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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Batterieladegerät für ein Elektrofahrzeug,
das eine Hauptbatterie zum Zuführen
von Antriebsleistung zu einem Motor lädt.
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BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK
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Elektrische
Fahrzeuge sind im allgemeinen unterteilt in herkömmliche Elektrofahrzeuge, die
ausschließlich
einen Motor als Antriebsquelle zum Antreiben benutzen, und Hybridfahrzeuge,
die sowohl die Verbrennungsmaschine als auch den Motor als Antriebsquellen
nutzen. Das Hybridfahrzeug benötigt grundsätzlich keine
externe Aufladung, es benötigt jedoch
die Motorleistung zum Starten der Verbrennungsmaschine. Wenn die
Hauptbatterie, die Energie bzw. Leistung an den Motor liefert, entladen
ist, ist es daher nicht möglich,
das Hybridfahrzeug zu fahren, wie dies auch bei dem herkömmlichen
Elektrofahrzeug der Fall ist, der den Motor als einzige Fahrquelle
aufweist. Daher sollte auch ein Hybridfahrzeug mit gewissen Mitteln
ausgestattet sein, die die Hauptbatterie in einem Notfall laden
können,
zusätzlich
zu dem normalen fahrzeuggebundenen Ladesystem.
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Ein
Beispiel eines solchen Mittels zum Laden der Hauptbatterie in einem
Notfall ist ein Ladegerät, das
die Hauptbatterie eines Fahrzeuges lädt, wobei das Ladegerät unter
Verwendung sowohl einer 12-V-Gleichspannungsbatteriequelle, die
in diesem Fahrzeug installiert ist, und einer 12-V-Gleichspannungsbatteriequelle
installiert ist, die in einem anderen verbrennungsmaschinenbetriebenen
Fahrzeug oder dergleichen installiert ist. Die Veröffentlichung der
ungeprüften
japanischen Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 9-284913 offenbart eine
Technik zur Eliminierung eines Ladegerätes aus dem Fahrzeug, wodurch
die Verwendung des Fahrzeugs verbessert und das Fahrzeug leichter
gemacht wird. Dies wird im einzelnen dadurch erreicht, daß ein Lademotor,
der mit einer häuslichen
Versorgungsspannung oder einer kommerziell verfügbaren Versorgungsspannung antreibbar
ist, in einem Fahrzeug installiert wird und der Lademotor mit Leistung
bzw. Energie von außerhalb
des Fahrzeugs versorgt wird, um dadurch die Batterie mit der Generatorausgangsleistung
zu laden.
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Wenn
ein Ladegerät
nicht in einem Fahrzeug installiert ist, ist es jedoch nicht möglich, mit
einem Notfall fertig zu werden, bei dem eine häusliche Versorgungsspannung
oder eine kommerziell verfügbare
Versorgungsspannung nicht als externe Versorgungsspannung verwendet
werden kann. Sogar dann, wenn ein Ladegerät, das eine 12-V-Gleichspannungsbatterie,
die für
eine Verwendung in einem Notfall ausgelegt wurde, in einem Fahrzeug
installiert ist, wird dieses Ladegerät andererseits nicht häufig benutzt.
Wenn das Ladegerät
ausfällt,
ist es daher sehr wahrscheinlich, daß der Benutzer den Ausfall erst
bei einem Notfall bemerkt.
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Der
Erfinder der vorliegenden Erfindung hat eine Lösung für diesen Nachteil in JP 2000-134720A vorgeschlagen.
Das Ladegerät
gemäß diesem
Vorschlag weist einen Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wechselrichter,
der eine Eingangs-Gleichspannung in eine Wechselspannung wandelt
und die Wechselspannung auf ein vorbestimmtes Spannungsniveau hochtreibt,
und einen Spannungsverdopplungsabschnitt auf, der die Ausgangs-Wechselspannung
von dem Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wechselrichter oder eine Eingangs-Wechselspannung
hochtreibt, ohne daß der
Gleichspannungs/Wechselspannungs- Wechselrichter
mit einer verdoppelten Spannung verbunden ist und wobei er diese
Spannung gleichrichtet. Dieses einzelne Ladegerät kann es daher ermöglichen,
die Hauptbatterie sowohl mit einer Gleichspannungsversorgung als auch
mit einer Wechselspannungsversorgung zu laden.
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Da
es nicht oft vorkommt, daß die
Hauptbatterie geladen wird, wird der Spannungsverdopplungsabschnitt
nicht häufig
benutzt. Wenn der Spannungsverdopplungsabschnitt einen herkömmlichen Aufbau
mit Dioden und Kapazitäten
aufweist, verschlechtern sich die Kapazitäten, wenn der Spannungsverdopplungsabschnitt über einen
langen Zeitraum nicht benutzt wird. Während der vorherige Vorschlag
des Erfinders der vorliegenden Erfindung die Häufigkeit der Benutzung des
Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wechselrichters verbessern kann,
besteht nach wie vor Raum für
eine Verbesserung im Hinblick auf eine Verschlechterung der Kapazitäten.
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Die
Kapazitäten
(Kondensatoren), die einen Spannungsverdopplungsabschnitt bilden,
sind normalerweise Elektrolytkondensatoren. Es ist allgemein bekannt,
daß dann,
wenn die Elektrolytkondensatoren für einen langen Zeitraum nicht
benutzt werden, die Verschlechterung der chemischen Wandlerbeschichtung
sich in einem ungeladenen Zustand beschleunigt.
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Wenn
die Hauptbatterie in einem Notfall geladen werden soll, nachdem
der Spannungsverdopplungsabschnitt über einen längeren Zeitraum unbenutzt war,
kann daher ein großer
Leckstrom durch die Elektrolytkondensatoren des Spannungsverdopplungsabschnittes
fließen,
so daß die
Ausgangsspannung ein vorbestimmtes Niveau nicht erreicht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend
ist es eine Aufgabe der vorliegen den Erfindung, ein Batterieladegerät für ein Elektrofahrzeug
anzugeben, das einer Verschlechterung der Kondensatoren in einem
eingebauten Spannungsverdopplungsabschnitt sogar dann vorbeugt, wenn
der Spannungsverdopplungsabschnitt über einen langen Zeitraum nicht
benutzt worden ist, und das es ermöglicht, daß eine Hauptbatterie im Notfall zuverlässig geladen
werden kann.
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Die
obige Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene erste Ausführungsbeispiel
der Erfindung gelöst.
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Das
Batterieladegerät
kann ferner einen elektrischen Anschluß für ein externes Eingangs- und
Ausgangssignal aufweisen, der zwischen dem Wandlerabschnitt und
dem Spannungsverdopplungsabschnitt angeordnet ist, zum Anlegen einer Wechselspannung
von einer externen Spannungsversorgung an den Spannungsverdopplungsabschnitt
und Ausgeben der Wechselspannung von dem Wandlerabschnitt an eine
externe Einheit.
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Der
Schalterabschnitt kann durch ein elektromagnetisches Relais gebildet
sein, das über
eine vorbestimmte Ladezeit eine Zeitverzögerungsoperation ausführt.
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Wenn
die Hauptbatterie zum Zuführen
von Antriebsleistung zu Motoren nicht geladen wird, wird die Verbindung
zwischen der Hauptbatterie und dem Spannungsverdopplungsabschnitt
unterbrochen, und eine Wechselspannung von dem Wandlerabschnitt
wird stets an die Kapazitäten
des Spannungsverdopplungsabschnitts angelegt. In einem Notfall, bei
dem die Hauptbatterie geladen werden muß, wird die Hauptbatterie mit
dem Spannungsverdopplungsabschnitt verbunden, so daß die Hauptbatterie
mit dem gleichgerichteten Gleichspannungs-Ausgangssignal des Spannungsverdopplungsabschnitts
geladen wird.
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In
diesem Falle kann das Vorsehen eines elektrischen Anschlusses für externe
Eingangs- und Ausgangssignale zwischen dem Wandlerabschnitt und
dem Spannungsverdopplungsabschnitt es ermöglichen, eine Wechselspannung
von einer externen Spannungsversorgung an den Spannungsverdopplungsabschnitt
anzulegen, ohne eine Verbindung zu dem Wandlerabschnitt herzustellen,
so daß dadurch
die Hauptbatterie geladen wird. Wenn die Hauptbatterie nicht geladen
werden muß,
kann das Wechselspannungsausgangssignal von dem Wandlerabschnitt
an dem elektrischen Anschluß abgenommen
und für
andere Zwecke verwendet werden. Da der Schalterabschnitt durch ein
elektromagnetisches Relais gebildet ist, das eine Zeitverzögerungsoperation über eine
vorbestimmten Ladezeit ausführt,
es ist ferner möglich,
die Hauptbatterie nur für
eine vorbestimmte Ladezeit aufzuladen und eine Überladung der Hauptbatterie
zu verhindern.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockschaltbild eines Batterieladegerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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2 ist
ein System-Blockdiagramm eines Hybridfahrzeugs,
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELES
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Batterieladegerätes gemäß einem Ausführungsbeispiel
dieser Erfindung, und 2 ist ein Systemblockdiagramm
eines Hybridfahrzeuges, das den zugrundeliegenden Stand der Technik
darstellt, der für
das Verständnis
der Erfindung nützlich
ist.
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2 zeigt
das Steuerungssystem eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeuges,
das sowohl eine Verbrennungsmaschine als auch einen Motor verwendet.
Dieses Hybridfahrzeug weist ein Antriebssystem auf, das im wesentlichen
eine Verbrennungsmaschine 1, einen Motor A, der die Verbrennungsmaschine
startet, Energie erzeugt und zusätzliche
Energie zuführt,
eine Planetengetriebeeinheit 3, die über den Motor A mit der Abtriebswelle 1a der
Verbrennungsmaschine 1 verbunden ist, einen Motor B, der
die Funktion der Planetengetriebeeinheit 3 steuert, zu
einer Antriebsleistungsquelle wird, wenn das Fahrzeug beginnt, sich
zu bewegen oder sich zurückbewegt
und die Energie beim Bremsen zurückgewinnt,
und einen Leistungswandlungsmechanismus 4 auf, der die
Gänge wechselt
und das Drehmoment verstärkt,
um die Antriebsleistungswandlung auszuführen, wenn sich das Fahrzeug
bewegt.
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Die
Planentengetriebeeinheit 3 ist von der Art mit einem einzelnen
Ritzel und weist ein Sonnenrad 3a, einen Träger 3b zum
drehbaren Halten eines Ritzels, das mit diesem Sonnenrad 3a in
Eingriff steht, und ein Hohlrad 3c auf, das mit dem Ritzel
in Eingriff steht. Es ist eine Verriegelungskupplung 2 vorgesehen,
die das Sonnenrad 3a mit dem Träger 3b verbindet und
diese voneinander trennt.
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Während ein
Getriebe, das eine Kombination von Zahnrädern aufweist, ein Getriebe,
das einen Fluid-Drehmomentwandler
aufweist, oder dergleichen als Leistungswandlungsmechanismus 4 verwendet
werden kann, ist es wünschenswert,
ein kontinuierlich variables Getriebe (CVT) vom Riementyp zu verwenden,
bei dem ein Antriebsriemen 4e um eine erste Riemenscheibe 4b,
die drehbar von einer Eingangswelle 4a getragen ist, und
eine zweite Riemenscheibe 4d gelegt ist, die drehbar von
einer Ausgangswelle 4c getragen ist. Der Leistungswandlungsmechanismus
wird als CVT 4 in der folgenden Beschreibung beschrieben.
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In
dem Antriebssystem des Hybridfahrzeugs gemäß diesem Ausführungsbeispiel
ist die Planetengetriebeeinheit 3, die die Verriegelungskupplung 2 aufweist,
die zwischen dem Sonnenrad 3a und dem Träger 3b verbunden
ist, zwischen der Ausgangswelle 1a der Verbrennungsmaschine 1 und
der Eingangswelle 4a des CVT 4 angeordnet. Das
Sonnenrad 3a der Planetengetriebeeinheit 3 ist
mit der Ausgangswelle der Verbrennungsmaschine 1 über einen Motor
A verbunden, der Träger 3b ist
mit der Eingangswelle 4a des CVT 4 verbunden,
und der andere Motor B ist mit dem Hohlrad 3c verbunden.
Ein Differentialmechanismus 6 ist über eine Reihe von Untersetzungszahnrädern 5 mit
der Eingangswelle des CVT 4 verbunden. Vordere und hintere
Antriebsräder 8 sind über eine
Abtriebswelle 7 mit diesem Differentialmechanismus verbunden.
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Wie
oben erwähnt,
sind die Verbrennungsmaschine 1 und der Motor A an das
Sonnenrad 3a der Planentgetriebeeinheit 3 gekoppelt,
und der Motor B ist an das Hohlrad 3c gekoppelt, um Leistung von
dem Träger 3b vorzusehen,
und die Leistung von dem Träger 3b wird
zu den Antriebsrädern 8 über einen
Gangwechselvorrichtung und eine Drehmomentverstärkung übertragen. Daher können die
beiden Motoren A und B benutzt werden, um sowohl Leistung zu erzeugen
als auch Antriebsleistung zuzuführen,
so daß als
Motoren A und B relativ kleine Motoren verwendet werden können.
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Wenn
die Verriegelungskupplung 2 eingestellt ist, um das Sonnenrad 3a und
den Träger 3b der
Planetengetriebeeinheit 3 aneinanderzukoppeln in Übereinstimmung
mit den Fahrbedingungen, kann die Antriebswelle, die direkt mit
der Verbrennungsmaschine 1 gekoppelt ist und sich aus der
Verbrennungsmaschine 1 zu dem CVT 4 erstreckt,
wobei die beiden Motoren A und B dazwischen angeordnet sind, gebildet
werden. Diese Antriebswelle kann direkt Antriebsleistung zu dem
CVT übertragen
oder kann es ermöglichen,
Bremskraft von den Antriebsrädern 8 zu
verwenden. Hinsichtlich einer detaillierten Beschreibung der Übertragung
von Drehmomenten, die durch die Verbrennungsmaschine 1 und
die Motoren A und B erzeugt werden und des Flusses von Elektrizität, die durch
die Energieerzeugung der Verbrennungsmaschine 1 und die
Motoren A und B erzeugt wird, jeweils über die Planetengetriebeeinheit 3,
wird auf die japanische Patentanmeldung Nr. 10-4080 verwiesen, die
von dem Anmelder der vorliegenden Anmeldung eingereicht worden ist.
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Das
Hybridsteuerungssystem, das das oben beschriebene Hybridfahrzeug
steuert, weist eine elektronische Hybridelektrofahrzeugs-Steuerungseinheit
(HEV_ECU) 20, die das gesamte System steuert, eine Motor-A-Steuerung 21,
die den Antrieb des Motors A steuert, eine Motor-B-Steuerung 22,
die den Antrieb des Motors B steuert, eine elektronische Verbrennungsmaschinen-Steuerungseinheit (E/G_ECU) 23,
eine elektronische Getriebe-Steuerungseinheit (T/M_ECU) 24,
die die Verriegelungskupplung 2 und das CVT 4 steuert,
eine Batterie-Managementeinheit (BAT_MU) 25, die hauptsächlich die Leistung
einer Hauptbatterie (Hochspannungsbatterie) 10a, die Leistung
zu den Motoren A und B zuführt,
managt, und eine elektronische Bremssteuerungseinrichtung BRK_ECU 26 auf,
die das Bremsen steuert. Die HEV_ECU 20, die Motor-A-Steuerung 21,
die Motor-B-Steuerung 22, die E/G_ECU 23, die T/M_ECU 24 und
die BAT_MU 25 sind mit der HEV_ECU 20 über eine
erste Multiplex-Kommunikationsleitung 30 verbunden. Die
BRK_ECU 26 ist mit der HEV_ECU 20 durch eine alleinige
zweite Multiplex-Kommunikationsleitung 31 verbunden.
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Die
HEV_ECU 20 führt
die allgemeine Steuerung des Steuerungssystems aus. Verbunden mit der
HEV_ECU 20 sind verschiedene Sensoren und Schalter, die
die Manipulationszustände
des Faherers detektieren, beispielsweise ein Gaspedalsensor (APS) 11,
der die Auslenkung eines nicht dargestellten Gaspedales (nicht dargestellt),
ein Bremsenschalter 12, der auf EIN geschaltet wird, wenn
der Fahrer ein nicht dargestelltes Bremspedal tritt, und ein Inhibitiorschalter 14 aufweist,
der auf EIN geschaltet ist, wenn die Betriebsposition eines Wählmechanismus 13 des
Getriebes entweder in dem P-Bereich oder dem N-Bereich ist, und
der auf AUS geschaltet ist, wenn die Betriebsposition der Wählmechanismus 13 sich
in einen Fahrbereich, wie dem D-Bereich oder dem R-Bereich, befindet.
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Die
HEV_ECU 20 berechnet das erforderliche Fahrzeug-Fahrdrehmoment
und bestimmt die Drehmomentverteilung des Antriebssytemes basierend
auf Signalen von den individuellen Sensoren und Schaltern und auf
von den individuellen ECUs gesendeten Daten und sendet Steuerungskommandos
an die individuellen ECUs.
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Die
HEV_ECU 20 ist ferner mit einer Anzeigeeinheit 27 verbunden,
die verschiedene Meßinstrumente
zum Anzeigen der Fahrbedingungen des Fahrzeugs, beispielsweise der
Fahrzeuggeschwindigkeit, der Umdrehungszahl der Verbrennungsmaschine
und des Batterieladestatus, und Warnlampen aufweist, die den Fahrer
warnen, wenn eine Abnormalität
auftritt. Diese Anzeigeeinheit 27 ist ferner mit der T/M_ECU 24 verbunden
und zeigt das Auftreten einer Abnormalität an, wenn eine Abnormalität in der HEV_ECU 20 auftritt,
und die T/M_ECU 24 führt
eine abnormale Steuerung anstelle der HEV_ECU 20 aus.
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Die
Motor-A-Steuerung 21 weist einen Wechselrichter zum Antreiben
des Motors A auf und führt
im wesentlichen eine konstante Rotationssteuerung des Motors A als
Antwort auf ein Servo EIN/AUS-Kommando oder ein Rotationszahl-Kommando,
das durch die Multiplex-Verbindung von der HEV_ECU 20 übertragen
wurde, aus. Die Motor-A-Steuerung 21 meldet das Drehmoment
und die Anzahl von Umdrehungen des Motors A, den Wert des Stromes
für den
Motor A usw. an den HEV_ECU 20 zurück und sendet eine Drehmomentbegrenzungsanfrage
und Daten, beispielsweise einen Spannungswert, an die HEV_ECU 20 zurück.
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Die
Motor-B-Steuerung 22 weist einen Wechselrichter zum Antreiben
des Motors A auf und führt
grundsätzlich
eine Drehmomentsteuerung für den
Motor B als Antwort auf ein Servo-EIN/AUS (einschließlich Vorwärtsdrehung
und Rückwärtsdrehung)-Kommandos
oder ein Drehmomentkommando (Erzeugung) aus, das durch die Multiplexverbindung von
der HEV_ECU 20 übertragen
wird. Die Motor-B-Steuerung 22 meldet das Drehmoment und
die Anzahl von Umdrehungen des Motors 8, den Wert des Stromes
für den
Motor B usw. an die HEV_ECU 20 zurück und sendet Daten, beispielsweise
einen Spannungswert, an die HEV_ECU 20.
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Die
E/G_ECU 23 führt
grundsätzlich
eine Drehmomentsteuerung für
die Verbrennungsmaschine 1 aus. Die E/G_ECU 23 steuert
das Maß an
Kraftstoffeinspritzung aus nicht dargestellten Einspritzdüsen, die
Drosselklappenposition oder den Drosselwinkel unter ETC (elektronische
Drosselsteuerung), ein Leistungskompensationslernen von Zusatzgeräten, beispielsweise
eines Klimaanlagensystems, ein Abstellen der Brennstoffzufuhr usw.
basierend auf Steuerungskommandos, beispielsweise positiven und
negativen Drehmomentkommandos, einem Kornmando zum Abstellen der
Brennstoffzufuhr, einem Kli maanlagen-EIN/AUS-Kommando, tatsächlichen
Drehmoment-Rückmeldungsdaten,
der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Gangposition (P-Bereich, N-Bereich
oder dergleichen), die Daten betreffend einen vollständig geöffneten
Beschleuniger oder einen vollständig
geschlossenen Beschleuniger von der APS 11, der EIN/AUS-Zustand
des Bremsschalters 12 und den Aktivierungszuständen des
Bremssystems einschließlich
eines ABS (Anti-Blockiersystemes).
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Die
E/G_ECU 23 meldet den Steuerungsdrehmomentwert für die Verbrennungsmaschine 1, eine
Anweisung, die Kraftstoffzufuhr zu unterbrechen, eine Anweisung,
die Menge an einzuspritzendem Kraftstoff über das vollständig-geöffnet-Inkrement
zu korrigieren, den EIN/AUS-Zustand der Klimaanlage, Daten betreffend
eine vollständig
geschlossene Drosselklappe, die von einem nicht dargestellten Leerlaufverfolgungsschalter
geliefert werden, usw. an die HEV_ECU 20 zurück. Die
E/G_ECU 23 sendet ferner Anfragen, beispielsweise eine
Anfrage, die Verbrennungsmaschine anzuwärmen, an die HEV_ECU 20.
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Die
T/M_ECU 24 steuert die Verbindung und das Lösen der
Verriegelungskupplung 2 und das Gangverhältnis der
CVT 4 basierend auf Informationen, die durch die Multiplex-Verbindung
von der HEV_ECU 20 gesendet wurden, beispielsweise der beabsichtigten
Anzahl von Umdrehungen der primären
Riemenscheibe der CVT 4, einer CVT-Eingangsdrehmoment-Anweisung,
Steuerungskommandos einschließlich
einer Blockieranfrage, der Anzahl von Umdrehungen der Verbrennungsmaschine 1 (Geschwindigkeit
der Verbrennungsmaschine), der Position des Gaspedales, der gewählten Gangposition, die
durch den Inhibitorschalter 14 angegegen wird, dem EIN/AUS-Zustand
des Bremsschalters 12 und den Aktivierungszuständen des
Bremssystems einschließlich
des ABS und Daten betref fend eine vollständig geschlossene Drosselklappe,
die von dem Leerlaufverfolgungssystem geliefert werden.
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Die
T/M_ECU 24 meldet an die HEV_ECU 20 Daten zurück, beispielsweise
die Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Eingangsgrenzdrehmoment, die Anzahl
von Umdrehungen der primären
Riemenscheibe und die Anzahl von Umdrehungen der senkundären Riemenscheibe
der CVT 4, das Abschließen der Verriegelung und den
Gangzustand entsprechend dem Inhibitorschalter 14. Die
T/M_ECU 24 sendet ferner Anfragen, beispielsweise eine
Anfrage zur Erhöhung
der Umdrehungszahl der Verbrennungsmaschine, um die Menge an Öl der CVT 4 zu erhöhen, und
eine Kaltstartanfrage an die HEV_ECU 20.
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Die
BAT_MU 25, die eine sogenannte Energiemanagementeinheit
ist, führt
verschiedene Steuerungen aus, beispielsweise eine Steuerung zum
Laden/Entladen der Batterie, eine Lüftersteuerung, eine externe
Lade/Entlade-Steuerung, um die Funktionen der Hochspannungsbatterie 10A,
die als Spannungsversorgung für
die Motoren A und B dient, und einer Niederspannungsbatterie 10B (siehe 1)
zu verwalten, die als Spannungsversorgung für die verschiedenen Zusatzgeräte und Steuerungsvorrichtungen
dient. Die BAT_MU 25 sendet Daten, die die verbleibende
Kapazität
der Hochspannungsbatterie 10A und die Grenzwerte für Strom
und Spannung der Batterie 10A anzeigen, und Daten, die
anzeigen, daß ein externes
Aufladen im Gange ist, über
die Multiplex-Verbindung an die HEV_ECU 20. Wenn die Hochspannungsbatterie 10A extern
geladen wird, wird ein Schütz 9 geschaltet,
um die Hochspannungsbatterie 10A von der Motor-A-Steuerung 21 und
der Motor-B-Steuerung 22 zu trennen. Die BRK_ECU 26 berechnet
die erforderliche Bremskraft und steuert die Hydraulikdrücke des
Bremssystems basierend auf einer Information, die über die
Multiplex-Ver bindung von der HEV_ECU 20 übertragen wurde,
beispielsweise die regenerierbare Menge, und Regenerationsdrehmoment-Rückmeldungsdaten.
Die BRK_ECU 26 meldet eine Regenerationsmengenanweisung
(Drehmomentanweisung), die Fahrzeuggeschwindigkeit, hydraulische
Drücke
und die Aktivierungszustände
des Bremssystems einschließlich
des ABS an die HEV_ECU 20 zurück.
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Die
Hochspannungsbatterie 10A, die Energie an die Motoren A
und B liefert, ist beispielsweise als Batterieanordnung ausgebildet,
die eine Mehrzahl von Einheitsbatterien aufweisen, die jeweils eine Mehrzahl
von Zellen aufweist, und weist eine Nominalspannung von 240 V auf.
Während
das Fahrzeug fährt,
wird die Hochspannungsbatterie 10A mit der über den
Motor A erzeugten Energie oder der über den Motor B zurückgewonnenen
Energie aufgeladen. Wenn die Kapazität der Hochspannungsbatterie 10A dadurch
fällt,
daß das
Fahrzeug über
einen längeren
Zeitraum nicht bewegt wird, oder aus anderen Gründen und dementsprechend eine
Notfallaufladung erforderlich ist, kann die Hochspannungsbatterie 10A über ein
Ladegerät 50 in 1,
das in einem Kofferraum angeordnet ist, oder dergleichen, geladen
werden unter Verwendung der in dem Fahrzeug installierten 12 V-Gleichspannungsbatterie
oder einer häuslichen
Einphasen-Wechselspannungsversorgung mit 100 V.
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Wie
in 1 dargestellt, weist das Ladegerät den grundsätzlichen
Aufbau mit einem Wandlerabschnitt 51, der eine Eingangs-Gleichspannug
in eine Wechselspannung wandelt und die Wechselspannung auf eine
vorbestimmte Spannung hochtreibt, einem Spannungsverdopplungsabschnitt 53,
der die Ausgangs-Wechselspannung des Wandlerabschnittes 51 oder
eine Eingangs-Wechselspannung von einer externen Spannungsversorgung
außerhalb
des Fahrzeuges auf eine verdoppelte Spannung hochtreibt und die
verdoppelte Spannung in eine Gleichspannung wandelt, und einen externen
Eingangs-/Ausgangsabschnitt 52 auf, der die Wechselspannung
von der externen Spannungsversorgung an den Spannungsverdopplungsabschnitt 53 anlegt und
die Wechselspannung von dem Wandlerabschnitt 51 an eine
externe Einheit anlegt. Das Ladegerät 50 weist ferner
einen Schalterabschnitt 54 auf, der das gleichgerichtete
Gleichspannungs-Ausgangssignal von dem Spannungsverdopplungsabschnitt 53 durchleitet
oder absperrt und den Spannungsverdopplungsabschnitt 53 nur
für eine
vorbestimmte Zeit, die benötigt
wird, um die Batterie 10A zu laden, mit der Hochspannungsbatterie 10A verbindet.
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Der
Wandlerabschnitt 51 ist ein Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wechselrichter,
der grundsätzlich
eine Brückenschaltung
ist, die NPN-Transistoren TR1 – TR4
umfaßt
und ein Eingangsfilter 51a zum Anlegen einer Gleichspannung und
einen Transformator 51b zum Hochtreiben der Ausgangsspanung
der Brückenspannung
aufweist. Der Pluspol der Niederspannungs-(12V-Gleichspannungs-)Batterie 10B,
die in dem Fahrzeug installiert ist, ist über eine Sicherung F1 mit dem
positiven Eingang des Eingangsfilters verbunden, und der Minuspol
der Niederspannungsbatterie 10B ist mit der Erdseite des
Eingangsfilters 51A verbunden.
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Die
Kollektoren der Konsistoren TR1 und TR2 sind miteinander mit dem
positiven Ausgang des Eingangsfilters 51A verbunden. Die
Emitter der Transistoren TR1 und TR2 sind mit den Kollektoren der Transistoren
TR3 bzw. TR4 und ferner mit der Primärwicklung des Transformators 51b verbunden.
Die Emitter der Transistoren TR3 und TR4 sind miteinander mit der
Erdseite des Eingangsfilters 51a verbunden. Jede der Flywheel-Dioden
D1, D2, D3 und D4 ist zwischen dem Kollektor und Emit ter des zugeordneten
der Transistoren TR1, TR2, TR3 und TR4 verbunden. Die Basis der
individuellen Transistoren TR1 – TR4
ist jeweils mit einer nicht dargestellten Steuerungsschaltung in
der BAT_MU 25 verbunden. Signale von dieser Steuerungsschaltung
schalten diese Transistoren TR1 – TR4 ein bzw. aus, um dadurch den
Betrieb des Wechselrichters zu steuern.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist der. externe Eingangs-/Ausgangs-Abschnitt 52 ein elektrischer Anschluß 52a,
der parallel zwischen der Sekundärwicklung
des Transformators 51b und dem Spannungsverdopplungsabschnitt 53 geschaltet
ist und es ermöglicht,
daß die
Ausgangs-Wechselspannung von der Sekundärwicklung des Transformators 51b an
einer externen Einheit benutzt werden kann. Dieser elektrische Anschluß 52a versorgt
den Spannungsverdopplungsabschnitt 53 mit einer kommerziell
erhältlichen
Versorgungsspannung, so daß die Hochspannungsbatterie 10A ohne
Verwendung des Ausgangssignales des Wandlerabschnittes 51 verwendet
werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist der Spannungsverdopplungsabschnitt 53 ein Halbwellen-Spannungsverdopplungsabschnitt,
der Dioden D5 und D6 und Kapazitäten
C1 und C2 (C1 < C2)
aufweist. Im einzelnen ist ein Ende der Kapazität C1 mit der Sekundärwickaung
des Transformators 51b und das andere Ende der Kapazität C1 mit
der Anode der Diode D6 und der Kathode der Diode D5 verbunden. Die
Kathode der Diode D6 ist mit einem Anschluß der Kapazität C2 verbunden.
Der andere Anschluß der
Kapazität
C2, die Anode der Diode D5 und der Erdanschluß der Sekundärwicklung
des Transformators 51b sind miteinander mit dem Minuspol
der Hochspannungsbatterie 10A verbunden. Es sollte zur
Kenntnis genommen werden, daß der
Minuspol (Erdseite) der Hochspannungsbatterie 10A elektrisch
gegen den Minuspol (Erdseite) der Niederspannungsbatterie 10B isoliert
ist.
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Der
Schalterabschnitt 54 ist durch ein elektromagnetisches
Relais RY gebildet, das einen im Normalzustand offenen Relaiskontakt 54a und
eine Relaisspule 54b aufweist, die mit einem Aufladezeitgeber 60 verbunden
sind. Ein Anschluß des
Relaiskontaktes 54a des elektromagnetischen Relais RY ist mit
dem Pluspol der Hochspannungsbatterie 10A über eine
Sicherung F3 verbunden, während
der andere Anschluß mit
einem Knoten zwischen der Kathode der Diode D6 und der Kapazität 2 in
dem Spannungsverdopplungsabschnitt 53 verbunden ist.
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Der
Ladezeitgeber 60 wird beispielsweise über die BAT_MU 25 gesteuert,
und eine Ladezeit entsprechend der verbleibenden Kapazität der Hochspannungsbatterie 10A,
die durch die BAT_MU 25 detektiert wurde, wird in dem Ladezeitgeber 60 eingestellt.
Die Relaisspule 54b des elektromagnetischen Relais RY wid
nur für
die in dem Ladezeitgeber 60 eingestellte Ladezeit mit Energie
beaufschlagt, wobei sie den Relaiskontakt 54a schließt, so daß die Hochspannungsbatterie 10A mit
der gleichgerichteten Ausgangs-Gleichspannung von dem Spannungsverdopplungsabschnitt 53 ausschließlich für die Ladezeit
geladen wird.
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Das
Ladegerät 50 kann
aufgebaut werden, indem der Wandlerabschnitt 51, der externe
Eingangs/Ausgangs-Abschnitt 52 und der Spannungsverdopplungsabschnitt 53 als
integrierte Schaltung ausgelegt werden, wobei das elektromagnetische Relais
RY mit der integrierten Schaltung als externes Element verbunden
ist, oder sie kann so aufgebaut werden, daß alle diese Komponenten einschließlich des
elektromagnetischen Relais RY integriert sind.
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Bei
dem oben beschriebenen Hybridfahrzeug wird die Hochspannungsbatterie 10A durch
das Ladesystem aufge laden, das die von dem Motor A erzeugte Energie
oder die von dem Motor B zurückgewonnene
Energie benutzt. Wenn ein Notfallaufladen über das Ladegerät 50 erforderlich
ist, wird der Relaiskontakt 54a des elektromagnetischen
Relais RY geöffnet,
so daß das
Ladegerät 50 als
Gleichspannungs/Wechselspannungs-Wechselrichter arbeitet.
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In
dieser Situation wird in dem Ladegerät 50 die 12-V-Gleichspannung,
die von der in dem Fahrzeug installierten Niederspannungsbatterie 10B stammt, über das
Eingangsfilter 51a des Wandlerabschnittes 51 über die
Brückenschaltung
der Transistoren TR1 – TR4
in eine Wechselspannung gewandelt. Diese Wechselspannung wird über den
Transformator 51b auf eine vorbestimmte Spannung hochgetrieben,
die an die Kapazitäten
C1 und C2 des Spannungsverdopplungsabschnittes 53 angelegt wird.
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Die
Kapazitäten
C1 und C2 des Spannungsverdopplungsabschnittes 53 werden
daher stets aufgeladen. Hinsichtlich einer leichten Verschlechterung der
chemischen Wandlerbeschichtung, die in einem entladenen Zustand
auftritt, wenn Elektrolytkondensatoren für die Kondensatoren C1 und
C2 verwendet werden, wird stets die Spannung an die Kapazitäten C1 und
C2 angelegt, so daß sich
die Kapazitäten
C1 und C2 von der Verschlechterung selbst erholen. Dies bedeutet,
daß anders
als in dem früheren
Vorschlag, dieses Ausführungsbeispiel
nicht dazu führt, daß die Kondensatoren
C1 und C2 des Spannungsverdopplungsabschnittes 53 über einen
längeren Zeitraum
in einem entladenen Zustand gelassen werden, so daß auf diese
Weise einer sonst wahrscheinlichen Beschleunigung der Verschlechterung
der Kapazitäten
vorgebeugt ist. Die Hochspannungsbatterie 10A kann daher
in einem Notfall sicher geladen werden.
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In
diesem Fall kann das Wechselspannungs-Ausgangs- signal des Wandlerabschnittes 51 über den
elektrischen Anschluß 52a abgenommen werden.
Das Ausgangssignal der Sekundärwicklung des
Transformators 41b wird so eingestellt, daß es ungefähr das gleiche
Niveau wie das Ausgangssignal einer häuslichen 100-V-Wechselspannungsversorgung
aufweist. Dies ermöglicht
es, daß das
Ladegerät 50 zu
Freizeitzwecken oder dergleichen dadurch verwendet wird, daß verschiedene
Arten von Vorrichtungen, die mit einer Wechselspannung von 100 V
arbeiten, beispielsweise Illuminatoren vom Fluoreszenztyp, mit dem
elektrischen Anschluß 52a verbunden
werden.
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Wenn
die Ladeleistung der Hochspannungsbatterie 10A fällt, weil
das Fahrzeug über
einen längeren
Zeitraum gefahren ist oder ungenutzt geblieben ist, wird das Ladegerät 50 für ein Notfalladen
der Hochspannungsbatterie 10A verwendet, wobei die Versorgungsspannung
von einer häuslichen
einphasigen 100-V-Wechselspannung oder von der in dem Fahrzeug installierten
12-V-Gleichspannungsbatterie stammt.
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Um
die häusliche
100-V-Wechselspannungsversorgung zum Laden der Hochspannungsbatterie 10A zu
benutzen, sollte der elektrische Anschluß 52a des Ladegerätes 50 über ein
nicht dargestelltes Kabel mit dem elektrischen Anschluß des häuslichen
100-V-Wechselspannungsnetzes verbunden werden, um die Wechselspannung
von 100 V direkt an den Spannungsverdopplungsabschnitt 53 anzulegen.
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Im
einzelnen wird die 100-V-Wechselspannung über den elektrischen Anschluß 52a des
Ladegerätes 50 zugeführt, und
ein nicht dargestellter Schalter wird auf EIN gesetzt. Im Ergebnis
wird die Ladezeit entsprechend der verbleibenden Kapazität der Hochspannungsbatterie 10A in
dem Ladezeitgeber 60 eingestellt, die Relaisspule 54b des
elektromagnetischen Relais RY wird als Antwort auf das Ausgangssignal
des Ladezeitgebers 60 mit Energie beaufschlagt, wodurch
der Relaiskontakt 54a geschlossen wird und das Laden der
Hochspannungsbatterie 10A mit dem gleichgerichteten Gleichspannungs-Wechselsignal
von dem Spannungsverdopplungsabschnitt 53 beginnt.
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In
dem Spannungsverdopplungsabschnitt 53 werden das Laden
der Kapazität
C1 über
die Diode D5 und das Laden der Kapazität C2 über die Diode D6 jede Halbwelle
der 100-V-Wechselspannung, die über
den elektrischen Anschluß 52a angelegt
ist, wiederholt, und die Kapazität
C2 wird mit der Ladespannung der Kapazität C1 plus der Spannung von
dem elektrischen Anschluß 52a geladen.
Daher wird die Eingangs-Wechselspannung von dem elektrischen Anschluß 52a durch
die Dioden D5 und D6 und die Kapazitäten C1 und C2 spannungsverdoppelt
und wird ungefähr
doppelt so groß wie
der Maximalwert der über
den elektrischen Anschluß 52a eingegebenen
Wechselspannung mit einem Effektivwert und 100 V, nämlich zu
einer Gleichspannung von 280 V, mit der die Hochspannungsbatterie 10A,
die eine Nominalspannung von 240 V aufweist, geladen wird.
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Wenn
die in dem Ladezeitgeber 60 eingestellte Ladezeit abgelaufen
ist, wird das Ausgangssignal des Ladezeitgebers ausgeschaltet, was
die Beaufschlagung der Relaisspule 54b des elektromagnetischen
Relais RY mit Energie beendet und den Relaiskontakt 54a wieder öffnet. Dies
trennt den Spannungsverdopplungsabschnitt 53 von der Hochspannungsbatterie 10A und
beendet das Laden der Batterie 10A. Die Anzeigeeinheit 27 zeigt
den Abschluß des
Ladens an.
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Wenn
eine häusliche
100-V-Wechselspannungsversorgung nicht benutzt werden kann, weil
ein Parkplatz weit von zuhause entfernt ist, oder aus anderen Gründen, wird
die Hochspannungsbatterie 10A unter Verwendung sowohl der
Niederspannungsbatterie 10B, die in dem Fahrzeug installiert
ist, als auch einer 12-V-Gleichspannungsbatterie geladen, die in
einem anderen unterstützenden
Fahrzeug installiert ist, beispielsweise einem Fahrzeug mit Benzinmotor.
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Wenn
die verbleibende Kapazität
der Niederspannungsbatterie 10B, die in dem Fahrzeug installiert
ist, gering ist, wird die 12-V-Niederspannungsbatterie 10B des
Fahrzeugs mit der 12-V-Gleichspannungsbatterie verbunden, die in
dem unterstützenden
Fahrzeug installiert ist, wobei die positiven und negativen Pole
der zuerst genannten Batterie mit den gleichen Polen der zuletzt
genannten Batterie verbunden ist, wobei ein nicht dargestelltes
Starthilfekabel oder dergleichen verwendet wird und der nicht dargestellte
Schalter auf EIN geschaltet wird.
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Dementsprechend
wird die von der 12-V-Gleichspannungsbatterie über das Eingangsfilter 51a eingegebene
Gleichspannung durch die Brückenschaltung
der Transistoren TR1 – TR4
in eine Wechselspannung gewandelt. Diese Wechselspannung wird dann über den
Transformator 51b auf 100 V Wechselspannung hochgetrieben.
Die Ausgangs-Wechselspannung der Sekundärwicklungsseite des Transformators 51b wird über die
Dioden D5 und D6 und die Kapazitäten
C1 und C2 spannungsverdoppelt und wird zu einer Gleichspannung von
ungefähr
280 V.
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Daher
kann die Hochspannungsbatterie 10A gleichermaßen mit
dem Gleichspannungs-Eingangssignal des Spannungsverdopplungsabschnittes 53 über den
Relaiskontakt 54a des elektromagnetischen Relais RY geladen
werden, der ausschließlich
für die von
dem Ladezeitgeber 60 vorbestimmte Ladezeit geschlossen
wird.
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Während des
Ladens zur Hochspannungsbatterie 10A in einem Notfall wird
stets eine Wechselspannung an die Kapazitäten C1 und C2 des Spannungsverdopplungsabschnittes 53 von
dem Wandlerabschnitt 51 angelegt. Es ist daher möglich, eine Situation
zu vermeiden, in der die Verschlechterung der Kapaziäten C1 und
C2 des Spannungsverdopplungsabschnittes 53, insbesondere
die Verschlechterung der Kapazität
C1 es verhindert, daß die
gleichgerichtete Ausgangsspanung des Spannungsverdopplungsabschnitts 53 ansteigt.
Dies ermöglicht
es, die Hochspannungsbatterie 10A zuverlässig zu
laden.
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Mit
anderen Worten kann dadurch, daß der Wandlerabschnitt 51 und
der Spannungsverdopplungsabschnitt 53 des Ladegerätes 50 stets
aktiv gehalten werden, die Lebensdauer der Kapazitäten des Spannungsverdopplungsabschnittes 53 verlängert werden,
und gleichzeitig kann die Erkennungsrate bezogen auf einen Fehler
in dem Ladegerät 50 erhöht werden.
Dies kann zu einer wesentlichen Verbesserung der Zuverlässigkeit
des gesamten Systems führen.
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Es
ist aus der vorangegangenen Beschreibung offensichtlich, daß die Erfindung
die folgenden Vorteile hat.
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Wenn
die Hauptbatterie zum Zuführen
von Antriebsleistung zu Motoren nicht geladen wird, ist die Hauptbatterie
von dem Spannungsverdopplungsabschnitt getrennt, und eine Wechselspannung
von dem Wandlerabschnitt wird stets an die Kapazitäten des
Spannungsverdopplungsabschnittes angelegt. Dies kann verhindern,
daß sich
die Kapazitäten
des Spannungsverdopplungsabschnittes verschlechtern als Folge davon,
daß die
Kapazitäten über einen
langen Zeitraum entladen sind. Dementsprechend kann die Batterie
sogar in einem Notfall zuverlässig
geladen werden. Ferner kann, da der Wandlerabschnitt und der Spannungsverdopplungsabschnitt stets
aktiv gehalten sind, die Rate des Erkennens eines Fehlers in dem
Ladegerät
verbessert werden, was zu einer Verbesserung der Zuverlässigkeit
des gesamten Systems führt.
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Da
in diesem Fall der elektrische Anschluß für ein externes Eingangs- oder
Ausgangssignal zwischen dem Wandlerabschnitt und dem Spannungsverdopplungsabschnitt
vorgesehen ist, kann eine Wechselspannung von einer externen Spannungsversorgung
an den Spannungsverdopplungsabschnitt angelegt werden, ohne daß der Wandlerabschnitt
verbunden wird, um die Hauptbatterie zu laden. Wenn die Hauptbatterie
nicht geladen werden muß,
kann die Ausgangswechselspannung von dem Wandlerabschnitt über den
elektrischen Anschluß abgenommen
und zu anderen Zwecken verwendet werden. Da der Schalterabschnitt
durch ein elektromagnetisches Relais gebildet ist, das eine Zeitverzögerungsoperation über einer
vorbestimmten Ladezeit ausführt,
ist es ferner möglich,
die Hauptbatterie nur für
die vorbestimmte Ladezeit zu laden und auf diese Weise ein Überladen
der Batterie zu verhindern.