム分岐７の瞬時電圧の時間的推移を概略的に示している。
【００８０】
ここで、中央の電圧‐時間グラフ中の実線は、図１Ａ〜２Ｂにて示された第３の電気エネルギー蓄積器６が電気二重層コンデンサまたはＬｉイオン蓄電池である場合に生じる電圧の推移を概略的に示すものである。破線は、第３のエネルギー蓄積器６が鉛蓄電池である場合に生じる、上記電圧推移からの偏差を概略的に示している。
【００８１】
時点が異なると、車載電気システム１を設置した車両１００がおかれる状態も異なっており、時点ｔ０と時点ｔ１との間、車両１００は、当該車両１００の内燃機関が運転中である動作状態Ｉａにあり、時点ｔ１とｔ２との間は、内燃機関が遮断されている動作状態 II にある。さらに、時点ｔ２とｔ３との間、車両１００は、内燃機関を始動させる動作状態 III にあり、時点ｔ３とｔ４との間は、内燃機関が運転中である動作状態Ｉｂになっている。時点ｔ４とｔ５との間に、車両１００は再び、エンジンを遮断する動作状態 II に戻り、時点ｔ５以降、車両１００は、低電力モード（ＬＰＭ）とも称される低エネルギーモードないしは低消費モードである動作状態 IV になる。たとえば、車両１００は動作状態 IV にあるときには施錠され、車両１００の盗難警報システムおよび／またはパーキングライトが作動する。
【００８２】
動作状態Ｉａにある場合、第１の車載電気システム分岐２、第２の車載電気システム分岐７および第３の車載電気システム分岐５の各車載電気システム分岐は、それぞれ公称電圧レベルになっており、たとえば１４Ｖになっている。この動作状態Ｉａでは、図１Ａ〜２Ｂに示された第１のスイッチングデバイス１１は閉成され、第２のスイッチングデバイス１２および第３のスイッチングデバイス１３は開放され、図１Ａ〜２Ｂに示されたＤＣ／ＤＣコンバータ９も作動されていない。
【００８３】
図１Ａ〜２Ｂに示された第１の電気エネルギー蓄積器３が鉛蓄電池である場合、動作状態 II になると、内燃機関の遮断時に生じるいわゆる分極現象に起因して、第１の車載電気システム分岐２の電圧はたとえば１２Ｖのレベルまで下降する。この動作状態では、第３のエネルギー蓄積器６も鉛蓄電池である場合、第３の車載電気システム分岐５の電圧も降下し、第３のエネルギー蓄積器６が電気二重層コンデンサまたはＬｉイオン蓄電池である場合、第３の車載電気システム分岐５の電圧は一定のままである。第２の車載電気システム分岐７の電圧は、有利には一定のままである。こうするためには、第１のスイッチングデバイス１１は開放されて第２のスイッチングデバイス１２は閉成され、第３のスイッチングデバイス１３は開放され、ＤＣ／ＤＣコンバータ９は、第１の車載電気システム分岐２から第２の車載電気システム分岐７へエネルギーが伝送されるように制御ないしは作動される。
【００８４】
動作状態 III では、最初は内燃機関のスタータ４の作動により、第１の車載電気システム分岐２の電圧が下降し続け、その後わずかに上昇する。第３の車載電気システム分岐５の電圧は、動作状態 II の場合よりも比較的一定であり、第２の車載電気システム分岐７の電圧は一定のままで居続ける。この動作状態では、第１のスイッチングデバイス１１は開放され、第２のスイッチングデバイス１２および第３のスイッチングデバイス１３は閉成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ９が電圧制御方式で動作するようにこれを制御する。
【００８５】
動作状態Ｉｂになると、第１の車載電気システム分岐２、第２の車載電気システム分岐７および第３の車載電気システム分岐５は公称電圧レベルに戻る。その際には、第１のスイッチングデバイス１１は閉成され、第２のスイッチングデバイス１２は開放され、第３のスイッチングデバイス１３は閉成されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ９が電流制御方式で動作するようにこれを制御する。この動作状態では、第３の電気エネルギー蓄積器６に充電が行われる。
【００８６】
時点ｔ４とｔ５との間の動作状態 II は、時点ｔ１とｔ２との間の動作状態と同じである。ここでは、スイッチングデバイス１１，１２，１３のスイッチング状態およびＤＣ／ＤＣコンバータ９の動作状態は、時点ｔ１とｔ２との間におけるスイッチング状態および動作状態と同じになるように設定される。
【００８７】
動作状態 IV では、第１の車載電気システム分岐２、第２の車載電気システム分岐７および第３の車載電気システム分岐５の各電圧は、動作状態 II の場合より一定に維持される。この動作状態では、第１のスイッチングデバイス１１は開放され、第２のスイッチングデバイス１２は閉成され、第３のスイッチングデバイス１３は開放される。ＤＣ／ＤＣコンバータ９は、第２の車載電気システム分岐７へエネルギーが伝送されるように制御される。よって、スイッチング状態およびＤＣ／ＤＣコンバータ９の動作モードは、動作状態 II の場合のスイッチング状態および動作モードと同じである。
【００８８】
表１に、上述の各動作状態における、第１のスイッチングデバイス１１、第２のスイッチングデバイス１２および第３のスイッチングデバイス１３のスイッチング状態、ならびに、ＤＣ／ＤＣコンバータ９の動作状態を再度示す。
【００８９】
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【００９０】
上述のＤＥＭトポロジーを用いることにより、「エンジンオン」、「エンジンオフ」、「エンジン始動（Cranking）」および「Low Power Mode」（ＬＰＭ）の走行状態において、系統 Esys2 において公称電圧状態を永続的に実現することができる。上述のＤＥＭトポロジーにより、車載電気システムの安定化の他に、拡張した冗長制御動作を実現することもできる。その際には、ジェネレータが第２の車載電気システム分岐７に設置されている場合にはジェネレータが第２の車載電気システム分岐７の電圧を調整し、または、ＤＣ／ＤＣコンバータ９が第２の車載電気システム分岐７の電圧を調整する。このことにより、Esys2 内にて敏感な負荷を動作させることができる。図４に示されているように、車両状態が異なっても、第２の車載電気システム分岐７の電圧は一定の電圧レベルに維持される。特に低電力モードでは、そのような動作が顕著である。
【００９１】
これら２つの重複した電流路を介して、すなわち、第１のスイッチングデバイス１１により成る第１の電流路、ならびに、ＤＣ／ＤＣコンバータ９および第２のスイッチングデバイス１２により成る第２の電流路を介して、第２の車載電気システム分岐７の電流を用いて第１のエネルギー蓄積器３に充電を行うことができる。これら２つの重複した電流路により、必要な場合には第１のエネルギー蓄積器３が第２の車載電気システム分岐７へ電流を供給することができる。さらに、他の２つの重複した電流路を介して、すなわち、第１，第２および第３のスイッチングデバイス１１，１２，１３により成る第３の電流路、ならびに、ＤＣ／ＤＣコンバータ９および第３のスイッチングデバイス１３により成る第４の電流路を介して、第３の車載電気システム分岐５の電流を用いて第１のエネルギー蓄積器３の充電を行うこともできる。これら２つの重複した電流路により、必要な場合には第１のエネルギー蓄積器３が第３の車載電気システム分岐５に電流を供給することもできる。
【００９２】
これら２つの重複した電流路を介して、すなわち第３の電流路と第４の電流路とを介して、第１の車載電気システム分岐２の電流を用いて第３のエネルギー蓄積器６の充電を行うことができる。これら２つの重複した電流路により、必要な場合には第３のエネルギー蓄積器６が第１の車載電気システム分岐２に電流を供給することもできる。さらに、他の重複した２つの電流路を介して、すなわち、第２および第３のスイッチングデバイス１２，１３により成る第５の電流路、ならびに、ＤＣ／ＤＣコンバータ９および第１，第３のスイッチングデバイス１１，１３により成る第６の電流路を介して、第２の車載電気システム分岐７の電流を用いて第３のエネルギー蓄積器６の充電を行うこともできる。これら２つの重複した電流路により、必要な場合には第３のエネルギー蓄積器５が第２の車載電気システム分岐７に電流を供給することもできる。
【００９３】
３つのスイッチングデバイス１１，１２および１３のＭＯＳＦＥＴスイッチを適切に制御することにより、車両がスリープ状態、作動状態または始動状態にあっても、第２の車載電気システム分岐７の動作電圧を一定にすることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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