特許 6246924 多重電圧搭載電源用過電圧保護

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6246924

(24)【登録日】2017年11月24日

(45)【発行日】2017年12月13日

(54)【発明の名称】多重電圧搭載電源用過電圧保護

(51)【国際特許分類】

   H02H 7/20 20060101AFI20171204BHJP

   H02H 7/00 20060101ALI20171204BHJP

   H02H 3/00 20060101ALI20171204BHJP

   H02H 3/20 20060101ALI20171204BHJP

   B60R 16/03 20060101ALI20171204BHJP

【ＦＩ】

   H02H7/20 A

   H02H7/00 K

   H02H3/00 L

   H02H3/20 A

   B60R16/03 S

   B60R16/03 A

【請求項の数】15

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-530396(P2016-530396)

(86)(22)【出願日】2014年6月27日

(65)【公表番号】特表2016-525869(P2016-525869A)

(43)【公表日】2016年8月25日

(86)【国際出願番号】EP2014063656

(87)【国際公開番号】WO2015014551

(87)【国際公開日】20150205

【審査請求日】2016年1月29日

(31)【優先権主張番号】102013214835.6

(32)【優先日】2013年7月30日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】501125231

【氏名又は名称】ローベルト ボッシュ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100177839

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 玲児

(74)【代理人】

【識別番号】100172340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 始

(72)【発明者】

【氏名】ヴァルター ゲアハルト

【審査官】 宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−２２０９５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５１１４０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３６９５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２３９１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０３０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９５００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０１０６９４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｒ１６／００−１７／０２

Ｇ０５Ｆ１／００−１／１０

Ｈ０２Ｇ３／２２−３／４０

Ｈ０２Ｈ１／００−３／２５３、

５／００−７／００、

７／０６−７／２０、

９／００−９／０８、

９９／００

Ｈ０２Ｊ７／１４−７／３２

Ｈ０２Ｐ９／００−９／４８、

２１／００−２５／０３、

２５／０４、

２５／１０−２７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多重電圧搭載電源（１００）の第１の部分電源（Ｔ１）のための過電圧保護回路（１）であって、前記多重電圧搭載電源が、第１の搭載電圧を備えた前記第１の部分電源（Ｔ１）と、第２の搭載電圧を備えた第２の部分電源（Ｔ２）と、該第２の部分電源に給電するための電気機械（ＥＭ）とを有し、前記第１の搭載電圧が前記第２の搭載電圧よりも小さい、前記過電圧保護回路において、
前記第１の部分電源（Ｔ１）と前記第２の部分電源（Ｔ２）と前記電気機械（ＥＭ）とエンジンブロックとに共通のアースポテンシャルを接続するための第１のアース接続部（ＫＬ１）と、参照アースポテンシャルを接続させるための付加的な第２のアース接続部（ＫＬ２）と、前記エンジンブロックと前記参照アースポテンシャルを接続させるためのアースストラップ（MB）と、前記電気機械を制御するための制御接続部とを備え、
前記過電圧保護回路（１）は、前記アースストラップ（MB）の切断の際に発生する前記第１のアース接続部（ＫＬ１）と前記第２のアース接続部（ＫＬ２）との間のアース差電圧が閾値に達しているかどうかをチェックするために設置されていて、且つ前記第１のアース接続部（ＫＬ１）と前記第２のアース接続部（ＫＬ２）との間のアース差電圧が前記閾値に達している場合に前記第２の搭載電圧を低減させるために設置されている過電圧保護回路（１）。

【請求項2】

前記過電圧保護回路（１）が、前記第１のアース接続部（ＫＬ１）と前記第２のアース接続部（ＫＬ２）との間に接続されているパッシブな過電圧保護要素（１０）を有している、請求項１に記載の過電圧保護回路（１）。

【請求項3】

前記過電圧保護回路（１）が、入力側を前記第１のアース接続部（ＫＬ１）と前記第２のアース接続部（ＫＬ２）とに結合されている比較器（ＯＰ）を有している、請求項１または２に記載の過電圧保護回路（１）。

【請求項4】

前記過電圧保護回路（１）は、前記第１のアース接続部（ＫＬ１）と前記第２のアース接続部（ＫＬ２）との間の前記アース差電圧が前記閾値に達している場合に、前記電気機械（ＥＭ）によって発生する電圧を低減させるために設置されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の過電圧保護回路（１）。

【請求項5】

前記過電圧保護回路（１）は、前記第１のアース接続部（ＫＬ１）と前記第２のアース接続部（ＫＬ２）との間の前記アース差電圧が前記閾値に達している場合に、前記第２の部分電源（Ｔ２）内のエネルギーアキュムレータ（Ｂ２）と前記電気機械（ＥＭ）との間の結合を切断する（３０３）ために設置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の過電圧保護回路（１）。

【請求項6】

前記第１の部分電源および前記第２の部分電源のうちの一方または両方のための１つまたは複数の構成要素（Ｓ２，Ｖ２１，Ｖ２２）に制御命令を出力するために通信線（ＣＬ）と結合可能な通信接続部を備えている、請求項１から５のいずれか１項に記載の過電圧保護回路（１）。

【請求項7】

前記第２のアース接続部（ＫＬ２）が前記通信接続部の構成要素である、請求項６に記載の過電圧保護回路（１）。

【請求項8】

第１の搭載電圧を備えた第１の部分電源（Ｔ１）と、第２の搭載電圧を備えた第２の部分電源（Ｔ２）と、該第２の部分電源（Ｔ２）に給電するための電気機械（ＥＭ）とを備え、前記第１の搭載電圧が前記第２の搭載電圧よりも小さく、請求項１から７のいずれか１項に記載の過電圧保護回路（１）が設けられ、該過電圧保護回路（１）の第１のアース接続部（ＫＬ１）が、前記第１の部分電源（Ｔ１）と前記第２の部分電源（Ｔ２）と前記電気機械（ＥＭ）とに共通のアースポテンシャルに接続されていて、且つ前記第２のアース接続部（ＫＬ２）が参照アースポテンシャルに接続されている多重電圧搭載電源（１００）。

【請求項9】

多重電圧搭載電源（１００）の第１の部分電源（Ｔ１）を過電圧から保護するための方法であって、前記多重電圧搭載電源（１００）が、第１の搭載電圧を備えた前記第１の部分電源（Ｔ１）と、第２の搭載電圧を備えた第２の部分電源（Ｔ２）と、該第２の部分電源に給電するための電気機械（ＥＭ）とを有し、前記第１の搭載電圧が前記第２の搭載電圧よりも小さい前記方法において、前記第１の部分電源（Ｔ１）と前記第２の部分電源（Ｔ２）と前記電気機械（ＥＭ）とエンジンブロックとに共通のアースポテンシャルと、参照アースポテンシャルとの間において、前記エンジンブロックと前記参照アースポテンシャルを接続させるためのアースストラップ（MB）が切断したときに発生するアース差電圧が閾値に達している場合に前記第２の搭載電圧を低減させる方法。

【請求項10】

前記アース差電圧が閾値に達している場合に、前記電気機械（ＥＭ）によって発生する電圧を低減させる、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記アース差電圧が閾値に達している場合に、前記電気機械（ＥＭ）のモータ作動と発電機作動との間で交代させ、および／または、前記電気機械の交互相短絡を実施する、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記アース差電圧が閾値に達している場合に、前記第２の部分電源（Ｔ２）内のエネルギーアキュムレータ（Ｂ２）と前記電気機械（ＥＭ）との間の結合を切る（３０３）、請求項９、１０または１１に記載の方法。

【請求項13】

電気消費装置（Ｖ２１，Ｖ２２）を前記第２の部分電源（Ｔ２）内で電圧減衰のために使用する（３０２ｃ）、請求項９から１２までのいずれか１項に記載の方法。

【請求項14】

請求項９から１３までのいずれか１項に記載の方法を演算ユニットで実施する場合、前記演算ユニットに該方法を実施させるコンピュータプログラム。

【請求項15】

請求項１４に記載のコンピュータプログラムを記憶させた、機械で読み取り可能な記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多重電圧搭載電源の部分電源用過電圧保護回路、このような過電圧保護回路を備えた多重電圧搭載電源、並びに、過電圧保護方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

自動車においては、多重電圧搭載電源の形態の搭載電源は重要性を増している。この場合、搭載電源は発電機（「ダイナモ」；通常は交流発電機が知られているが、直流発電機を使用することも知られている）を有することができ、発電機は機械的運動エネルギーを電気エネルギーに変換することによって搭載電源に対し搭載電圧を提供する。

【0003】

電気エネルギー需要量がますます高くなるために（従来機械的にまたは液圧で作動されていた不規則な消費装置が需要に即して電気化されたことによる）、並びに、自動車の減速中に運動エネルギーを電気エネルギーに可能な限り多く変換する目的により、高い搭載電圧（特に４８Ｖ）の確立が始まっている。この種の搭載電圧は従来のより小さな搭載電圧（１２Ｖ）に比べてほぼ４倍のより高い電圧を有しているが、従来の搭載電圧に比べて一方では電流は４倍より少なく、もしくは、他方では４倍より高い出力を得ることができる。搭載電圧の上限は、搭載電源内での最大許容電圧６０Ｖによって与えられており、この最大許容電圧は（人間に対して）危険な接触電圧に対する限界値であり、これ以上では（上回った場合には）面倒で高価な付加処置を必要とする（例えば警告、オレンジケーブル、二重絶縁、絶縁監視など）。

【0004】

自動車内には多数の消費装置（例えばラジオ、ダッシュボード、パワーウィンドウなど）があり、これらの消費装置は、一方では簡単に且つコスト上好ましくより高い搭載電圧に切換え可能でなく、他方ではより高い搭載電圧から技術的／経済的利点を引き出すことができないので、搭載電源は、より低い第１の搭載電圧（特に１２Ｖもしくは２４Ｖ）を備えた低電圧搭載電源と、より高い第２の搭載電圧（４８Ｖ）を備えた高電圧搭載電源とを有する多重電圧搭載電源として、特に２電圧搭載電源として構成することができる。

【0005】

この種の多重電圧搭載電源の場合、高電圧搭載電源から低電圧搭載電源への望ましくないクロストークの危険があり、クロストークはすべての低電圧構成要素（通常は最大で３４Ｖ／５００ｍｓの最大絶縁耐力を有する）の破壊を引き起こすことがある。

【0006】

クロストークを阻止する可能性は、４８Ｖ搭載電源のアース線（ＫＬ．４１）と１２Ｖ搭載電源のアース線（ＫＬ．３１）とを電気的に切り離して、起こりうる連鎖もしくは二次的な障害を確実に阻止することである。電気的な切り離しは容量的方式（例えば特殊なＩＳＯ素子）、光学的方式（例えばオプトカプラー）、または誘導的方式（例えばＨＦトランスフォーマー）で行うことができる。自動車の分野でこれらの方式すべてに共通なことは、（特に寿命および温度範囲並びに少数部品に対する高度な要求のために）煩雑で高価なことである。

【0007】

需要スペース並びに複雑性の増大も少なからずある。他方、上記の電気的断路器は、今日では主に２３０ＶＡＣ（電源）もしくは４００Ｖもしくは６００ＶＡＣ（ハイブリッド）のために使用されるので、通常、要求される６０Ｖ以上（通常は１０００Ｖまたは１２００Ｖ以下）の絶縁耐力を提供する。従って電気断路器は著しくオーバーサイズであり、対応的に高価である。

【0008】

発電機を使用する場合（高電圧発電機、例えば、ブースト レキュペレーション マシーンＢＲＭ）、アース線の切り離しに対する要求を変えると（電気的切り離しのコストによる欠点に加えて）、エンジンアースを（固定ねじを介して）アースとしてもはや使用してはならず、または使用できず（これは自動車発電機における技術水準に反する）、その代わり適当なコストをかけてエンジンブロックに対し絶縁しなければならない。このことは特にコストおよび頑強性に関して格別な欠点である。さらに、固有のアース接続ボルトを発電機に設けねばならないが、これは付加的なコストおよび構成空間の問題以外に、原理上、逆極性の危険をもたらす。また、この固有のアース接続ボルトは別個に車体アースと結合させねばならず、このためには対応的に電流容量を持つ（それ故肉厚で、高価な）アースストラップが必要である。アースストラップの予想される長さは同様にＥＭＶ処置（例えばコモンモードフィルタ）を必要とする。４８Ｖ搭載電源の提供をまず必要とし、もしくは、有意義にさせる（ＢＲＭ、例えば２５０Ａ−３００Ａ）高出力（高電流）の場合には、コモンモードフィルタに深刻な電圧降下（出力損失）が生じ、電圧降下（出力損失）は作用効率利得を減少させる（パフォーマンスロス）。

【0009】

それ故、エンジンブロックを共通のアース接続部として得ることができるようにするのが望ましく、この場合高電圧搭載電源に給電するための電気機械はアースによってエンジンブロックに固定され、エンジンブロックは同様に低電圧搭載電源のためのアースポテンシャルを定義する。しかしながら、いわゆるアース切断（エンジンブロックと参照アースポテンシャルを定義している車体との間のアース結合の遮断）の場合は、更なる処置を施さなければ低電圧搭載電源内に過電圧が発生する。

【0010】

それ故、多重電圧搭載電源の高電圧搭載電源から低電圧搭載電源への望ましくないクロストークを阻止する可能性を提供することが望ましい。

【発明の概要】

【0011】

本発明によれば、独立請求項の構成を備えた過電圧保護回路、このような過電圧保護回路を備えた多重電圧搭載電源、並びに、過電圧保護方法が提案される。有利な構成は従属請求項並びに以下の説明の対象である。

【0012】

多重電圧搭載電源は、第１の搭載電圧を備えた第１の部分電源と、第２の搭載電圧を備えた第２の部分電源と、第２の部分電源に給電するための電気機械とを有し、第１の搭載電圧は第２の搭載電圧よりも小さい。

【0013】

第１の部分電源と第２の部分電源と電気機械とは、１つの共通のアースポテンシャルにある１つの共通の第１のアース接続部に接続されている。その際この第１のアース接続部は特にエンジンブロックもしくはエンジンアースとして実現されている。その際電気機械は、特に機械的な螺合点を介してエンジンブロックと電気結合されている。これによって非常に低インピーダンスの、信頼性のある、コスト上好ましいアース接続が実現される。本発明による過電圧保護回路は、参照アースポテンシャルを接続するための、特に車体アースを接続するための第２のアース接続部を有している。本発明によれば、過電圧保護回路は、第１のアース接続部と第２のアース接続部との間のアース差電圧が閾値に達しているかどうかをチェックする。共通のアースポテンシャルと参照アースポテンシャルとの間でアース切断（例えばアースストライプの破損）が生じた場合には、アース差電圧が上昇する。それ故、閾値は特にアース差電圧に対する最大許容上限値として選定される。アース差電圧が閾値に達すると、該アース差電圧を制限するため、よって第１の搭載電圧を制限するため、過電圧保護処置が実施される。

【0014】

本発明による過電圧保護回路により、特に基準アースポテンシャルと参照アースポテンシャルとの間の導線切断の結果生じる過大なアース差電圧が早期に認識される。従って、第１の部分電源の構成要素は適当な過電圧保護処置によって過電圧から保護される。第２の部分電源（高電圧搭載電源）から第１の部分電源（低電圧搭載電源）へのクロストーク、および、これに関連する部分電源の構成要素の破損は、阻止される。これは、高電圧電源および低電圧電源のアース線がエンジンブロックで電気的に切り離されていない場合に対しても特に有利な簡単な態様で達成され、その結果さらにエンジンブロックと車体との間に１本のアースストライプのみがあれば十分である。上述した、アースの電気的切り離しおよび２本のアースストライプと関連する欠点は、回避される。

【0015】

本発明により、基準アースポテンシャルの連続的な監視が実施される。エラーの場合（過電圧が発生した場合）には、一方では電気機械自身が破壊的な過電圧から（または不足電圧からも）保護され、他方では共通の第１のアース接続部にダイレクトに接続されている電気消費装置（例えばグロープラグ並びにその制御器）並びに該ダイレクトに接続されている電気消費装置を介して間接的に接続されている第１の部分電源が損傷されないよう保証される。

【0016】

過電圧保護処置は、アクティブな処置および／またはパッシブな処置を含んでいてよい。その際パッシブな処置は特に過電圧保護回路の特別な構成要素によって実現され得る。アクティブな処置は例えば制御処置であってよい。特に、過電圧保護処置は、（以下でさらに説明するように）本発明による過電圧保護回路の有利な構成によって実現される３つの異なる段階で実現される。

【0017】

付加的な第２のアース接続部を用いて、特に自動車の１つの車体点に対するアース線が実現される。第２のアース接続部は好ましくは信号プラグ内にあり、該信号プラグ内には特にＣＡＮ−ＢＵＳシステムの形態の通信線も差し込まれる。それ故、本発明は特別なケーブル敷設コストなしに既存の多重電圧搭載電源でも実現できる。というのは、通信線はほとんどの場合いずれにしても例えばシールドのためにアース線を使用するからである。

【0018】

有利には、過電圧保護回路は、第１のアース接続部と第２のアース接続部との間に接続されているパッシブな保護要素を有している。このパッシブな保護要素は特にツェナーダイオード、特にバイポーラツェナー構造の２つのツェナーダイオードを含んでいてよく、および／または、ＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）、特に直列に接続される２つのＭＯＳＦＥＴを含んでいてよい。パッシブな保護要素は、特に過電圧保護処置のパッシブな処置の一部であり、過電圧保護処置の第１段を形成している。パッシブな保護要素により、アクティブな処置が介入できる以前にすでに過度な電圧上昇が阻止される。その際２つのツェナーダイオードのバイポーラ配置は、対応する電圧の制限を特に簡単に可能にする。

【0019】

パッシブな保護要素は、過電圧の発生後すぐに、特にアクティブな処置が導入できるまでの間、過電圧保護もしくは過電圧保護処置の用を成す。これは、特に、アース切断後もしくは過電圧発生後、１０μｓと１００μｓとの間でのタイムラグを含んでいる。このタイムラグの後にアース切断が検知され、アクティブな処置、特に制御処置が導入される。これは特に過電圧保護処置の第２段で行われる。

【0020】

ＭＯＳＦＥＴの制御は、合目的には、温度から切り離されていて温度に対し安定なツェナーダイオードとダイオードストリングとから成る配線を用いて行われる。従って、ツェナーダイオードおよびＭＯＳＦＥＴの閾値電圧の小さな公差と、安定化した温度依存性とが保証される。これとは択一的に、または、これに加えて、ハードウェアコストが少ない別個の電圧制御から成る配線を実現してよい。

【0021】

これによって、ＭＯＳＦＥＴの初期公差と温度依存性とが前記別個の電圧制御を介して補償される。

【0022】

パッシブな保護要素は、ＴＶＳダイオード（過渡電圧抑制）、ツェナーダイオードを用いて制御される少なくとも１つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）または少なくとも１つのバリスタによって、例えば少なくとも１つの半導体ダイオードを備えた少なくとも１つのツェナーダイオードの直列接続として構成されていてもよい。

【0023】

好ましくは、過電圧保護回路は、入力側を第１のアース接続部と第２のアース接続部とに結合されている比較器を有している。その際比較器は、第１のアース接続部と第２のアース接続部との間のアース差電圧を特定し、該アース差電圧を閾値と比較させる。その際比較器は、両アース接続部の間で高速な（高エネルギーの）電圧飛躍を検知する。アース差電圧が閾値を超えると、比較器は特にマイクロコントローラもしくは制御器に警告を発する。その際比較器は特にデジタル信号を送出する。その際比較器はマイクロコントローラもしくは制御器においてデジタルインターラプトをトリガーする。その結果マイクロコントローラもしくは制御器は、アース切断を確認するためにいくつかの合目的な測定を実施する。このようにしてマイクロコントローラもしくは制御器はアース切断を検知し、過電圧保護処置のアクティブな処置を導入させる。アース切断のこの検知とアクティブな処置の導入とは、特に過電圧保護処置の第２段を表している。

【0024】

過電圧保護回路が比較器を有していなければ、マイクロコントローラもしくは制御器はアナログ信号を用いて警告もしくはトリガーを行うこともできる。この場合、マイクロコントローラもしくは制御器のアナログ入力部を介して規則的な間隔（例えば１ｍｓ）で過電圧保護回路はアース差電圧に関する問い合わせを行う。ここで個別パルスに反応しないようにするには、少なくとも３つまたはそれ以上のアース差電圧値に関して問い合わせを行う必要がある。従って、マイクロコントローラもしくは制御器が過電圧保護処置を導入できるまで、もしくは、過電圧が検出されるまでは非常に緩速な反応時間が伴う。その間パッシブな保護要素が過電圧保護処置を成し、その際に一定の温度だけ温まる。この原理は特に共通のアース接続部の緩慢で「潜行性の」切断の場合に適している。

【0025】

第１のアース接続部と第２のアース接続部との間で電圧が緩速にドリフトすると、第１のアース接続部の「ハードな」切断は存在せず、第１のアース接続部の摩耗による「潜行性の」切断が存在する。これは例えばねじもしくはエンジンアースの腐食によって起こりうるケースである。このケースは例えば周期的な緩速なＡＤ測定（例えばプレドライブ内での）を介して検知することができる。このケースでも過電圧保護処置を実施する。特に腐食による第１のアース接続部のこの種の摩耗による切断を示唆する特徴的な電圧ずれが検知されると、ドリフトの適当な大きさの時に作動をシステムのシーケンシャルスタート前に中断させることができる。

【0026】

有利には、過電圧保護処置として、もしくは、アクティブな処置として、電気消費装置を第２の部分電源内に電圧を減衰させるために接続する。これとは択一的に、または、これに加えて、有利には過電圧保護処置として、合目的には電気機械のモータ作動と発電機作動とを交互に行う。これとは択一的に、または、これに加えて、有利には電気機械の相接続部の（交互）相短絡を実施する。交互とは、短絡すべき相を交代させることを意味している。このようにして、残っているエネルギーがシステムから取り出されてシステムが無電流でパッシブな状態になるまで、一定の（小さな）アースドリフトに対する制御が可能になる。

【0027】

電気機械のモータ作動と発電機作動との間の交代は、特に位相角シフトによって実施される。これによって電気エネルギーをモータ作動で消費して搭載電源から引き出すことができる。この場合、位相角は電気機械の相電圧と同期内部電圧との間の位相ずれに対応している。この場合、相電圧とは、電気機械のステータのステータ巻線部に印加される電圧である。同期内部電圧は、励磁電流からロータのロータ巻線部によってステータ巻線部内に誘導される電圧に相当している。電気機械の発電機作動では、位相角は正の値をとり、電気機械のモータ作動では負の値をとる。位相角は相電圧を予め設定することにより（ステータと搭載電源との間の整流器により）調整される。

【0028】

（構成に依存する）特定の位相角では、電気機械を発電機作動でもモータ作動でも作動させない。電気機械によって消費される電力は、損失電力として電気機械内で、または、付加的に出力最終段で消費される。従って、過電圧によって搭載電源内へもたらされる電気エネルギーを消費して第１の搭載電圧を低下させるために、比較的長い時間の間、電気機械を電気消費装置として利用することもできる。

【0029】

他方、位相角を連続的に調整することができ、この場合には電気機械を連続的に発電機作動からモータ作動へ（およびその逆へ）移行させる。その際に連続的な電流出力もしくは電流入力を行う。従って、発電機電流を第１の搭載電源の最大許容電圧値に調整することができる。この設定は制御または調整して（例えばアースシフト電圧で）行うこともできる。その際電気機械は、トルクを発生させることにより搭載電源内の過度な電気エネルギーを消費することができる。

【0030】

本発明の有利な構成では、過電圧保護処置として、もしくは、アクティブな処置として、第２の部分電源と電気機械との間の結合を切断する。これは過電圧保護処置の第３段を表している。従って第２の部分電源は遮断され、出力無効に切換えられる。第１および第２の部分電源の構成要素の過電圧によって起こりうる危険はもはや与えられていない。第２の部分電源からの（例えば第２の部分電源の高電圧バッテリーおよび／またはＤＣＤＣ変換器のエネルギー伝送からの）エネルギー補充を、特にゼロに減少させる。

【0031】

電気機械から第２の部分電源へのエネルギー流を、例えば第２の部分電源のエネルギーアキュムレータの主保護部を開くことにより、および／または、第１の部分電源からＤＣＤＣ変換器へのエネルギー伝送を調整して制限することにより、中断させる。付加的に、もし可能なら、電気消費装置を通電させて第１の部分電源内のエネルギーを減衰させる（時間はほぼ２０ｍｓないし５０ｍｓ）。

【0032】

この過電圧保護処置の第３段も同様にマイクロコントローラもしくは制御器によって導入し、特に通信網もしくはＣＡＮ−ＢＵＳシステムを介して導入する。この過電圧保護処置の第３段は、より長い期間に設定されている。というのは、ＣＡＮ−ＢＵＳシステムは通常１０ｍｓ前後の反応時間を有し、バッテリー内には機械的なリレー（１０ｍｓと１００ｍｓの間の解除時間を持つ）が固定されていることが多いからである。このようにして過電圧に対する疲労強度が保証される（なぜなら、パッシブな保護要素はこのように長い期間にわたって場合によっては過負荷を受けているからである）。

【0033】

付加的に、第２の部分電源のエネルギーアキュムレータもしくは高電圧バッテリーまたは第２の部分電源の他の構成要素（例えばＤＣ／ＤＣ変換器、電気線）の制御器内にエラーの登録を行うことができる。これは診断機能を可能にする。

【0034】

有利には、過電圧保護処置を実施する前に、警告もしくは警告信号を第２の部分電源の構成要素へ出力し、特にＣＡＮ−ＢＵＳシステムを介して出力させる。この場合警告を、特に第２の部分電源内にあるエネルギー源（例えばエネルギーアキュムレータ、ＤＣ／ＤＣ変換器、電気線）用制御器のすべてに出力する。この場合、警告として、特に、（例えばエネルギーアキュムレータの主保護部を開くことにより、または、ＤＣ／ＤＣ変換器のエネルギー伝送を調整して制限することにより）第２の部分電源へのエネルギー流が中断されること、および／または、第２の部分電源の電気消費装置を通電して電圧を減衰させることが出力される。

【0035】

本発明による演算ユニットは、例えば自動車の制御器は、特にプログラム技術的に、本発明による方法を実施するために設置されている。

【0036】

ソフトウェアの形態での方法の実施も有利である。というのは、特に実行する制御器が他の課題に対しても利用され、それ故いずれにしても制御器が既存のものであるならば、これは特に低コストを生じさせるからである。コンピュータプログラムを提供するために適したデータ担持体は、特にフラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ等である。コンピュータネット（インターネット、イントラネット等）を介してのプログラムのダウンロードも可能である。

【0037】

本発明の更なる利点および構成は、以下の説明および添付の図面から明らかである。

【0038】

上述して以下でさらに説明する構成は、その都度記載する組み合わせで使用可能なばかりでなく、本発明の範囲を逸脱しなければ、他の組み合わせでも、また単独でも使用可能である。

【0039】

本発明はいくつかの実施形態に関して図面に図示されており、以下に図面を参照して詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0040】

【図1】本発明の有利な実施形態による本発明による過電圧保護回路を備えた２電圧搭載電源を示す図である。

【図2】本発明による過電圧保護回路の有利な実施形態を示す図である。

【図3】本発明による方法の有利な実施形態をブロック図として示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0041】

以下では、複数の図を少なくとも部分的に互いに関連しあうように説明する。異なる図において同じ参照符号は同じ構成部材に関わる。

【0042】

図１には、本発明の有利な１実施形態による２電圧搭載電源の形態の多重電圧搭載電源が図示されており、全体を１００で示している。２電圧搭載電源１００は、第１の部分電源Ｔ１と第２の部分電源Ｔ２とを有している。この場合、第１の部分電源Ｔ１は特に１２Ｖまたは２４Ｖのより低い第１の搭載電圧を有し、第２の部分電源Ｔ２は特に４８Ｖのより高い第２の搭載電圧を有している。

【0043】

第１の部分電源Ｔ１は第１のエネルギーアキュムレータＢ１、例えばリチウム・イオンアキュムレータ、容量性メモリ、または従来の車両バッテリーを有している。第１のエネルギーアキュムレータＢ１は例えば＋１２Ｖの第１の搭載電圧を提供する。第１の部分電源Ｔ１内には、簡潔化した等価回路によって象徴的に示したように、第１の電気消費装置Ｖ１１と第２の電気消費装置Ｖ１２とが配置されている。

【0044】

第１の部分電源Ｔ１は、さらに、エンジン制御器ＭＴの形態の制御器を有している。エンジン制御器ＭＴは例えば内燃機関ＭのグロープラグＧＫを制御する。

【0045】

内燃機関Ｍには、第２の部分電源Ｔ２に給電するための電気機械ＥＭが結合されており、該電気機械は例えばクローポール型発電機として構成されていて、発電機作動もモータ作動もさせることができる。電気機械ＥＭは、図１でＫＬ１で示したように、そのハウジングを介して、内燃機関Ｍのエンジンブロックと導電結合されている。内燃機関Ｍのエンジンブロックは電気機械ＥＭのためのアースとして用いられ、従って同時に第２の部分電源Ｔ２のためのアースとしても用いられる。通常のように、グロープラグとエンジンブロックとの螺合部も同時にアース接続部を形成しており、その結果これによって１つの共通のアース接続部が形成される。

【0046】

電気機械ＥＭは第２の部分電源Ｔ２と結合されている。直流電圧変換器ＤＣ／ＤＣを介して第１の部分電源Ｔ１は第２の部分電源Ｔ２と連結されている。

【0047】

電気消費装置Ｖ１１とＶ１２並びにエンジン制御器ＭＴおよびグロープラグＧＫは、第１の部分電源Ｔ１の構成要素（低電圧構成要素）であり、例えば最大３４Ｖ／５００ｍｓの絶縁耐力を有している。

【0048】

第２の部分電源Ｔ２も同様に、スイッチＳＷ１を介して当該第２の部分電源Ｔ２と結合されているエネルギーアキュムレータＢ２と、当該第２の部分電源Ｔ２の構成要素（高電圧構成要素）である電気消費装置Ｖ２１とＶ２２とを有している。エネルギーアキュムレータＢ２は上述のエネルギーアキュムレータＢ１と同様に構成されていてよく、＋４８Ｖの第２の搭載電圧を提供する。

【0049】

第１の部分電源Ｔ１のエネルギーアキュムレータＢ１はアース接続部Ｇ１に接続されている。第２の部分電源Ｔ２のエネルギーアキュムレータＢ２はアース接続部Ｇ２に接続されている。アース接続部Ｇ１とＧ２は参照ポテンシャル、ここでは例えば車体ポテンシャルにあるアース接続部である。

【0050】

２電圧搭載電源のための他の搭載アースとして、内燃機関Ｍのエンジンブロックが用いられる。エンジンブロックは、第１の部分電源Ｔ１、電気機械ＥＭ、および第２の部分電源Ｔ２のための１つの共通のアース接続部である。エンジンブロックはアースストラップＭＢを介して参照アースと結合されている。

【0051】

アースストラップＭＢが切れると、２つのアースポテンシャルは発散し、よって第１の部分電源Ｔ１での過電圧になる。この種のアース切断が行われると、障害電流が流れ、この障害電流のために、第１の部分電源Ｔ１内に配置されているグロープラグＧＫとエンジン制御器ＭＴとが転極して、対応する転極電圧もしくは過電圧の作用を受ける。その際ほとんどの場合、過電圧は、通常エンジン制御器ＭＴの最大絶縁耐力を越えてこれを破損させるような電圧値を有する。これによって過電圧は第２の部分電源Ｔ２内へ突き抜け、低電圧構成要素Ｖ１１とＶ１２を破損させる。

【0052】

第１の部分電源Ｔ１の構成要素ＭＴ，Ｖ１１，Ｖ１２を過電圧から保護し、第１の部分電源Ｔ１のこれら構成要素ＭＴ，Ｖ１１，Ｖ１２の破損を阻止するため、２電圧搭載電源１００は、さらに、本発明による過電圧保護回路１の有利な実施形態を有している。

【0053】

過電圧保護回路１は、入力側で電気機械ＥＭと結合されており、もしくは、電気機械ＥＭのアース接続部ＫＬ１と結合されている。過電圧保護回路１は、付加的な第２のアース接続部ＫＬ２（例えば信号接地線）を有している。この第２のアース接続部ＫＬ２は参照アースポテンシャルと結合されている。過電圧保護回路１の比較回路ＯＰは、第１のアース接続部ＫＬ１と第２のアース接続部ＫＬ２との間のアース差電圧が閾値に達しているかどうかをチェックする。

【0054】

比較回路ＯＰは第１のマイクロコントローラμ１と結合されている。マイクロコントローラμ１は、プログラム技術で本発明による方法を実施するために設置されており、このために特に電気機械ＥＭを制御することができ、および／または、制御命令を、通信線ＣＬもしくはＣＡＮ−ＢＵＳと結合されている第１のＣＡＮ送受信器Ｃ１を介して出力することができる。

【0055】

ＣＡＮ−ＢＵＳ ＣＬを介して過電圧保護回路１は第２の部分電源Ｔ２内の制御器Ｓ２と通信することができる。異なる消費装置Ｖ２１，Ｖ２２も通信線ＣＬに接続されている。

【0056】

制御器Ｓ２も同様に、ＣＡＮ送受信器Ｃ２とマイクロコントローラμ２とを有している。第２の制御器Ｓ２は、例えば第２のエネルギーアキュムレータＢ２（バッテリーマネージメントシステムＢＭＳ）の制御器であり、または、第２の部分電源Ｔ２の制御器である。

【0057】

ＣＡＮ送受信器Ｃ１とＣ２は必ずしも別個の部品である必要はなく、特にそれぞれのマイクロコントローラμ１もしくはμ２の一部として構成されていてよい。

【0058】

過電圧保護回路１は、出力側で最終的に第２の部分電源Ｔ２と結合されており、従ってマイクロコントローラμ２と作用結合している。

【0059】

本発明による過電圧保護回路１の有利な１実施形態が図２に図示されている。２電圧搭載電源１００は、さらに、過電圧保護のための本発明による方法の有利な１実施形態を実施するために設置されている。同じものが図３にブロック図として図示されている。

【0060】

次に、本発明による過電圧保護回路１の構成、作用と、本発明による方法の工程とを図２および図３を用いて互いに関連するように説明する。

【0061】

アース差電圧が閾値に達しているかどうかをチェックするため、過電圧保護回路１は、比較素子（例えば演算増幅器）２０を備えた比較回路ＯＰを有している。比較素子は入力側でＫＬ１を介してエンジンブロックの基準アースポテンシャルと結合されていて、且つＫＬ２を介して車体の参照アースポテンシャルと結合されており、アース差電圧を閾値と比較する。アースストラップＭＢがエンジンブロックＭと車体との間の電気結合を形成している限りは、両アースポテンシャルは実質的に等しく、よってアース差電圧は実質的にゼロである。しかしながら電気結合が阻害または破壊されていれば、アース差電圧は増大する。

【0062】

アース差電圧が所定の閾値に達すると、これはマイクロコントローラμ１によって検出されることができ、このとき該マイクロコントローラはエラーケースであると認識して、過電圧保護処置を導入する。しかしながら、この（アクティブな）検出は、過電圧の発生後に１００μｓ以下のタイムラグを要求することがあるので、過電圧保護回路１は付加的にパッシブな保護要素１０を有し、該保護要素は、前記タイムラグの範囲内で、過電圧保護処置の第１段として、２電圧搭載電源１００の過電圧保護の用を成す。

【0063】

図３では、ステップ３００で、前記エラーケースがアースストラップＭＢの遮断（アース切断）の形態で発生する。ステップ３０１では、過電圧保護処置の前記第１段が過電圧保護回路１のパッシブな保護要素１０によって実現される。この場合、パッシブな保護要素１０は２つのツェナーダイオード１１と１２を有し、これらツェナーダイオードはバイポーラツェナー構造で配置されており、第１のアース接続部ＫＬ１と第２のアース接続部ＫＬ２との間に接続されている。パッシブな保護要素１０は、アクティブな過電圧保護処置が導入されるまで、パッシブな過電圧保護処置の用を成す。パッシブな保護要素１０は、アース差電圧を制限する。

【0064】

ステップ３０２ａでは、比較素子２０が、上述のように、アース差電圧が閾値に達していることを決定する。これはマイクロコントローラμ１によって検出され、該マイクロコントローラは、次に、合目的には、アース切断を確認するために複数回の測定を実施する。同様に、過電圧があるとの測定結果が得られれば、エラーケースが検出される。このとき過電圧保護回路１もしくはマイクロコントローラμ１は、アクティブな過電圧保護処置を導入する。

【0065】

第１のアクティブな過電圧保護処置は、ステップ３０２ｂにおいて、電気機械ＥＭによって発生する電圧を低減させることを含んでいる。このため、電気機械ＥＭは過電圧保護回路１によって次のように制御され、すなわち第２の部分電源Ｔ２内での搭載電圧と、これによる第２の部分電源Ｔ２から第１の部分電源Ｔ１へのクロストークとが低減されるように、制御される。その際過電圧保護回路１は、特に電気機械ＥＭの位相角シフトを実施し、これによって電気機械によって発生する電力（発電機作動）が連続的に低減されて、所要電力（モータ作動）までシフトさせることができる。これとは択一的に、または、これに加えて、特に高速消勢の途中で励起場を低減させることで、電気機械ＥＭによって発生する電圧を低減させてよい。両処置により、アース差電圧を閾値以下に保持すること、例えば特定の値またはゼロに保持することが試みられる。

【0066】

好ましくは、過電圧保護回路１は、ステップ３０２ｃで、ＣＡＮ送受信器Ｃ１と通信線ＣＬとを介してもデジタル信号を出力し、該デジタル信号は、通信線ＣＬを介して到達可能な第２の部分電源Ｔ２内のすべての消費装置Ｖ２１，Ｖ２２に、可能な限りエネルギーを第２の搭載電源に出力しないように、および／または、可能な限り多量のエネルギーを第２の搭載電源Ｔ２から取り出すように指示する。この第２の観点は、特に消費装置を通電することをも含んでいる。

【0067】

アクティブな処置（ステップ３０２ｂおよび３０２ｃ）の導入および実施により、過電圧保護処置の第２段（３０２）を形成している。

【0068】

過電圧保護処置の第３段として、ステップ３０３で、第２の部分電源Ｔ２を機能させず、もしくは遮断し、出力無効に切換える。このため、制御器Ｓ２は対応する命令を過電圧保護回路１から受け取り、その結果スイッチＳＷ１を制御してこれを開く。

【符号の説明】

【0069】

１ 過電圧保護回路
１０ 過電圧保護要素
１００ 多重電圧搭載電源
ＣＬ 通信線
ＥＭ 電気機械
ＫＬ１ 第１のアース接続部
ＫＬ２ 第２のアース接続部
ＯＰ 比較器
Ｔ１ 第１の部分電源
Ｔ２ 第２の部分電源
Ｓ２ 制御器
Ｖ２１，Ｖ２２ 電気消費装置

【図1】

【図2】

【図3】