JP2017516442A

JP2017516442A - 基準搭載電源回路網を特に安全関連サブ回路網に接続する装置

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Publication number: JP2017516442A
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Inventors: ミュラーヴォルフガング; ボーネクリスティアン
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Current assignee: Robert Bosch GmbH
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Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2017-06-15
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Abstract

基準搭載電源回路網を、特に安全関連サブ回路網に接続する装置であって、少なくとも一つの第１のスイッチング手段（３４）と少なくとも一つの第２のスイッチング手段（３６）とを備え、前記スイッチング手段を介して、前記基準搭載電源回路網（１０）と前記サブ回路網（２０ａ）とが直結可能であり、第１の端子（３３）とさらなる端子（３５）とを有する少なくとも一つの直流電圧コンバータ（３２）を備え、前記第１の端子（３３）は、前記第１のスイッチング手段（３４）と前記第２のスイッチング手段（３６）との間に電気的に接触接続され、第３のスイッチング手段（３８）を介して前記直流電圧コンバータ（３２）の前記さらなる端子（３５）は前記基準搭載電源回路網（１０）に接続可能であり、第４のスイッチング手段（３９）を介して前記直流電圧コンバータ（３２）の前記さらなる端子（３５）はエネルギ蓄積器（４０）に接続可能である、装置が提案される。

Description

本発明は、独立請求項の上位概念による、基準搭載電源回路網を特に安全関連サブ回路網に接続する装置に関する。上位概念による装置は、既に国際公開第２００２／０８０３３４号（ＷＯ２００２／０８０３３４Ａ１）から公知である。それによれば、統合化されたスタータジェネレータを備えた実施形態において、３６Ｖバッテリ、１２Ｖバッテリ及び二重層キャパシタが設けられている。この統合化されたスタータジェネレータは、接続路を介して４２Ｖの搭載電源回路網に給電し、さらに４２Ｖ／１４Ｖコンバータを介して１４Ｖの電源回路網に給電している。これらの電源回路網には、複数の負荷が接続されている。二重層キャパシタは、スイッチを介して、統合化されたスタータジェネレータと４２Ｖの搭載電源回路網とに接続することが可能である。しかしながら、この二重層キャパシタは、僅かな電圧範囲に亘ってしか使用されない。

国際公開第２００２／０８０３３４号

本発明の課題は、特に安全関連サブ回路網に高い信頼性で電気エネルギを供給するための装置及び方法を提供することにある。この課題は、独立請求項の特徴部分によって解決される。

発明の利点
そのために、独立請求項の特徴部分による本発明に係る装置及び本発明に係る方法は、特に安全関連サブ搭載電源回路網の信頼性の高い給電が行われるという利点を有している。本発明によれば、少なくとも一つの第１のスイッチング手段と少なくとも一つの第２のスイッチング手段とが設けられており、それらを介して基準搭載電源回路網とサブ回路網とが直結可能となり、また、直流電圧コンバータを設けることにより、それを介してエネルギ蓄積器が場合によってはその電圧レベルに関して適合化されることによって、高い信頼性で安全関連負荷が確実に給電され得るようになる。好ましくは、このために複数の負荷が、異なった安全関連性を有する負荷グループに分けられる。本発明は、自動車の電力供給のために使用することができる。さらに、電気的な負荷がより高い信頼性で給電されなければならない他の技術分野への使用も可能である。さらに本発明は、例えば二重層キャパシタのような異なる電圧レベルを有する電気的蓄積器が搭載電源回路網の内部で動作できるように考慮する。その他にも本発明に係る装置及び本発明に係る方法は、安全関連でかつ電圧に敏感な負荷が電圧低下によってその機能を損なうことを阻止する。本発明に係る装置及び本発明に係る方法はその上さらに、特にデュアルチャネル式の電力供給が、冗長的な安全関連負荷のために可能になることによって優れている。また、故障許容的な給電を、単に存在しているだけの安全関連負荷のために行うことも可能である。エラー発生時の電気的な負荷の構成可能性も可能である。

この配置構成は、高い融通性によって優れており、あらゆる異なる動作状態が最適化できる。そのため負荷又は負荷グループは、エラー発生時には切り離し可能である。さらに、搭載電源回路網の異なる電気的エネルギ蓄積器を、電気的分離を介して動作させることも可能である。その他にも、電圧中断の補償を電圧に敏感な負荷において行うことが可能である。それ以外にも高い電流動特性を有する高圧負荷の動作時に、搭載電源回路網の支援が保証される。この装置の拡張性のあるモジュール構造は、コスト削減にも寄与している。さらに、この装置は、特に車両においてオプション装備として実現され得る。

好ましい改善形態によれば、この装置の異なる動作モードが可能である。それにより、さらなる付加的機能が作成される。そのため、この装置は、例えば適切な駆動制御のもとで、エネルギ蓄積器、例えば二重層キャパシタの蓄積器管理を担うことが可能である。このエネルギ蓄積器は、この装置を用いることによって、ジェネレータ電圧、又は、基準搭載電源回路網のエネルギ蓄積器の電圧に依存することなく充放電可能である。

好ましい改善形態によれば、相応の駆動制御によって、基準搭載電源回路網のみ若しくはサブ回路網のみが、又は、それにもかかわらず総ての車載電源回路網が、例えば始動過程中の電圧中断を阻止するために支援され得ることが保証される。

好ましい改善形態によれば、基準搭載電源回路網からの安全関連サブ回路網の切り離しが行われ、エネルギ蓄積器からの給電が保証される。このことは、エラー発生時の安全性を高める。

好ましい改善形態によれば、相応の駆動制御の際に、サブ回路網の切り離しと、エネルギ蓄積器からの基準搭載電源回路網の支援とが行われ得る。このことは特に、負荷において短絡が発生したときに必要になり得る。

好ましい改善形態によれば、エネルギ蓄積器が、安全関連サブ回路網から切り離され、基準搭載電源回路網からの安全関連サブ回路網の給電が、直接の電気的結合を介して行われ得る。これにより、配置構成の安全性がさらに高まる。

好ましい改善形態によれば、基準搭載電源回路網からの安全関連サブ回路網の給電が、電圧適合化のための直流電圧コンバータを介して行われ得る。それにより臨界電圧に係る負荷が特に適切な方法で考慮される。

好ましい改善形態によれば、総ての搭載電源回路網が、直流電圧コンバータの利用なしでエネルギ蓄積器から支援される。このことも、搭載電源回路網全体の稼働率の向上に寄与する。

さらなる好ましい改善形態は、さらなる従属請求項及び以下の説明から明らかとなる。

基準搭載電源回路網を安全関連サブ回路網に接続する本発明に係る装置の実施形態は、図面に示され、以下の明細書で詳細に説明される。

多機能モジュールにより、安全関連サブ回路網と対応する負荷の駆動制御部とに接続されている基準搭載電源回路網の例示的構成のブロック回路図。エネルギ蓄積器が充電され、サブ回路網が基準搭載電源回路網に直結されている状態の多機能モジュール。基準搭載電源回路網とサブ回路網とがエネルギ蓄積器から支援されている状態の多機能モジュール。サブ回路網の給電がエネルギ蓄積器からのみ保証されている状態の多機能モジュール。サブ回路網が切り離され、基準搭載電源回路網がエネルギ蓄積器によって支援されている状態の多機能モジュール。サブ回路網が切り離され、エネルギ蓄積器が基準搭載電源回路網から充電されている状態の多機能モジュール。サブ回路網が基準搭載電源回路網からのみ支援されている状態の多機能モジュール。基準搭載電源回路網がエネルギ蓄積器によって直接支援されている状態の多機能モジュール。基準搭載電源回路網とサブ回路網とがエネルギ蓄積器によって直接支援されている状態の多機能モジュール。サブ回路網が基準搭載電源回路網からのみ支援されている状態の多機能モジュール。基準搭載電源回路網が高圧搭載電源回路網に連結している図１によるトポロジーの代替的構成のブロック回路図。

基準搭載電源回路網１０は、少なくとも一つのスタータ１２、少なくとも一つのジェネレータ１４、少なくとも一つのエネルギ蓄積器１６、及び、例示的な意味での少なくとも一つの負荷１８を含んでいる。この負荷１８は、いわゆる快適性のための負荷として構成されている。スタータ１２、ジェネレータ１４、エネルギ蓄積器１６及び負荷１８は、それぞれ相互に並列な状態でアース接続されている。これらの構成要素は、例えば自動車において１４Ｖのもとで動作する基準搭載電源回路網１０の構成部材である。安全関連負荷２２，２４は、安全関連サブ回路網２０において、以下で説明するような適切な方法で次のように接続される。即ち、エラー発生時においても高い信頼性でエネルギ供給が安全関連負荷２２，２４のために行われるように接続される。安全関連サブ回路網２０は、第１の安全関連サブ回路網２０ａに分割可能である。この第１の安全関連サブ回路網２０ａは、多機能モジュール３０から第２のパス２３を介して給電され、スイッチング手段２６を介して基準搭載電源回路網１０から切り離し可能である。この安全関連サブ回路網２０ｂのさらなる構成部材としての第２の安全関連サブ回路網２０ｂは、第１のパス２１を介して基準搭載電源回路網１０に直接接続されている。特に重要な負荷２２は、冗長的に設計されている。これらの冗長的な負荷２２ａ，２２ｂは、それぞれアース接続されている。一方の冗長的な負荷２２ｂは、第１のパス２１を介して基準搭載電源回路網１０から直接給電されており、第２の安全関連サブ回路網２０ｂの構成部材である。安全関連サブ回路網２０の構成部材としての他方の冗長的な負荷２２ａは、多機能モジュール３０を介して給電される。多機能モジュール３０は、接続パス１１を介して基準搭載電源回路網１０に接続されている。第１の安全関連サブ回路網２０ａは、第２のパス２３を介して多機能モジュール３０に接続されている。さらに故障許容的に給電すべき負荷２４がサブ回路網２０内に設けられているが、しかしながら、これは非冗長的に設計されている。スイッチング手段２６，２８の適切な配置構成は、次のことを保証している。即ち、故障許容的に給電すべき負荷２４も、第１の冗長的な負荷２２ａも、基準搭載電源回路網１０を介してでも、多機能モジュール３０によってでも、給電され得ることを保証している。このために、スイッチング手段２８は、故障許容的に給電すべき負荷２４を、多機能モジュール３０の出力側に接続させることが可能である。別のスイッチング手段２６は、第１のパス２１と、スイッチング手段２８及び故障許容的に給電すべき負荷２４の共通の電位との間に配置されている。多機能モジュール３０の一つの端子は、接続パス１１を介して基準搭載電源回路網１０の電位に、即ち、例えば１４Ｖの電位におかれている。多機能モジュール３０内には、直流電圧コンバータ３３が配置されている。この直流電圧コンバータ３２は、好ましくは３ウエイ直流電圧コンバータとして構成されている。第３の出力側は、さらなるエネルギ蓄積器４０に接続されている。このエネルギ蓄積器４０は、アース接続されている。エネルギ蓄積器４０として、例えば二重層キャパシタ又は適切な電圧比を備えたバッテリが使用される。

図２には、多機能モジュール３０の構造が詳細に示されている。多機能モジュール３０内には第１のスイッチング手段３４と第２のスイッチング手段３６とが設けられており、これらは直列に接続されている。第１のスイッチング手段３４と第２のスイッチング手段３６との間には直流電圧コンバータ３２の一つの端子３３が接触している。直流電圧コンバータ３２のさらなる端子３５は、第４のスイッチング手段３９を介してエネルギ蓄積器４０と接続可能である。第１のスイッチング手段３４は、接続パス１１を介して直流電圧コンバータ３２と基準搭載電源回路網１０との間の接続路を形成し得る。第２のスイッチング手段３６は、第２のパス２３を介して、直流電圧コンバータ３２とサブ回路網２０との間の接続路を形成し得る。さらに第３のスイッチング手段３８が、多機能モジュール３０の基準搭載電源回路網側の入力側、詳細には第１の接続パス１１と、直流電圧コンバータ３２のさらなる端子３５との間に設けられている。

図２による実施形態は、エネルギ蓄積器４０が充電される状態を示している。この目的のために、第１のスイッチング手段３４と第４のスイッチング手段３９とが閉じられる。対応する矢印を介して示されているエネルギ流４２は、基準搭載電源回路網１０がエネルギを直流電圧コンバータ３２を介してエネルギ蓄積器４０内に供給することを象徴的に表すものである。直流電圧コンバータ３２は、基準搭載電源回路網１０若しくはエネルギ蓄積器４０において求められた電流及び／又は電圧値に応じて選択された充電戦略に従って、エネルギ蓄積器４０を所望の電圧レベルまで導くことができる状態にある。エネルギ蓄積器４０は、多機能モジュール３０を用いてジェネレータ電圧又は基準搭載電源回路網１０のエネルギ蓄積器１６における電圧に依存せずに充放電可能である。このことは、直流電圧コンバータ３２の適切な利用によって保証される。というのもエネルギ蓄積器４０における電圧は、充電に応じて基準搭載電源回路網１０に対して大きく異なり得るからである。その他に、図２に示されているスイッチング手段３４，３６，３８，３９の駆動制御において、安全関連負荷２２ａ，２４を含んだ第１のサブ回路網２０ａは、基準搭載電源回路網１０と直結される。それにより、基準搭載電源回路網１０から第１のスイッチング手段３４、第２のスイッチング手段３６を介して第１のサブ回路網２０ａ内へのエネルギ流４２も発生する。

図３では、ここにおいて図２とは逆の動作が見て取れる。そこでも総てのスイッチング手段３４，３６，３９は、第３のスイッチング手段３８を除いて閉じられる。しかしながら、ここでは、直流電圧コンバータ３２は、エネルギ蓄積器４０からのエネルギ流４２を、接続パス１１を介して基準搭載電源回路網１０内へも、第２のパス２３を介してサブ回路網２０ａ内へも制御している。それにより、エネルギ蓄積器４０は、二つの回路網１０，２０ａを支援している。このことは、例えば次のような場合に起こり得る。即ち、内燃機関の始動過程によって、電圧が短期間だけ例えば９Ｖまで導かれ、しかしながら、安全関連負荷２２，２４は、この電圧低下によって例えば緊急のリセットによるような巻き添えになることが許されないような場合である。別のシナリオとしては、電動ステアリング、電子制御式姿勢安定化プログラム又は電子制御式ブレーキ倍力装置の同時的介入制御があり、これらも短期間だけ非常に高い電流動特性を引き起こす可能性がある。

図４による駆動制御では、第１のスイッチング手段３４と第３のスイッチング手段３８とが、ここでは開かれている。第２のスイッチング手段３６及び第４のスイッチング手段３９は、閉じられている。この動作モードでは、第２のパス２３を介して第１のサブ回路網２０ａは、エネルギ蓄積器４０からのみ給電される。この目的のために直流電圧コンバータ３２は、電圧比を次のように設定調整する。即ち、エネルギ蓄積器４０からのエネルギ流４２が、直流電圧コンバータ３２と閉じられた第２のスイッチング手段３６とを介してサブ回路網２０内へのみ起こるように設定調整する。ここでのエネルギ蓄積器４０の役割は、例えば基準搭載電源回路網１０に故障又は誤機能が発生した場合に、安全関連負荷２２ａ，２４を備えた第１のサブ回路網２０ａを、直流電圧コンバータ３２を介して給電することにある。

図５による実施形態では、例えば第１のサブ回路網２０ａ内の負荷２２ａ，２４において短絡が発生した場合における、第１のサブ回路網２０ａが切り離されなければならないケースが示されている。この目的のために、第２のスイッチング手段３６と第３のスイッチング手段３８とが開かれる。エネルギ蓄積器４０は、直流電圧コンバータ３２を介して基準搭載電源回路網１０を支援し、あるいはこれは、例えばジェネレータ１４及び／又はエネルギ蓄積器１６の故障の際にも給電され得る。この目的のために、図１のスイッチング手段２６も閉じられ、さらにスイッチング手段２８は、第１のサブ回路網２０ａ又は第２のパス２３の完全な切り離しを達成するために開かれる。

図６による実施形態では、第１のスイッチング手段３４と第４のスイッチング手段３９とが閉じられている。第２のスイッチング手段３６と第３のスイッチング手段３８は開かれている。この状態において、第２のパス２３は再び切り離される。エネルギ蓄積器４０は、基準搭載電源回路網１０から接続パス１１、第１のスイッチング手段３４、直流電圧コンバータ３２及び第４のスイッチング手段３９を介して充電される。

図７による実施形態では、第１のスイッチング手段３４と第４のスイッチング手段３９とが開かれている。第２のスイッチング手段３６と第３のスイッチング手段３８とは閉じられている。多機能モジュール３０の駆動制御において、第２のパス２３は、基準搭載電源回路網１０からのみ支援される。このことは特に次のようなケースに対して有利である。即ち、基準搭載電源回路網１０において、低電圧が存在し、エネルギ蓄積器４０は放電されているが、しかしながら、第２のパス２３又は安全関連負荷２２ａ，２４を備えた第１のサブ回路網２０ａには、定格電圧が供給されなければならないようなケースである。それにより、対応するエネルギ流４２が、基準搭載電源回路網１０から第３のスイッチング手段３８及び直流電圧コンバータ３２並びに第２のスイッチング手段３６を介して第２のパス２３内へ流れる。

図８による多機能モジュール３０の駆動制御では、基準搭載電源回路網１０は、接続パス１１を介してエネルギ蓄積器４０によって直接支援される。この目的のために、第３のスイッチング手段３８と第４のスイッチング手段３９とは閉じられている。第１のスイッチング手段３４と第２のスイッチング手段３６とは開かれている。第２のパス２３は、多機能モジュール３０から切り離されている。それにより、基準搭載電源回路網１０は、直流電圧コンバータ３２を介在的に切り換えることなしにエネルギ蓄積器４０と直接接続される。この駆動制御は、エネルギ蓄積器４０の電圧が基準搭載電源回路網１０の範囲内にあり、かつ、上述したような電圧低下を阻止するために好ましくはエネルギ蓄積器４０がバッファリング可能な短期間の電流ピークが推定される場合に考えられ得る。

図９による多機能モジュール３０の駆動制御の場合には、ここにおいて基準搭載電源回路網１０もサブ回路網２０も、エネルギ蓄積器４０によって直接支援され得る。この目的のために、総てのスイッチング手段３４，３６，３８，３９は閉じられている。いずれにせよ直流電圧コンバータ３２が受動的に切り替わると、それにより直流電圧コンバータ３２を介してエネルギ流４２は全く発生しない。このスイッチング位置も、エネルギ蓄積器４０の電圧が基準搭載電源回路網１０の範囲内にあり、かつ、電圧低下を阻止するためにエネルギ蓄積器４０がバッファリング可能な短期間の電流ピークが推定される場合に考えられ得る。

図１０による多機能モジュール３０の駆動制御の場合には、第１のサブ回路網２０ａ又は第２のパス２３が、基準搭載電源回路網１０からのみ支援される。この目的のために、第１のスイッチング手段３４と第２のスイッチング手段３６とが閉じられている。第３のスイッチング手段３８と第４のスイッチング手段３９とは開かれている。それにより、基準搭載電源回路網１０は、サブ回路網２０の方向にエネルギ流４２を供給する。即ち、サブ回路網２０は、基準搭載電源回路網１０と電気的に直結され、多機能モジュール３０又は対応する直流電圧コンバータ３２は切り離されている。この目的のために、直流電圧コンバータ３２は非活性化状態に切り替わり、それによって直流電圧コンバータ３２を介したエネルギ流４２は全く発生しない。

図１１による実施形態では、基準搭載電源回路網１０よりも高められた電圧レベル、例えば４８Ｖの電圧レベルを有している高圧搭載電源回路網５０によって図１が補完されている。この高圧搭載電源回路網５０は、高圧エネルギ蓄積器５２と、例示的に示されている例えばヒータや空調装置等のような高圧負荷５２とを有している。その他にこの高圧搭載電源回路網５０は、電気機械５６（例えば、電気自動車・ハイブリッド車両用の、又は、いわゆるブースト回生システム（ＢＲＳ）の一部としての回生支援及び駆動支援を行う電気モータ）を含んでいてもよい。この高圧搭載電源回路網５０は、さらなる直流電圧コンバータ５８を介して基準搭載電源回路網１０と接続可能である。それにより、この高圧搭載電源回路網５０も、接続パス１１を介して多機能モジュール３０又は第２のパス２３に給電可能である。しかしながら、多機能モジュール３０の動作モードにおいては、原則的に変更されない。

一例として、例えば１４Ｖの基準搭載電源回路網１０の装置が開示されてきたが、代替的に、ジェネレータ１４を、モータとしての動作も発電機としての動作も可能な電気機械によって置き換えることも可能である。その上さらに、基準搭載電源回路網１０において、別の電圧レベルを有し、又は、別の構造も有しているその他の構成要素が設けられてもよい。サブ回路網２０は、好ましくは、サブ搭載電源回路網１０と同じ電圧レベルで動作する。この場合、重要なことは、上述してきた様々なエラー状況の下であっても、安全関連構成部品２２，２４の信頼性の高い給電が保証されることである。それについては、上記の多機能モジュール３０の構造のもとで、搭載電源回路網の品質を向上させる一連の動作状態が可能であることが示されてきた。そして、いずれのケースにおいても、安全関連負荷２２，２４の信頼性の高い給電が保証可能である。

前述の装置によれば、電気的な安全関連負荷２２，２４への給電のための拡張性のあるモジュール式の搭載電源回路網−位相幾何学を実現することが可能である。

複数の負荷は、異なる安全関連性を有する負荷グループに分けられる（冗長的な負荷２２ａ，２２ｂ；故障許容的に給電すべき負荷２４を参照。但し、これらは冗長的に実施されていない）。安全関連サブ回路網２０は、第１のサブ回路網２０ａからなっており、この第１のサブ回路網２０ａは、少なくともスイッチング手段２６と多機能モジュール３０とを介して基準搭載電源回路網１０から切り離し可能である。さらに、安全関連サブ回路網２０は、第２のサブ回路網２０ｂからなり、この第２のサブ回路網２０ｂは、第１のパス２１を介して常時第１の基準搭載電源回路網１０と結合されている。この第２のサブ回路網２０ｂには、好ましくは冗長的に設計された安全関連負荷２２ｂが含まれている。

好ましくは、この装置は、自動車分野において使用することができる。さらに、電気的な負荷が高い信頼性で給電されなければならないその他の技術分野での使用も可能である。その他にこの装置は、異なる電圧レベルを有する電気的蓄積器１６，４０が、特に二重層キャパシタの場合に、搭載電源回路網の内部で動作できるように考慮する。その他にも、安全関連でかつ電圧に敏感な負荷が電圧低下によってその機能を損なうことが阻止される。その他に前述の位相幾何学は、冗長的な安全関連負荷２２，２４のデュアルチャネル式の電力供給を保証する。同様に、単に存在しているだけの安全関連負荷２４のための故障許容的な給電も可能である。電力供給は、エラー発生時において柔軟に設定変更可能である。その他に負荷２２，２４又は負荷グループは、エラー発生時に切り離し可能である。搭載電源回路網内での様々な電気的エネルギ蓄積器１６，４０の動作は、直流電圧コンバータ３２を用いた電気的分離を介して行うことが可能である。その他に電圧低下を、電圧に敏感な負荷のために柔軟に補償することが可能である。さらに搭載電源回路網の支援が、高い電流動特性を有している高圧負荷の動作の際に保証される。

前述したスイッチング手段２６，２８，３４，３６，３８，３９は、例えば、半導体スイッチ又は従来のリレーであってもよい。特に好ましくは、既に直流電圧コンバータ３２の構成部品である対応するスイッチング素子も、基準搭載電源回路網１０及び／又はサブ回路網２０及び／又はエネルギ蓄積器４０の結合を行うために、対応する相互接続のもとで使用され得る。それにより、多機能モジュール３０の電子部品の数を全体で低減させることが可能である。図示した図２乃至図１０は、特に多機能モジュール３０の異なる機能を説明するために用いられる。

エネルギ蓄積器１６は、例えば基準搭載電源回路網１０の通常の構成部品であるような従来の鉛蓄電池である。それに対して、エネルギ蓄積器４０の特徴は、電圧低下又は電圧ピークが補償できるように選択することが可能である。しかしながら、フォアグラウンドでのサブ搭載電源回路網２０の信頼性の高い給電は、エネルギ蓄積器４０によっても成立する。このエネルギ蓄積器４０として、好ましくは、二重層キャパシタ（ＤＬＣ）又はリチウムイオン電池の使用が可能であろう。

前述した装置は、特に自動車の車載電源回路網への使用に適しているが、しかしながら、この装置は、この分野に限定されるものではない。

発明の利点
そのために、独立請求項の特徴部分による本発明に係る装置及び本発明に係る方法は、特に安全関連サブ回路網の信頼性の高い給電が行われるという利点を有している。本発明によれば、少なくとも一つの第１のスイッチング手段と少なくとも一つの第２のスイッチング手段とが設けられており、それらを介して基準搭載電源回路網とサブ回路網とが直結可能となり、また、直流電圧コンバータを設けることにより、それを介してエネルギ蓄積器が場合によってはその電圧レベルに関して適合化されることによって、高い信頼性で安全関連負荷が確実に給電され得るようになる。好ましくは、このために複数の負荷が、異なった安全関連性を有する負荷グループに分けられる。本発明は、自動車の電力供給のために使用することができる。さらに、電気的な負荷がより高い信頼性で給電されなければならない他の技術分野への使用も可能である。さらに本発明は、例えば二重層キャパシタのような異なる電圧レベルを有する電気的蓄積器が搭載電源回路網の内部で動作できるように考慮する。その他にも本発明に係る装置及び本発明に係る方法は、安全関連でかつ電圧に敏感な負荷が電圧低下によってその機能を損なうことを阻止する。本発明に係る装置及び本発明に係る方法はその上さらに、特にデュアルチャネル式の電力供給が、冗長的な安全関連負荷のために可能になることによって優れている。また、故障許容的な給電を、単に存在しているだけの安全関連負荷のために行うことも可能である。エラー発生時の電気的な負荷の構成可能性も可能である。

基準搭載電源回路網１０は、少なくとも一つのスタータ１２、少なくとも一つのジェネレータ１４、少なくとも一つのエネルギ蓄積器１６、及び、例示的な意味での少なくとも一つの負荷１８を含んでいる。この負荷１８は、いわゆる快適性のための負荷として構成されている。スタータ１２、ジェネレータ１４、エネルギ蓄積器１６及び負荷１８は、それぞれ相互に並列な状態でアース接続されている。これらの構成要素は、例えば自動車において１４Ｖのもとで動作する基準搭載電源回路網１０の構成部材である。安全関連負荷２２，２４は、安全関連サブ回路網２０において、以下で説明するような適切な方法で次のように接続される。即ち、エラー発生時においても高い信頼性でエネルギ供給が安全関連負荷２２，２４のために行われるように接続される。安全関連サブ回路網２０は、第１の安全関連サブ回路網２０ａに分割可能である。この第１の安全関連サブ回路網２０ａは、多機能モジュール３０から第２のパス２３を介して給電され、スイッチング手段２６を介して基準搭載電源回路網１０から切り離し可能である。この第１の安全関連サブ回路網２０ａのさらなる構成部材としての第２の安全関連サブ回路網２０ｂは、第１のパス２１を介して基準搭載電源回路網１０に直接接続されている。特に重要な負荷２２は、冗長的に設計されている。これらの冗長的な負荷２２ａ，２２ｂは、それぞれアース接続されている。一方の冗長的な負荷２２ｂは、第１のパス２１を介して基準搭載電源回路網１０から直接給電されており、第２の安全関連サブ回路網２０ｂの構成部材である。安全関連サブ回路網２０の構成部材としての他方の冗長的な負荷２２ａは、多機能モジュール３０を介して給電される。多機能モジュール３０は、接続パス１１を介して基準搭載電源回路網１０に接続されている。第１の安全関連サブ回路網２０ａは、第２のパス２３を介して多機能モジュール３０に接続されている。さらに故障許容的に給電すべき負荷２４がサブ回路網２０内に設けられているが、しかしながら、これは非冗長的に設計されている。スイッチング手段２６，２８の適切な配置構成は、次のことを保証している。即ち、故障許容的に給電すべき負荷２４も、第１の冗長的な負荷２２ａも、基準搭載電源回路網１０を介してでも、多機能モジュール３０によってでも、給電され得ることを保証している。このために、スイッチング手段２８は、故障許容的に給電すべき負荷２４を、多機能モジュール３０の出力側に接続させることが可能である。別のスイッチング手段２６は、第１のパス２１と、スイッチング手段２８及び故障許容的に給電すべき負荷２４の共通の電位との間に配置されている。多機能モジュール３０の一つの端子は、接続パス１１を介して基準搭載電源回路網１０の電位に、即ち、例えば１４Ｖの電位におかれている。多機能モジュール３０内には、直流電圧コンバータ３２が配置されている。この直流電圧コンバータ３２は、好ましくは３ウエイ直流電圧コンバータとして構成されている。第３の出力側は、さらなるエネルギ蓄積器４０に接続されている。このエネルギ蓄積器４０は、アース接続されている。エネルギ蓄積器４０として、例えば二重層キャパシタ又は適切な電圧比を備えたバッテリが使用される。

図１１による実施形態では、基準搭載電源回路網１０よりも高められた電圧レベル、例えば４８Ｖの電圧レベルを有している高圧搭載電源回路網５０によって図１が補完されている。この高圧搭載電源回路網５０は、高圧エネルギ蓄積器５２と、例示的に示されている例えばヒータや空調装置等のような高圧負荷５４とを有している。その他にこの高圧搭載電源回路網５０は、電気機械５６（例えば、電気自動車・ハイブリッド車両用の、又は、いわゆるブースト回生システム（ＢＲＳ）の一部としての回生支援及び駆動支援を行う電気モータ）を含んでいてもよい。この高圧搭載電源回路網５０は、さらなる直流電圧コンバータ５８を介して基準搭載電源回路網１０と接続可能である。それにより、この高圧搭載電源回路網５０も、接続パス１１を介して多機能モジュール３０又は第２のパス２３に給電可能である。しかしながら、多機能モジュール３０の動作モードにおいては、原則的に変更されない。

一例として、例えば１４Ｖの基準搭載電源回路網１０の装置が開示されてきたが、代替的に、ジェネレータ１４を、モータとしての動作も発電機としての動作も可能な電気機械によって置き換えることも可能である。その上さらに、基準搭載電源回路網１０において、別の電圧レベルを有し、又は、別の構造も有しているその他の構成要素が設けられてもよい。サブ回路網２０は、好ましくは、基準搭載電源回路網１０と同じ電圧レベルで動作する。この場合、重要なことは、上述してきた様々なエラー状況の下であっても、安全関連構成部品２２，２４の信頼性の高い給電が保証されることである。それについては、上記の多機能モジュール３０の構造のもとで、搭載電源回路網の品質を向上させる一連の動作状態が可能であることが示されてきた。そして、いずれのケースにおいても、安全関連負荷２２，２４の信頼性の高い給電が保証可能である。

エネルギ蓄積器１６は、例えば基準搭載電源回路網１０の通常の構成部品であるような従来の鉛蓄電池である。それに対して、エネルギ蓄積器４０の特徴は、電圧低下又は電圧ピークが補償できるように選択することが可能である。しかしながら、フォアグラウンドでのサブ回路網２０の信頼性の高い給電は、エネルギ蓄積器４０によっても成立する。このエネルギ蓄積器４０として、好ましくは、二重層キャパシタ（ＤＬＣ）又はリチウムイオン電池の使用が可能であろう。

Claims

基準搭載電源回路網（１０）を、少なくとも一つの特に安全関連サブ回路網（２０，２０ａ，２０ｂ）に接続する装置であって、
少なくとも一つの第１のスイッチング手段（３４）と少なくとも一つの第２のスイッチング手段（３６）とを備え、前記スイッチング手段（３４，３６）を介して、前記基準搭載電源回路網（１０）と前記サブ回路網（２０ａ）とが直結可能であり、
第１の端子（３３）とさらなる端子（３５）とを有する少なくとも一つの直流電圧コンバータ（３２）を備え、
前記第１の端子（３３）は、前記第１のスイッチング手段（３４）と前記第２のスイッチング手段（３６）との間に電気的に接触接続され、
第３のスイッチング手段（３２）を介して、前記直流電圧コンバータ（３２）の前記さらなる端子（３５）は、前記基準搭載電源回路網（１０）に接続可能であり、
第４のスイッチング手段（３９）を介して、前記直流電圧コンバータ（３２）の前記さらなる端子（３５）は、エネルギ蓄積器（４０）に接続可能である、
ことを特徴とする装置。
前記サブ回路網（２０ａ）の給電の際に、前記第２及び前記第４のスイッチング手段（３６、３９）が閉じられ、それによって前記エネルギ蓄積器（４０）から前記直流電圧コンバータ（３２）を介して前記サブ回路網（２０ａ）内へのエネルギ流が発生させられる、請求項１に記載の装置。
前記サブ回路網（２０ａ）の支援のために、前記第１、第２、第３及び第４のスイッチング手段（３４，３６，３８，３９）が閉じられ、前記直流電圧コンバータ（３２）は非活性化される、請求項１又は２に記載の装置。
少なくとも前記サブ回路網（２０ａ）の支援のために、少なくとも前記第２のスイッチング手段（３６）と前記第４のスイッチング手段（３９）とが閉じられ、前記エネルギ蓄積器（４０）からも前記直流電圧コンバータ（３２）を介して前記サブ回路網（２０ａ）内へのエネルギ流（４２）が発生させられる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
前記サブ回路網（２０ａ）の切り離しが、前記第２のスイッチング手段（３６）を開くことによって行われる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
前記エネルギ蓄積器（４０）を介した前記基準搭載電源回路網（１０）の支援が、前記第４のスイッチング手段（３９）を閉じること、並びに、前記第１のスイッチング手段（３４）及び／又は前記第３のスイッチング手段（３８）を閉じることによって行われ、それによって直接及び／又は前記直流電圧コンバータ（３２）を介して、前記基準搭載電源回路網（１０）内へのエネルギ流（４２）が発生させられる、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
前記エネルギ蓄積器（４０）は、電圧安定化のために前記直流電圧コンバータ（３２）を介して、前記基準搭載電源回路網（１０）及び／又は前記サブ回路網（２０ａ）に結合される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の装置。
前記基準搭載電源回路網（１０）は、少なくとも一つのさらなるエネルギ蓄積器（１６）を含み、前記サブ回路網（２０，２０ａ，２０ｂ）は、内部に安全関連負荷（２２ａ，２４）が配置された少なくとも一つの第１の安全関連サブ回路網（２０ａ）と、内部に安全関連負荷（２２ｂ）が配置された少なくとも一つの第２の安全関連サブ回路網（２０ｂ）とを含む、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
単に存在している安全関連負荷（２４）を、前記エネルギ蓄積器（４０）及び／又は前記基準搭載電源回路網（１０）と分離又は接続するために、少なくとも一つのスイッチング手段（２６，２８）が設けられている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
少なくとも二つのスイッチング手段（２６，２８）が設けられ、当該スイッチング手段（２６，２８）を介して、前記第１の安全関連サブ回路網（２０ａ）内に配置された少なくとも一つの負荷（２４）が、前記エネルギ蓄積器（４０）及び／又は前記基準搭載電源回路網（１０）と選択的に接続可能である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。
前記安全関連負荷（２２ａ，２２ｂ）の少なくとも一つは、冗長的に構成されており、前記冗長的な負荷の一方（２２ｂ）は、前記基準搭載電源回路網（１０）と、特に間に配置されるスイッチング手段なしで接続されるのに対して、前記冗長的な負荷の他方（２２ａ）は、さらなるエネルギ蓄積器（４０）と接続可能である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。