JP2008500223A - 電子式バッテリ安全スイッチ - Google Patents

Abstract

本発明は、車載ネットワークをバッテリから確実かつ可逆的に容易に切断する電子式バッテリ安全スイッチに関する。このために、無制限の回数の切り換え周期を容易にする電子式固体スイッチが使用される。固体スイッチは、衝突信号または過電流信号が印加された場合または点火装置がオフにされたときに車載ネットワークとバッテリを電気的に切断する。自動車が駐車された状態で、許容できない高アイドル電流とバッテリの放電を有効かつ単純な方式で確実に防ぐことができる。電流が車載ネットワークからバッテリの向きに流れる場合、固体スイッチは能動的に導通状態に切り換えられる。したがって、逆モードでのスイッチの破損を防ぐことができる。

Description

本発明は、自動車用の改善されたバッテリ安全スイッチに関する。

自動車内のバッテリと車載ネットワークとの間にバッテリ安全スイッチが接続される。事故の際、バッテリ安全スイッチは、車載ネットワークからバッテリを切り離して、燃料の流出と電気的短絡により火災や爆発が起きるのを防ぐ。短絡の危険は、バッテリが自動車の後部に配置されている自動車では特に高い。そのような自動車の場合、エンジン室と自動車後部の間の自動車の床に断面積の大きい正極線が配置される。断面積が大きいと、これに対応して事故の際の短絡電流が大きくなる。

従来のバッテリ安全スイッチは、電磁的または爆発的に（pyrotechnically）開く接点によって車載ネットワークがバッテリから素早く切り離されるようにする。外部から供給されるトリガ信号が印加されたとき、常時閉接点が、爆発剤に点火するかあるいは電磁的作用によって開かれる。外部から供給される事故または「衝突」信号は、一般に、自動車エアバッグシステムから得られる。エアバッグが作動すると、バッテリも素早く切断される。このタイプの電磁式バッテリ安全スイッチは、例えばＤＥ−Ｃ１−１９８ ２５ ２４５において知られている。

従来のバッテリ安全スイッチの欠点は、エアバッグシステムが作動しないような事故のケースでは、バッテリの切断が行われないことである。詳細には、自動車がガードレールと斜めに衝突した場合、衝突センサは事故信号を生成しない。このケースでは特に強い減速が生じず、その結果エアバッグシステム内の衝突センサが作動しない。しかしながら、そのような事故の場合、自動車の床板内にある大電流線はぼろぼろになる。

特に爆発的原理で作動する従来のバッテリ安全スイッチは、車載ネットワークからバッテリを不可逆的に切り離す。バッテリ安全スイッチが一旦作動した後は、あまり大きな破損のない事故の後でも、すぐに自動車を運転することはできない。バッテリ安全スイッチを交換した後でないと自動車は動くことができない。

電磁式バッテリ安全スイッチは、大きな破損に至らない小さな事故の後で再びリセットすることができる。しかしながら、大電流を切り換えるときの電気機械式接点の摩耗により、そのような安全スイッチは、切り換え動作がきわめて限られた回数、通常は最大１０〜５０回だけに制限される。したがって、そのようなバッテリ安全スイッチによるバッテリの切断は、非常時のみ検討される。

したがって、本発明の目的は、改善されたバッテリ安全スイッチを提供することである。

この目的は、独立請求項の特徴により解決される。

本発明によるバッテリ安全スイッチは、自動車のバッテリと車載ネットワーク間の電気接続を切断するために使用される。バッテリ安全スイッチは、過電流および／または衝突信号に応じてバッテリと車載ネットワークを接続し切断する固体スイッチを有する。

本発明において、バッテリと車載ネットワークの電気接続または切断に固体スイッチが使用される。電気機械的に操作される切り換え接点と対照的に、固体スイッチは、無制限の回数の切り換え周期を容易にする。更に、固体スイッチは簡単にリセットすることができる。したがって、本発明によるバッテリ安全スイッチにより、従来のバッテリ安全スイッチと違って切断をきわめて緊急な事態に制限する必要がなくなる。

本発明の特別な手法は、双方向動作用の固体スイッチの設計である。この点に関して、固体スイッチは、車載ネットワークの電圧がバッテリ電圧より高くなったときに導通状態に切り換えられる。したがって、電流は、固体スイッチを介してバッテリに流れ込みまたバッテリから流れ出ることができる。固体スイッチは、バッテリの向きに流れる電流を遮断することはできない。この場合、作動していない固体スイッチによって大きな発散損が生じ、これにより熱損傷が生じることがある。このために、固体スイッチを流れる電流の向きが常に監視される。電流がバッテリの向きに流れると、固体スイッチが能動的に導通状態に切り換えられ、したがって低電力損を有する逆モードに入る。したがって、固体スイッチの電力損失が減少し、破損または破壊を防ぐことができる。

固体スイッチはＭＯＳＦＥＴであることが好ましい。

本発明の好ましい実施形態によれば、バッテリ安全スイッチの固体スイッチは、緊急時の切断に使用されるだけでなく、「点火装置オフ（Ignition OFF）」の位置でも車載ネットワークをバッテリから切り離すたねに頻繁に使用される。この切断は、従来通り、いわゆる「端子１５スイッチ（terminal 15 switch）」によって実施される。端子１５スイッチは、点火装置をオンにする際に閉じられる点火スイッチ内の接点である。しかしながら、この点火スイッチは大電流を切り換えることができないので、点火装置をオンにする際に作動させるさらに別の継電器が使用されているようになってきている。端子１５スイッチとしてのこのタイプの継電器は、一般に、大電流を必要とする負荷を切断するためには使用されない。これと対照的に、本発明によるバッテリ安全スイッチは、無制限の回数の切り換え周期と故障のない大電流切り換えを可能にするので、これまでの端子１５スイッチの機能を引き継ぐ。

従来の端子１５スイッチと比較すると、本発明によるバッテリ安全スイッチの方が高い電流容量を示す。したがって、本発明によって、点火装置オフ位置で、車載ネットワークに従来通り常時接続されている負荷を車載ネットワークから切り離すことができる。詳細には、これまで、例えばＰＴＣヒータなどの電気補助ヒータやグローシステムなどの大きな動作電流の負荷は、端子１５スイッチによって車載ネットワークから切り離されていなかった。点火スイッチがオフにされた状態で車載ネットワークから切り離されていない負荷のさらに他の例は、リヤウインドウヒータ、シートヒータ、およびエンジン冷却および内部ファン用のファンコントローラである。本発明のこの好ましい実施形態によれば、バッテリに常時接続された従来の自動車構成要素の高アイドル電流消費により生じる可能性のある問題を改善することができる。

さらに、この有利な実施形態は、安全性を高めるのに役立つ。本発明によれば、バッテリ安全スイッチは、また、従来通りバッテリに常時接続された負荷をバッテリから切り離す。詳細には、従来の電気補助ヒータは、バッテリから切り離されていなかった。電気補助ヒータは、電力電子回路コントローラを備えるようになってきている。電力電子回路の最終段が故障すると、対応する加熱段が常時動作し、したがって連続的に電流が流れ消耗が起きることがある。本発明によれば、この問題が単純で確実な方式で解決される。

類似の問題は、また、線形レギュレータの高負荷トランジスタが破壊／過熱して電流の連続的な流れが生じたときに類似のクリティカルな動作状態が生じる内部ファンコントローラで起こる。この電流の流れは、同様に、本発明によるバッテリ安全スイッチの補助により防ぐことができる。

本発明のさらに有利な実施形態によれば、バッテリ安全スイッチは、バッテリから車載ネットワークに流れ込む電流を監視する電流測定機能を備える。このタイプの純粋に電子的に実現され一体化された過電流および短絡スイッチオフ機能は、故障状態の場合にバッテリと車載ネットワークをきわめて迅速に切断するのに役立つ。監視およびスイッチオフ機能を完全に電子的に実施することにより、従来の該当するトリガおよび切り換え遅延はごくわずかである。過電流状態の検出とそれに続く車載ネットワークのバッテリからの切断は、電気機械式スイッチの実施形態と比較して、１００μｓ未満で行われる。

固体スイッチに組み込まれた電流測定機能を備えたバッテリ安全スイッチは、測定した電流を評価し、バッテリと車載ネットワーク間の電気接続を切り離す固体スイッチを制御する制御ユニットを含むことが好ましい。電流対応トリガによる従来の電磁式切り換え接点による解決策と比べて、電流測定機能が組み込まれた電子スイッチは、回路の複雑さがきわめて小さいという利点を有し、したがって製造するのにより経済的である。

電磁式切り換え接点の適切な実施態様には、電磁式スイッチの他に、電流測定用の測定分流器と、測定条件付け機構（例えば、演算増幅器による）と、電流評価および継電器駆動用のマイクロコントローラとが必要である。一体化された電流測定機能を有する固体スイッチによる実施態様の場合、固体スイッチとは別に、電流評価用の制御ユニットと固体スイッチ用の駆動機構だけしか必要ない。

純粋に電子的に実施された過電流または短絡スイッチオフ機能は、きわめて高速の切断を容易にする。純粋に電子的に実施された本発明による安全スイッチは、従来の安全スイッチと対称的に、ごくわずかなトリガ遅延と切り換え遅延を示す。過電流状態の検出とそれに続く車載ネットワークのスイッチオフは、電気機械式スイッチによる実施態様と比較して、１００μｓ未満で行われる。負荷回路がオフにされたとき、負荷回路のインダクタンス（アーク形成、接点負荷など）による有限の電流増大率により流れる電流が減少する。

制御ユニットは、測定した電流値を、好ましくは指定された制限値と比較する。さらに他の好ましい実施形態によれば、この制限値は、適応的に調整することができる。このように、安全回路は、自動車の様々な動作状態に可変に適応することができる。短時間に生じる大電流だけを許容することができる。さらに、大電流が車載ネットワークを通ってバッテリから始動装置に流れるエンジンの始動プロセスを確実に検出し許容することができる。

制御ユニットは、測定した電流が制限値を超えた後で過電流状態を示す信号を固体スイッチに送ることが好ましい。

衝突信号は、エアバッグトリガ信号であることが好ましい。そのようにして、複雑さを高めることなく事故をきわめて簡単に検出することができる。

バッテリ安全スイッチは、バッテリ接続部に取り付けるように装備されることが好ましい。これにより、車載ネットワークに送られる電流の切断をバッテリの近くで行うことができ、短絡を確実に防ぐことができる。

好ましい実施形態によれば、バッテリ安全スイッチにバッテリを監視する機能が組み込まれる。監視機能は、バッテリの電圧、温度、およびバッテリから出入りする電流を監視することが好ましい。これらのパラメータにより、制御ユニットは、バッテリの状態、詳細にはＳＯＣとＳＯＨの状態を簡単に決定することができる。

さらに好ましい実施形態によれば、バッテリ安全スイッチは、「点火装置オフ」の位置において車載ネットワークのアイドル電流消費を監視する。測定したアイドル電流の評価により、許容できない高アイドル電流としたがってバッテリの消耗を迅速に検出し防ぐことができる。このため、バッテリからのアイドル電流が指定制限値を超えたときに、「点火装置オフ」の位置でバッテリに接続されている負荷もバッテリから切り離されることが好ましい。

さらに好ましい実施形態は、従属請求項の主題を構成する。

以下に、本発明を、添付した図面と関連して好ましい実施形態に基づいて説明する。

図１は、従来の車載ネットワークの構造を概略的に示す。バッテリ１００は、バッテリ安全スイッチ１４０を介して車載ネットワーク１１０に接続されている。車載ネットワーク１１０には、ジェネレータ１２０、始動装置１３０、および他の負荷１５０が接続されている。他の自動車からの始動補助のための電流給電用に付加的な接続部１８０が設けられている。

ジェネレータ１２０が、自動車のエンジンが動作しているときに車載ネットワーク１１０に電流を供給するのに対し、バッテリ１００は、エンジンの動作中にジェネレータ１２０から提供されるエネルギーを蓄積する。エンジンを始動させるために、バッテリ１００内の化学反応によって、始動装置１３０に送られる電気エネルギーが生成される。

バッテリ安全スイッチ１４０は、過電流信号または衝突信号がある場合に能動的に切断される。すなわち、トリガ信号が印加された場合、スイッチが爆発的または電磁的に開かれ、それにより車載ネットワーク１１０がバッテリ１００から切り離される。

非常時切断が許容でいないか連続的に作動しなければならない安全関連負荷１６０は、非常時切断から除外される。このため、そのような負荷は、バッテリ安全スイッチ１４０を迂回してバッテリに接続される。

図２に、本発明による電子式バッテリ安全スイッチを示す。図１のような従来のバッテリ安全スイッチ１４０の代わりに、本発明による電子式バッテリ安全スイッチ２００が使用される。本発明のバッテリ安全スイッチは、中心的要素として大電流固体スイッチ２１０を含む。この固体スイッチは、好ましくはＭＯＳＦＥＴである。

バッテリとの間の電流は、制御部に直結された固体スイッチ２１０により制御ユニット２２０を介して切り換えられる。外部から供給される衝突信号またはバッテリ監視システムによって検出された過電流状況により、固体スイッチ２１０は、バッテリと車載ネットワークの間の電気接続を素早く遮断する。

固体スイッチは、バッテリに出入りする電流を監視する一体電流測定機能を備える。そのような固体スイッチは、例えば、会社ＩＮＦＩＮＥＯＮから「高性能高電圧大電流パワースイッチ（Smart Highside High Current Power Switch）」ＢＴＳ５５５として入手可能である。一般に、きわめて大きな電流を切り換えるために、このような固体スイッチがいくつか（通常は２個〜４個）並列に配線される。

固体スイッチ２１０は、電流の向きに関して双方向モードで動作する。電流は、ドレインＤからソースＳにだけでなく、これと逆方向のＳからＤにも流れる。このタイプの双方向モードは、ＭＯＳＦＥＴの対称構造により原理的に許容可能であるが、このモードの場合に、ＭＯＳＦＥＴが逆モードで駆動され、すなわちＳからＤに電流が流れる場合にパスＤ−Ｓが導通することが保証されなければならない。これを達成するために、ゲート端子Ｇの電圧は、ＤとＳの電圧より高い。これにより、内部ボディダイオード１１５に逆方向に電流が流れるのが防止される。導通状態の電圧は一般に約１．２Ｖなので、そのような電流は、高い電圧降下によるＭＯＳＦＥＴの熱損傷を引き起こす。電流の方向に関係なく、導通状態のＤ−Ｓ部分の両端の電圧降下はわずか数百ミリボルトである。

ＭＯＳＦＥＴの逆モードでは、ソース端子Ｓの電圧がドレイン端子Ｄの電圧より高く、その結果、内部の内在ボディダイオードによる電流が生じる。対応する大電流の場合、約１ＶのＵ_Dを有するダイオードの高い導通状態電圧のために、許容できないほどの大きな電力損が生じ、それに対応して大量の熱が生じる。電流が１００Ａの場合、電力損は約１００Ｗである。通常動作において、電力損は、ＭＯＳＦＥＴ Ｒ_DSonの導通状態抵抗によって決まる。この抵抗は、約１ｍΩ程度であり、それにより電力損は約１０Ｗの値にしかならない。したがって、ＭＯＳＦＥＴの逆モードを検出し、ＭＯＳＦＥＴを逆モードで駆動し、その結果、電流が、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードではなく導通状態のドレイン−ソース経路を通って流れるようにすることが特に重要である。

好ましい実施形態によれば、固体スイッチは、バッテリとの間の電流が双方向モードになるように設計される（それぞれ通常モードと逆モード）。したがって、固体スイッチは、バッテリに流れ込む電流とバッテリから流れ出る電流を両方通すことができる。固体スイッチを通る電流は、通常動作時にしか遮断することができない。この点に関して、固体スイッチスイッチは、車載ネットワークの電圧がバッテリ電圧より高いときに逆モードに切り換わる。

通常モードでは、電流Ｉ_Onboardは、固体スイッチ２１０を通って車載ネットワークに流れる。この電流は、固体スイッチに組み込まれた電流測定機能によって連続的に監視され、制御ユニット２２０に対する測定電圧Ｕ₂として利用可能である。この接続において、通常モードは、制御ユニット２２０からデータバスを介して制御信号を受け取った結果として点火スイッチがオンにされまた固体スイッチ２１０がオンにされることを意味する。この時点で、ジェネレータ１２０は電力をもう供給しなくなり、始動装置１３０の電流を含む車載ネットワーク１１０の電流要件は、自動車バッテリ１００だけでまかなわれる。

自動車エンジンが始動装置１３０の補助によって始動された後、ジェネレータ１２０は電流を生成し始める。このとき、車載ネットワークの電流要件は、ジェネレータによってまかなわれる。同時に、バッテリは、ジェネレータによって生成された電流により充電される。ジェネレータ１２０が電流を生成し始めるとき、固体スイッチ２１０を通る電流の向きが変化する。このとき、固体スイッチは逆モードで動作している。

点火装置がオンになっていない状態で、別の自動車または外部補助バッテリから外部始動補助として電流が給電ポイント１８０に供給される場合、固体スイッチが作動していない場合、すなわち導通状態に切り換えられている場合でも、意図的な逆モードは確実に検出されなければならない。これと対照的に、通常モードでは、電圧は、バッテリの陽極からの始動装置に逆方向に送られる。

この逆モードの確実な検出を保証するために、電圧Ｕ₃（すなわち車載ネットワークの電圧）を監視する。非作動状態（点火装置オフ）で、この電圧は０である。しかしながら、車載ネットワーク電圧Ｕ₃がバッテリ電圧Ｕ₁より高くなると、固体スイッチ２１０が作動は、Ｄ−Ｓ経路が導通し電流が両方向に流れることができるように駆動される。

電流監視は、バッテリから供給される電流が自動的に遮断される一定の制限値を監視することによって行われることが好ましい。過電流の捕捉は、電流制限または電流制限曲線を動的に適応させることによって、自動車の様々な動作状態に適応することができる。これにより、例えば、始動プロセスを短絡と区別することができる。このために、始動プロセス中の制限曲線としてきわめて特定的な電流プロファイルを使用する。始動プロセスのこのタイプの電流プロファイルは、最大１０００アンペアの短絡電流ピーク（例えば、始動装置の回転子の始動によって生じる）を許容し、バッテリ安全スイッチを切断しない。

しかしながら、自動車エンジンの始動が成功した後は、短絡の検出の制限値は、例えば１００アンペアの値に下げられる。約１０００アンペアの電流が短絡として検出され、固体スイッチが適切に開かれる。

本発明により固体スイッチによるバッテリから車載ネットワークへの電流供給の遮断は、以下の条件のいずれかを満たす場合に行われる。ａ）点火装置オフ。ｂ）過電流すなわち短絡の検出。ｃ）外部衝突信号の存在。

これらの場合において、内燃機関は停止しているかまたはスイッチが切られておりかつジェネレータ自体がもう電流を生成していないと仮定する。

電子式固体スイッチのすべての機能の制御は、一体型アナログ／デジタル変換器を含む制御ユニット２２０によって行われる。その機能は、電圧Ｕ₁、Ｕ₂、Ｕ₃および他の量の測定、測定した量の評価、固体スイッチの駆動、車載ネットワークのアイドル電流消費を監視する信号の処理を含む。

制御ユニット２２０は、例えばＣＡＮバスやＬＩＮバスなどのインタフェースを介して自動車バスネットワークに接続される。外部制御信号（例えば、点火装置オフ信号）は、このバスを介して制御ユニット２２０に供給される。また、このバスを介して衝突信号を転送することができる。代替として、衝突信号を制御ユニット２２０に別に供給することもできる。（データバスを迂回して）直接供給される衝突信号は、データバスによる遅延を受けず、固体スイッチ２１０を確実かつ迅速に切断する。

本発明の好ましい実施形態によれば、バッテリ安全スイッチ２００は、バッテリ監視システムを備える。バッテリ管理システムは、最近、最高級自動車には既に取り付けられていることがある。そのようなバッテリ管理システムは、電圧、温度、蓄積エネルギーなどの重要なバッテリパラメータを監視する。このデータに基づいて、長いアイドル期間の後でも確実なエンジン始動を保証することができる。このために、バッテリの電圧、バッテリの温度、およびバッテリに出入りする電流Ｉ_Battが捕捉される。バッテリに流れ込む電流とバッテリから流れ出る電流から、電流バランスが生成される。捕捉した値に基づいて、ＳＯＣ（充電状態）とＳＯＨ（劣化状態）の観点からのバッテリ状態が、適切な計算モデルの支援により計算される。

このタイプのバッテリ監視システムは、本発明による電子式バッテリ安全スイッチ２００に付加的な構成要素２３０として組み込まれる。このため、バッテリ電圧、バッテリ温度、および広い測定範囲（１〜１０００アンペア）にわたる双方向電流を測定する適切な測定装置が提供される。電流測定は、高精度測定分流器（Ｒ_shunt1）の補助で行われることが好ましい。測定分流器は、電流に比例する測定電圧を作成する。これらの機能は、ＡＳＩＣを使用する単純な方式で、本発明による電子式バッテリ安全スイッチに組み込むことができる。

本発明によるバッテリ安全スイッチ２００は、また、構成要素２４０としてバッテリ安全スイッチに組み込まれた車載ネットワークのアイドル電流消費を監視する機能を容易にすることが好ましい。しかしながら、バッテリから車載ネットワークに流れるアイドル電流（すなわち、点火装置オフ位置での電流）の測定には、抵抗Ｒ_shunt1による電流測定を使用することができない。バッテリからの電流消費（すなわち、電流Ｉ_Idle）を測定するために別の測定分流器（Ｒ_shunt2）が使用される。アイドル電流は、自動車が駐車された状態、すなわち点火装置オフ位置の状態で、アイドル電流測定分流器によって常時監視し平衡を保つことができる。

アイドル電流は、点火装置オフ位置でバッテリに接続されたすべての負荷１６０に流れる電流を含む。詳細には、バッテリに常時接続されているそのような負荷は、電気補助ヒータ、電気グローシステム、リヤウインドウヒータ、シートヒータ、エンジン冷却システムおよび内部ファンのファンコントローラ、無線施錠システム、時計、自動車娯楽情報システムなどの負荷である。これらの負荷は、また、点火スイッチがオフの状態でバッテリの放電を引き起こし、したがって自動車の再始動を妨げる可能性がある。

電流Ｉ_Idleもまた、短い電流ピークを検出するために常時測定される。測定した電流をある期間にわたって平均して、平均電流消費を求めることができる。このようにして、短い許容できない大電流だけでなく、大きい平均アイドル電流消費も検出することができる。大きいアイドル電流消費は、例えば、点火装置オフ位置で活動状態にある単一システムを頻繁にオンにすることによって生じることがある。

バッテリに常時接続されている負荷は、例えば、無線施錠システムである。自動車に常時接続されているシステムの典型的な要件は、一般に、平均電流消費が１００μＡの値を超えてはならないということである。活動状態で電流消費が多いシステムの場合は、これは、システムを特殊なアイドル動作状態にすることによって電流消費を減少させることにより実現することができる。例えば、無線受信機自体だけが活動状態で、無線施錠システムの他のすべての構成要素が非活動状態になるので、無線施錠システムの電流消費をわずか５０μＡの値に減少させることができる。ある程度高い活動状態を有する動作状態では、無線施錠システムの他の回路部分も活動化され、電流消費は、例えば５０ｍＡまで増加する。また、受け取ったデータを評価しまた認可されたコードを受け取ったかどうかを判定するために、電流消費が多いそのような動作状態に移行する必要がある。電流消費が多い動作状態の一時的な活動化があまり起こらず、両方の動作状態のドウェル時間が例えば１０００：１の比率を示す間、平均電流消費は１００μＡの値より低いままである。

例えば蛍光灯からの干渉信号や多層式駐車場内の他の無線施錠システムからの送信信号などの外部の妨害により、自動車の無線施錠システムは、上記の比率に対応する電流消費よりも高い電流消費を有する動作状態になることが多い。したがって、平均電流消費は、１００μＡの制限値をかなり超える。

バッテリを許容できない放電から守るために、制御ユニットは、特定のシステムの適切な切断を開始することができる。

第１の好ましい実施形態によれば、切断は、自動車データバスの補助によって達成される。自動車内のデータバスに接続された制御ユニットと構成要素は、バッテリ安全スイッチ２００の制御ユニット２２０から送られるコマンドによって完全に（部分的に）非活動化することができる。このように使用不能にされた無線施錠システムは、自動車施錠システムを遠くから開くために使用できなくなる。しかしながら、自動車のアイドル期間中の無線施錠システムによるバッテリの放電を本発明により防ぐことができるので、自動車を鍵で機械式に開き、再び動かすことができる。

代替の実施形態によれば、本発明のバッテリ安全スイッチにさらに別のスイッチが提供される。その改善した実施形態の構造を図３に示す。このために、車載ネットワークに連続的に接続されている負荷は、実際には、安全のために切断が許容可能であるかどうかにより、２つのカテゴリに細分することができる。

スイッチオフが許容可能な負荷は、バッテリ安全スイッチ２００内、詳細には監視装置２４０内に配置されたスイッチ３００を介して車載ネットワークに接続される。制御ユニット２２０が、バッテリから流れ出るアイドル電流が指定された制限値を超えていることを確認すると、スイッチ３００が開かれ、許容できない大電流を遮断しバッテリの放電を防ぐ。この切断は、自動車の機能性を犠牲にして行われるが、ユーザのかなり大きい損失（詳細には、分解修理に必要なコストと時間）をなくすことができる。

車載ネットワーク１１０は、基本的に、電圧源の並列回路、すなわちバッテリ１００とジェネレータ１２０と負荷として設計される。すべての負荷は、正バッテリ端子とアースの直接接続のように、正電位に直接または間接に接続される。車載ネットワークの常時正電位は、「端子３０」で示される。これと対照的に、「端子１５」に接続されたすべての負荷は、点火装置がオンにされときだけ正電位に印加され、「端子１５スイッチ」は、端子３０に常時印加された正電位に接続を提供する。

固体スイッチ２１０の切り換え周期の回数に制限がないので、「端子１５スイッチ」の機能は、本発明により固体スイッチ２１０にも移される。固体スイッチは、瞬間的には最大１０００Ａ、連続動作では数百アンペアのアイドル電流を確実に切り換えることができる。

したがって、従来通り正電位に常時接続された高アイドル電流を有する補助的な負荷を車載ネットワークから確実に切り離すことができる。また、そのような負荷が、従来通り、自動車が駐車されているときに非活動化されるように制御されたとき、特に故障が起きたときに高アイドル電流がまだ流れる可能性がある。例えば、常時接続された負荷内の電力半導体部品は、故障した場合に常時動作を引き起こすことがある。同時に端子１５スイッチの機能が割り当てられたバッテリ安全スイッチ内の固体スイッチを本発明により使用することによって、そのような許容できない高アイドル電流および対応するバッテリ放電を、簡単かつ確実に防ぐことができる。

点火装置オフ位置でバッテリ安全スイッチは断路器として使用されるが、自動車が駐車された状態で従来の場合よりも多くの負荷を電源電圧から切り離すことができ、したがって自動車が停止しているときの不要で異常な電流消費を回避することができる。

本発明の電子式バッテリ安全スイッチは、バッテリのすぐ近くに取り付けられることが好ましい。したがって、バッテリとバッテリ安全スイッチの間のむき出しのケーブルをできるだけ短くすることができる。このために、バッテリ安全スイッチ２００は、バッテリに取り付けられバッテリの正端子を直接含むモジュールで実現されることが好ましい。このタイプの実施態様の場合、バッテリとバッテリ安全スイッチの間にむき出しのケーブルはない。

要するに、本発明は、バッテリから車載ネットワークを確実かつ可逆的に切断することができる電子式バッテリ安全スイッチに関する。このため、無制限の回数の切り換え周期を容易にする電子式固体スイッチが使用される。電流が車載ネットワークからバッテリの向きに流れる場合、固体スイッチは、能動的に導通状態に切り換えられる。したがって、逆モードでのスイッチへの破損を防ぐことができる。固体スイッチは、衝突信号または過電流信号が印加された場合あるいは点火装置がオフにされたときに、車載ネットワークとバッテリを電気的に切断する。自動車が駐車された状態で、許容できない高アイドル電流とバッテリの放電を有効かつ簡単な方式で確実に防ぐことができる。

従来のバッテリ安全スイッチを備えた車載ネットワークの構造の図である。 本発明による電子式バッテリ安全スイッチを備えた車載ネットワークの図である。 能動負荷を連続的に切断する代替実施形態を有する図２による車載ネットワークの図である。

符号の説明

２１０ 固体スイッチ
２２０ 制御ユニット
２３０ バッテリ監視システム
２４０ 監視装置
２００ バッテリ安全スイッチ

Claims (16)

1. 自動車のバッテリ（１００）と車載ネットワーク（１１０）を電気的に切断するためのバッテリ安全スイッチであって、前記バッテリ安全スイッチが、過電流および／または衝突信号に応じてバッテリ（１００）と車載ネットワーク（１１０）を接続し切断する固体スイッチ（２１０）を備え、
   固体スイッチ（２１０）が、電流を双方向に流すように設計されており、
   固体スイッチ（２１０）が、車載ネットワーク（１１０）の電圧（Ｕ₃）がバッテリ電圧（Ｕ₁）より高いときに導通状態に切り換えられることを特徴とするバッテリ安全スイッチ。
2. 固体スイッチ（２１０）がＭＯＳＦＥＴである請求項１に記載のバッテリ安全スイッチ。
3. 固体スイッチ（２１０）が、点火装置オフ位置でも車載ネットワーク（１１０）をバッテリ（１００）から切り離す請求項１または２に記載のバッテリ安全スイッチ。
4. 固体スイッチ（２１０）が、点火装置オフ位置で、高アイドル電流消費を有する電気負荷、詳細には電気補助ヒータおよび／またはグローシステムをバッテリ（１００）から切り離す請求項３に記載のバッテリ安全スイッチ。
5. 固体スイッチ（２１０）が、バッテリ（１００）から車載ネットワーク（１１０）に流れ込む電流（Ｉ_Onboard）を監視する電流測定機能を備える請求項１から４のいずれか１項に記載のバッテリ安全スイッチ。
6. 固体スイッチ（２１０）によって測定された電流を評価し、バッテリ（１００）と車載ネットワーク（１１０）の間の電気接続を切断する固体スイッチ（２１０）を制御する制御ユニット（２２０）を有する請求項５に記載のバッテリ安全スイッチ。
7. 制御ユニット（２２０）が、固体スイッチ（２１０）によって測定された電流を指定制限値と比較する請求項６に記載のバッテリ安全スイッチ。
8. 制限値を適応的に調整することができる請求項７に記載のバッテリ安全スイッチ。
9. 制御ユニット（２２０）が、制限値を超えたときに過電流であることを固体スイッチ（２１０）に伝える信号を送る請求項７または８に記載のバッテリ安全スイッチ。
10. 衝突信号が、エアバッグトリガ信号である請求項１から９のいずれか１項によるバッテリ安全スイッチ。
11. バッテリ端子に取り付けるように設計された請求項１から１０のいずれか１項に記載のバッテリ安全スイッチ。
12. バッテリ監視システム（２３０）を備えた請求項１から１１のいずれか１項に記載のバッテリ安全スイッチ。
13. バッテリ監視システム（２３０）が、バッテリ（１００）の電圧と、バッテリ（１００）の温度と、バッテリ（１００）に出入りする電流とを監視する請求項１２に記載のバッテリ安全スイッチ。
14. 制御ユニット（２２０）が、バッテリ監視システム（２３０）によって測定された値からバッテリの状態（ＳＯＣ，ＳＯＨ）を決定する請求項１２または１３に記載のバッテリ安全スイッチ。
15. 点火装置オフ位置でバッテリ（１００）から流れ出る電流を監視する監視装置（２４０）を備えた請求項１から１４に記載のバッテリ安全スイッチ。
16. 制御ユニット（２２０）が、監視装置（２４０）によって捕捉された電流値を平均化し、指定制限値を超えた場合に、点火装置オフ位置でバッテリから接続された負荷（１６０）も切り離す請求項１５に記載のバッテリ安全スイッチ。

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