(57)【要約】車両の２電圧電源回路網のエネルギ供給装置に関する。車両の２電圧電源回路網は基準電圧とは異なる第１の電圧レベルおよび第２の電圧レベルを形成するように構成されている。この電源回路網は少なくとも１つの電気エネルギ蓄積器（１２、２４）から給電される。またここには２つの電圧レベル（１８、２８）を変換する少なくとも１つの変換器が設けられている。さらに他のエネルギ蓄積器（１２、２４）の給電を行う供給手段（２０、３１、３２、３４、３６）が設けられている。
2004519593.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両内に配置されている多電圧電源回路網により基準電位とは異なる少なくとも１つの第１の電圧レベルおよび少なくとも１つの第２の電圧レベル（１８、２８）が形成され、
多電圧電源回路網は少なくとも１つの電気エネルギ蓄積器（１２、２４）から給電され、
２つの電圧レベル（１８、２８）を接続するための少なくとも１つの変換器（２０、２２）が設けられている、
車両の多電圧電源回路網へのエネルギ供給装置において、
外部のエネルギを多電圧電源回路網へ供給するための供給手段（２０、３１、３２、３４、３６）が設けられている
ことを特徴とする車両の多電圧電源回路網へのエネルギ供給装置。
【請求項２】
供給手段（２０、３１、３２、３４、３６）は外部チャージ支持点（３４）と多電圧電源回路網とを導電接続する少なくとも１つの切換手段（３２、３６）を有している、請求項１記載の装置。
【請求項３】
外部チャージ支持点（３４）は変換器（２０）を介して第２の電圧レベル（２８）に接続される、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
供給手段（２０、３１、３２、３４、３６）は少なくとも１つの変換器（２０）を多電圧電源回路網の第１の電圧レベル（１８）から分離しており、変換器の端子が外部エネルギ供給用の外部チャージ支持点（３４）として用いられる、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
変換器（２０）を第１の電圧レベル（１８）から分離するために少なくとも１つの切換手段（３１、３６）が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
外部エネルギを供給する際に変換器（２０）が第１の電圧レベル（１８）から分離されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
並列接続された少なくとも２つの変換器（２０、２２）が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
変換器（２０、２２）として少なくとも１つの多相変換器が設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
切換手段（３１、３２、３６）はケーブルを外部チャージ支持点（３４）へ差し込むことによって形成される切換信号に依存して駆動される、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
誤接続防止手段（２０、３８）が設けられている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
変換器（２０、２２）は電流制御および／または電圧制御により駆動される、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１２】
変換器（２２）は昇圧モードおよび降圧モードで駆動される、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
変換器（２２）は通常動作時には降圧モードで駆動され、チャージ動作時には昇圧モードで駆動される、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１４】
外部チャージ支持点（３４）としてライターが使用される、請求項１から１３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１５】
多電圧電源回路網からエネルギを除去するための外部チャージ支持点（３４）が設けられている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明は請求項１の上位概念記載の車両の多電圧電源回路網へのエネルギ供給装置に関する。
【０００２】
複数の電気負荷を備えた電源回路網、例えば車両の電源回路網では、１２Ｖ電圧は給電に充分ではないという問題がある。幾つかの負荷には１２Ｖよりも高い電圧を給電しなければならないので、２つの異なる電圧レベルを有する多電圧電源回路網を用いてアースに対して＋１２Ｖの第１の電圧レベルと＋３６Ｖの第２の電圧レベルとの定格電圧を形成することが周知である。２つの電圧レベルのあいだの接続は直流電圧変換器を用いて形成される。車両のこの種の多電圧電源回路網は独国特許出願第１９８４５５６９号明細書に記載されている。電気エネルギは電源回路網内で車両機関の駆動する回転電流発生器により形成され、４２Ｖの出力電圧（チャージ電圧）が送出される。このチャージ電圧により３６Ｖの定格電圧バッテリが充電される。直流電圧変換器を介して１２Ｖバッテリにも１４Ｖのチャージ電圧が給電される。２つのバッテリには適切なスイッチを介して電気負荷を接続することができる。ここでは１２Ｖバッテリは従来の電源回路網負荷、例えば白熱灯への給電に使用され、３６Ｖバッテリは高電力負荷、例えばウィンドウヒーティングへの給電に使用される。周知の電源回路網では２つのバッテリのうち負の側の端子がそれぞれ同じアース電位に置かれる。
【０００３】
本発明の課題は、多電圧電源回路網の動作確実性を高めることである。この課題は本発明の独立請求項記載の特徴的構成により解決される。
【０００４】
本発明の利点
本発明の車両の多電圧電源回路網へのエネルギ供給装置は車両内に配置された多電圧電源回路網を有しており、これは基準電位とは異なる少なくとも１つの第１の電圧レベルおよび少なくとも１つの第２の電圧レベルを形成する。多電圧電源回路網は少なくとも１つの電気エネルギ蓄積器から給電され、２つの電圧レベルを接続するための少なくとも１つの変換器が設けられている。本発明によれば、外部のエネルギを多電圧電源回路網に供給するための供給手段が設けられている。これにより全ての車両に４２Ｖ電源回路網の備えられていない移行期にも４２Ｖ車両を始動補助手段を介した他の搭載電源電圧で始動することができる。
【０００５】
本発明の有利な実施形態では、供給手段が１つまたは複数のＤＣ／ＤＣ変換器を４２Ｖ電源回路網から分離しており、変換器の端子が外部エネルギ供給用の外部チャージ支持点として用いられる。分離された変換器は降圧コンバータとして駆動され、１４Ｖ電源回路網および１４Ｖバッテリを再充電する。同時に１つまたは複数の残りの変換器が昇圧コンバータとして使用され、これにより始動用の４２Ｖバッテリが再充電される。
【０００６】
特にＤＣ／ＤＣ変換器によって得られる利点は次のようなものである。２電圧電源回路網は種々の充電電圧により給電される（例えば１２Ｖ／２４Ｖ／３６Ｖなどである）が、始動補助ケーブルの電流はＤＣ／ＤＣ変換器の電力処理能によって制限されている。ＤＣ／ＤＣ変換器を電流制限部として使用することにより、始動補助ケーブルを従来の始動補助ケーブルよりも小さな銅線断面積で用いることができる。またＤＣ／ＤＣ変換器の電流制限作用により外部チャージ支持点の機械的な構成が簡単化される。閉ループ制御されるＤＣ／ＤＣ変換器を用いれば電流も電圧も調整可能となるので、車両バッテリを定義された状態で充電することができる。降圧コンバータまたは昇圧コンバータの電流制御作用（制限作用）によりエネルギ供給を１４Ｖバッテリと４２Ｖバッテリとに任意に分割することができる。誤接続防止手段を備えたＤＣ／ＤＣ変換器を用いるか、比較的小さな電流負荷のパワーダイオードを設けることにより、外部チャージ用ケーブルの誤接続も防止される。
【０００７】
他の有利な実施形態は従属請求項と以下の説明とから得られる。
【０００８】
図面
本発明の車両の多電圧電源回路網へのエネルギ供給装置の２つの実施例を図示し、以下に詳細に説明する。
【０００９】
図１には外部エネルギ供給部の第１の実施例が示されており、図２には外部エネルギ供給部の第１の実施例が示されている。
【００１０】
実施例の説明
ジェネレータ１０、３６Ｖバッテリ１２、スタータ１４および高電流負荷１６が４２Ｖ分岐１８とアース電位とのあいだに並列に接続されている。４２Ｖ分岐１８は第２のＤＣ／ＤＣ変換器２２を介して１４Ｖ分岐２８に接続されている。１４Ｖ分岐２８にはアースに対して並列接続された１２Ｖバッテリ２４および１４Ｖ負荷２６が接続されている。第２のＤＣ／ＤＣ変換器２２には第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０が４２Ｖ側に配置された第１の切換手段３１を介して並列に配置されており、この第１の切換手段３１を閉成することにより接続される。外部チャージ支持点３４は第２の切換手段３２を介して第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０の４２Ｖ側の端子に接続される。
【００１１】
図２の実施例と図１の実施例との相違点は外部チャージ支持点３４の接続のしかたのみである。つまり図２では切換手段３６が設けられており、これが第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０の４２Ｖ側の端子を外部チャージ支持点３４の電位に接続するか（位置Ｂ）、または４２Ｖ分岐１８の電位に接続する（位置Ａ）。さらにダイオード３８が外部チャージ支持点３４と切換手段３６（位置Ｂ）とのあいだの誤接続防止のために配置されている。
【００１２】
従来の搭載電源のコンフィグレーションではＤＣ／ＤＣ変換器（直流電圧変換器）２０、２２は４２Ｖ側に並列接続されていた。本発明の第１の実施例によれば、第１の切換手段３１は第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０を４２Ｖ分岐から分離するために用いられている。第２の切換手段３２を介して外部チャージ支持点３４への接続が形成される。第１の切換手段３１は車両の通常動作時に閉成され、第２の切換手段３２は開放される。通常動作時には第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０は４２Ｖ側の用いる１４Ｖの電圧レベルを支持するために、並列接続された第２のＤＣ／ＤＣ変換器２２と同様に降圧コンバータとして動作する。相応の方向情報（この場合は降圧モード）は少なくとも第２のＤＣ／ＤＣ変換器２２に対して図示されていない制御装置によって調製される。少なくとも第２のＤＣ／ＤＣ変換器２２は双方向（昇圧モードおよび降圧モード）で後述のように動作する。
【００１３】
通常動作とは異なるチャージ動作の際には、例えば図示されていない制御装置により、第１の切換手段３１は開放され、第２の切換手段３２は閉成される。これにより電気エネルギは外部チャージ支持点３４および第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０を介して１４Ｖ電源回路網へ、第２のＤＣ／ＤＣ変換器２２を介して４２Ｖ電源回路網へ供給される。第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０は外部チャージ支持点３４を介して外部から供給される任意の電圧レベルを１４Ｖ電源回路網に適した電圧へ変換する。第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０（降圧コンバータ）の能力が制限されているため、外部からのチャージの際の電流強度は制限される。したがって切換手段３１、３２はトランジスタまたはリレーにより構成される。充分な電流耐性のあるスイッチを使用すれば、スイッチ３１、３２の閉成時に直接に４２Ｖへの接続を行うこともできる。
【００１４】
２つのＤＣ／ＤＣ変換器２０、２２を備えたシステムで例えば第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０に広帯域入力側を設ければ、降圧モードで１４Ｖ〜４２Ｖ電源回路網の入力電圧から約１４Ｖの出力電圧を形成することができる。これにより１４Ｖ電源回路網の残りの部分への給電が行われ、例えば１４Ｖバッテリ２４が再充電される。同時に第２のＤＣ／ＤＣ変換器２２を昇圧モードで使用すると、４２Ｖ電源回路網が給電されて４２Ｖ側のスタータバッテリ１２が再充電される。これは制御電圧により行われる。２つのＤＣ／ＤＣ変換器２０、２２については調整可能な電流制限部による駆動または電流源としての駆動を推奨する。その際に第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０によって調製される出力電流は任意に１４Ｖバッテリ２４の充電と４２Ｖへの昇圧変換ひいては４２Ｖバッテリ１２の再充電とに分割することができる。図示されていない制御装置は２つのＤＣ／ＤＣ変換器２０、２２に対して、昇圧モードでのチャージのケースに応じて駆動を行うための方向情報を設定する。ＤＣ／ＤＣ変換器２０、２２が閉ループ制御される場合、制御装置は所望の電流目標値および／または電圧目標値を変換器２０、２２に対して設定できる。これらの目標値は一方または双方のバッテリのチャージ状態に依存して定められる。
【００１５】
第１の切換手段３１および第２の切換手段３２を通常モードから外部チャージモードへ切り替えること、例えば外部チャージ支持点３４を多電圧電源回路網へ接続することは制御装置命令を介して行われる。この命令は外部チャージ用のケーブルの接続、または外部チャージ支持点３４のカバーの開放を識別することによってトリガされる。
【００１６】
図２に示されている第２の実施例によれば、図１の第１の切換手段３１および第２の切換手段３２に代わる簡単かつ低コストな実現手段として、切換手段３６に有極リレーが使用されている。これにより外部チャージ支持点３４と４２Ｖ電源または多電圧電源回路網との望ましくない直接の接続を確実に回避することができる。
【００１７】
外部チャージ用のケーブルを用いると２つの端子の誤接続の危険がある。じび場合には障害を回避するために、例えば図１の第２の切換手段３２を開放することができる。他の手段としては、第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０を誤接続に耐性があるように構成するか、または誤接続防止用のダイオード３８を図２の外部チャージ支持点３４へいたる線路に接続する。第１の切換手段３１および第２の切換手段３２はリレー、半導体スイッチ、または機械的な解決手段により実現することができる。例えば外部チャージ支持点３４の上方のキャップを取り外す（つまり支持点へのアクセスが行われる）と、自動的に切換手段３６が位置Ａから位置Ｂへ切り替わるように構成することができる。外部チャージ支持点３４の誤接続防止に対して、すなわち始動補助ケーブルの誤接続防止のためには、切換手段３６を位置Ａへ切り替えなければならない。これは相応のスイッチングリレーを制御装置またはリレー制御コイルおよびダイオードの直列回路が制御することにより行われる。このリレーは静止位置Ａを有しており、正しい電圧で外部チャージ支持点３４への印加が行われると位置Ｂへ切り替えられる。誤接続のときにはダイオードがリレーの切換を阻止する。
【００１８】
本発明の外部チャージによる始動補助は第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０を介して降圧モードで行われ、第２のＤＣ／ＤＣ変換器２２を介して昇圧モードで行われる。２つの変換器２０、２２は必ずしも分離した２つの変換器でなくともよい。今日のＤＣ／ＤＣ変換器は部分的に多相変換器として構成される。すなわちこの変換器では小さい電力の変換器セルが複数個並列接続されており、各セルの電力成分の時間シフトがクロック制御されている。したがって消去効果によりフィルタモジュールを省略することができる。多相変換器によれば第１のＤＣ／ＤＣ変換器２０および第２のＤＣ／ＤＣ変換器２２を唯一の多相変換器に設けられた複数の相として実現することができる。このために各相は降圧変換機能を有する変換器と昇圧変換機能を有する変換器とに分割される。この場合、相は変換器の内部でスイッチを介して入力側で分離される。
【００１９】
本発明の装置は外部チャージ支持点３４から多電圧電源回路網によりエネルギを供給するのに有利に使用される。外部チャージ支持点３４として例えばライターが使用される。ここへ多電圧電源回路網からのエネルギを供給するには、図１の２つの切換手段３１、３６が閉成されるさらに別の駆動状態が設けられる。ライターを介してエネルギ供給が行われる際に始動補助ケーブルが差し込まれると、例えば制御装置に集積されている評価装置が電圧の印加を識別する。これに応じて第１の切換手段３１は開放方向へ駆動され、前述のようにチャージ動作が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
外部エネルギ供給部の第１の実施例を示す図である。
【図２】
外部エネルギ供給部の第２の実施例を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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