(57)【要約】  本発明に係る装置（ＤＭＴ）は、熱機関が始動するときに、回転電気機械（ＡＤ）の給電のために追加の電圧を与えるように構成されている。この追加の電圧は、バッテリー（ＢＡＴ）により与えられる車載電気システム（ＲＢ）の定格電圧に対して加えられる。装置は、第２の電圧源（Ｕｃａｐ）と電子スイッチ（Ｋ１，Ｋ２）とを備え、各スイッチが少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴトランジスタを備える。本発明によれば、第２の電圧源と直列に取り付けられるスイッチの少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｋ２）は、熱機関の始動の終わりに線形モードで制御される。有益には、装置は、線形モードでトランジスタを制御するための電流制御ループを備える。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車両の熱機関の始動の機能を果たす回転電気機械（ＡＤ）と関連付けられるように設計されている、電圧を維持するための装置（ＤＭＴ）であって、この装置（ＤＭＴ）は、前記熱機関が始動されるときに、前記回転電気機械（ＡＤ）の給電のために追加の電圧を供給するようになっており、この追加の電圧は、主電圧源として車両に含まれるバッテリー（ＢＡＴ）により供給される車両の車載電気ネットワーク（ＲＢ）の公称電圧に対して加えられ、前記装置が第２の電圧源（Ｕｃａｐ）と、第１および第２の電子スイッチ（Ｋ１，Ｋ２）とを備え、前記各スイッチがＭＯＳＦＥＴタイプの少なくとも１つのトランジスタを備える、電圧を維持するための装置（ＤＭＴ）において、前記第２の電圧源（Ｕｃａｐ）と直列に取り付けられる前記スイッチの少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴトランジスタ（Ｋ２，Ｋ２ｎ’）は、前記熱機関の始動の終わりに線形モードで制御されることを特徴とする、電圧を維持するための装置（ＤＭＴ）。
【請求項２】
前記熱機関の始動の終わりに線形モードで機能する前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタは、始動動作の残りの部分の間にわたってオール・オア・ナッシング切り換えモードで機能することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第２の電子スイッチのトランジスタ（Ｋ２，Ｋ２ｎ’）の線形モードでの制御のための電流制御ループ（２，３，４，５，６）を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
線形モードで前記トランジスタ（Ｋ２，Ｋ２ｎ’）内を循環する電流（Ｉ，Ｉ／ｎ）は、前記電流制御ループ（２，３，４，５，６）に入力として供給される設定値（ＣＫ２’）によって制御されることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第２の電子スイッチは、並列に取り付けられた複数（ｎ）のＭＯＳＦＥＴトランジスタ（ＩＣ１，ＩＣ２，．．．ＩＣｎ）を備え、前記複数のＭＯＳＦＥＴトランジスタが前記第２の電圧源（Ｕｃａｐ）と直列に取り付けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記トランジスタ（ＩＣ１，ＩＣ２，．．．ＩＣｎ）のそれぞれが前記熱機関の始動の終わりに線形モードで制御され、前記装置は、トランジスタごとに、前記トランジスタの線形モードでの制御のための電流制御ループ（２，３，４，５，６）を備えることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のスイッチ（Ｋ１）は、いわゆるオール・オア・ナッシング切り換えモードで制御される少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴトランジスタを備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第２の電圧源がスーパーキャパシタ（Ｕｃａｐ）を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記スーパーキャパシタ（Ｕｃａｐ）を充電するために前記第２の電圧源に接続される直流−直流変換器（ＣＤＣ）を備えることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
熱機関を始動させるためのシステムであって、請求項１から９のいずれか一項に記載の電圧を維持するための装置（ＤＭＴ）を備えることを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、自動車両のための電圧を維持するための装置に関する。特に、本発明は、自動車両の熱機関（thermal engine）の始動の段階中に使用され得る電圧を維持するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ストップ・アンド・ゴーとして知られる熱機関の自動停止／再始動のためのシステムを自動車両に導入することにより、車両の車載電気ネットワークに対する電圧制約がより重大になってきた。
【０００３】
一般に、熱機関の始動を確保する回転電気機械の電力は、熱機関の始動を容易にするため、および、熱機関の再始動の複数の動作がユーザに引き起こし得る特定数の不利益を防止するために、増大されてきた。その結果、熱機関の始動中に、より高い電流スパイクがバッテリーから引き出され、また、それに対応して、車載ネットワークで大きな電圧降下が生じる。大きな電圧降下のこの問題は、ストップ・アンド・ゴーシステムにおいて知られる２つのアーキテクチャ、すなわち、オルタネータ−スタータを伴うアーキテクチャ、および、補強スタータとしても知られるリスタータを伴うアーキテクチャにおいて生じる。
【０００４】
熱機関の自動停止／再始動のためのシステムに電圧を維持するための装置を組み込むことは、前述した問題に対して成し得る対応である。オルタネータ−スタータを伴うシステムにおいて、電圧を維持するための装置の組み込みは、機械のトルクの増大を可能にするという利点を有し、トルクの増大は、従来の車載ネットワークの公称電圧１４Ｖよりもかなり高い電圧をロータの励磁回路に供給できる可能性によって得られる。
【０００５】
従来技術では、本発明者により開発されたシステムが知られており、このシステムは、車載ネットワーク電圧を約１７．５Ｖの値まで増大させることができる、電圧を維持するための装置を備えるオルタネータ−スタータを伴う。
【０００６】
しかしながら、車両の車載ネットワークに接続される大部分の電子付属品および機器は、約１７．５Ｖの車載ネットワーク電圧に繰り返し耐えるように設計されていないことが留意される。実際に、これらの電子付属品および機器は、一般に、１２Ｖの標準的な車載ネットワーク用に設計されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、装置が車載ネットワークに対して高電圧を課している期間を最小まで減らすことによって、電圧を維持するための装置を備える車両における車載ネットワーク電圧のより良い制御を可能にする解決策を提案することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様によれば、本発明は、自動車両の熱機関の始動の機能を果たす回転電気機械と関連付けられるように設計されている、電圧を維持するための装置に関し、この装置は、熱機関が始動されるときに、回転電気機械の給電のために追加の電圧を供給するようになっており、この追加の電圧は、主電圧源として車両に含まれるバッテリーにより供給される車両の車載電気ネットワークの公称電圧に対して加えられ、この場合、装置が第２の電圧源と第１および第２の電子スイッチとを備え、各スイッチがＭＯＳＦＥＴタイプの少なくとも１つのトランジスタを備える。
【０００９】
本発明によれば、第２の電圧源と直列に取り付けられる第２のスイッチの少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴトランジスタは、熱機関の始動の終わりに線形モードで制御される。
【００１０】
別の特定の特徴によれば、熱機関の始動の終わりに線形モードで機能するＭＯＳＦＥＴトランジスタは、始動動作の残りの部分の間にわたってオール・オア・ナッシング切り換えモードで機能する。
【００１１】
更なる別の特定の特徴によれば、装置は、第２の電子スイッチのトランジスタを線形モードで制御するための電流制御ループを備える。
【００１２】
更なる別の特定の特徴によれば、線形モードでトランジスタ内を循環する電流は、電流制御ループに入力として供給される設定値によって制御される。
【００１３】
本発明の特定の実施形態によれば、第２の電子スイッチは、並列に取り付けられた複数のＭＯＳＦＥＴトランジスタを備え、この複数のＭＯＳＦＥＴトランジスタが第２の電圧源と直列に取り付けられる。トランジスタの組は、熱機関の始動の終わりに線形モードで制御することができ、また、トランジスタごとに、装置は、トランジスタを線形モードで制御するための電流制御ループを備える。
【００１４】
実際に、本発明の特定の用途においては、複数のＭＯＳＦＥＴトランジスタを並列に取り付けて、これらのトランジスタに大きなスパイクを有する電流を通すことができるようにすることが必要である。従来技術では、ＭＯＳＦＥＴトランジスタのこの並列配置が、これらのトランジスタの線形モードでの機能段階中に問題を引き起こす。これは、第１に、この機能モードが熱的に不安定だからであり、また、第２に、ＭＯＳＦＥＴトランジスタのＶｓｇｔｈ（ソース−ゲート閾値電圧）に関連する製造ばらつきが、それぞれのトランジスタにより伝導される電流の大きな差異をもたらすからである。本発明において、並列に取り付けられたＭＯＳＦＥＴトランジスタを制御するための電流制御ループの組み込みは、Ｖｓｇｔｈ電圧および相互コンダクタンスに関連するトランジスタに存在する差異、ならびに、トランジスタ間の熱的結合および温度に関連するトランジスタに存在する差異にもかかわらず、生産中にトランジスタを等級分けする必要なく、満足な機能を保証する。また、トランジスタの熱的結合に対する制約がないことにより、トランジスタのための様々な電力基板、特に絶縁金属タイプ（ＳＭＩ）の基板が使用できるようになる。
【００１５】
本発明の他の特定の特徴によれば、第１のスイッチは、いわゆるオール・オア・ナッシングの切り換えモードで制御される少なくとも１つのＭＯＳＦＥＴトランジスタを備える。
【００１６】
本発明の別の特定の特徴によれば、第２の電圧源がスーパーキャパシタを備える。この場合、装置は、スーパーキャパシタを充電するために、第２の電圧源に接続される直流−直流変換器を備えることができる。
【００１７】
別の態様によれば、本発明は、先に簡単に説明した電圧を維持するための装置を備える熱機関を始動させるためのシステムにも関連する。
【００１８】
ここで、添付図面を参照して、本発明を異なる実施形態により説明する。なお、これらの図面は、単に説明の本文を例示する目的を果たすにすぎず、決して本発明の範囲の限定を成すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電圧を維持するための装置を備える、オルタネータ−スタータによって熱機関を始動させるためのシステムを示す。
【図２】線形モードで制御され得るとともに、本発明に係る装置の特定の実施形態に含まれる電子スイッチを示し、この電子スイッチは、並列に取り付けられて電流制御ループを備える複数のＭＯＳＦＥＴトランジスタを備える。
【図３】電流制御ループを備えるとともに、図２の電子スイッチに含まれるＭＯＳＦＥＴトランジスタを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に、電圧を維持するための装置ＤＭＴを備えるオルタネータスタータによって熱機関を始動させるためのシステム１が示される。
【００２１】
熱機関を始動させるためのシステム１は、実質的に、オルタネータスタータＡＤ、可逆交流−直流（ＡＣ／ＤＣ）変換器ＣＡＣ、電子制御ユニットＥＣＵ、および、電圧を維持するための装置ＤＭＴを備える。
【００２２】
バッテリーＢＡＴが、車両の車載電気ネットワークＲＢに接続される。バッテリーＢＡＴの正端子Ｂ＋が、ネットワークＲＢの正極によってケーブルに接続される。バッテリーＢＡＴの負端子Ｂ−が、電圧を維持するための装置ＤＭＴにより、車載電気ネットワークＲＢのアース（車両の車体）に接続される。
【００２３】
オルタネータ−スタータＡＤとは、第１に、それが熱機関によって駆動されるときに発電機として使用できるとともに、第２に、それが関連付けられる熱機関の始動のための電気モータとして使用できる可逆電気機械である。
【００２４】
変換器ＣＡＣとは、オルタネータスタータＡＤが発電機モードにあるときに整流器ブリッジとして機能できるとともに、オルタネータスタータＡＤが電気モータモードまたはスタータモードにあるときにインバータモードで機能できる可逆変換器である。変換器ＣＡＣは、通常通りに、例えばＭＯＳＦＥＴタイプの電力トランジスタブリッジの周囲に構成されるとともに、第１に、オルタネータスタータのステータのステータ巻線に接続され、また、第２に、車両の車載電気ネットワークＲＢに接続される。オルタネータスタータＡＤが電気モータモードにあるときには、変換器ＣＡＣのトランジスタは、順次に制御されて、ステータ相巻線に対して同期して電力を供給する。
【００２５】
電子制御ユニットＥＣＵは、マイクロコントローラの周囲に従来の態様で構成される。ユニットＥＣＵは、例えばＣＡＮタイプの通信バスを介して車両の制御ユニット（図示せず）に接続される。この通信バスを介して、ユニットＥＣＵは命令および指示を車両制御ユニットから受け、これらの命令および指示を、ユニットＥＣＵは、オルタネータスタータＡＤ、変換器ＣＡＣ、および、電圧を維持するための装置ＤＭＴのための制御信号へと分ける。また、オルタネータスタータＡＤ、変換器ＣＡＣ、および、電圧を維持するための装置ＤＭＴから得られる警報などの状態情報は、これらの機能要素を備える通信接続によってユニットＥＣＵへと戻され得る。
【００２６】
したがって、ユニットＥＣＵは、励磁制御信号ＳＥをオルタネータスタータＡＤへ供給するとともに、切り換え制御信号ＳＧを変換器ＣＡＣへ供給する。信号ＳＥは、機械ＡＤのロータの励磁コイルへ電力を供給することによって励磁電流を決定する。信号ＳＧは、変換器ＣＡＣの電力トランジスタの動作切り換えを命じ、該変換器の機能モードを決定する。また、ユニットＥＣＵは、電圧を維持するための装置ＤＭＴに制御信号ＣＫ１，ＣＫ２，およびＳＤＣを供給する。
【００２７】
図１に示されるように、電圧を維持するための装置ＤＭＴは、実質的に、２つの制御される電子スイッチＫ１，Ｋ２、スーパーキャパシタユニットＵｃａｐ、および、直流−直流（ＤＣ／ＤＣ）負荷変換器を備える。
【００２８】
電圧を維持するための装置ＤＭＴの一般的な原理は、熱機関の始動の動作中に第２の電圧源をバッテリーＢＡＴと直列の状態に置くことからなる。この二次的な電圧源は、この場合、スーパーキャパシタユニットＵｃａｐである。したがって、熱機関の始動中、変換器ＣＡＣには、車両の車載ネットワークＲＢに一般に存在する１４Ｖの電圧よりも高い電圧が供給される。この高い電圧は、始動中に機械ＡＤのトルクを増大させることができるようにするとともに、車載ネットワークＲＢに接続される機器および付属品の組にとって十分な電圧レベルの維持を保証する。
【００２９】
制御されるスイッチＫ１，Ｋ２は、この場合、ＮタイプのＭＯＳＦＥＴトランジスタである。
【００３０】
トランジスタＫ１はドレイン電極Ｄを備え、該ドレイン電極Ｄは、トランジスタＫ２のドレイン電極Ｄに接続されるとともに、バッテリーＢＴの負端子Ｂ−に接続される。トランジスタＫ１のソース電極Ｓは回路のアースに接続される。したがって、バッテリーＢＴの端子Ｂ−は、トランジスタＫ１の飽和が命じられる（スイッチが閉じられるとき）ときにアースに接続される。トランジスタＫ１は、制御信号ＣＫ１を介してユニットＥＣＵにより制御される。
【００３１】
トランジスタＫ２は、スーパーキャパシタユニットＵｃａｐの正端子＋に接続されるソース電極Ｓを備え、スーパーキャパシタユニットＵｃａｐの負端子−は回路のアースに接続される。トランジスタＫ２の飽和が命じられる（スイッチが閉じられる）と、第２の電圧源としてのスーパーキャパシタＵｃａｐは、主電圧源を構成するバッテリーＢＡＴと直列状態に置かれる。トランジスタＫ２は、制御信号ＣＫ２を介してユニットＥＣＵにより制御される。
【００３２】
この場合、スーパーキャパシタユニットＵｃａｐは、直列に取り付けられた２つのセルによって形成され、各セルは約１２００Ｆの容量を有する。スーパーキャパシタユニットＵｃａｐの充電は、バッテリーＢＡＴによって給電される変換器ＣＤＣによって確保される。スーパーキャパシタユニットＵｃａｐの充電レベルは、ユニットＥＣＵにより変換器ＣＤＣへ供給される信号ＳＤＣを介してユニットＥＣＵによって制御され管理される。スーパーキャパシタユニットＵｃａｐは、通常、約５Ｖの公称電圧に充電される。
【００３３】
なお、本発明によれば、トランジスタＫ１は、いわゆるオール・オア・ナッシング切り換えモードでのみ（すなわち、閉状態または開状態のいずれかで）機能し、一方、トランジスタＫ２は切り換えモードおよび線形モードで機能する。トランジスタＫ１，Ｋ２の導通は決して同時に行われない。同じ瞬間に、トランジスタＫ１，Ｋ２は反対の機能状態にある。トランジスタＫ１が飽和される（閉じられる）と、トランジスタＫ２が遮断される（開かれる）。トランジスタＫ１が遮断される（開かれる）と、トランジスタＫ２が飽和され（閉じられ）あるいは制御された抵抗Ｒｄｓ（ドレイン−ソース抵抗）を伴う線形モードになる。
【００３４】
装置ＤＭＴの残りの状態、すなわち、熱機関の始動段階以外では、トランジスタＫ１が飽和されて、トランジスタＫ２が遮断される。このとき、車載ネットワークＲＢの電圧は、鉛蓄電池タイプであるバッテリーＢＡＴにより決定される公称電圧１４Ｖである。スーパーキャパシタユニットＵｃａｐは、変換器ＣＤＣによって充電状態に維持される。
【００３５】
始動命令がユニットＥＣＵによって受けられると、装置ＤＭＴは、信号ＣＫ１，ＣＫ２を介してトランジスタＫ１の遮断およびトランジスタＫ２の飽和を命じることによって作動される。このとき、バッテリーＢＡＴおよびスーパーキャパシタユニットＵｃａｐは、直列に接続されて、無負荷時約１７．５Ｖの高いネットワーク電圧ＶＣＨを変換器ＣＡＣに供給する。この電圧ＶＣＨは、回路の異なる抵抗、すなわち、バッテリーＢＡＴおよびスーパーキャパシタユニットＵｃａｐの内部抵抗、ならびに、トランジスタＫ２および接続ケーブルの内部抵抗の結果として、始動動作中に降下する。
【００３６】
始動動作の終わりに、電圧ＶＣＨは、収集された電流の減少の結果として、無負荷時の電圧１７．５Ｖへ向けて上昇する傾向がある。本発明によれば、このとき、トランジスタＫ２は、大きな抵抗Ｒｄｓを電気回路に導入して、端子Ｂ＋とアースとの間で電圧ＶＣＨの降下をもたらすように、制御信号ＣＫ２を介して線形モードで制御される。この目的のために、制御ソフトウェアモジュール（図示せず）がユニットＥＣＵに設けられる。したがって、車両の車載ネットワークに接続される電子付属品および機器は、熱機関の始動のために必要な最小時間の間のみ高い電圧ＶＣＨ（１７．５Ｖ）に晒される。
【００３７】
この実施形態において、トランジスタＫ２は、熱機関の始動の動作の終わりに、電圧ＶＣＨを最大値１５Ｖに制限するように線形モードで制御される。
【００３８】
以下、図２および図３を参照して、本発明に係る電圧を維持するための装置の一実施形態について説明する。この場合、電子スイッチＫ１，Ｋ２がスイッチＫ１’（図示せず）およびＫ２’に置き換えられ、各電子スイッチは、並列に取り付けられた複数のＭＯＳＦＥＴトランジスタを備える。ここでは、スイッチＫ２’のみについて詳しく説明するが、オール・オア・ナッシング切り換えモードで機能する、複数のＭＯＳＦＥＴトランジスタが並列に形成されるスイッチＫ１’の構造および機能が当業者に知られていることに留意されたい。
【００３９】
図２は、本発明に係るスイッチＫ２’の一般的なアーキテクチャを示す。スイッチＫ２’は並列に取り付くｎ個のスイッチＩＣ１〜ＩＣｎを備え、各スイッチは、この場合にはＮチャネルタイプのＭＯＳＦＥＴトランジスタと、電流制御ループとを有する。このとき、各スイッチＩＣｎは、電流Ｉ／ｎを伝えるとともに、対応する設定値ＣＫ２’を受けるが、スイッチＫ２’が伝えなければならない全電流がＩに等しいことに留意されたい。
【００４０】
図３に示されるように、この実施形態において、スイッチＫ２’に含まれるトランジスタＫ２ｎ’のための電流制御ループは、実質的に、差動増幅器２、減算器増幅器３、補正器４、ドライバ増幅器５、および、電流測定分路６を備える。
【００４１】
図１の実施形態におけるトランジスタＫ２の場合と同じ方法で、トランジスタＫ２ｎ’は、熱機関の始動の動作中に２つのモードにしたがって機能できる。すなわち、トランジスタＫ２ｎ’は、最初に、オール・オア・ナッシング切り換えモードで機能することができ、その後、始動の終わりに、電圧ＶＣＨを制限するための線形モードで機能できる。トランジスタＫ２ｎ’のこれらの２つの機能モードは、設定値ＣＫ２’に割り当てられる値によって制御される。
【００４２】
差動増幅器２は、分路６の端子から、トランジスタＫ２ｎ’を通過する実電流Ｉ／ｎを表す電圧情報を収集する。
【００４３】
実電流情報Ｉ／ｎは、減算器２の−入力に印加される逆反応情報である。減算器３の＋入力は、ユニットＥＣＵ（図１参照）により供給される制御信号の形態を成す設定値ＣＫ２’を受ける。トランジスタＫ２ｎ’は、設定値ＣＫ２’と実電流Ｉ／ｎとの間の誤差信号Ｅによって制御される。誤差信号Ｅは、補正器４とドライバ増幅器５とを介してトランジスタＫ２ｎ’のゲートＧに印加される。一般に、補正器４は比例−積分タイプ（ＰＩ）のものである。
【００４４】
スイッチＫ２’のトランジスタと関連付けられる電流制御ループは、トランジスタの機能のポイントの正確な制御を可能にする。したがって、線形モードで非常に良好な安定性を保証しつつ、本発明により提言される２つの機能モードにしたがってトランジスタを制御できる。
【００４５】
ＭＯＳＦＥＴトランジスタＫ２を制御するために、図３に関連して既に説明した電流制御ループを図１の実施形態に組み込むことができるのが分かる。
【００４６】
既に説明した実施形態以外の本発明の異なる実施形態は、この説明によって当業者に与えられる教示内容により教示される当業者の範囲内に入る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
2015504811.tif 000006
2015504811.tif 000007
2015504811.tif 000008
2015504811.tif 000009