(57)【要約】本発明は、ジェネレータによる車両バッテリの充電制御に関する。このジェネレータは更に自動車両の搭載電気系統と補助消費装置に電気エネルギーを供給するが、補助消費装置には、搭載電気系統の出力需要が満たされている場合にだけ電気エネルギーを供給する。補助消費装置の給電と車両バッテリの充電は次のように制御される：補助消費装置の出力需要が完全には満たされていない場合で、ジェネレータから車両バッテリに流れる充電電流が限界値よりも大きい場合で、ジェネレータ出力が補助的に補助消費装置の給電を可能とする場合、ジェネレータにより補助消費装置にエネルギーが供給され、更に、ジェネレータ出力が等しく且つ搭載電気系統の出力需要が等しい場合の最大可能な充電電流よりも充電電流が小さいようにこの充電電流が調節されること。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両バッテリ（１）の充電を制御するための方法であって、
−  車両バッテリ（１）がジェネレータ（３）と接続されていて、
−  ジェネレータ（３）が、自動車両の搭載電気系統（１９）と補助消費装置（５）に電気エネルギーを供給し、
−  搭載電気系統（１９）の出力需要が満たされている場合にだけ、ジェネレータ（３）が補助消費装置（５）に電気エネルギーを供給する
前記方法において、
−  補助消費装置（５）の給電と車両バッテリ（１）の充電が次のように制御されることを特徴とする方法：
−  補助消費装置（５）の出力需要が完全には満たされていない場合で、
−  ジェネレータ（３）から車両バッテリ（１）に流れる充電電流が限界値よりも大きいことが確定される場合で、
−  ジェネレータ出力が補助的に補助消費装置（５）の給電を可能とする場合、
ジェネレータ（３）により補助消費装置（５）にエネルギーが供給され、更に、ジェネレータ出力が等しく且つ搭載電気系統（１９）の出力需要が等しい場合の最大可能な充電電流よりも充電電流が小さいようにこの充電電流が調節されること。
【請求項２】
充電電流が限界値よりも小さい場合、ジェネレータ（３）により補助消費装置（５）に電気エネルギーが供給されないことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ジェネレータ（３）により補助消費装置（５）にエネルギーが供給される場合、充電電流が限界値に調整されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
充電電流の限界値が、少なくとも１つの変数に依存して変更される、特に車両バッテリ温度及び／又はバッテリ充電状態に依存して変更されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
車両バッテリ（１）の充電状態が検知され、更には、補助消費装置（５）の給電需要がある場合で、充電状態が高いレベルに達する場合、特に充電状態のための尺度が所定の最低値よりも大きい又は少なくともこの所定の最低値に等しい場合、充電電流が限界値未満に降下すること、及び／又は、車両バッテリ（１）が放電されることが許可されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
車両バッテリ（１）の充電を制御するための装置であって、
−  ジェネレータ（３）が車両バッテリ（１）を充電するときの充電電流を調節するための調節装置（１５）を有し、
−  充電電流が限界値を上回るかどうかを検知するための検知装置（１３）を有し、
−  検知装置（１３）と調節装置（１５）に接続されていて、更に、ジェネレータ（３）に接続されている補助消費装置（５）の給電需要を信号伝達する需要信号を受信するための接続部（２３）を有する制御装置（１１）を有する前記装置において、
補助ヒータの給電需要時に、ジェネレータ出力が等しく且つジェネレータ（３）に接続されているその他の消費装置（１９）の出力需要が等しい場合の最大可能な充電電流よりも充電電流が小さいようにこの充電電流が調節装置（１５）により調節可能であるように前記装置が構成されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
車両バッテリ（１）と接続されていて更に制御装置（１１）と接続されている、車両バッテリ（１）の充電状態を検知するための検知装置（２９）を有し、更には、制御装置（１１）が車両バッテリ（１）の充電の制御を検知装置（２９）の検知信号に依存して行うように制御装置（１１）が構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車両バッテリの充電を制御するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に自動車両（モータビークル）の搭載電気系統は、車両バッテリと、この車両バッテリに並列に接続されているジェネレータとを有し、このジェネレータは機関作動時に絶え間なく電気エネルギーを生成する。通常、ジェネレータ出力は、搭載電気系統に接続されている全ての消費装置の給電に十分である。それ故、車両バッテリは、多くの場合、始動過程のためのエネルギー蓄積器としてのみ用いられ、また、例えば短期的な機関停止状態時に電気消費装置を短期的に給電するために用いられる。特に冷間始動後には、車両バッテリが完全に充電されるまでの間、ジェネレータによりこの車両バッテリに電気エネルギーを供給することが得策である。その後も車両バッテリは、充電状態を維持するために、僅かな充電電流により更に充電され得る。
【０００３】
内燃機関を備えた車両において、一般的に車両内部空間は機関排熱を使用して加熱されるが、冷間始動後の暖機運転段階において内燃機関の熱放出は極めて僅かである。このことは、高効率を有する内燃機関、例えば現代のディーゼル機関に特に当てはまる。
【０００４】
それにより、搭載電気系統によりエネルギーが供給される電気補助ヒータを暖機運転段階中に稼動することが既に提案されている。下記特許文献１にはそのような補助ヒータを備えたシステムが記載されている。ジェネレータの能力を良好に利用するために、ジェネレータの励磁電流を制御し且つジェネレータの利用度のための尺度である所謂ダイナモフィールド信号（ＤＦ信号）が読み取られ、補助ヒータの電気抵抗を予め定められた値に適合させることによりジェネレータ利用度が調整される。車両バッテリは、補助ヒータの稼動中、ジェネレータに持続的に接続されている。
【０００５】
この処理方式における短所は、補助ヒータのためのエネルギー提供が、車両バッテリの充電状態と、搭載電気系統における電気消費装置のエネルギー需要とに依存し、それにより給電不足及び／又は熱出力変動が発生し得るということであり、これらは車両搭乗者によって認識されることになる。このことは、大きい蓄積容量の車両バッテリを備えたシステムに特に当てはまり、これらの車両バッテリは、極めて高い充電電流、例えば１５０Ａよりも大きい電流で充電され得る。そのような場合に電気エネルギーを補助ヒータに供給することを保証するために、実際には、特に大きいジェネレータ・定格出力を有するジェネレータが使用されている。しかしそのようなジェネレータは、重量が大きく、製造において高価であり、多くの空間を必要とするものである。
【０００６】
【特許文献１】
ドイツ特許発明第19728589号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、ジェネレータの良好な利用度を可能とし、車両バッテリの放電を防止するが、通常のジェネレータ・定格出力及び暖機運転段階でさえ、電気エネルギーを補助消費装置に出来るだけ均等に供給させることを可能とする方法及び装置を提供することである。補助消費装置は特に電気補助ヒータであるが、他の消費装置でもよく、この消費装置は、その他の電気消費装置に対して補助的に設けられていて、電気エネルギーが持続的及び／又は優先的に供給される必要はない。ジェネレータは、搭載電気系統の出力需要が満たされている場合にだけ補助消費装置に電気エネルギーを供給する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の本質的な思想は、ジェネレータが車両バッテリを充電するときの充電電流を、ジェネレータ出力が等しく且つ搭載電気系統の出力需要が等しい場合の最大可能な充電電流よりもこの充電電流が小さいように調節することにある。この調節は、補助消費装置の出力需要がある場合でジェネレータ出力が補助消費装置の給電を可能にする場合に充電電流が限界値よりも大きい又は限界値に等しいことが確定される場合に行われる。充電電流は、好ましくは、この充電電流が限界値を下回らないように調節される。それにより、必要な場合、特に車両バッテリの充電状態が低い場合に車両バッテリの充電が保証される。
【０００９】
充電電流を調節する可能性は、ジェネレータから車両バッテリへの電流パス内に調節要素を設け、充電電流が最大可能であるよりも小さい値に調節されるようにこの調節要素を稼動させることにある。
【００１０】
好ましくは、補助消費装置の電気抵抗が調節されることにより充電電流が間接的に調節される。前記特許文献１は２つの適切なバリエーションを記載し、これらのバリエーションは組み合わされ得る。第１バリエーションに従うと、補助消費装置、この場合、補助ヒータは、並行に接続されている複数の加熱要素を有し、これらの加熱要素は、個々にスイッチオン及びスイッチオフされ得る。第２バリエーションに従うと、補助ヒータは、パワートランジスタ、例えばＭＯＳＦＥＴ（酸化金属半導体電界効果トランジスタ）を有し、その加熱抵抗がトランジスタの制御入力部を駆動させることにより調節可能である。しかし、前記特許文献１の教えとは対照的に、抵抗の調節は説明した方式により充電電流の調節のために用いられる。従って、一方では車両バッテリの十分な充電が達成され、他方では、最大可能な充電電流と比べて充電電流が減少していることに基づき、補助消費装置の均等な給電が達成され得る。
【００１１】
更に、バッテリ充電電流が大きい場合のための出力余量が予め保持されなくてはならない場合よりも小さい定格出力を有するジェネレータが使用され得る。それにより全体としてジェネレータがより良く利用されている。
【００１２】
他の構成において、補助消費装置の出力需要が所定の程度で満たされている特に完全に満たされている場合に充電電流が増加されることにより、ジェネレータ利用度が更に増加される。
【００１３】
本発明の構成において、充電電流は、少なくとも上記の条件のもとで限界値に調整される。即ち、充電電流が限界値より小さくもなく大きくもないことが試行される。しかし、この際、例えば調整回路内のデットタイム及び／又は慣性（遅れ）に基づき、充電電流は限界値から逸脱し得る。例えば、充電電流の調節は、上記特許文献１との関連で上記したように、補助消費装置の電気抵抗を調節することにより行われる。
【００１４】
しかし、充電電流はより高い値にも調整され得て、これは、ジェネレータ出力がそのために十分であり且つそれに加えて補助消費装置の給電も可能である場合、及び／又は、ジェネレータ出力がそのために十分であり且つそれに加えて補助消費装置の給電も可能である間のことである。
【００１５】
充電電流が限界値よりも小さい場合、及び／又は、充電電流が短期的にだけではなく又は充電電流の調整に基づくだけではなく限界値未満に降下する場合、好ましくは、補助消費装置にはジェネレータにより電気エネルギーが供給されない又はそれ以上電気エネルギーが供給されない。
【００１６】
他の構成では車両バッテリの充電状態が検知され、また、補助消費装置の給電需要がある場合で、充電状態が高いレベルに達する場合、特に充電状態のための尺度が所定の最低値よりも大きい又は少なくともこの所定の最低値に等しい場合、充電電流が限界値未満に降下すること、及び／又は、車両バッテリが放電されることが許可される。しかし、この場合、充電状態が批判的な状態にない時には、同時に車両バッテリを限界値よりも大きい充電電流で充電するにはジェネレータ出力が状況によっては十分でないにもかかわらず、補助消費装置はジェネレータにより給電され得る。それにより、補助消費装置の給電需要をより良く満たすことが達成され得る、及び／又は、より小さい定格出力を有するジェネレータが使用され得る。
【００１７】
好ましくは限界値が予め定められる。特に、限界値は少なくとも１つの変数、例えば車両バッテリ温度及び／又はバッテリ充電状態に依存する。例えば、バッテリ内に蓄積されているエネルギー量がより大きい場合、より小さい限界値が予め定められる。また、限界値を現在のジェネレータ出力に依存して変更することも可能であり、この際、好ましくは所定の最小限界値を下回ることはない。しかしバッテリが完全に充電されている場合、この最小限界値を下回ることが可能である。
【００１８】
補助消費装置の給電需要を再現する需要信号を評価すること、及び、ここで説明された車両バッテリの充電の制御をその評価結果に依存して行うことが提案される。需要信号により、電気エネルギーで補助消費装置を供給することが要求される。
【００１９】
補助消費装置の給電需要がない場合、特に、充電電流に対し、現在のジェネレータ出力が可能とする最大可能な値を想定することが可能である。選択的に又は追加的に、給電需要が変更する場合には充電電流の限界値がマッチングされる。
【００２０】
ジェネレータは、電気エネルギーを発生させる各種の装置と理解される。ジェネレータは、例えば、機関により駆動される通常の電磁ジェネレータ又は燃料電池であり得る。また、燃料電池の場合にはジェネレータの負荷状態又は利用率が確定され得て、この負荷状態又は利用率は通常のジェネレータのＤＦ信号のように評価及び／又は使用され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、添付の図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。唯一の図面である図１には、自動車両（モータビークル）の電気搭載システムとそれに接続されている補助消費装置が概要図として示されている。
【実施例１】
【００２２】
図１にはジェネレータ３が示されていて、このジェネレータ３は、力伝達装置９を介し、車両機関７、例えばディーゼル機関により駆動可能である。ジェネレータ３の励磁電流を制御し且つジェネレータ利用度を導出することのできるダイナモフィールド信号（ＤＦ信号）は、ＤＦ信号ユニット４で読み取られ、信号ライン２１ａを介して制御ユニット１１に提供される。ＤＦ信号ユニット４は信号ライン２１ｆを介してジェネレータ３と接続されている。ＤＦ信号の形式及び評価に関する他の詳細は前記特許文献１から読み取ることができる。
【００２３】
更に、例えば、ジェネレータ３で直接的に読み取られる又は車両機関７の回転数から間接的に検出されるというように、ジェネレータ３の回転数が検出され、信号ライン２１ｅを介して制御ユニット１１に提供される。
【００２４】
図１では、実線により、自動車両の搭載電気系統の一部分が表されている。車両機関７のグロープラグ、及び、自動車両の機関機能又は他の機能を制御するための電子制御ユニットのような、詳細には示されていない消費装置１９には、ジェネレータ３により、及び、状況によってはジェネレータ３に並行に接続されている車両バッテリ１により、電気エネルギーが供給される。消費装置１９の少なくとも一部分は、自動車両の走行のために及び／又は安全性のために本質的な機能を満たし、それにより優先的に給電されなくてはならない。車両機関７の作動時、ジェネレータ３は、通常、単独で消費装置１９の給電を担い、同時に車両バッテリ１を充電する。
【００２５】
補助消費装置５、ここでは補助ヒータは、電気的にジェネレータ３と接続されている。この補助ヒータは、十分な機関排熱が加熱のために使用可能な状態にない場合、車両内部空間を加熱するために用いられる。
【００２６】
ジェネレータ３を車両バッテリ１と接続させている電流パス２７内には、充電電流を測定するための測定要素１３が設けられていて、その充電電流を用いてジェネレータ３が車両バッテリ１を充電する。測定要素１３は信号ライン２１ｂを介して制御ユニット１１と接続されている。更には調節要素１５が設けられていて、この調節要素１５は信号ライン２１ｃを介して制御ユニット１１と接続されていて充電電流を調節するために用いられる。この調節要素１５は、例えば補助消費装置５の電気抵抗を調節する。
【００２７】
選択的にその調節要素は、例えば電流パス２７内に設けられ得て、例えば電流の流れの反復され且つ短期的な遮断により、電流を直接的に調節することに特に適し得て、それにより、例えば１秒の時間間隔を介した平均電流が所望の値を有する。充電電流を直接的に調節する他の可能性として調節可能な直流電圧変換器の使用がある。入力電圧が印加する変換器の入力側はジェネレータと接続されている。調節可能な出力電圧が印加する変換器の出力側は車両バッテリと接続されている。特に入力電圧よりも低い値に出力電圧を調節することにより、充電電流が、ジェネレータ出力が等しい場合に可能であるよりも小さい値に調節され得る。
【００２８】
制御ユニット１１は接続部（コネクタ）２３を有し、この接続部２３には信号ライン２１ｄが接続されていて、この接続ライン２１ｄは制御ユニット１１を補助消費装置５と接続させる。補助消費装置５は、信号ライン２１ｄを介し、この補助消費装置５の給電需要がどのぐらい大きいものであるか及び／又は給電需要があるかどうかを信号伝達する。
【００２９】
車両バッテリ１には充電状態検知器２９が接続されていて、この充電状態検知器２９は、車両バッテリ１の充電状態を、例えばバッテリ電圧を測定することにより間接的に検知する。充電状態検知器２９は信号ライン２１ｇを介して制御ユニット１１と接続されている。制御ユニット１１は、充電状態検知器２９から取得した信号に依存して車両バッテリ１の充電を制御する。
【００３０】
次に、制御ユニット、特に図１による制御ユニット１１が車両バッテリの充電を制御することのできるアルゴリズムについて説明する。ここで制御ユニットは、好ましくはマイクロ電子プロセッサを有し、このプロセッサはアルゴリズムの個々のステップを反復して処理する。
【００３１】
最初に、充電電流の限界値が、場合によっては、充電状態のための尺度である車両バッテリの電気電圧のような変数に依存して確定される。引き続き、充電電流の現在の測定値とＤＦ信号が読み込まれる。補助消費装置に給電需要がない場合、又は、以下に説明する条件の少なくとも１つが満たされていない場合、それらのステップは短い時間間隔で反復される。給電需要がある場合、例えば９５％である利用度限界値よりも小さいジェネレータの利用度にＤＦ信号が対応するかどうかが検査される。対応する場合には充電電流の調整が許可される、又は、既に調整が活動化されている場合には非活動化されない。また、ジェネレータの利用度が利用度限界値と等しい又はそれよりも大きい場合、調整は許可されない又は非活動化される。
【００３２】
引き続き、充電電流が充電電流の限界値よりも大きいかどうかが検査される。充電電流が充電電流の限界値よりも大きい場合、調整が活動化される、或いは、調整がアクティブに留まる。他の場合、調整は非活動化される或いはインアクティブに留まる。
【００３３】
アルゴリズムの可能なバリエーションでは、これまでに説明したステップが他の順番で実施される。しかし、充電電流調整が活動化されている場合に前記の条件が満たされていることが保証される。
【００３４】
調整が活動化されている場合、補助消費装置にはジェネレータにより電気エネルギーが供給される。充電電流は限界値に調整される。
【００３５】
調整中、上記のステップは反復されて実行される。この際、充電電流に対し、短期的に、又は、調整の慣性（遅れ）及び／又はデッドタイムに基づき、限界値未満に降下することが許されるが、限界値の下回りが持続していると確定される場合、又は、他の条件の１つがもはや満たされていない場合、調整は非活動化され、補助消費装置はもはやジェネレータにより給電されない。
【００３６】
他の構成では調整中に、補助消費装置の給電需要が完全に満たされているかどうかが検査される。補助消費装置の給電需要が完全に満たされている場合、充電電流は、この充電電流が現在の限界値よりも大きいように調節される。このことは、好ましくは、補助消費装置が更に完全に給電される、又は、給電需要が少なくとも所定のパーセンテージで満たされるように行われる。充電電流の増加は、特に充電電流の限界値の対応する増加及び／又は連続する適合により達成される。
【００３７】
好ましくは、調整中、更に車両バッテリの充電状態が評価され、高い充電状態の場合、特に上記のように、充電電流が限界値未満に降下することが許される。調整を終了させる可能性は、限界値を低下させる他の可能性である。
【００３８】
既述の本発明の長所の他に車両バッテリの寿命も長くされ、その理由は、充電電流が、調整中、より低い値に調節されるためである。従って、車両バッテリの損傷を導く高い充電電流は回避され得る。オプションとして、補助消費装置が給電需要を有しない場合にも、充電電流は、本発明に従う装置を用い（ジェネレータ出力が同じ場合に可能であるよりも）より低い値にも調節され得る即ち制限され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】自動車両の電気搭載システムとそれに接続されている補助消費装置を概要図として示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１        車両バッテリ
３        ジェネレータ
４        ＤＦ信号ユニット
５        補助消費装置（補助ヒータ）
７        車両機関
９        力伝達装置
１１        制御ユニット
１３        測定要素
１５        調節要素
１９        消費装置
２１ａ〜ｇ  信号ライン
２３        コネクタ
２７        電流パス
２９        充電状態検知器
【国際公開パンフレット】
2004537248.tif 000003
2004537248.tif 000004
2004537248.tif 000005
2004537248.tif 000006
2004537248.tif 000007
2004537248.tif 000008
2004537248.tif 000009
2004537248.tif 000010
2004537248.tif 000011
2004537248.tif 000012
2004537248.tif 000013
2004537248.tif 000014
2004537248.tif 000015
2004537248.tif 000016
2004537248.tif 000017
【国際調査報告】
2004537248.tif 000018
2004537248.tif 000019
2004537248.tif 000020
2004537248.tif 000021