(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧制御発電機と、一次側蓄電池と、少なくとも１つの一次側電力消費装置を含む一次系統、及び、二次側蓄電池と、少なくとも１つの二次側電力消費装置とを含み且つ一次系統に並列に接続された二次系統を備えた車輌搭載電気回路装置において、
前記二次系統（７）が、前記発電機（１）に接続された制御可能なインピーダンス素子を有する制御装置（８）を含み、該制御装置（８）が、二次側蓄電池（９）の充電状態を監視し、且つ、前記二次側蓄電池（９）の実際の充電状態に依存して、一方では前記二次側蓄電池（９）の充電に際して前記一次系統（６）が過負荷にならないように、他方では前記二次側蓄電池（９）の放電に際して予め定められた残存電荷量を下回らないように、前記制御可能なインピーダンス素子を制御すると共に前記二次側電力消費装置（１０）を開閉することを特徴とする車輌搭載電気回路装置。
【請求項２】
一次側蓄電池（４）が、二次側蓄電池（９）と比較して、空間的に発電機（１）に近接して配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の車輌搭載電気回路装置。
【請求項３】
二次側蓄電池（９）の実際の充電状態が、予め定められたもしくは予め定めることが可能な出発充電状態から出発して、前記二次側蓄電池（９）の作用度係数（ｋ）を考慮し、充電過程では供給される電荷量（ＱＬａｄｅ）を加算することにより、放電過程では取り出される電荷量（ＱＥｎｔｌａｄｅ）を減算することによって決定されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車輌搭載電気回路装置。
【請求項４】
二次側蓄電池（９）に供給される電荷量が、充電電流（ｉ（ｔ））の時間積分によって決定されることを特徴とする、請求項３に記載の車輌搭載電気回路装置。
【請求項５】
二次側蓄電池（９）から取り出される電荷量（ＱＥｎｔｌａｄｅ）が、１つもしくは複数の二次側電力消費装置（１０）の負荷インピーダンスに基づく放電電圧（ｕ（ｔ））を時間積分することによって決定されることを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の車輌搭載電気回路装置。
【請求項６】
二次側蓄電池（９）の充電電流（ｉ（ｔ））が、制御装置（８）の制御可能なインピーダンス素子により、許容最大電流強度値に制限されることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の車輌搭載電気回路装置。
【請求項７】
二次側蓄電池（９）の充電電流（ｉ（ｔ））の立上りもしくは立下り急峻度が、制御装置（８）の制御可能なインピーダンス素子によって最大許容値に制限されることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の車輌搭載電気回路装置。
【請求項８】
制御装置（８）の制御可能なインピーダンス素子が、複数の直列もしくは並列に接続された電界効果トランジスタにより構成されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の車輌搭載電気回路装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電圧制御発電機と、一次側蓄電池と、少なくとも１つの一次側電力消費装置を含む一次系統及び二次側蓄電池と、少なくとも１つの二次側電力消費装置とを含み、一次系統に並列に接続された二次系統を備えた車輌搭載電気回路装置に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
上記のような車輌搭載電気回路は、ＤＥ 3841769 Ｃ１から知られている。この公知の車輌搭載電気回路においては、一次側蓄電池、即ち、この例ではスターター用バッテリ及び二次側蓄電池、即ち、この例では電装回路用バッテリが、発電機の起動で直ちに相互接続される。この回路方式には次のような欠点ある。即ち、発電機から供給される電流が小さい場合、電装回路用バッテリの充電状態がスターター用バッテリの充電状態よりも悪い場合に、電装回路用バッテリが、スターター用バッテリを犠牲にして優先的に充電されてしまうという問題である。
【０００３】
公知の車輌搭載電気回路においてはまた、電装回路用バッテリ及び車輌搭載電力消費装置（二次側電力消費装置）と、車輌搭載電気回路の残りの部分との間にスイッチが設けられており、このスイッチは、発電機が静止状態にある場合には、スターター用バッテリ電圧が許容限界値以下に降下すると直ちに開かれる構成となっている。この構成によれば、スターター用バッテリ（即ち、一次側蓄電池）は発電機が静止状態にある場合にのみ完全な放電から保護され、従って、スターター用バッテリは部分放電しか行い得ないようになっている。車輌の運転開始時に、上記２つのバッテリの充電バランスがスターター用バッテリに対して過度に好ましくない場合には、スターター用バッテリの負荷が増加する。そのため、極端な場合には、一次側蓄電池、即ち、この例においてはスターター用バッテリが完全に放電したり或るいは破壊するという事態さえ起こり得る。
【０００４】
【発明の課題】
従って本発明の目的は、一次側蓄電池の最適な充電状態を常に保証することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明によれば、冒頭に述べた車輌搭載電気回路において、二次系統が、発電機に接続された制御可能なインピーダンス素子を有する制御装置を含み、該制御装置が、二次側蓄電池の充電状態を監視し、且つ、二次側蓄電池の実際の充電状態に依存して、一方では二次側蓄電池の充電に際して一次系統が過負荷にならないように、他方では二次側蓄電池の放電に際して予め定められた残存電荷量を下回らないように、前記の制御可能なインピーダンス素子を制御すると共に二次側電力消費装置を開閉することにより解決される。
【０００６】
【作用及び効果】
発電機を含む一次系統は、車輌搭載回路の電気負荷、即ち、具体的には、一次側の電力消費装置並びに発電機を駆動する内燃機関の運転状態に依存して、必ずしも常時充分な電気エネルギーを賄うことができないので、本発明による車輌搭載電気回路は、二次側蓄電池に対する充電電流、従って、一次系統の負荷を所定の範囲内で制御することが可能なように構成される。二次側の蓄電池に対する充電電流に影響を与える制御可能なインピーダンス素子により、一次系統は、延いては車輌搭載電気回路における高調波成分が減少される。しかしながら、そのための前提として、二次側の蓄電池は充分な電流を受け容れることが可能であること、即ち、二次側の蓄電池が未だ完全に充電されてはいないことが条件である。
【０００７】
本発明の好適な実施態様によれば、一次側の蓄電池は、二次側の蓄電池と比較して、空間的に、発電機に近接して配設される。このようすれば、その結果として、発電機と一次側蓄電池との間における電気導体の抵抗が、発電機と二次側蓄電池との間における電気導体の抵抗よりも小さくなる。従って、２つの蓄電池に対する充電に際しては、一次側の蓄電池に至る導体における電圧降下は、二次側の蓄電池に至る導体における電圧降下よりも小さくなる。その結果として、一次側蓄電池は常に優先的に充電されることになり、従って、一次側の蓄電池は常に最適な充電状態を維持する。
【０００８】
例えば、自動車輌の内燃機関の始動機が、本発明による車輌搭載電圧回路の一次側の電力消費装置のうちの１つである場合には、上記のように一次側の蓄電池が常に最適な充電状態にあるために、当該自動車輌に対し最大の始動能力、従って、自動車輌の良好な操縦性が保証される。
【０００９】
本発明の更に有利な実施態様においては、二次側蓄電池の実際の充電状態を、予め定められた、もしくは予め定めることが可能な出発充電状態から出発して、上記二次側蓄電池の作用度係数を考慮し、充電過程では供給される電荷量を加算することにより、放電過程では取り出される電荷量を減算することによって決定する。
【００１０】
この場合、二次側の蓄電池に供給される電荷量は充電電流の時間積分によって求められる。
同様にして、二次側蓄電池からの放電電荷量は、負荷抵抗、また負荷が複数存在する場合には、負荷抵抗の総和に基づく放電電圧の時間積分によって求められる。
【００１１】
自動車輌用の車輌搭載電気回路の起動時には、二次側の蓄電池に蓄積されている電荷量、即ち、二次側蓄電池の充電状態が出発値に設定される。この出発値は、最も単純な仕方として、二次側蓄電池の休止電圧（二次側蓄電池が動作していない時の電圧）及び温度から求めることができる。これは、二次側蓄電池がその負荷にもまた一次系統にも接続されていない自動車輌の始動過程中、二次側蓄電池の電圧並びにその温度を測定することにより実施するのが有利である。他方、本発明による自動車輌用の車輌搭載電気回路の駆動期間中は、二次側蓄電池の充電状態を、供給される電荷量もしくは放電される電荷量に従って補正する。その場合、放電電荷量に関しては、二次側蓄電池の作用度（Wirkungsgrad）を係数ｋとして考慮する必要がある。
【００１２】
本発明の別の有利な実施態様によれば、二次系統の制御装置の制御可能なインピーダンス素子を流れる充電電流は、許容最大電流強度値に制限される。これにより、一次系統の過剰な負荷が回避される。
【００１３】
本発明による車輌搭載電気回路の別の実施態様によれば、二次側蓄電池の充電電流の立上り及び（または）立下りの急峻度が制御装置の制御可能なインピーダンス素子により最大許容値に制限される。これにより、有害な電磁放射は最小限度に低減される。
【００１４】
制御装置の二次側蓄電池の充電電流を決定する制御可能なインピーダンス素子は、複数の直列もしくは並列接続された電界効果トランジスタによって形成するのが有利である。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明による自動車輌用の車輌搭載電気回路の一実施例に関し、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図面に示した自動車輌用の車輌搭載電気回路においては、例えば直流発電機或るいは整流器を備えた交流発電機とすることができる電圧制御発電機１は、地気電位に接続される端子（接地端子）２を有し、該発電機１の他方の端子３は一次系統６の一次側蓄電池４並びに負荷抵抗５として示した一次側電力消費装置に接続される共に、二次系統７にも接続されている。
【００１７】
一次系統６に電気的に並列に接続される二次系統７は、例えば、直列もしくは並列に接続された電界効果トランジスタの形態にある制御可能なインピーダンス素子を含む制御装置８を備えており、この制御装置８を介し、上記発電機１は二次側の蓄電池９並びに少なくとも１つの二次側の電力消費装置１０に接続されている。二次側の電力消費装置１０（複数の電力消費装置１０が設けられている場合には、その内の１つ）は、例えば、車輌の内燃機関の排気ガス触媒コンバータの電気加熱装置とすることができる。二次側の電力消費装置（単数もしくは複数）１０と制御装置８の制御可能なインピーダンス素子との間には該制御装置８によって制御される電気スイッチ１１が設けられており、該電気スイッチ１１は二次側の電力消費装置（単数もしくは複数）１０を、二次側の蓄電池９の放電に際して、予め設定された所望の残存電荷値もしくは電荷量を下回らないように開閉する。
【００１８】
二次側蓄電池９の充電状態は、制御装置８によって監視され、二次側蓄電池の実際の充電状態に依存し、上述の二次側電力消費装置（単数または複数）１０並びに制御装置８に設けられている制御可能なインピーダンス素子の上述の開閉は、二次側蓄電池９の充電に際して一次系統６が過負荷にならないように制御される。この制御は、特に、発電機１を含む一次系統６が車輌搭載電気回路の電気負荷５並びに当該発電機を駆動する内燃機関の運転状態に依存し、利用可能な電気エネルギーを充分に発生し得ない場合に特に必要である。二次側蓄電池９の充電電流の制御、従ってまた一次系統６の負荷の制御により、一次系統６において高調波を減衰により顕著に減少することが可能となる。しかしながら、その前提として、二次側の蓄電池９が電流を充分に受け容れることが可能であること、即ち、二次側の蓄電池９が既に完全に充電された状態にないことが条件である。
【００１９】
更に制御装置８に内蔵される制御可能なインピーダンス素子（例えば、電界効果トランジスタ等）により、二次側の蓄電池９の充電電流を許容可能な最大電流強度値に制限することができる。これにより、一次系統６の過剰の負荷が阻止される。
【００２０】
更に加えて、制御装置８の制御可能なインピーダンス素子により、二次側の蓄電池９の充電電流の立上りもしくは立下りの急峻度は許容し得る最大値に制限される。これにより、二次系統７、延いては車輌搭載電気回路装置全体における有害な電磁波の影響を最小限度に制限することができる。
【００２１】
既に述べたように、制御装置８に含まれる制御可能なインピーダンス素子の制御及び二次側電力消費装置（単数または複数）１０の開閉並びに電気スイッチ１１の制御は、二次側蓄電池９の現在の実際の充電状態に依存して行われる。この場合、二次側蓄電池９の実際の充電状態は、予め設定されたもしくは予め設定可能な出発充電状態から出発して、充電過程で供給される電荷量ＱLadeの加算並びに放電過程で取り出される電荷量ＱEntladeの減算を、二次側蓄電池９の作用度係数ｋを考慮して行うことにより設定される。この場合、二次側蓄電池９に供給される電荷量ＱLadeは次式に従って二次側蓄電池９の蓄電電流を時間積分することにより求められる。
【００２２】
【数１】
0003641637.tif 000002
【００２３】
同様にして、二次側蓄電池９から取り出される電荷量ＱEntladeは、二次側電力消費装置（単数もしくは複数）１０の負荷抵抗もしくはインピーダンスで規定される放電電圧を次式に従って時間積分することにより求められる。
【００２４】
【数２】
0003641637.tif 000003
【００２５】
二次側の蓄電池９の実際の充電状態は、予め設定された、もしくは測定された出発充電状態から出発して、二次側蓄電池９の作用度係数ｋを考慮し、二次側蓄電池９に供給される電荷量ＱLadeと、該二次側蓄電池９から取り出される電荷量ＱEntladeとの差を求めることにより次式に従って決定することができる。
【００２６】
【数３】
Ｑ（ｔ）＝ＱLade（ｔ）−ｋ  ＱEntlade（ｔ）
但し、ｋ＝二次側蓄電池９の作用度を考慮するための係数。
【００２７】
車輌搭載電気回路の起動時には、二次側蓄電池９の充電状態の出発値は、それ自体公知の酸濃度測定或るいは二次側蓄電池９の休止電圧測定値及び温度に基づいて近似的に算出することができる。
【００２８】
以上の説明から明らかなように、本発明による車輌搭載電気回路装置によれば、一次側蓄電池４の最適な充電状態を常時達成することができる。更に加えて、本発明による車輌搭載電気回路装置においては、一次系統６が過負荷になることもなく、また二次系統７の二次側蓄電池９が所定の残存電荷量以下に放電されることもない。このようにして、一次側蓄電池４並びに二次側蓄電池９に対し大きい使用寿命が保証される。最後に、本発明による車輌搭載電気回路の電磁波妨害は最小値に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自動車輌用の車輌搭載電気回路装置の回路図である。
【符号の説明】
１    電圧制御発電機
２、３    端子
４    一次側の蓄電池
５    一次側の電力消費装置（負荷抵抗）
６    一次系統
７    二次系統
８    制御装置
９    二次側の蓄電池
１０    二次側の電力消費装置
１１    電気スイッチ
【図１】
0003641637.tif 000004