(57)【要約】高電流負荷、殊に自動車内の電気式補助コンプレッサ用の電圧供給装置を提供する。ここで電気式補助コンプレッサには２つのウルトラキャップ並びに１つの高電流ダイオードによって電圧が供給される。高電流ダイオードを介して車載電源網バッテリから電圧供給が行われ、ウルトラキャップは電気式補助コンプレッサのスタートフェーズにおいて短時間に高い電力を供給し、ここで電圧は車載電源網電圧に対して２倍にされている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車内の高電流負荷用の電圧供給装置であって、
ジェネレータと高電流負荷（１４）を有しており、
前記ジェネレータは調整された直流電圧をバッテリ（１１）の充電および多数の負荷（１２）の給電のために供給し、
前記高電流負荷は、回路装置を介して前記バッテリ（１１）ないし前記ジェネレータ（１０）と接続可能である形式の装置において、
前記回路は第１の電子構成部分と少なくとも２つの電荷蓄積部（１６，１７）含み、
前記第１の電子構成部分は、前記バッテリのプラス極と前記高電流負荷との間に位置しており、
前記電荷蓄積部はスイッチング手段（１８，１９）を介して相互に接続可能であり、並びに前記高電流負荷（１４）および前記電子構成部分（１５）と接続可能であり、
前記スイッチング手段（１８，１９）は、制御装置（２０）によって所定のように操作される、
ことを特徴とする、自動車内の高電流負荷用の電圧供給装置。
【請求項２】
前記高電流負荷（１４）がアクティブである場合、前記少なくとも２つの電荷蓄積部（１６，１７）は制御装置を用いて、前記スイッチング手段（１８，１９）の相応の接続によって直列接続されている、請求項１記載の電圧供給装置。
【請求項３】
前記高電流負荷（１４）が非作動状態である場合、ないし前記高電流負荷の始動過程が終了している場合、前記少なくとも２つの電荷蓄積部（１６，１７）は制御装置を用いて、前記スイッチング手段（１８，１９）の相応の接続によって並列接続で作動される、請求項１または２記載の電圧供給装置。
【請求項４】
前記少なくとも２つの電荷蓄積部（１８，１９）の前記直列接続から前記並列接続への移行は、少なくとも２つの段階で行われる、請求項１から３までのいずれか１項記載の電圧供給装置。
【請求項５】
前記少なくとも２つの電荷蓄積部（１８，１９）の前記直列接続から前記並列接続への移行は、連続的に行われる、請求項１から４までのいずれか１項記載の電圧供給装置。
【請求項６】
前記高電流負荷（１４）は電気式補助コンプレッサ（ＥＺＶ）、電気的圧電調整部または電気式、電子油圧式ブレーキ（ＥＨＢ）または電動パワーステアリング（ＥＰＳ）である、請求項１から５までのいずれか１項記載の電圧供給装置。
【請求項７】
前記エネルギー蓄積部（１６，１７）はスーパーコンデンサないしスーパーキャップまたはウルトラキャップである、請求項１から６までのいずれか１項記載の電圧供給装置。
【請求項８】
前記電子構成部分（１５）は、高電流ダイオードまたは電子制御式スイッチまたは線形調整式スイッチである、請求項１から７までのいずれか１項記載の電圧供給装置。
【請求項９】
前記制御装置（２０）は制御機器であり、殊に、搭載電源網制御機器、エンジン制御機器、電気式補助コンプレッサ用制御機器であり、個々のスイッチの操作のための駆動制御信号を出力する、請求項１から８までのいずれか１項記載の電圧供給装置。
【請求項１０】
電圧供給方法であって、
請求項１から９までのいずれか１項に記載された装置が制御機器（２０）によって識別され、
高電流負荷が接続されるべき場合になるとすぐに、当該制御機器（２０）は相応の駆動制御信号をスイッチ（１８，１９）に出力し、高電流負荷用の必要な電圧供給を保証する、
ことを特徴とする、電圧供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載された特徴部分の構成を有する自動車内の電圧供給装置に関する。
【０００２】
従来技術
自動車内の電気的負荷に対する電圧供給は、通常は、ジェネレータによって充電可能なバッテリによって行われる。しかし、多数の電気的負荷を有する近年の自動車では、電圧供給のための電圧蓄積部ないしバッテリは部分的にもはや充分ではない。従って、２つの別個の電圧蓄積部が使用される。これらは相互に直列接続されるか、または並列接続されている。２つの電圧蓄積部を有する自動車内の電圧供給部は、例えば文献ＤＥ４１３８９４３Ｃ１号から公知である。
【０００３】
自動車内での全ての電圧供給装置において問題になるのは、電気的な高電流負荷の作動である。このような高電流負荷の接続は、車載電源網において、電圧崩壊を生じさせる恐れがある。これは許容されない最小電圧を生じさせる。従って、文献ＤＥ４１３８９４３Ｃ１号には、種々異なる措置方法が記載されている。これによって電圧崩壊は、高電流負荷の接続時に少なくとも車載電源網の特定部分内に最小化される。高電流負荷の例としてはそれぞれスタータが挙げられる。開始過程間、すなわちジェネレータがいずれにせよパワーをまだ出力していない時点でのスタータの作動によって電圧崩壊が生じてしまう。
【０００４】
このような電圧崩壊を低減させるために、スタータには固有のバッテリが割り当てられている。さらに、スタータはスイッチによって、開始過程の間、残りの車載電源網から分離される。ある実施例では、スタータバッテリの他にさらに２つの別のバッテリが相互に直列接続されることによって付加的な安定性が得られる。ここでこの場合には、スタータバッテリのマイナス極、第１のバッテリのマイナス極および第２のバッテリのプラス極は共にアース電位上にある。この種の電圧供給システムによって次のことが保証される。すなわち、少なくとも、車載電源網の特定領域においては、開始過程の間に、許容できない電圧崩壊が生じないことが保証される。
【０００５】
しかしスタータの他にも、近年の車載電源網内にはさらに別の高電流負荷（例えば電気ブレーキ、電子油圧ブレーキ（ＥＨＢ）、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）または電気式補助コンプレッサ（elektrische Zusatzverdichter:ＥＺＶ）に対する高電流負荷が存在する。このような負荷を含む車載電源網は、明らかに重くなった負荷を充分に考慮するために、特別な構成ないしアーキテクチャを必要とする。このような搭載電源網は通常、乗用車で１２Ｖの定格電圧を有し、トラックで２４Ｖの定格電圧を有する。しかし４２Ｖの車載電源網も検討されている。電圧上昇は、電力が同じ場合には、より電流が少なくなり、ケーブルの断面積が低減されるという利点を有しているが、強い電気的負荷の接続時の電圧崩壊の阻止は所望の程度では得られない。さらに、少なくとも部分領域において高められた電圧を有する車載電源網においては、直流電圧変換器（ＤＣ／ＤＣ変換器）またはチョークコイルが必要である。これらを用いて適切な電圧変換器が実施される。しかしこのような解決方法は全体として非常に手間がかかり、不所望な高いコストの原因となってしまう。
【０００６】
バッテリの他に、電気エネルギー蓄積部として、特別なコンデンサ（いわゆるスーパーキャップ（Supercaps)ないしウルトラキャップ(Ultracaps)）も使用される。このようなコンデンサは比較的軽く、迅速に充電される。しかしこれらは自身のエネルギーを、顕著な電圧崩壊を甘受してしか出力しない。バッテリとは異なって、特性曲線Ｕ＝ｆ（Ｑ）はコンデンサでは常に直線的に降下する。すなわちこの種のエネルギー蓄積部は、電圧崩壊に依存している。従ってバッテリに対してスーパーキャップを並列接続すること自体によっては、電圧崩壊の問題は解決されない。なぜなら、使用可能な０．５Ｖの電圧ストロークは、スーパーキャップを、蓄積エネルギーに関して、約７％までしか使用しない。従って並列接続時には、顕著な作用を得るために非常に大きな容量が必要である。従ってこの種の解決方法は、コスト的な理由からも、重量的な理由からも有意義な解決方法ではない。
【０００７】
より大きな電圧崩壊に耐えることができるようにするために、コンデンサないしは第２のバッテリを残りの車載電源網から分けることは実現可能であるが、コンデンサないし第２のバッテリを充電し、定常電流を供給するために高価なDC／DC変換器を必要とする。
【０００８】
発明の利点
請求項１の特徴部分に記載された構成を有する、自動車内の電圧供給のための本発明による装置は、従来技術に対して次のような利点を有している。すなわち、高電流負荷の接続時に生じる電圧崩壊（Spannungseinbrueche)がさらに非常に少なくなるという利点を有している。本発明では、このような利点を得るために第２のバッテリは必要ない。このような利点は、非常にコストの低い電圧供給回路によって得られる。この電圧供給回路は、高電流負荷接続時の最小の電圧崩壊の結果、一定電圧を必要とする全ての車載電源網の寿命を長くする。殊に有利には、本発明の解決方法は、従来のシステムと異なって、最小の重量増加しか生じさせない。このような利点は、請求項１の特徴部分に記載された構成を有する電圧供給装置によって得られる。
【０００９】
本発明の特別な利点は、従来の１２V車載電源構造を、高電流負荷（殊に電気式補助コンプレッサEZV）のスタートフェーズを安定化させる小さい高出力コンデンサと組み合わせることによって得られる。殊に有利にはこの解決方法によって、開始電流は１００％まで、コンデンサ（スーパーキャップ）から供給され、定常電流は１００％まで従来の車載電源網から引き継ぐ。スーパーキャップは、必要な高電流パルスを伴う寿命に関して、従来のバッテリと比べて格段に良好な値を有している。従って有利には、システム全体の寿命が長くなる。
【００１０】
本発明のさらなる利点は、従属請求項に記載された方法によって得られる。特に有利にはここでは、それぞれ５０Fの容量を有する２つのスーパーキャップないしウルトラキャップが使用されるシステムに、約３０Ａぶんだけのジェネレータ増幅が付加される。有利には、迅速な「負荷応答機能」を有する電圧調整部が使用されるおよび／または２つの電子スイッチと１つの高電流ダイオードを有する制御機器が使用される。
【００１１】
本発明の自動車内電圧供給装置によって、電圧崩壊（０．５Ｖ）の安定化に関する利点が生じる。しかも、重い第２のバッテリないし高価な直流電圧変換器（ＤＣ／ＤＣ変換器）を用いない。
【００１２】
図面
本発明の実施例を唯一の図面に示し、以下の明細書でより詳細に説明する。
【００１３】
説明
図には、本発明を理解するために必要な車載電源網の構成部分が示されている。詳細には、参照番号１０はジェネレータを示す。このジェネレータは、図示されていない電圧調整部によって次のように調整されている。すなわち、ジェネレータが自身の出力側で約１４Ｖの整流された電圧を供給するように調整されている。ジェネレータ１０と並列に、１２Ｖの定格電圧を有するバッテリ１１が設けられている。残りの車載電源網負荷には参照番号１２が付与されている。負荷１２は車載電源網内の多数の電気的負荷を含んでいる。これらは、常にバッテリ１１と接続されているか、または時折、適切に駆動制御可能なスイッチ１３によってバッテリ１１と接続される。
【００１４】
大きな電気的負荷、例えば、１２〜２４Ｖの電圧用に設計されている電気式補助コンプレッサ１４は、ダイオード１５を介してバッテリ１１のプラス極ないしジェネレータ１０の出力側と接続されている。ダイオード１５はここで次のように配置されている。すなわち、ダイオードのアノードがバッテリ１１のプラス極と接続され、ダイオードのカソードが高出力負荷ないし電気式補助コンプレッサ１４と接続されるように配置されている。従って電気式補助コンプレッサ１４はバッテリから、導通しているダイオード１５を介して給電される。
【００１５】
２つの電荷蓄積部、例えば２つのウルトラキャップ１６，１７は、２つのスイッチ１８，１９と共に回路装置を構成する。この回路装置は特定の条件下で電気式補助コンプレッサ１４と接続される。ウルトラキャップ１６，１７は例えば、１３．８Ｖ用に設計されており、それぞれ５０Ｆの容量を有している。
【００１６】
電気式補助コンプレッサ１４を作動させる、図示された搭載電源網構造は、以下のように機能する。
【００１７】
２つのスーパーキャップないしウルトラキャップ１６，１７は充電のために、電気式補助コンプレッサがアクティブでないときに、並列に、従来の１２Ｖ車載電源網によって充電される。すなわち、２つの電荷蓄積部はジェネレータ１０ないしバッテリ１１と接続される。これはスイッチ１７および１８を相応に駆動制御することによって行われる。電気式補助コンプレッサがアクティブなときには、制御機器２０を介して、２つの高い電流負スイッチ１８，１９によって、２つのスーパーキャップ１６，１７の直列接続が形成される。従って電気式補助コンプレッサに供給される電圧は２倍にされる。
【００１８】
電気式補助コンプレッサの上昇フェーズの間の電圧崩壊は、この種の回路装置では２７．６Ｖで始まる。従って高電流ダイオード１５ごとに分離されているスーパーキャップ回路とともに、１２Ｖ網内で電圧崩壊は生じない。従ってスーパーキャップ１６，１７の放電は、２７．６Ｖ〜１３．８Ｖの使用可能な電圧ストロークおよび対応する約７５％のエネルギー取出によって非常に効果的に行われる。電気式補助コンプレッサの定常フェーズへの移行後にはじめて（ここでは約半分の電流で作動する）１２Ｖ車載電源網へのソフトな移行が行われる。ここでもスーパーキャップ１６，１７は補助的に使用される。電圧調整器であるジェネレータ１０に、迅速な負荷応答特性を有する電圧調整部が割り当てられている場合、このような電圧調整部は、定常動作への移行時に電圧崩壊の安定化をサポートする。
【００１９】
電気式補助コンプレッサ１４のアクティブ化の終了後、２つのスーパーキャップ１６，１７を再充電するために、直列接続は、有利には２つのステップで、２つのスイッチ１８，１９を操作することによって、順々に再び、１２Ｖの車載電源網と共にスーパーキャップの並列接続を形成する。図示された接続回路によって、２つのスーパーキャップの再充電のために、高価な直流電圧変換器は必要ない。２つのスーパーキャップを効果的に使用することによって、２×５０Ｆの程度の比較的小さいスーパーキャップで足りる。スイッチとしてはスイッチングトランジスタ、リレーまたは別の適切なスイッチが使用可能である。
【００２０】
択一的な構成では、高電流ダイオード１５の代わりに、線形調整式ないし電子制御式の別のスイッチが使用可能である。個々のスイッチの制御は、別個の制御機器を用いて、またはエンジン制御機器（モトロニク:Motronic）によって、または搭載電源網制御機器によって、または独自のＥＺＶ制御機器によって実施される。
【００２１】
一般的に高電流負荷１４がアクティブである場合には２つの電荷蓄積部１６と１７が直列接続され、高電流負荷１４が非作動状態である場合ないしは高電流負荷の始動過程が終了している場合には２つの電荷蓄積部１６と１７は並列接続で作動する。ここで並列接続から直列接続への切り替えは、少なくとも２つの段階で行われるまたは連続的に行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明を理解するために必要な、車載電源網の構成部分を示す図
【図１】
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【国際調査報告】
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