(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジェネレータによりチャージ可能な少なくとも２つのバッテリとマイクロコンピュータを含む制御装置とを有しており、
バッテリは第１の負荷および第２の負荷の給電に用いられ、かつ制御装置内の２つの電界効果トランジスタ（１４ａ、１４ｂ；３５、３７）を含む出力段を介して相互に接続されており、
制御装置の出力段の電界効果トランジスタ（１４ａ、１４ｂ；３５、３７）は予め設定可能な条件のもとでのみ導通されるように駆動される、
車内配電網用の制御装置において、
制御装置のマイクロコンピュータは少なくとも１つの別の電界効果トランジスタ（２３）および２つのダイオードを介して出力段の第１の側および第２の側に接続され、
該別の電界効果トランジスタ（２３）は、制御装置の使用開始時に、スタートが行われたことを表す情報に依存して形成された制御信号の供給により導通され、これにより制御装置のマイクロコンピュータと少なくとも１つのバッテリとの間の接続が形成される
ことを特徴とする車内配電網用の制御装置。
【請求項２】
マイクロコンピュータを有する閉ループおよび開制御ユニット（１２）が制御装置（１０ａ、１０ｂ）の構成要素として設けられており、該閉ループおよび開制御ユニットにより閉ループ制御過程および開制御過程がトリガされる、請求項１記載の車内配電網用の制御装置。
【請求項３】
前記閉ループおよび開制御ユニット（１２）に入力部を介して情報が供給され、前記閉ループおよび開制御ユニット（１２）により該情報に依存して制御信号が求められ、該制御信号は接続路線を介して制御装置の個々のユニットおよび／または車内配電網の個々のユニットへ送出される、請求項２記載の車内配電網用の制御装置。
【請求項４】
閉ループおよび開制御ユニットによって制御可能な直流電圧変換器が２つのバッテリ（１６、１８）間に直列に接続されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の車内配電網用の制御装置。
【請求項５】
２つのバッテリ（１６、１８）間の接続線路に配置された変換器を有する出力部により、データが前記閉ループおよび開制御ユニット（１２）に送出され、該閉ループおよび開制御ユニットからの制御信号が受信される、請求項１から４までのいずれか１項記載の車内配電網用の制御装置。
【請求項６】
変換器を有する出力部は２つのトランジスタ（３５、３７）およびチョーク（３８）から成る直列回路を有しており、チョーク（３８）のそれぞれの端子とアースとの間にさらなるトランジスタ（３６）またはダイオード（３９）が配置されている、請求項５記載の車内配電網用の制御装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、請求項１の上位概念記載の構成を有する、ジェネレータによりチャージ可能な少なくとも２つのバッテリとマイクロコンピュータを含む制御装置とを有しており、バッテリは第１の負荷および第２の負荷の給電に用いられ、かつ制御装置内の２つの電界効果トランジスタを含む出力段を介して相互に接続されており、制御装置の出力段の電界効果トランジスタは予め設定可能な条件のもとでのみ導通されるように駆動される、車内配電網用の制御装置に関する。
従来の技術
複数の電気的負荷を有する車両での電圧供給は１つのバッテリを用いて部分的に行うことはもはやできない。そのため車両内配電網は２つの別個のバッテリを有することが多くなってきた。これらのバッテリは適切な電子回路を介して相互に接続されている。このような車両内配電網は例えばドイツ連邦共和国特許第４１３８９４３号公報から公知である。
この公知の車両内配電網には主としてスタータの給電に用いられる第１のバッテリと、その他の負荷の給電に用いられる第２のバッテリとが設けられている。２つのバッテリはいわゆるチャージ／ディスコネクトモジュールにより相互に接続されているか、または相互に分離されており、ここではこの接続が予め設定可能な条件に依存してチャージ／ディスコネクトモジュールにより開放または閉成される。チャージ／ディスコネクトモジュールに対する電圧供給は２つのバッテリによって行われる。
本発明の利点
本発明の請求項１記載の構成を有する車内配電網用の制御装置は、給電に使用されるバッテリと持続的に接続されており、不活性状態での電流消費が最小となり、点火スイッチの操作後きわめて迅速かつ簡単に制御装置の活性化を行うことができる利点を有する。
この利点は、制御装置のマイクロコンピュータは少なくとも１つの別の電界効果トランジスタおよび２つのダイオードを介して出力段の第１の側および第２の側に接続され、この別の電界効果トランジスタは、制御装置の使用開始時に、スタートが行われたことを表す情報に依存して形成された制御信号の供給により導通され、これにより制御装置のマイクロコンピュータと少なくとも１つのバッテリとの間の接続が形成されることにより達成される。その場合、制御装置は直接にバッテリに接続されており、スイッチオフ状態で電界効果トランジスタは阻止され、制御装置は“スリープモード”へ移行する。このスリープモード状態ではきわめて僅かな電流消費しか生じない。
本発明の別の利点は、従属請求項に記載の手段により達成される。この場合特に有利には本発明の制御装置により車内配電網の構造のきわめて種々の構成が可能となる。バス機能を有するマイクロコンピュータを制御装置内で使用する場合、車内配電網との情報交換が行われる。このような情報交換は有利には内燃機関の固有の制御装置との情報交換へと拡張されるので、電圧制御の際に内燃機関の動作条件、例えば回転数、アイドリング回転数または負荷を考慮することができる。同時に内燃機関を制御する制御装置ではジェネレータまたは車内配電網に典型的なパラメータを考慮することができる。
さらに有利には、ジェネレータ制御時にバッテリの温度を考慮することができる。この場合この温度は有利には考察関数により簡単に測定可能なパラメータから求められる。２つのチャージ電圧は車内配電網用制御装置により形成される。
２つのバッテリの並列接続は有利には半導体スイッチを用いて行われる。この場合パワーＭＯＳＦＥＴが特に適している。
スタータに対して設けられているバッテリは有利には必要に応じて直流電圧変換器を介して車内配電網側から給電される。２つのバッテリのうち一方のバッテリの電圧レベルが所定の値を超過すると非常動作が行われ、スタータバッテリは他方のバッテリから直流電圧変換器を介して、新たなスタートが保証されるまでチャージされる。車内配電網側に存在するエラーメモリを使用することにより、非常動作情報が記憶される。この非常動作情報は新たなスタートまたは次の工場検査の際に表示され、制御装置の動作状態は必要に応じて休止モード（スリープモード）に戻される。
図面
本発明の２つの実施例を図１、図２に図示し、以下に詳細に説明する。
実施例の説明
図１には２つのバッテリを有する車内配電網のための車内配電網用制御装置が示されている。この装置は車内配電網エネルギ供給部を車内配電網バッテリが空の場合にも保護し、２つのバッテリの最適で確実なチャージを保証する。
個々には車内配電網制御装置１０ａは給電電源部１１、閉ループおよび開制御ユニット１２、直流電圧変換器１３、短絡防止用出力段１４ａ、１４ｂから成る。閉ループおよび開制御ユニットは例えばバス機能を有するマイクロコンピュータとして構成されている。車内配電網用制御装置１０ａは電源側の入力部が端子Ｋｌ．３０、Ｋｌ．３０ａに接続されている。端子Ｋｌ．３０に通常はジェネレータ１５、バッテリ１６、負荷１７が接続されている。バッテリ１６は車内配電網用の給電バッテリ（以下車内配電網バッテリとも称する）である。負荷１７はこの場合複数の車内配電網負荷に代えて使用されており、負荷はそれぞれ図示されないスイッチを介してスイッチオンすることができる。
端子Ｋｌ．３０ａにバッテリ１８が接続されており、このバッテリはスタータバッテリとして構成されている。このバッテリはスイッチ１９が閉成される場合にスタータ２０に給電するために用いられる。
制御装置１０ａおよび閉ループおよび開制御ユニット１２は複数の入力側および出力側を有しており、これらの入力側および出力側は車内配電網用制御装置の個々のユニット、または残りの車内配電網に接続されている。これらの入力側の１つが参照番号２１で示されており、この入力側は初期化に使用され、給電電源部１１からスイッチ２２へ接続されている。このスイッチ２２が閉成された場合、給電電源部１１の電界効果トランジスタ２３が導通される。給電電源部１１と閉ループおよび開制御ユニット１２との間の接続部２４を介して電界効果トランジスタ２３は閉ループおよび開制御ユニット１２により初期化することができる。閉ループおよび開制御ユニット１２の給電電源部１１からの電圧供給は接続部２５を介して行われる。
閉ループおよび開制御ユニット１２または所属のマイクロコンピュータは別の端子２６、２７、２８、２９、３０、３１を有しており、これらの端子を介して出力段１４のスイッチング状態に関する情報、すなわち端子Ｋｌ．３０、Ｋｌ．３０ａで得られる電圧Ｕ３０、Ｕ３０ａが供給される。端子２９を介して制御信号が直流電圧変換器１３に印加される。端子３０を介してジェネレータ５０が作動され、端子３１は１つのバス例えばＣＡＮバスまたは車体のバスに対する双方向の端子となる。これらの端子を介してデータまたは制御信号が交換される。これらのデータによりジェネレータ制御を内燃機関の動作条件を考慮して行うことができ、内燃機関の制御が車内配電網の条件を考慮して行えるようになる。
図１の実施例の機能を以下に説明する。
１．通常動作時の機能
制御装置１０の電源部１１は２つのダイオード３２、３３を介して、電界効果トランジスタ２３により他の中間スイッチなしでバッテリに接続されている。ダイオードのアノードはそれぞれ端子Ｋｌ．３０またはＫｌ．３０ａに接続されている。車内配電網用制御装置１０はこの状態でスリープモードにある。この動作状態では電流消費は数μＡのみであり、バッテリの自己放電の領域よりも低い。このため持続的な電流消費は著しく小さい。
機械的コンタクトは、例えばアースされているかまたは端子Ｋｌ．３０ａに接続されている点火ロックではスイッチ２２として表されているが、これを介して給電電源部１１の電界効果トランジスタ２３が導通され、車内配電網用制御装置１０ａの給電部全体が活性化される。閉ループおよび開制御ユニット１２のマイクロコンピュータのパワーオン後、まずマイクロコンピュータによって車内配電網側すなわち端子Ｋｌ．３０の電圧状態がチェックされる。このために閉ループおよび開制御ユニットへ入力側を介して電圧Ｕ３０が供給される。この電圧がプログラムされた値例えば１１.８Ｖを上回ると、２つのバッテリ回路が分離される。車内配電網用制御装置１０ａはスタートが行われたという情報が到来するまで待機する。この情報が所定の時間例えば３０秒以内に到来しなかった場合は、電流供給全体が不活性化される。給電電源部１１の電界効果トランジスタ２３はこの場合、マイクロコンピュータからの制御により阻止状態に切り換えられ、車内配電網用制御装置１０ａはスリープモードに移行する。
車内配電網用制御装置の新たな活性化は、その後機械的スイッチ２２の新たな操作、例えば点火キーが取り出され、再び差し込まれたことによってのみ可能となる。
機関の有効なスタートの後、最適な電圧制御に必要なパラメータが、個々のセンサから送出された情報または機関制御装置に存在している情報を利用して求められる。車体バスシステムを介して給電する車内配電網装置では、この車体バスが車内配電網用制御装置のマイクロコンピュータにも接続される。車体バスを介して供給される外気温、冷却水温度または機関温度および室内温度についての情報から、適切な結合により２つのバッテリの温度が求められる。その際にバッテリの温度自体を測定する必要はない。バッテリ温度は電圧制御のために重要なパラメータであるため、目標電圧を定める際に考慮しなくてはならない。車内配電網バッテリ１６の温度に依存するチャージ電圧の設定は目標値設定回路により行われ、この値はジェネレータ制御回路へ供給される。
高い電圧に対して鋭敏な負荷を保護するために個々の負荷に対して異なる電圧を使用できる車内配電網では、電子スイッチ、ＤＣ／ＤＣ変換器などを使用しなければならない。これにより例えばランプが保護される。電子スイッチまたはＤＣ／ＤＣ変換器は有利には車内配電網の種々の個所で使用され、それぞれ後方に配置される負荷を保護している。
スタータの給電のために設けられているバッテリ１８は必要に応じてＤＣ／ＤＣ変換器を介して車内配電網側から給電される。その結果温度に適合して、車内配電網電圧に比べて高いチャージ電圧レベルでも低いチャージ電圧レベルでもまたは同じチャージ電圧レベルでも給電することができる。適切な電圧変換器を使用することにより、車内配電網バッテリのほうが比較的強く放電された場合、通常はスタータバッテリのチャージも可能である。スタータバッテリとしては、要求に応じた専用の特性データ、例えば短時間の高い電流の調製に適合化されたバッテリが使用される。
２．非常動作時の機能
図１の実施例によれば、車内配電網電圧が大きく低下した場合に非常動作が行われる。初期化フェーズ後、車内配電網電圧が所定の最小電圧レベルを下回る問い合わせが検出された場合、非常動作がトリガされる。このため所定の電圧レベルが超過された際に２つのバッテリ１６、１８は車内配電網用制御装置によって並列接続され、車内配電網はスタータバッテリ１６から給電される。同時に非常動作情報の伝達が行われ、負荷は前置接続された電子スイッチを介して場合により遮断することができる。ここで動作および安全に関連しない負荷だけが遮断されるように考慮される。この場合付加的に車内配電網側に存在するエラーメモリをセットするか、ディスプレイをトリガすることができる。
非常動作時でも車内配電網用制御装置１０ａに対する給電電圧は、所定の時間以内にスタートが行われない場合には遮断される。その場合バッテリ１６、１８は再び分離され、制御装置１０は機械的スイッチ２２が閉成して新たなスイッチオン要求がトリガされるまで休止モードに移行する。
非常動作時に機関のスタートが行われると、ジェネレータ１５は通常その動作を開始し、車内配電網電圧は比較的短い時間後、ジェネレータから送出される電流のために上昇する。車内配電網電圧が定められた閾値に達した場合、２つのバッテリの並列接続は再び元に戻される。このために必要な制御パルスは閉ループおよび開制御ユニット１２によってトリガされる。２つのバッテリ１６、１８間の接続が開放された後、前述の項で説明された手法によればバッテリがチャージされる。ここでバッテリ１８はスタータ２０の給電のために優先的にチャージされるため、短時間の走行動作の後に続いてスタートした場合でも再び充分なエネルギが使用可能になっている。
図２には本発明の第２の実施例が示されている。ここでは図１の実施例の短絡防止用出力段および電圧変換器が変換器３４を有する出力部で置換されている。この変換器を有する出力部は電界効果トランジスタ３５、３６、３７、チョークとして作用するインダクタンス３８、およびフリーホイールダイオード３９から成る。変換器３４を有する出力部と閉ループおよび開制御ユニット１２との間に種々の接続部が設けられており、これらの接続部は部分的に図１の実施例の接続部に相応している。同一の構成素子は図１ですでに示された参照番号で示されている。付加的な接続部または端子４１、４２、４３、４４、４５が設けられており、これらの端子を介して閉ループおよび開制御ユニット１２に給電電流ＩＶおよび電圧ＵＭＥに関する情報が供給される。給電電流ＩＶはトランジスタ３５とインダクタンス３８との間で測定され、電圧ＵＭＥはポイントＭＥで測定される。トランジスタ３５、３６、３７への制御信号Ｓ３５、Ｓ３６、Ｓ３７はそれぞれ接続部または端子４３、４４、４５を介して送出される。
図２に示された車内配電網用制御装置１０ｂは通常動作時には基本的に図１の車内配電網用制御装置１０ａと同様の方式で機能する。図２の車内配電網用制御装置の非常動作時の機能を以下に説明する。
車内配電網電圧の評価が初期化フェーズ後に行われ、この電圧が所定の最小値よりも小さいという結果が得られた場合、車内配電網用制御装置１０ａは２つのバッテリ１６、１８を並列接続し、車内配電網はスタータバッテリ１８によって給電される。この場合トランジスタ３５、３７は導通し、トランジスタ３６は阻止されている。車内配電網電圧が機関の動作後すなわちジェネレータによる電流送出後に所定の電圧レベルを超過すると、電圧上昇をともなう通常動作に切り換えられる。この電圧上昇により電圧Ｕ３０ａは電圧Ｕ３０より大きくなる。トランジスタ３７が導通してスイッチングされる場合、トランジスタ３５、３６はプッシュプル動作でクロック制御される。電圧Ｕ３０ａが電圧Ｕ３０よりも小さくなる電圧低下時には、トランジスタ３７がクロック制御で作動される。トランジスタ３６が阻止され、トランジスタ３５がスイッチオンされる。
図２の実施例は電流上昇を遅延させる直列接続されたチョークを有するように構成されているので、変換器を有する出力部に付加的な過負荷保護手段は必要ない。電流上昇はチョーク３０により、閉ループおよび開制御ユニット１２のマイクロコンピュータがクロック時間内に応答できている間遅延されるので、過負荷保護を保証することができる。電流測定はシャントを介して直接に電流を検出するか、ＵＤＳの電圧特性を評価して行うか、またはそれぞれの電界効果トランジスタ３５または３７を時間的に制限してスイッチオンすることにより端子Ｋｌ．３０またはＫｌ．３０ａの電圧を観察して行うことができる。トランジスタ３７は同時に直流電圧変換器のスイッチとして利用することができ、ＤＣ／ＤＣ変換器として高-低設定器が２つのバッテリ１６、１８の並列接続のために使用される。
本発明の２つの実施例は車両の車内配電網に対して選択されている。基本的には本発明の車内配電網用制御装置は他の２つのバッテリを使用する給電装置にも使用できる。２つ以上のバッテリに対して拡大して使用することも基本的に可能である。
【図１】
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【図２】
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