(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのゼネレータ（１０，１１）を有する車両における給電装置であって、
前記ゼネレータは、多数の接続端子部を有するパワーコントロール装置（１４）と接続されており、該多数の接続端部を介して、少なくとも２つのバッテリー（２５，２７）及び電気的負荷（２９〜３４）が接続可能であり、ここでバッテリー（２７）の１つがスタータ（２９）に配属されている
給電装置において、
少なくとも１つのゼネレータ（１０，１１）は調整されずに作動されかつ回転数依存の出力電圧（Ｕ１０，Ｕ１１）を送出し、該回転数依存の出力電圧はパワーエレクトロニクス回路（１６〜２４，３５）に供給されかつ該パワーエレクトロニクス回路によって整流されかつ搭載電源要求に整合され、ここで該パワーエレクトロニクス回路（１６〜２４，３５）の、前記パワーコントロール装置（１４）による制御は、給電すべきコンポーネントにそれぞれ該コンポーネントに最適な電圧が供給されるように実施される
ことを特徴とする車両における給電装置。
【請求項２】
前記パワーエレクトロニクス回路（１６〜２４，３５）は、各ゼネレータ（１０，１１）ごとに１つの被制御整流器ブリッジ（１６，１７）を有しかつ被制御整流器ブリッジを介してゼネレータ（１０，１１）に接続されておりかつ該被制御整流器ブリッジに後置接続されている電圧中間回路（１８）を有しておりかつ被制御整流器ブリッジ（１６，１７）および電圧中間回路（１８）は前記パワーコントロール装置（１４）に存在している
ことを特徴とする請求の範囲１記載の装置。
【請求項３】
前記ゼネレータごとの少なくとも１つの整流器ブリッジ及び後続の電圧中間回路が少なくとも１つのゼネレータの構成部分である
ことを特徴とする請求の範囲１記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのゼネレータはオルタネータであり、該オルタネータの固定子巻線が切換可能であり、それにより、電圧生成のため利用される巻線長が変化されもしくは巻線の電圧が加算されかつ巻線の切換はパワーコントロール装置（１４）により実施される
ことを特徴とする請求の範囲１から３までのうちいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
巻線切換が、ゼネレータ回転数（ｎ）もしくはパワー整合に依存して行われ、ここで最小回転数と最大回転数との間で１つの所定の回転数のもとで少なくとも１つの巻線切換が行われる
ことを特徴とする請求の範囲４記載の装置。
【請求項６】
パワーコントロール装置は複数の電圧変換器（２１〜２４）を有し、該電圧変換器は、相互に並列に設けられており、種々の出力電圧を送出するものであり、該種々の出力電圧はパワーエレクトロニクス回路ユニット（ＫＺＥ／ＫＬＥ）を介してさらに配分される
ことを特徴とする請求の範囲１から５までのうちいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
電圧変換器のうちの少なくとも１つに、１つの更なる電圧変換器（２０）が前置接続されており、該１つの更なる電圧変換器は直接的に給電バッテリー（２５）に接続されている
ことを特徴とする請求の範囲６記載の装置。
【請求項８】
バッテリー（２５，２７）に温度センサ（２６，２８）が配属されており、該温度センサは、前記パワーコントロール装置（１４）と接続されており、該パワーコントロール装置はバッテリーに供給可能な充電電圧を測定された温度に依存して調整する
ことを特徴とする請求の範囲１から７までのうちいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
スタート及び／又は作動に関連する負荷が切換手段を介して両バッテリー（２５，２７）と接続されており、ここでスタータ（２９）の給電に用いられる一方のバッテリー（２７）との接続は、他方のバッテリー（２５）が劣悪な充電状態を有する場合のみ行われる
ことを特徴とする請求の範囲１から８までのうちいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
スタータ（２９）に配属されたバッテリー（２７）は最高の優先度で充電され、ここで必要な切換は前記パワーコントロール装置（１４）により行われる
ことを特徴とする請求の範囲１から９までのうちいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の、少なくとも１つのゼネレータを有する車両における給電装置であって、ゼネレータが多数の接続端子部を有するパワーコントロール装置に接続されており、該多数の接続端部を介して、少なくとも２つのバッテリー及び電気的負荷が接続可能であり、ここでバッテリーの１つがスタータに配属されている給電装置に関する。
技術水準
車両における給電は、従来技術では、ゼネレータによって充電される唯一のバッテリーにより実施された。多数の電気的負荷を有する最新の車両では、給電のために１つのバッテリーではもはや十分でないことが多いので、通常相互に並列に接続された２つの別個のバッテリーが使用される。２つのバッテリーが、相互に悪影響し合わないように、似て、スタータの作動中起こり得る電圧の降下が搭載電源に不都合に影響を及ぼすことがないように、ＤＥ−ＰＳ４１３８９４３から公知の２つのバッテリーを有する車両における給電のための装置では、充電／充電遮断モジュールが２つのバッテリー間に挿入接続され、このモジュールは、スタート過程中スタータに配属されたバッテリーをその他の搭載電源から分離する。スタータに配属されたバッテリーの定格電圧は搭載電源バッテリーの定格電圧よりいくらか小であるので、スタータバッテリーが常に最適に充電されることが保証される。車両におけるこの公知の給電装置の１構成例では、付加的に電圧変換器を使用する、例えば逓昇調整器を使用することが提案されている。以てスタータバッテリーとして、定格電圧が搭載電源バッテリーの定格電圧より高いバッテリーを使用することが可能である。スタータバッテリーび充電に必要な充電電圧を、搭載電源電圧から高められた電圧により得ることができる。
発明の利点
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の給電装置において、車両搭載電源の複数の負荷に対する特に強力で、然も信頼性があり、確実な給電が可能になるように改良することである。
この課題は請求項１の特徴部分に記載のように、少なくとも１つのゼネレータは調整されずに作動されかつ回転数依存の出力電圧を送出し、該回転数依存の出力電圧はパワーエレクトロニクス回路に供給されかつ該パワーエレクトロニクス回路によって整流されかつ搭載電源要求に整合され、ここで該パワーエレクトロニクス回路の、前記パワーコントロール装置による制御は、給電すべきコンポーネントにそれぞれ該コンポーネントに最適な電圧が供給されるように実施されるようにしたことによって解決される。
本発明の更なる利点は、従属請求項にて規定された手段により達成される。これらの手段のうちの１つによれば、アクティブなゼネレータ巻回数を巻線切換により変化させ、似て、付加的なゼネレータ整合を達成することに存する。それぞれ同一電圧レベルにある中間回路及び給電回路を有する２バッテリー搭載電源の場合、電圧は有利にもパワーコントロール装置にて変換せずに直接的に、要するに、損失なしに負荷に使用可能に供給することができ、以て効率上最適化された配分が達成され得る。負荷及びバッテリーないし蓄積器固有の給電は有利にも新たな機能の実現のために使用することができる。以て、システム効率の向上及び現存の機能の改善が可能である。充電収支ないし最重要な負荷、即ち車両の確実なスタート及び作動にどうしても必要な負荷への給電の確保のため、蓄積器の充電状態及び負荷の出力要求に応じて並びにゼネレータの生じている動作点に従って、搭載電源マネージメントを介して有利な電流回路依存の出力パワー準備処理をパワーコントロール装置及び／又は車体−パワーエレクトロニクス回路ユニットにて直接、負荷に対して行うことができる。障害の場合、搭載電源マネージメントは有利には集積されている診断部を介して予備作動モードを可能にし、そして、保守及び障害サーチを合理化することができる。
電気エネルギの分配、小さなパワーに対する電圧変換、コンポーネントの給電切換、搭載電源におけるパワー出力段の、負荷近傍での配置構成のために、所謂車体−パワーエレクトロニクス回路ユニット（Karosserie-Leistungs-Elektronikeinheit＝ＫＬＥ）を使用出来、これにより、ケーブル布設の簡単化が可能になる。有利な構成形態のため、車体−パワーエレクトロニクス回路ユニットを１つのユニットに統合化することができる。
確実なスタートが保証されたスタートは次のようにして達成される。即ち、バッテリーのうちの１つをスタータバッテリーとして構成し、そして、搭載電源マネージメントにより当該バッテリーの充電を最高の優先度を以て行うことを保証するのである。搭載電源負荷への給電のため使用される給電バッテリーが過度に低く放電されている場合、スタータバッテリーはスタート期間中及びそれに引き続く非常動作フェーズ中すべてのスタート関連のコンポーネントに対してエネルギを供給できなければならない。接続は、２重の給電部を備えた車体−パワーエレクトロニクス回路ユニット（ＫＬＥ）を用いて行われる。
図面
本発明の１実施例が示されており、以降の記載にて詳しく説明する。
実施例の説明
本発明の理解に必要な、車両搭載電源の構成部分が示してある。これら構成部分は詳しくは２つのオルタネータ１０，１１を有し、該２つのオルタネータ１０，１１にはそれぞれ、巻線切換部１２，１３が配属されている。巻線切換部の役割ないし動作についてはさらに後術する。オルタネータはパワーコントロール装置１４と直接接続されている。ゼネレータ１０および１１に対して電圧レギュレータを付加的に設けることができ、その場合には両方のゼネレータ１０，１１は調整されない回転数依存ないし回転数非依存の出力電圧Ｕ１０ないしＵ１１も送出することができる。上記のゼネレータはオルタネータであるので、両ゼネレータはそれぞれ３つの線路を介してパワーコントロール装置と接続されている。パワーコントロール装置１４は、動作シーケンス全体を制御する搭載電源マネージメント及び診断部と称される回路ユニット、例えばマイクロコンピュータを有している。これは部分的に又は全体的に外部に設けられても良い。さらにパワーコントロール装置１４は、２つの被制御３相ブリッジ１６，１７及びそれの所属の蓄積器、例えば、コンデンサ１８，１９を有する。被制御ブリッジ１６，１７は２つのオルタネータ１０，１１の各３つの端子に接続されている。これらブリッジはゼネレータ出力電圧を整流し、整流された出力電圧はコンデンサ１８，１９ないしコンデンサ類似の蓄積器内にて一時的に蓄積される。ブリッジ１６，１７の制御は搭載電源マネージメント及び診断に対するマイクロコンピュータにより行われる。このマイクロコンピュータはコンデンサ１８，１９を制御するもしくはコンデンサの容量を変化するまたは放電過程をトリガさせることもできる。
本発明の図示の実施例中に示す制御接続路ないし情報経路はそれぞれ細い線で示され、それを介して給電電圧の伝送がなされるエネルギ経路はシンボリックに太い線で示されている。
上に述べた構成部分のほかに、搭載電源制御装置とも称されるパワーコントロール装置１４は複数のＤＣ／ＤＣ変換器を有する。これらＤＣ／ＤＣ変換器は２０〜２４で示されている。これら変換器は図示の情報もしくはエネルギ経路を介して相互の接続されている。
電圧変換器２０は入力電圧としてコンデンサ１８及び１９の整流されているがまだ回転数に依存する出力電圧Ｕ１８を受け取る。この変換器は出力側に、通常の搭載電源バッテリーないし給電バッテリーであるバッテリー２５が最適に充電されるようにその高さが選定される直流電圧を送出する。この電圧ＵＢ１の高さを要求に整合させることができる。そのために例えば温度センサ２６を用いてバッテリー２５の温度を測定しかつＤＣ／ＤＣ変換器２０の出力電圧をこの温度に依存して調整することができる。
ＤＣ／ＤＣ変換器２１〜２４は２つのエネルギ入力側を有し、該エネルギ入力側を介して、一方ではコンデンサ１８，１９から送出される回転数依存の電圧が供給され、他方のエネルギ入力側には給電バッテリー２５の電圧が供給される。ＤＣ／ＤＣ変換器の選択ないしそれの内部配線は次のように選定される、即ち、ＤＣ／ＤＣ変換器２１の出力側にて常に４２Ｖより大の電圧が生じるように選定される。ＤＣ／ＤＣ変換器２２の出力側には４２Ｖが現れ、電圧変換器２３の出力側には１２Ｖが現れ、ＤＣ／ＤＣ変換器２４の出力側には電圧ＵＢ２が現れ、該電圧ＵＢ２の高さは、次のように選定可能である、即ち、バッテリー２７、即ちスタータバッテリーの最適な充電が確保されるように選定可能である。このために、そもそもスタータ２９の給電のため用いられるバッテリー２７の、温度センサ２８で測定された温度が共に考慮される。
ＤＣ／ＤＣ変換器２１〜２４の出力側に現れる電圧はそれぞれパワーコントロール装置１４から出力され、適当なパワーエレクトロニクス回路ユニットを介して様々な搭載電源負荷に供給される。パワーエレクトロニクス回路ユニットは実施例では１つの全体の回路モジュール（ＫＺＥ／ＫＬＥ）３５に構成されているが、分割されていても良く、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器２１〜２４の出力線路の各々に１つの固有の車体−パワーエレクトロニクス回路ユニット（Karosserie-Leistungs-Elektronikeinheit＝ＫＬＥ）が設けられていてもよい。
これまでまだ詳細には説明していない、車両搭載電源の負荷は、そのロジック及びセンサ系が固有の給電電圧、例えば７Ｖを受け取る制御装置（Steuergeraete＝ＳＧ）３０、スタート及び予備作動モードに関連する構成素子（start-undersatzbetriebsrelevante Bauelemente＝ＳＥ）３１，１２Ｖ負荷３２ａ，３２ｂ、４２Ｖで給電されるべきものである、例えば窓ガラスヒータである高出力負荷３３および弁３４である。これは例えば、著しく高いダイナミック特性要求を有しかつ４２Ｖより大の電圧の給電を受けなければならない噴射弁である。
出力側に４２Ｖより大きな電圧を送出する電圧変換器２１の代わりに、次のような電圧変換器を使用することもできる。即ちコンデンサ１８，１９に生じる回転数依存の電圧を、この電圧が４２Ｖより大きい場合には電圧変換なしに通し接続し、そしてコンデンサ１８，１９に生じる電圧が４２Ｖより小さい場合には常にこの電圧を逓昇する電圧変換器を使用することもできる。
電流の逆流の阻止のため、個々のエネルギ経路の種々の個所にダイオードを使用できる。このことは殊に、ＤＣ／ＤＣ変換器２１〜２４の入力領域において成立つ。
実施例中示されている２個のゼネレータの代わりに、唯一のゼネレータを有する給電システムを構成することもでき、この場合には、１１，１３，１７，１９で示す構成素子が省かれることとなる。亦、電圧レギュレータ付の従来のゼネレータを、回転数に比例する電圧を有するゼネレータと組み合わせ結合することも可能である。
オルタネータ１０ないし１１並びに所属の巻線切断部１２，１３および特有のレギュレータ介挿は特有のゼネレータ構成である。オルタネータは通常、励磁巻線のほかに３つの固定子巻線を有し、該固定子巻線の巻数により結局、供給される出力電圧が定まる。実施例において提案された、巻線切換部を有するオルタネータは、予め定めた条件のもとで、実際に利用される巻線の数を切換により変化させることを可能にする。そのようなゼネレータは切換可能な巻線タップを有し、切換過程はパワー制御装置により相応の制御線路を介してトリガされる。巻線切換は、以降詳述するように、ゼネレータの回転数及び負荷整合に依存して実施される。公知のように車両機関のクランクシャフトの回転数に比例するゼネレータの回転数は、ゼネレータにより送出される電圧に対する重要な特性量である。付加的に、ゼネレータのインピーダンスをパワー整合のために巻線切換を以て段階的に調整することができる。
車両における給電のための図示の装置によって、車両における極めて様々の負荷に対する電気エネルギを供給可能である。従来の給電の場合におけるより高い平均パワーを生成することが可能であり、高められたピークパワーの緩衝及びそれの機能の実現のための比較的高い電圧が形成可能である。スタート及び予備作動モードに関連のもしくは作動に関連の部品の適当な切換により、保証されたスタート確実性が達成され、そしてスタートに起因する電圧の降下は負荷の切り離しによりないしスタート過程中のＤＣ／ＤＣ変換器を以ての出力制御により回避され得る。バッテリーに対する最適化された充電電圧を形成でき、亦、種々の負荷固有の電圧が形成可能であり、ゼネレータの拡大された利用が可能である。
ゼネレータとして、回転数に比例する出力電圧を発生する１つのオルタネータが使用され、又は複数のゼネレータが使用され、その場合には例えばそのうちの１つのゼネレータが回転数に比例する出力電圧を送出する。ゼネレータは、パワーコントロール装置１４に直流又は３相交流を供給することができる。このことは、整流のため、巻線切換のため及び／又はゼネレータのパワー整合のためのパワーエレクトロニクス回路がゼネレータ自体に収容されているか、パワーコントロール装置に収容されているかで行われる。さらにゼネレータは、ゼネレータの部分負荷作動モードにて付加的な調整操作を行わせるため、従来の電圧レギュレータが用いられる。要は、ゼネレータが全負荷作動モードにて励磁電流を制御するのではなく、出力電圧が回転数に比例して上昇することである。
必要に応じて行われる巻線切換は、ゼネレータの最大及び効率上最適化された利用の狙いで粗い電圧段階で行われる。当該切換は次のような手法で行われる。即ち回転数が低い場合、巻線全体ないし直列に接続された巻線が電圧発生のため利用されるようにして行われる。予め定めた回転数限界値に達すると切換により電圧発生のために残りの巻線のみが利用される。この仕方によって、例えば既に２０００回転において高いゼネレータ出力電圧を生じさせるゼネレータもしくは巻線設計が行われる。巻線切換の後、回転数が変わらなければ著しく小さくなっていくゼネレータ出力電圧が生じる。この電圧は、回転数上昇と共に再び直線的に上昇する。
特有のゼネレータを使用すれば、スター結線からデルタ結線への巻線切換を実施することができ、それにより、スター結線に比して√３倍だけ高い電圧が得られる。要するにすべての場合において、搭載電源マネージメントがパワーコントロール装置１４を用いて実施される。要するに巻線切換パワーコントロール装置により開始される。さらに、パワーコントロール装置はそもそも、パワー整合のための、ゼネレータに後置接続された調整操作装置、即ち被制御ブリッジ１６，１７を、ゼネレータにて最大エネルギ収率に関してパワー整合が行われるようにも制御する。制御されるインピーダンス整合により、パワー整合の形態でゼネレータの最大利用が可能になる。パワー整合のためゼネレータにはパワーエレクトロニクス回路を介して、ゼネレータと同じ内部インピーダンスを有する負荷が予め設定される。
コンデンサ１８及び１９は電圧中間回路を形成する。コンデンサ１８及び１９は、迅速なエネルギ吸収を有する短時間蓄積器を成しかつ中間蓄積のため用いられる。中間回路は、効率上の理由から直接パワーコントロール装置のＤＣ／ＤＣ変換器に接続されており、該ＤＣ／ＤＣ変換器は、給電の付加的な緩衝のためさらに給電バッテリー２５と接続されている。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換器の効率を低減させる縦続接続構成が回避される。
スタータバッテリー２７及び給電バッテリー２５は、測定された温度をパワーコントロール装置１４に伝送する温度センサ２６，２８を有していてよい。その場合、最適の温度依存の電圧を以ての両バッテリーの充電が可能である。充電過程が最適であれば、バッテリー形式および種類に従って、更なる及び／又は他のパラメータも考慮し得る。
給電バッテリーから最小でも４２Ｖの電圧を生じさせるべきものであるＤＣ／ＤＣ電圧変換器２１は次のように設計することもできる。即ち、少なくとも４２Ｖを送出するが、但し、中間回路のコンデンサ１８，１９に生じる電圧が４２Ｖを越える限り、回転数に比例して上昇する電圧に切り換えられる及び／又は重畳されるように設計することもできる。この手法によって、回転数依存の負荷へ、付加的損失なしで直接給電することが可能である。
電荷蓄積器、要するにバッテリーは、それの電圧高さの点で次のように設計されるべきである。即ち、システム全体の効率が可及的に高くなり、要するに、就中最小の数の電圧変換器しか必要でなくなり、高出力負荷へ蓄積器から直接給電を行い得るように設計すべきである。よって、ＤＣ／ＤＣ変換器をピークパワーにではなく、平均パワーに基づいて設計することができる。
搭載電源には、負荷の近傍での給電の分配を行う所謂搭載電源車体−パワーエレクトロニクス回路ユニットＫＬＥが設けられている。これらはパワーコントロール装置外に配された出力段を有し、データ網、就中、車体−セントラルエレクトロニクスＫＺＥ（＝Karosserie-Zentralelektronik）及びパワーコントロール装置に接続されている。車体−セントラルエレクトロニクスＫＺＥ及び車体−パワー−エレクトロニクス回路ユニットＫＬＥは、実施例に即して示した如く、共通のパワー−エレクトロニクス回路ユニットＫＺＥ／ＫＬＥとして構成されてもよい。ＫＬＥは例えば、７Ｖへの変換のために電圧変換器を付加的に有していてもよい。
図示の給電装置によって、給電電圧の放電状態のもとでスタート及び予備作動モード関連の部品３０，３１への給電を保証する更なる機能を実現できる。このために、スタート及び予備作動モード関連の部品への給電に使用されるパワーエレクトロニクス回路ユニットがＤＣ／ＤＣ変換器２３及び２４と接続可能であり、ここで、最適な接続路の選択がパワーコントロール装置１４により行われる。代替選択的手段はパワーコントロール装置のみによる、又は前記ＫＬＥのみによるスタート回路の給電及び切換である。給電バッテリーが著しく放電されている場合給電はスタートバッテリーから行われるようにすることができる。スタート過程自体の期間中スタートバッテリー２７はスタータのためだけに利用されて、電圧の降下を回避するべく給電のためには使用されないか、又は電圧の降下を補償する別の内部的電圧変換器が使用される。Ｖ５ロジック及びセンサ系３０並びに安全及び／又は作動モード関連の素子に対して７Ｖ電圧をＫＺＥ／ＫＬＥにて更なる変換器により生成できる。
パワーコントロール装置及び車体−パワーエレクトロニクス回路ユニットは任意の形態で構成され、例えばロジックＡＳＩＣマイクロコンピュータ及び／又は類似のもので構成できる。更なる付加的機能も可能である。データ網は、他のデータ網、例えば機関の制御装置と結合されるようにしてもよい。
0003919821.tif 000002