(57)【要約】  本発明は、ゼネレータと、バッテリと、スタータと、自動車エンジンの始動プロセス用の電気エネルギーを蓄積するための大容量コンデンサとを含む自動車電気システムを提供する。本発明の電気システムは、変圧器がバッテリの電圧を高電圧に変圧して遮断装置がバッテリとコンデンサとの間の電気接続を遮断するように、コンデンサとバッテリとの間に並列接続されるとともに自動車エンジンの始動プロセスを準備するために制御される変圧器および遮断装置を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゼネレータ（１２０）と、バッテリ（１５０）と、スタータ（１１０）と、自動車エンジンの始動プロセス用の電気エネルギーを蓄積するための大容量コンデンサ（４００）とを含み、該コンデンサ（４００）と該バッテリ（１５０）との間に並列接続されるとともに、変圧器（３１０）が該バッテリ（１５０）の電圧（ＵＢａｔｔ）を高電圧に変圧して遮断装置（３２０）が該バッテリ（１５０）と該コンデンサ（４００）との間の電気接続を遮断するような方法で該自動車エンジンの始動プロセスを準備するように制御される変圧器（３１０）および遮断装置（３２０）を含む、自動車電気システム。
【請求項２】
充電状態の前記バッテリ（１５０）の電圧（ＵＢａｔｔ）が約１２．５Ｖの範囲にあり、前記変圧器（３１０）が、該バッテリ（１５０）の該電圧（ＵＢａｔｔ）を好ましくは約１６Ｖまで数ボルト上昇させる、請求項１に記載の自動車電気システム。
【請求項３】
前記変圧器（３１０）を起動させるためと前記遮断装置（３２０）を開放するための制御ユニット（４４０）を含む、請求項１または２に記載の自動車電気システム。
【請求項４】
前記制御ユニット（４４０）が、前記コンデンサ（４００）を充電するための前記自動車エンジンの始動プロセスの開始に先立って、前記変圧器（３１０）の起動と前記遮断装置（３２０）の開放とを短時間実施する、請求項３に記載の自動車電気システム。
【請求項５】
前記制御ユニット（４４０）が、自動車ドアの開状態の検出に基づいて前記変圧器（３１０）を起動させるとともに前記遮断装置（３２０）を開放する、請求項３または４に記載の自動車電気システム。
【請求項６】
前記制御ユニット（４４０）が、前記自動車ドアの開閉状態を検出するためのセンサに接続されている、請求項５に記載の自動車電気システム。
【請求項７】
前記制御ユニット（４４０）が、前記イグニションキーの位置の検出に基づいて、前記変圧器（３１０）を起動させるとともに前記遮断装置（３２０）を開放する、請求項３から６のいずれか一項に記載の自動車電気システム。
【請求項８】
前記制御ユニット（４４０）が、前記イグニションキーの「イグニションオン」位置の検出時に、前記変圧器（３１０）を起動させるとともに前記遮断装置（３２０）を開放する、請求項７に記載の自動車電気システム。
【請求項９】
前記制御ユニット（４４０）が、前記自動車エンジンの始動プロセスが開始するとすぐに、前記遮断装置（３２０）が開放した状態で前記変圧器（３１０）を停止させる、請求項４から８のいずれか一項に記載の自動車電気システム。
【請求項１０】
前記制御ユニット（４４０）が、前記始動プロセスが良好に終了するとすぐに、前記遮断装置（３２０）を閉鎖する、請求項４から９のいずれか一項に記載の自動車電気システム。
【請求項１１】
前記制御ユニット（４４０）が、前記ゼネレータ（１２０）の電圧を監視して、該ゼネレータ（１２０）の電圧レベルに基づいて前記遮断装置（３２０）を閉鎖する、請求項１０に記載の自動車電気システム。
【請求項１２】
ゼネレータ（１２０）と、バッテリ（１５０）と、スタータ（１１０）と、自動車エンジンの始動プロセス用の電気エネルギーを蓄積するための大容量コンデンサ（４００）とを含む自動車電気システムを備える自動車エンジンを始動させるための方法であって、
前記スタータ（１１０）により前記自動車エンジンが作動する始動直前プロセスを検出する段階と、
前記大容量コンデンサ（４００）を充電する段階であって、
前記バッテリ（１５０）と前記大容量コンデンサ（４００）との間の電気接続が遮断されるとともに、
前記バッテリ（１５０）の電圧（ＵＢａｔｔ）が変圧器（３１０）により高電圧に変圧される段階と、
前記自動車エンジンを始動させるため前記大容量コンデンサ（４００）からのエネルギーを前記スタータ（１１０）に供給する段階と、を含む方法。
【請求項１３】
始動直前プロセスを検出するため車両ドアの開状態が検出される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
運転者側ドアの開状態が検出される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
始動直前プロセスを検出するため前記イグニションキーの位置が検出される、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記イグニションキーの「イグニションオン」位置が検出される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記スタータ（１１０）が起動するとすぐに、前記バッテリ（１５０）の電圧（ＵＢａｔｔ）の高値への変圧が終了する、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記自動車エンジンが単独で作動するとすぐに、前記バッテリ（１５０）が前記ゼネレータに電気接続される、請求項１２から１７の一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記自動車エンジンが単独で作動しているかどうかが前記ゼネレータ（１２０）の電圧レベルに基づいて検出される、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良型自動車電気システムに関連する。さらに詳しく述べると、本発明は、より確実なエンジン始動を可能にする新規の自動車電気システムに関連する。
【背景技術】
【０００２】
自動車電気システムは、自動車の複数の制御装置と信号部品に電力を供給する。電力は、エネルギー蓄積部としてのバッテリから、または自動車エンジンが作動している時にはゼネレータから得られる。複数のアプリケーションにはそれぞれ、リレーまたは半導体スイッチを備える電子配電器により各負荷回路を介して自動車電気システムから電力が供給される。
【０００３】
１４Ｖの電圧を持つ従来の電気システムは、１２Ｖのバッテリ電圧に基づいている。今後の電気システムは３６Ｖバッテリを備える。１４ボルトから４２ボルトシステムへの転換が進む移行期間には、両方の自動車システムが平行して使用される。
【０００４】
従来設計の自動車電気システムの概略図が図１に見られる。図示された電気システム１００では、ゼネレータ１２０とバッテリ１５０とスタータ１１０とが並列接続されている。概して、片方のゼネレータ１２０とスタータ１１０、もう片方のバッテリ１５０の間のライン長１３０は、それぞれ約１ｍに達する。スタータとゼネレータとはエンジンブロックに取り付けられ、ショートケーブルで相互に接続されている。ゼネレータに供給される電流の変動ゆえに、そしてスタータ電流の伝達のため、ライン断面積は約２５ｍｍ２に達する。
【０００５】
電力は、従来の配電ポイントつまり配電器１４０により自動車の電気システムの別々の負荷回路１６０へ供給される。各負荷回路１６０は一つ以上の消費部に電力を供給する。負荷回路のライン長が約１ｍであるので、これらのラインはライン１３０よりも狭い、つまり約５ｍｍ２の断面積を持つ。
【０００６】
スタータ１１０は３００Ａ、短時間では６００Ａもの非常に高い電力消費量を持つが、自動車電気システムの他のすべての消費部の電力消費量は著しく低い。自動車電気システムの消費部の一般的な電流値は、すべてのランプがパーキングランプとして使用された時の約１．５Ａから、ストップライトとフラッシャ用の３Ａ、ウインドスクリーンワイパ用の８Ａ、フォグランプとメインヘッドランプ用の８．５Ａ、減光ヘッドライトと空調システムの乗員室ファン用の１０Ａ、燃料ポンプによるエンジン制御用の１８Ａ、シートヒータ用の２０Ａ、約１００Ａの範囲の電力消費量を持つ電気ＰＴＣヒータまでの範囲を持つ。
【０００７】
短絡が発生するとすぐに各負荷回路１６０への電力供給が遮断されるように、すべての負荷回路は過電流保護装置によって短絡から保護されている。これにより、各負荷回路のケーブルおよびプラグコネクタの過熱が防止される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
改良型自動車電気システムと、自動車エンジンを始動させるための改良方法を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、独立特許クレームの特徴により達成される。
【００１０】
本発明の第一の特徴によれば、ゼネレータと、バッテリと、スタータと、自動車エンジンの始動プロセス用の電気エネルギーを蓄積するための大容量コンデンサとを含む自動車電気システムが提供される。自動車電気システムはさらに、コンデンサとバッテリとの間において並列接続された変圧器および遮断装置を含む。自動車エンジンの始動プロセスを準備するため、遮断装置がバッテリとコンデンサとの間の電気接続を遮断した状態で、変圧器がバッテリ電圧を高電圧に変圧するように、変圧器と遮断装置とが制御される。
【００１１】
本発明の別の特徴によれば、自動車電気システムにより自動車エンジンを始動させるための方法が提供される。自動車電気システムは、ゼネレータと、バッテリと、スタータと、自動車エンジンの始動プロセス用の電気エネルギーを蓄積するための大容量コンデンサとを含む。この方法では、自動車エンジンがスタータにより作動して、大容量コンデンサを充電する始動直前プロセスを検出する。コンデンサの充電のため、バッテリと大容量コンデンサとの間の電気接続が遮断され、バッテリ電圧が変圧器によって高電圧に変圧される。自動車エンジンを始動させるため、スタータには大容量コンデンサからのエネルギーが供給される。
【００１２】
自動車エンジンを作動させるための始動エネルギーをバッテリから直接にではなく、大容量コンデンサから提供することが、本発明に固有のアプローチである。始動プロセスのためにコンデンサに蓄積されるエネルギーをコンデンサの容量を増加させずに増やすため、本発明によれば、コンデンサは高電圧まで充電される。このため、充電プロセス中のみ、バッテリ電圧が変圧器により高電圧に変圧され、コンデンサに供給される。
【００１３】
こうして、始動プロセスに利用可能なエネルギー保存量を簡単な方法で増加させることが可能である。「低」バッテリでも、車両は確実に始動する。あるいは、これに対応してコンデンサの容量を低下させることができるため、エネルギーの蓄積量が同じでもコンデンサの容量を小さくすることが可能である。
【００１４】
変圧器は、バッテリ電圧を約１２．５Ｖから約１６Ｖまで上昇させることが好ましい。この電圧上昇により、コンデンサに蓄積されるエネルギーの量を約６０％増加させられる。さらに１６Ｖまで上昇させると、この量だけ電気システムの電圧が上昇しても電気システムの他の電気部品に問題が生じることはないという長所が得られる。しかし、さらに電圧を上昇させると、電気システムの他の部品の動作安全性に影響する可能性があるだろう。
【００１５】
本発明の好適な実施例によれば、変圧器の起動と遮断装置の開放とが制御ユニットにより制御される。始動直前プロセスが検出されると、これに対応して変圧器と遮断装置とが制御される。特に、始動プロセス開始前の短時間、コンデンサの充電プロセスがこのように実行される。
【００１６】
始動直前プロセスを検出するため、好ましくはエンジン非作動状態での車両ドアの開状態、好ましくは運転者側ドアの開閉状態が検出される。こうして、低バッテリでもコンデンサを充電し、確実な始動プロセスを可能にするのに充分な時間が得られる。
【００１７】
別の好適な実施例によれば、イグニションキーをイグニションロックへ挿入するか、イグニションキーを「イグニションオン」の位置にするかのいずれかにより、イグニションキーの位置に基づいてコンデンサの充電プロセスが実施される。
【００１８】
遮断装置は、エンジンが良好に始動した時またはゼネレータが電力を発生させる時のみ閉鎖されることが好ましい。このため、ゼネレータの電圧が監視されることが好ましく、ゼネレータ電圧のレベルに応じて、例えばある電圧値に達した時に、遮断装置が閉鎖される。こうして、確実なエンジン始動が簡単に検出され、始動プロセスを終了することができる。
【００１９】
さらに好都合な実施例が、従属クレームの主題となっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
添付図面に関連させて好適な実施例により本発明を説明する。
【００２１】
図２は、独創性を持つ自動車電気システムの構造を概略的に示す。スタータ１１０とゼネレータ１２０は、別々の供給ライン１２０によって電子配電器２１０に接続されている。電子配電器には同様に、供給ライン２４０を介してバッテリ１５０が接続されている。ゼネレータ１２０は自動車エンジンの作動中に自動車電気システム２００へ電流を提供するのに対して、バッテリ１５０は、エンジンの作動中に、ゼネレータ１２０により提供されたエネルギーを蓄積する。起動させるため、エンジン電気エネルギーがバッテリ１５０の化学反応により発生し、スタータ１１０へ供給される。
【００２２】
配電器２１０は、各負荷回路２３０を自動車電気システムに制御自在に接続する。
【００２３】
従来の自動車電気システム１００の他に、独創性を持つ電気システム２００のバッテリ１５０は、大きなライン断面積を持つライン接続を使用する必要なく、自動車のいずれの箇所に配置してもよい。長さＬＺｕｌ１が約１ｍである図１による従来の電気システム１００の供給ライン１３０は、２５ｍｍ２の断面積を持つが、同じ長さを持つ本発明による供給ライン２２０は、約５ｍｍ２の断面積を持つに過ぎない。配電ポイントから始まる負荷回路は、５ｍｍ２の断面積を持ち、長さＬＺｕｌ２は約１ｍである。
【００２４】
エンジン室の配電ポイント１４０の付近にバッテリ１５０が取り付けられる場合には、バッテリと配電ポイントとの電気接続も、約５ｍｍ２の断面積を持ち、長さＬＺｕｌ３は最大で約１ｍである。
【００２５】
あるいは、配電ポイントを持つバッテリが、自動車の後端部に取り付けられる。この構成では、配電ポイント１４０またはバッテリ１５０とのすべての接続ラインはそれぞれ、従来の電気システム１００ではかなり長い。同時に、ライン長が長く、これに対応して抵抗が高いことから見て、ラインの発熱を回避するため、ライン断面積を増大させなければならない。このため、長さＬＺｕｌ１を持つライン１３０の断面積は従来では約４ｍで約９５ｍｍ２まで増大し、長さＬＺｕｌ２を持つ負荷回路１６０のラインのライン断面積は約５ｍで約２５ｍｍ２まで増大する。
【００２６】
本発明によれば、これらの断面積をかなり減少させられる。このため、電子配電器２１０とバッテリ１５０とが、相互に物理的に分離されるように配置される。同時に、ゼネレータ１２０の電圧変動を補正するため従来バッテリで実施されたバッファ機能が、電子配電器２１０へ移行する。この構成では、約１ｍの最大長さを持つすべてのラインが５ｍｍ２程度の断面積を持つ。バッテリ１５０が自動車の後端部に取り付けられる場合のみ、自動車のエンジン室に残っている電子配電器２１０は、電子配電器２１０とバッテリ１５０との間で必要とされる長いライン接続である。長さＬＺｕｌ３が約４ｍまでならば、ライン断面積は約２５ｍｍ２である。
【００２７】
本発明によれば、それぞれのアプリケーションに基づいて、配電器２１０の保護作用を制御するための能動的電流監視を実施することにより、ライン断面積のさらなる縮小が可能である。負荷回路２３０へ流入する電流の能動的監視により、指定のタイムレスポンスで、特に所定値では速い上昇率で、負荷回路の切り換えが可能である。
【００２８】
これと対照的に、従来のラインの断面積は、ラインの熱的過負荷を伴わずに負荷回路の短時間電流ピークに対処できるように公称電流を２倍にするように設計されるのが普通である。マイクロプロセッサ制御の制御ユニットによる独創性を持つ電流監視により、短時間過負荷ピークおよび短絡作用に過負荷保護を一層正確に適合させることができる。こうして、自動車電気システムの断面積と重量と費用とを簡単に減少させることが可能である。
【００２９】
独創性を持つ電気システムのさらなる詳細が、図３に図示されている。図３に図示された実施例では、バッテリ１５０は自動車の後端部に取り付けられることが好ましい。
【００３０】
電子配電器２１０は、各負荷回路４１２を自動車電気システムに制御自在に接続する、つまり各負荷回路への通電を起動または遮断する複数の半導体スイッチ４１０を含む。このような半導体スイッチとしては、特に自動電力制御を行う半導体スイッチが使用される。このような半導体スイッチ、例えばＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉ．Ｒ．  Ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ社の部品９８０２６８は、接続された負荷回路へ流入する電流を測定する。測定された電流に比例する電流が、上述した半導体部品の別々の端子を介して出力される。各半導体スイッチ４１０により測定される電流は、電子配電器２１０の制御装置４４０へ供給される。電子配電器２１０の内側に、またはこれとは別に配置されるこの制御装置は、それぞれ、各負荷回路について許容電流を監視する。
【００３１】
各負荷回路に許容可能な電流値は、各負荷回路４１２について制御装置４４０で別々に調節自在であることが好ましい。好適な実施例によれば、各負荷回路４１２について別々に選択できる様々な電流レベルと様々な「トリガ」特性が制御装置４４０に設けられる。負荷回路４１２について測定された電流がこれについて決定された最大値を超えるとすぐに、許容可能な過負荷電流を考慮に入れることにより、制御装置４４０は半導体スイッチ４１０に電気接続を遮断させる。
【００３２】
このような半導体スイッチは可逆スイッチオフ動作を可能にし、例えば安全ヒューズを交換せずに負荷回路を作動状態に復帰させることができる。能動的電流監視はさらに、短絡の場合に高速反応を可能にする。そのため非常に高い短絡電流は、数ミリ秒しか流れない。こうして、各負荷回路のラインとコネクタは、明らかにもっと長い時間、高い電流が流れる短絡事象のために設計される必要がない。
【００３３】
制御装置４４０の各負荷回路の「インテリジェント」監視は、負荷回路への通電のための電気接続を遮断せずに、短時間の過電流を許容する。こうして各基準に基づいて応答特性が設定される。特に各負荷回路の機能および電流需要（と短時間過電流需要）に適合させることができ、ゆえに、エンジンの始動、ライトやヒータなどの切り換えの際の短時間過電流を考慮に入れなければならない。
【００３４】
保護機能とは、過電流または短絡がそれぞれ負荷回路で発生して、ラインとコネクタの熱的過負荷を引き起こすのを防止することである。熱的過負荷は、転換されたエネルギー、つまり過電流が存在する時間を電流レベルに掛けたものである。ダメージを発生させずに１秒間に負荷回路へ流入する公称電流を１０倍にすることが、何らかの方法で可能である。このような過電流は、制御装置４４０により問題なしと認識されなければならないが、このような過電流の場合、安全ヒューズは（ヒューズが交換されるまで）回路を不可逆的に遮断および破損させる結果となる。
【００３５】
例えば電動モータが始動する時に、公称電流の何倍もの値を持つ短時間過電流が発生する。電動モータを始動させる時には、周囲温度が低い際には特に、最初はロータが重い、つまり動きが悪い。公称電流の何倍かに相当する過電流が、およそ１００ｍｓの間、発生する。自動車の乗員室へ流入する空気の加熱に使用される電気ＰＴＣヒータでも、約１０秒の時間間隔内である始動時に電流が発生し、これは公称電流の２倍に相当する。このような過電流の発生はきわめて短時間であるため、ラインとコネクタに関しては問題ない。
【００３６】
従来の安全ヒューズは概して、公称電流の２倍より高い反応電流に対して採用される。しかし、このような従来のヒューズも、公称電流の１．８倍に相当する持続的過電流を受け取ることがある。これと対照的に、本発明による電子ヒューズ保護は、このような過電流を検出して、時間基準、例えば１０秒を超える時に電気接続を遮断する。そのため、各負荷回路の寸法は実際の公称電流に合わせて設計されるため、ライン断面積とコネクタは、公称電流の２倍に長時間耐える必要はない。
【００３７】
本発明による制御装置４４０は、付加的な温度センサによる現在周囲温度に適応させることができる。周囲温度が低い際には、冷却の改良によって、高い電流が得られる。そのため、温度に基づいて、つまり好適な実施例では、印加される電流の上限と検出される周囲温度との間の所定の依存状態に基づいて、過電流検出と負荷回路の切断が実施されることが好ましい。
【００３８】
別の好都合な実施例によれば、制御装置はやはり外部信号を受けて負荷回路４１２を切断できる。負荷回路の消費部のトラブルは、例えば別々のセンサによって検出され、このトラブルから生じる自動車の危険が早期に回避される。
【００３９】
図３は、消費部としてのＰＴＣヒータ５１０と分散型配電器５２０とを、単なる例として示す。分散型配電器５２０は、同様に、複数の半導体スイッチ５２５によって付随の負荷回路を接続および切断できる。これらの負荷回路は例に過ぎない。当該技術の熟練者は、自動車の各電気消費部が、このような負荷回路４１２によって直接的に、または分散型配電器５２０によって間接的に制御できることを理解するだろう。
【００４０】
本発明によれば、ゼネレータ１２０とバッテリ１５０とに並列接続された配電器５１０に大容量コンデンサ４００が設けられる。コンデンサ４００は、小さな構造容積で高い容量値を持つ。自動車では、４５０から６００Ｆの範囲の容量が使用されることが好ましい。現在、二重層コンデンサは数千Ｆまでの容量にも達している。
【００４１】
アルミニウム電解コンデンサと比較して、二重層コンデンサは、何倍も高いエネルギー密度と、鉛蓄電池よりも数倍高いパワー密度とを達成する。バッテリの電気エネルギーは電気化学的に蓄積されるが、コンデンサの電気エネルギーは、コンデンサのプレートに正または負の電荷の形で直接的に蓄積され、電極表面の化学反応が必要である。このような二重層コンデンサ、例えば“ＵｌｔｒａＣａｐ”という名称のＥＰＣＯＳ社の二重層コンデンサは、電気エネルギーを蓄積してこれを再び高効率で放出する。バッテリと対照的に、磨耗を発生させずに非常に高い電流での充電と放電が可能である。さらに、非常に低い温度と低い電圧値でも確実な機能が可能である。４００Ａまでの放電電流で、遅延なく、そして非常に低い損失で高出力を発生させる。
【００４２】
ゼネレータ１２０およびスタータバッテリ５１に対して大容量コンデンサ４００を並列接続することで、いくつかの長所が達成できる。始動プロセスはもはや、バッテリ１５０でなく高性能コンデンサ４００が担当する。コンデンサ４００は、始動プロセスに先立ってバッテリ１５０によって充電される。次にコンデンサ４００は、蓄積されたエネルギーをスタータ１１０へ放出する。こうして、コンデンサはやはり低い温度で短時間に多量のエネルギーを放出できるので、より確実な方法で始動プロセスを実現できる。これと対照的に、従来の自動車では、バッテリ１５０で生じる化学反応が高い電流を受け入れないので、低温では頻繁に始動問題が見られる。
【００４３】
本発明の特に好都合な実施例によれば、コンデンサの容量を増やさずにコンデンサに蓄積されるエネルギーを増大させることにより、始動作用をさらに改善できる。このため、始動プロセスに備えるように、バッテリ１５０とコンデンサ４００との間に独創性を持つ方法で変圧器３１０が接続される。変圧器３１０は、バッテリ１５０によって供給される電圧を高電圧に変換する。こうして、同じ容量では、コンデンサははるかに多量のエネルギーを吸収できるのである。コンデンサに蓄積されるエネルギーの量は、以下の方程式（数１）によって決定できる。
【数１】
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・・・（数１）
【００４４】
同時に、バッテリ１５０とコンデンサ４００との間の電気接続には、変圧器３１０と平行に遮断装置３２０が接続されている。遮断装置はバッテリとコンデンサとの間の直接電気接続を遮断するため、非常に高い電圧がコンデンサに供給される。
【００４５】
変圧器と遮断装置とを含む本発明による装置３００は、始動プロセスに利用可能なエネルギーの著しい増大を簡単な方法で可能にする。こうして、わずかなエネルギー保存量しか残っていない低バッテリでも、自動車の確実な始動が容易である。
【００４６】
本発明による変圧器が使用される始動プロセスを、例を用いて以下に説明する。
【００４７】
自動車の休止時間中、つまりエンジンとイグニションがオフに切り換えられている間、変圧器（ＤＣ／ＤＣ変換器）３１０はオフに切り換えられ、配電器２１０とバッテリ１５０との間の電気接続がスイッチ３２０によって発生する。こうして、コンデンサ４００はバッテリ１５０に並列接続され、バッテリ電圧ＵＢＡＴＴ、従来の電気システムでは約１２．５Ｖの電圧、将来的電気システムでは約４２Ｖまで充電される。
【００４８】
内燃機関の始動プロセスに先立って、変圧器３１０が起動し、同時にスイッチ３２０が開放する。必要であれば、各負荷回路は電子配電器２１０によって切断されることが好ましい。特に、出力需要の大きな負荷回路４１２が切断される。特定実施例によれば、バッテリが低い場合にも確実な始動を保証するように、バッテリ電圧レベルにも基づいて制御装置４４０により切断が実施される。
【００４９】
変圧器は、コンデンサに印加される出力電圧を発生させ、この出力電圧はバッテリ電圧を上回っている。バッテリ電圧が１２．５Ｖであれば、上昇した出力電圧は例えば１６Ｖである。ゆえに電圧はバッテリ電圧を３．５Ｖ上回り、これに応じてコンデンサをより高く充電する。こうして、１２．５Ｖという従来の充電電圧と比較して、コンデンサに蓄積されるエネルギーは約６０％高い。
【００５０】
これにより、バッテリ電圧が１２．５Ｖより低い低バッテリの状態であっても、充分なエネルギー保存量が始動プロセスに利用可能である。変圧器が常に１６Ｖの電圧でコンデンサ４００を充電する場合には、バッテリの性能に関係なく、同量のエネルギーが始動プロセスに利用可能である。
【００５１】
変圧器により達成される長所は、始動プロセスのための増加エネルギー保存量に変圧されることと、コンデンサの容量の縮小に利用できることのいずれかである。蓄積エネルギーの量が同じであれば、確実な始動プロセスのためにはコンデンサ４００は少ない容量で充分である。
【００５２】
従来の電気システムの１６Ｖを超えるまで充電電圧をさらに上昇させることによって、コンデンサ４００のエネルギー量のさらなる増加が得られる。充電電圧を１６Ｖに制限すると、この増加が、電気システムの他の電気部品に関する複雑性を伴うことがないという長所が見られる。現在、自動車電気システムの電気および電子部品はすべて、１６Ｖの最高動作電圧用に設計されている。そのため、コンデンサ４００の充電電圧は、電気システムの電気部品の設計とコンデンサそのものの電圧安定性によって決定されることが好ましい。４２Ｖのシステム電圧を持つ将来的電気システムでは、他の電気部品が短時間の電圧上昇に問題なく耐えられるとして、コンデンサはきわめて高電圧まで充電可能である。
【００５３】
あるいは、変圧器の出力電圧が特に高いならば、半導体スイッチ４１０によってすべての負荷回路または消費部をそれぞれ切断することにより、他の電気システム部品に関する複雑性を排除することができ、特に安全な始動プロセスを実現できる。
【００５４】
始動プロセスの開始に先立って、コンデンサの充電が適時に行われる。コンデンサ４００の充電プロセスを開始するには、いくつかのトリガが使用される。例えば、イグニションキーが挿入されるか、イグニションロックが「イグニションオン」位置となった場合に、運転者は充電を開始できる。あるいは、車両ドアを開けることによって充電プロセスが起動し、任意の車両ドアが開いたことと運転者側の車両ドアが開いたことが検出され、充電のためのトリガ信号として使用される。車両ドアが充電プロセスの開始のためのトリガ事象として使用される場合には、イグニションキー位置の検出と比較して長い時間が利用可能である。
【００５５】
イグニションキー位置が「スタート」であると、変圧器はオフに切り換えられる。始動プロセスが継続するかぎり、遮断装置３２０は開いたままである。内燃機関が単独で作動するとすぐに、遮断装置３２０が閉じて、電気システムが再び約１２．５Ｖの電圧に設定される。
【００５６】
コンデンサ４００は、始動プロセスの改良を可能にするばかりでなく、さらに従来バッテリ１５０のバッファ動作を行う。従来バッテリ１５０の等価回路図が図４に示されている。
【００５７】
バッテリ１５０の等価回路図６００から、バッテリは化学エネルギー蓄積部６１０の機能ばかりでなく、バッファコンデンサ６２０の機能も持つことが分かる。このコンデンサ作用は、鉛蓄電池の内部機構から生じる。
【００５８】
従来バッテリのコンデンサ作用は、ゼネレータ１２０によって生じる電圧変動を抑制するのにこれまでも使用されていた。
【００５９】
自動車エンジンが作動中には、ダイオードにより整流される三相電流をゼネレータ１２０が発生させる。現在の自動車電気システムでは、ゼネレータ１２０と負荷回路４１２の消費部との間となるようにバッテリが物理的に取り付けられる。とりわけ、バッテリ容量ＣＢａｔｔと、ゼネレータ１２０とバッテリ１５０との間の電気接続ラインの供給ライン抵抗ＲＺｕｌ１との組合せから、ローパスが形成される。ローパスは、ゼネレータにより発生する電流の電圧変動の抑制という機能を行う。
【００６０】
本発明によれば、この機能は大容量コンデンサ４００によって行われる。
【００６１】
ゼネレータとバッテリとの間の電気接続ラインを高電流が流れて電圧変動を補正するように従来電気システムは設計されているが、本発明によれば、エネルギーの蓄積とバッファリングの機能は、自動車電気システムの別々のモジュールによって行われる。コンデンサ４００は電圧変動のバッファリングを担当するが、バッテリ１５０は始動プロセスのためのエネルギーを提供する。こうして、バッテリとの電気ライン接続２４０のための従来の費用を必要とせずに、バッテリをゼネレータおよび配電器から離して簡単な方法で取り付けることができる。対照的に、図２に関連して例として述べたように、断面積はかなり小さい値まで減少させることができる。これにより、自動車電気システムはより軽量かつ安価となる。
【００６２】
バッファ機能は、調節ローパスフィルタに関連するゼネレータ、バッテリ、配電器、消費物の順の構成により達成される。一方ではゼネレータとバッテリとの間の供給ライン抵抗ＲＺｕｌ１と、他方ではバッテリの容量ＣＢａｔｔから、ローパスが形成される。ライン断面積が小さいので、さらに、供給ライン抵抗ＲＺｕｌ１をさらに高くして、ローパスの時定数Ｔａｕの方程式（数２）に基づいてローパス作用を改良する。
【数２】
2007524541.tif 000004
・・・（数２）
【００６３】
要約すると、本発明による新規の自動車電気システムは、従来の電気システムと比較していくつかの長所を持つ。スタータバッテリはもはや始動機能を持たず、小さいパルスと電流負荷を受け、低温作用に関する低い要件を満たすのみでよく、蓄積容量の小さいバッテリでよい。変圧器により、エネルギー、ゆえに始動確実性が向上する。ラインの断面積は小さいため、自動車の後端部にバッテリが取り付けられる場合には特に、コストと重量の長所が達成される。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来の自動車電気システムの構造を示す。
【図２】独創性を持つ自動車電気システムの構造を示す。
【図３】本発明による独創性を持つ自動車電気システムの詳細な構造を示す。
【図４】従来の自動車バッテリの電気等価回路図を示す。
【符号の説明】
【００６５】
１１０      スタータ
１２０      ゼネレータ
１５０      バッテリ
３１０      変圧器
３２０      遮断装置
４００      コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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