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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung
und insbesondere eine Stromversorgungseinrichtung für ein Fahrzeug.
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Zugehöriger Hintergrund der Erfindung
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0002] Üblicherweise
wird ein Wechselrichter (Wechselstromgenerator) verwendet, der als
Ergebnis eines Antriebs durch eine Motorkraft eines Motors einen
Wechselstrom erzeugt, um elektrischen Strom an eine Vielzahl von
elektrischen Bauteilen zu liefern, die in einem Fahrzeug angeordnet
sind (offengelegte
japanische Patentanmeldung
Nr. H8-79915 ). Der Wechselrichter richtet den erzeugten
Wechselstrom mittels einer Diode in gleich, um den Wechselstrom
in Gleichstrom umzuwandeln und liefert den Gleichstrom an jedes
elektrische Bauteil und lädt
die Batterie.
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Eine
Stromversorgungseinrichtung mit einem Wärmesammler und einem thermoelektrischen Wandler
ist aus der
DE1963971 bekannt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
elektrische Last eines jeden der elektrischen Bauteile, zu denen
ein Strom von dem Wechselrichter geliefert wird, schwankt als Ergebnis
des Betriebszustands etc. des Fahrzeugs. Somit schwankt die zum
Betrieb des Wechselrichters notwendige Last ebenfalls. Wenn beispielsweise
die Antriebslast des Wechselrichters zunimmt, nimmt die einem jedem
Rad zugeführte
Antriebskraft ab und die Fahrleigenschaften verschlechtern sich.
Wenn weiterhin der Fahrer, der den Mangel an Antriebskraft fühlt, dann
auf das Gaspedal tritt, um den Mangel an Antriebskraft auszugleichen,
verschlechtert sich der Kraftstoffverbrauch.
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen und
es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromversorgungseinrichtung
bereit zustellen, die es möglich macht,
eine Verschlechterung der Fahreigenschaft zu unterdrücken und
den Kraftstoffverbrauch zu verbessern.
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Die
Stromversorgungseinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung weist auf: eine erste Verdrahtung, die einen ersten Stromgenerator,
der von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird und eine elektrische
Last konstanter Spannung miteinander verbindet, die mit einer bestimmten
Spannung betrieben wird; einen Wärmesammler,
der Kühlwärme und Erwärmungswärme sammelt;
einen thermoelektrischen Wandler, der Strom unter der Verwendung
der im Wärmesammler
gesammelten Wärme
erzeugt und den erzeugten Strom an die Batterie liefert; eine zweite
Verdrahtung, die die Batterie und eine elektrische Last variabler
Spannung miteinander verbindet, die in einem bestimmten Spannungsbereich
betrieben wird; Unterbrechungsmittel in einer dritten Verdrahtung,
die die erste Verdrahtung und die zweite Verdrahtung verbindet und
die erste Verdrahtung und die zweite Verdrahtung unterbricht; und
Steuermittel, die den thermoelektrischen Wandler steuern und auch
die Unterbrechungsmittel auf der Grundlage des Betriebszustands
der Brennkraftmaschine, des Wärmesammlerzustands
vom Wärmesammler
im Ladungszustand der Batterie steuern.
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Bei
der Stromversorgungseinrichtung der vorliegenden Erfindung werden
in dem Fahrzeug angeordnete elektrische Lasten in eine elektrische
Last konstanter Spannung, die mit einer bestimmten Spannung (z.B.
12V) betrieben wird und eine elektrische Last variabler Spannung
unterteilt, die in einem Bereich bestimmter Spannungen (z.B. 5V
bis 16V) betrieben wird. Der Stromgenerator und die elektrische
Last konstanter Spannung werden mittels der ersten Verdrahtung verbunden,
die Batterie und die elektrische Last variabler Spannung werden
mittels der zweiten Verdrahtung verbunden und die ersten und zweiten
Verdrahtungen werden über
Unterbrechungsmittel verbunden. Die Unterbrechungsmittel werden
auf der Grundlage des Betriebszustands der Brennkraftmaschine, des
Ladezustands des Wärmesammlers
und dem Ladezustand der Batterie gesteuert und, wenn die erste Verdrahtung
und die zweite Verdrahtung unterbrochen sind, wird vom Stromgenerator
ausgegebener Strom nur der elektrischen Last konstanter Spannung
zugeführt.
Somit wird die elektrische Last vermindert und Schwankungen in der
Antriebslast für
den Stromgenerator nehmen ab.
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Andererseits,
wenn die Batterie vom Stromgenerator geladen wird, sind die erste
Verdrahtung und die zweite Verdrahtung verbunden und der Strom,
der vom Stromgenerator ausgegeben wird, wird der Batterie und der
elektrischen Last variabler Spannung zugeführt. Die Antriebsbeurteilung
der Unterbrechungsmittel wird hierbei gemäß dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine
durchgeführt,
die den Stromgenerator antreibt. Daher kann eine Neuaufladung in
einem Betriebsbereich, der eine Verschlechterung in der Fahreigenschaft
verursacht, verhindert werden. Weiterhin wird bei dieser Stromversorgungseinrichtung
die elektrische Last variabler Spannung mittels einer niedrigen
Spannung betrieben, die gleich oder niedriger als eine bestimmte Spannung
ist und die Batterie ist in der Lage, eine Stromversorgung von einem
thermoelektrischem Wandler zu empfangen. Im Ergebnis nimmt der Steuerspannungsbereich
der Lade/Entladesteuerung zu und die Freiheit bei der Steuerung
der Unterbrechungsmittel kann erhöht werden. Im Ergebnis werden
Lastschwankungen der Brennkraftmaschine unterdrückt und damit kann eine Verschlechterung
der Fahreigenschaften unterdrückt
werden.
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Die
Steuermittel steuern bevorzugt den thermoelektrischen Wandler abhängig von
der Wärmemenge,
die sich in dem Wärmesammler
gesammelt hat, sowie von dem Batterieladebetrag, der zum Anlassen
der Brennkraftmaschine benötigt
wird.
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In
diesem Fall kann eine verwendbare Wärmeüberschussmenge bestimmt werden,
in dem die im Wärmesammler
gesammelte Wärmemenge
und die benötigte
Wärmemenge
verglichen werden, um die Batterie auf den Batterieladebetrag zu
laden, der das Anlassen der Brennkraftmaschine erlaubt. Im Ergebnis
kann Strom der Batterie vom thermoelektrischen Wandler zugeführt werden,
in dem wirksam die Wärmemenge
genutzt wird, die sich im Wärmesammler
gesammelt hat, wobei die Anlasseigenschaften der Brennkraftmaschine
sichergestellt sind.
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Weiterhin
erlauben es bevorzugt die Steuermittel, dem thermoelektrischen Wandler
zu arbeiten, wenn ein Zündschalter
eines Fahrzeugs abgeschaltet ist und be vorzugt wird die Batterie
auf eine Batterielademenge geladen, die notwendig ist, um die Brennkraftmaschine
anzulassen.
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Somit
können
die Anlasseigenschaften der Brennkraftmaschine sichergestellt werden.
Da weiterhin die Startlademenge für eine Batterieladung durch
den Stromgenerator, wenn der Zündschalter eingeschaltet
worden ist, verringert werden kann, kann der Steuerspannungsbereich
für Lade-
und Entladesteuerung weiter vergrößert werden.
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Die
Stromversorgungseinrichtung der vorliegenden Erfindung weist bevorzugt
Fahrrouteninformationserhaltmittel auf, welche Informationen betreffen
eine Fahrzeugfahrroute ermitteln, wobei die Steuermittel den Fahrzustand
des Fahrzeugs auf der Grundlage der Fahrrouteninformation vorhersagen, die
von den Fahrrouteninformationserhaltmitteln erhalten wurden und
den thermoelektrischen Wandler unter Berücksichtigung des vorhergesagten
Fahrzustands steuern.
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In
diesem Fall wird auf der Grundlage der Fahrrouteninformation, beispielsweise
Anzahl von Kreuzungen, Steigung der Straße, Krümmung der Straße, Vorhandensein
von Stau etc. um Beispiele zu nennen, der Fahrzustand des Fahrzeugs
im Fall der Fahrt entlang einer geplanten Fahrroute vorhergesagt.
Im Ergebnis kann die Batterielademenge, die Wärmesammelmenge etc. wirksam
auf der Grundlage des Fahrzustands des Fahrzeugs verwaltet werden.
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Die
Fahrrouteninformationserhaltungsmittel sind weiterhin bevorzugt
ein Fahrzeugnavigationssystem, welches das Fahrzeug zu einem Zielort
führt und
die Steuermittel sagen bevorzugt die nötige Menge an gesammelter Wärme des
Wärmesammlers
von dem Zielort und der momentanen Position vorher und steuern den
thermoelektrischen Wandler gemäß der nötigen an
gesammelter Wärme.
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In
diesem Fall wird die gesammelte Wärmemenge, die zum Erreichen
eines Zielorts notwendig ist, aus der Lagebeziehung zwischen dem
Zielort und der momentanen Position vorhergesagt. Daher kann die
gesammelte Wärmemenge
des Wärmesammlers und
die vorhergesagte benötigte
Menge an gesammelter Wärme
verglichen werden und die überschüssige gesammelte
Wärmemenge
kann an die Stromversorgung der Batterie verteilt werden. Im Ergebnis kann
Strom der Batterie von dem thermoelektrischen Wandler zugeführt werden,
in dem effektiv die Wärmemenge
genutzt wird, die sich in dem Wärmesammler
gesammelt hat, wobei die nötige
Menge an gesammelter Wärme
sichergestellt ist.
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Die
Stromversorgungseinrichtung der vorliegenden Erfindung weist weiterhin
Umgebungsinformationserhaltmittel auf, welche Informationen betreffend
eine Fahrzeugumgebung erhalten, wobei die Steuermittel die vom Fahrzeug
benötigte
Wärmemenge
auf der Grundlage der Fahrzeugumgebungsinformation vorhersagen,
die von den Umgebungsinformationserhaltmitteln erhalten wurden und
den thermoelektrischen Wandler durch weitere Berücksichtigung der Wärmemenge
steuern. Die Umgebungsinformationserhaltmittel sind hierbei eine
elektronische Steuervorrichtung für die Klimaanlage, welche die
Klimatisierung des Fahrzeuginneren steuert und die elektronische
Steuervorrichtung für
die Klimaanlage ermittelt bevorzugt eine Außenlufttemperatur, eine Fahrzeuginnenraumtemperatur
und eine Klimaanlagensolltemperatur.
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In
diesem Fall wird die vom Fahrzeug benötigte Wärmemenge auf der Grundlage
der Fahrzeugsumgebungsinformation vorhergesagt, beispielsweise der
Temperatur im Fahrzeug, der Luftfeuchtigkeit im Fahrzeug, der Außenlufttemperatur, der
Klimaanlagensolltemperatur, um Beispiele zu nennen. Die gesammelte
Wärmemenge
des Wärmesammlers
und die vorhergesagte Wärmemenge
werden verglichen und die überschüssige gesammelte Wärmemenge
kann an die Stromversorgung der Batterie verteilt werden. Im Ergebnis
kann Strom der Batterie vom thermoelektrischen Wandler zugeführt werden,
in dem effektiv die Wärmemenge
genutzt wird, die sich im Wärmesammler
gesammelt hat, wobei die vom Fahrzeug benötigte Wärmemenge sichergestellt ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Blockdiagramm, das den Gesamtaufbau einer Stromversorgungseinrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
zeigt;
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2 ist
ein Flussdiagramm eines Prozesses für eine thermoelektrische Wandlersteuerung durch
die Stromversorgungseinrichtung;
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3 ist
ein Flussdiagramm eines Prozessablaufs für die thermoelektrische Wandlersteuerung, wenn
die Zündung
abgeschaltet ist;
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4 ist
ein Flussdiagramm eines Prozessablaufs für die thermoelektrische Wandlersteuerung, wenn
die Zündung
abgeschaltet ist;
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5 ist
ein Flussdiagramm eines Prozessablaufs zur Ladesteuerung durch die
Stromversorgungseinrichtung;
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6 zeigt
ein Beispiel einer Ladestart-Batteriespannungsmappe;
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7 zeigt
ein Beispiel einer Soll-Ladungsmengenmappe;
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8 zeigt
eine Änderung
im Ladezustand einer Batterie, welche einer Lade- und Entladesteuerung
unterworfen ist.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Bevorzugte
Ausführungsform
einer vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme
auf die Zeichnung beschrieben. Gleiche Bezugszeichen werden für Teile
verwendet, welche in der Zeichnung gleich oder äquivalent sind.
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Zunächst wird
der Aufbau einer Stromversorgungseinrichtung 1 gemäß dieser
Ausführungsform unter
Verwendung von 1 beschrieben. 1 ist ein
Blockdiagramm, das den Gesamtaufbau der Stromversorgungseinrichtung 1 zeigt,
die in ein Fahrzeug eingebaut ist.
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Die
das Fahrzeug antreibende Antriebskraft wird von einem Motor 10 erzeugt,
der eine Brennkraftmaschine bildet. Der Motor 10 selbst
ist ein allgemeiner Motor, wie er hinlänglich bekannt ist. Der Ausgang
vom Motor 10 wird über
ein Getriebe oder ein Differenzial etc. den Antriebsrädern übertragen,
um das Fahrzeug anzutreiben. Weiterhin sind ein Wechselrichter (Stromgenerator) 11 und
ein Klimaanlagenkompressor 12, die unter Verwendung eines
Teils des Ausgangs vom Motor 10 angetrieben werden, an
den Motor 10 angebracht vorhanden.
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Der
Wechselrichter 11 enthält
einen Gleichrichter, der einen Wechselstrom, der von einem Wechselstromgenerator
erzeugt wird, gleichrichtet, um einen Gleichstrom zu erzeugen, sowie
einen IC-Regulierer, der die Ausgangsspannung reguliert und der
Wechselrichter 11 gibt einen Gleichstrom aus. Der Wechselrichter 11 ist
mit einer elektronischen Steuervorrichtung für Lade- und Entladesteuerung
(nachfolgend „Lade- und Entlade-ECU" genannt) 30 verbunden
und der erzeugte Strom wird durch Regulierungen des Erregungsstroms
variabel gesteuert.
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Eine
elektrische Last 14 konstanter Spannung, die von einer
Konstantspannung von 12V oder dergleichen betrieben wird, ist über eine
erste Verdrahtung 13 mit dem Wechselrichter 11 verbunden. Die
elektrische Last 14 konstanter Spannung ist als Änderung
einer Funktion ausgedrückt,
die gestattet, dass die Auswirkungen der Wegnahme einer bestimmten
Spannung von Fahrer wahrgenommen werden und entspricht damit einem
Licht, dessen Helligkeit sich ändert,
wenn die bestimmte Spannung weggenommen wird, oder eines Scheibenwischers, dessen
Antriebsgeschwindigkeit sich ändert,
etc.
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Andererseits
ist eine elektrische Last 17 variabler Spannung, die in
einem bestimmten Spannungsbereich betrieben wird, über die
zweite Verdrahtung 16 mit einer Batterie 15 verbunden,
die im Fahrzeug eingebaut worden ist. Als elektrische Last 17 variabler
Steuerung kann eine Vielzahl von elektronischen Steuervorrichtungen
(ECU) und Sensoren als Beispiel genannt werden. Diese Lasten sind
so ausgelegt, dass ihr Betrieb bei 5V bis 16V beziehungsweise 8V
bis 16V sichergestellt ist, um Beispiele zu nennen. Somit erzeugen
diese Lasten keine Schwankung in ihrer Funktion, selbst wenn es
eine Spannungsänderung
gibt. Weiterhin sind ein Stromsensor, der einen Lade- und Entladestrom
für die
Batterie 15 erkennt, ein Spannungssensor, der die Batteriespannung
erkennt und ein Temperatursensor, der Batterietemperatur erkennt,
an der Batterie 15 angebracht. Der Stromsensor, der Spannungssensor und
der Tempera tursensor sind mit der Lade- und Entlade-ECU 30 verbunden
und die erkannten Signale werden der Lade- und Entlade-ECU 30 ausgegeben.
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Die
erste Verdrahtung 13 und die zweite Verdrahtung 16 sind über Relais 18 das
eine Verdrahtung unterbricht, mit einer dritten Verdrahtung 19 verbunden.
Das Relais 18 ist mit der Lade- und Entlade-ECU 30 verbunden
und von einem Steuersignal der Lade- und Entlade-ECU 30 betrieben.
Die erste Verdrahtung 13 und die zweiter Verdrahtung 16 werden
als Ergebnis des Ein- und Ausschaltens des Relais 18 unterbrochen.
D.h., das Relais 18 arbeitet als ein Unterbrechungsmittel.
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Wenn
das Relais 18 AUS ist, ist die Verbindung zwischen der
ersten Verdrahtung 13 und der zweiten Verdrahtung 16 unterbrochen.
Somit wird von dem Wechselrichter 11 erzeugter Strom der
elektrischen Last 14 konstanter Spannung über die
erste Verdrahtung 13 zugeführt und von der Batterie 15 ausgegebener
Strom mit der elektrischen Last 17 variabler Spannung über die
zweite Verdrahtung 16 zugeführt. Wenn andererseits das
Relais 18 EIN ist, sind die erste Verdrahtung und die zweite
Verdrahtung über
die dritte Verdrahtung und das Relais 18 verbunden. Vom
Wechselrichter 11 erzeugter Strom wird danach der elektrischen
Last 17 variabler Spannung und der Batterie 15 zugeführt und
die Batterie 15 wird geladen.
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Weiterhin
ist ein thermoelektrischer Wandler 20, der thermische Energie
in elektrische Gleichstromenergie unter Verwendung eines thermoelektrischen
Elements wandelt, mit der Batterie 15 verbunden. Der vom
thermoelektrischen Wandler erzeugte Strom wird der Batterie 15 zugeführt und
die Batterie 15 wird geladen. Der thermoelektrische Wandler 20 wird
gebildet dadurch, dass er eine Mehrzahl von thermoelektrischen Elementen
aufweist, wobei Erwärmungswärme von
einem Erwärmungssammelabschnitt 22 eines
Wärmesammlers 21 einem
Anschluss der thermoelektrischen Elemente zugeführt wird und Kühlwärme von
einem Kühlsammlerabschnitt 23 des
Wärmesammlers 21 den
anderem Anschluss zugeführt
wird. Da ein Anschluss der thermoelektrischen Elemente erwärmt wird
und der andere Anschluss gekühlt
wird, wird über
die Anschlüsse
der thermoelektrischen Elemente hinweg eine Temperaturdifferenz
erzeugt und als Ergebnis des Seebeck- Effekts wird anhand dieser
Temperatur differenz eine elektromotorische Kraft erzeugt. Die Stromerzeugungsmenge
des thermoelektrischen Wandlers 20 wird durch die Lade-
und Entlade-ECU 30 reguliert.
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Der
Wärmesammler 21 wird
dadurch gebildet, dass er den Wärmesammelabschnitt 22 aufweist,
der Erwärmungswärme sammelt,
und einen Kühlsammelabschnitt 20 der
Kühlwärme sammelt. Kühlwasser
vom Motor 10 wird durch den Wärmesammelabschnitt 22 geführt und
Erwärmungswärme wird
als Ergebnis einer Erwärmung
des Wärmesammelmaterials
in dem Wärmesammelabschnitt 22 durch
die Wärme
von dem Motorkühlwasser
gesammelt. Andererseits wird ein Kühlmedium, das von einem Klimaanlagenkompressor 12 komprimiert
und mittels eines Kondensors verflüssigt wird, in dem Kühlsammelabschnitt 23 verdampft
und Kühlwärme wird
durch Kühlen
des Kühlsammelmaterials
in den Kühlsammelabschnitt 23 durch
Verdampfungswärme gesammelt,
wenn die Verdampfung durchgeführt wird.
An dem Wärmesammelabschnitt 22 und
dem Kühlsammelabschnitt 23 des
Wärmesammlers 21 ist jeweils
ein Temperatursensor angebracht. Die Temperatursensoren sind mit
der Lade- und Entlade-ECU 30 verbunden und Erkennungssignale
werden an die Lade- und Entlade-ECU 30 ausgegeben. Wie
bereits beschrieben wird Erwärmungswärme und
Kühlwärme, die
in dem Wärmesammler 21 gesammelt
wird, dem thermoelektrischen Wandler 20 zugeführt. Weiterhin
wird die Erwärmungswärme und
die Kühlwärme, die
in dem Wärmesammler 21 gesammelt
wurde, durch die Klimaanlage 24 bei der Klimatisierung
des Fahrzeuginnenraums verwendet.
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Wie
bereits erwähnt
treibt die Lade- und Entlade-ECU 30 das Relais 18 gemäß dem Betriebszustand
des Motors 10, des Wärmesammelzustands des
Wärmesammlers 21 und
dem Ladezustand (SOC) der Batterie 15 und der thermoelektrische Wandler 20 wird
gemäß dem Ladezustand
der Batterie 15 und dem Wärmesammelzustand des Wärmesammlers 21 gesteuert.
D.h., die Lade- und Entlade-ECU 30 arbeitet als Steuermittel.
Weiterhin ist auch der Zündschalter 25 mit
der Lade- und Entlade-ECU 30 verbunden und der Stromversorgungszustand
des Fahrzeugs wird durch die Lade- und Entlade-ECU 30 überwacht.
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Eine
elektronische Steuervorrichtung der Klimaanlage (nachfolgend "Klimaanlagen-ECU") 33 steuert
die Klimatisierung des Fahrzeuginneren durch variable Steue rung
der Kühlmediumabgabemenge
(Kompressorleistung) des Klimaanlagenkompressors 12 etc.
Ein Außenlufttemperatursensor,
der die Temperatur außerhalb
des Fahrzeugs erkennt, ein Fahrzeuginnenraumtemperatursensor, der
die Temperatur im Fahrzeuginnenraum erkennt und ein Bedienfeld sind
mit der Klimaanlagen-ECU 33 verbunden. Die Solltemperatur,
der Luftflussmodus, die Luftflussmenge etc. werden mittels des Bedienfelds eingestellt.
D.h., die Klimaanlagen-ECU 33 dient als Umgebungsinformationserhaltmittel
zum Erhalten vom Fahrzeug umgebungsinformationen wie Außenlufttemperatur,
Fahrzeuginnenraumtemperatur und Solltemperatur.
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Eine
elektronische Steuervorrichtung die Motorsteuerung (nachfolgend „FI-ECU" genannt) 31 steuert
zusammengefasst die Arbeitsweise des Motors 10 durch Regulierung
der Ansaugluftmenge, der Kraftstoffeinspritzmenge, des Zündzeitpunkts
etc. gemäß dem Betriebszustand
des Motors 10.
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Lade-
und Entlade-ECU 30, FI-ECU 31 und Klimaanlagen-ECU 31 sind
jeweils gebildet aus einem Mikroprozessor zur Durchführung für Berechnungen,
einem ROM zur Speicherung eines Programms oder dergleichen, sodass
der Mikrocomputer Prozesse durchführen kann, und einem Backup-RAM
zum Speichern des Speicherinhalts mittels RAM, um verschiedene Daten
zu speichern, wie Rechenergebnisse, sowie die Batterie 15 etc.
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Die
Lade- und Entlade-ECU 30, die FI-ECU 31 und die
Klimaanlage-ECU 33 sind durch eine Kommunikationsleitung 40,
beispielsweise ein CAN (Controler Area Network) verbunden und so
aufgebaut, dass gegenseitiger Datenaustausch möglich ist. Informationen wie
Motorlast und Schaltposition des Getriebes werden von der FI-ECU 31 der
Lade- und Entlade-ECU 30 über die Kommunikationsleitung 40 übertragen.
Weiterhin werden Fahrzeugumgebungsinformationen wie Außenlufttemperatur
und Fahrzeugrauminnentemperatur von der Klimaanlagen-ECU 33 der
Lade- und Entlade-ECU 30 übertragen.
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Die
Lade- und Entlade-ECU 30 ist mit der Kommunikationsleitung 40 auch
mit einem Fahrzeugnavigationssystem 32 verbunden, die das
Fahrzeug zu einem Zielort führt.
Das Fahrzeugnavigationssystem 32 enthält ein Speichermedium wie eine Fest platte
oder DVD zur Speicherung von Informationen hinsichtlich Fahrbahn
und Topografie, beispielsweise die Lage von Kreuzungen, Fahrbahnsteigungen
und Fahrbahnkrümmungen,
sowie andere Informationen (beispielsweise Informationen über Einrichtungen).
Weiterhin weist das Navigationssystem 32 eine Kommunikationsfunktion
auf und ist auch in der Lage, meteorologische Informationen (Wetter), Stauinformationen
etc. von außerhalb
des Fahrzeugs zu erlangen. Das Fahrzeugnavigationssystem 32 kann
auch mittels der Kommunikationsfunktion die oben genannten Informationen
hinsichtlich Fahrbahn und Topografie etc. ermitteln.
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Wenn
der Zielort festgesetzt worden ist, erlangt das Fahrzeugnavigationssystem 32 die
empfohlene Route, sowie Vorrouteninformationen wie Lage von Kreuzungen,
Fahrbahnneigungen, Fahrbahnkrümmungen
und Stauinformationen für
alle Abschnitte der Route. D.h., das Fahrzeugnavigationssystem 32 arbeitet
als Fahrrouteninformationserhaltmittel, welches Fahrrouteninformationen
erhält.
Weiterhin wird die Fahrbahneigenposition unter Verwendung von GPS,
Gyro oder dergleichen erkannt. Das Fahrzeugnavigationssystem 32 überträgt die erhaltene
Fahrrouteninformation und die Fahrzeugeigenposition über die
Kommunikationsleitung 40 an die Lade- und Entlade-ECU 30.
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Die
Arbeitsweise der Stromversorgungseinrichtung 1 wird nachfolgend
unter Bezugnahme auf die 2 bis 5 beschrieben.
Zuerst sei die Steuerung des thermoelektrischen Wandlers durch die Stromversorgungseinrichtung 1 unter
Bezugnahme auf 2 beschrieben. 2 ist
ein Flussdiagramm, das den Prozessablauf für die Steuerung des thermoelektrischen
Wandlers durch die Stromversorgungseinrichtung 1 zeigt.
Dieser Ablauf wird von der Lade- und Entlade-ECU 30 durchgeführt und
mit einem bestimmten Zeitverhalten von der Zeit an, zu der die Energieversorgung
des Fahrzeugs eingeschaltet wird bis zu der Zeit wiederholt durchgeführt, zu
der die Energieversorgung ausgeschaltet wird.
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Im
Schritt S100 werden der Zielort, die momentane Position (Fahrzeugeigenposition)
und die Fahrrouteninformation wie Lage von Kreuzungen hinsichtlich
der festgesetzten Fahrroute, Routensteigerungen, Routenkurven und
Stauinformationen vom Fahrzeugnavigationssystem 32 gelesen.
Im folgenden Schritt S102 werden Fahrzeug umgebungsinformationen
wie Außenlufttemperatur,
Fahrzeuginnenraumtemperatur und Solltemperatur der Klimaanlage 24 etc.
von der Klimaanlagen-ECU 33 gelesen.
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Danach
wird im Schritt S 104 die benötigte Wärmemenge bis zur Ankunft am
Zielort auf der Grundlage der Fahrrouteninformation und der Fahrzeugumgebungsinformation
geschätzt,
welche in den Schritten S100 bzw. S102 gelesen wurden. Die Wärmemenge,
die zum Laden der Batterie 15 auf den Batterieladebetrag
notwendig ist, der zum Anlassen des Motors 10 nötig ist,
wird auch berücksichtigt. Weiterhin
wird im Schritt S106 die Wärmemenge,
die sich im Wärmesammler 21 gesammelt
hat, auf der Grundlage der entsprechenden Temperatur des Volumens
etc. des Kühlsammelmaterials
und des Wärmesammelmaterials
bestimmt.
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Im
folgenden Schritt S108 werden die nötige Wärmemenge, die im Schritt S104
geschätzt
wurde und die gesammelte Wärmemenge,
die im Schritt S106 bestimmt wurde, verglichen und es erfolgt eine Beurteilung
dahingehend, ob eine überschüssige Wärmemenge
vorliegt. Wenn die benötigte
Wärmemenge
größer als
die gesammelte Wärmemenge
ist, d.h., wenn es keinen Überschuss
an Wärmemenge gibt,
schert der Prozessablauf vorübergehend
aus. Wenn andererseits die gesammelte Wärmemenge größer als die nötige Wärmemenge
ist, d.h., wenn sich ein Wärmeüberschuss
gesammelt hat, geht der Auflauf zum Schritt S110.
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Im
Schritt S110 wird von der FI-ECU 31 eine Motorlast gelesen.
Weiterhin wird im folgenden Schritt S112 die Schaltposition des
Getriebes von FI-ECU 31 gelesen.
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Danach
erfolgt im Schritt S114 eine Beurteilung dahingehend, ob es eine
Möglichkeit
gibt, um einen Gang herunterzuschalten, und zwar basierend auf der
Fahrrouteninformation wie Fahrbahnsteigung, gelesen im Schritt S100
und Information wie Motorlast, Schaltposition etc. aus den Schritten
S110 und S112. Wenn beurteilt wird, dass es eine Möglichkeit
gibt, um einen Gang herunterzuschalten, geht der Ablauf zum Schritt
S118. Wenn andererseits beurteilt wird, dass es keine Möglichkeit
gibt, einen Gang herunterzuschalten, geht der Ablauf zum Schritt
S116.
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Dem
Schritt S116 erfolgt eine Beurteilung, ob bis zur Ankunft am Zielort
ein Hochlastbetriebsbereich vorliegt, auf der Grundlage der Fahrrouteninformation
wie Fahrbahnsteigung, Fahrbahnkrümmung und
Stauinformationen und Informationen wie Motorspezifikationen. Wenn
hier beurteilt wird, dass es einen Hochlastbetriebsbereich gibt,
geht die Verarbeitung zum Schritt S118. Wenn andererseits beurteilt wird,
dass es keinen Hochleistungsbetriebsbereich gibt, schert der Prozessablauf
vorübergehend
aus.
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Im
Schritt S118 werden die elektrischen Lastbeträge der elektrischen Last 14 konstanter
Spannung und elektrischen Last 17 variabler Spannung aus
dem Stromerzeugungsbetrag (oder Spannungswert oder Stromwert der
ersten Verdrahtung 13) des Wechselrichters 11,
dem Lade- und Entladebetrag der Batterie 15 und dem Stromerzeugungsbetrag
des thermoelektrischen Wandlers (oder Stromwert oder Spannungswert
der zweiten Verdrahtung 16) etc. bestimmt. Im folgenden
Schritt S120 wird die benötigte Strommenge
gemäß dem im
Schritt S118 bestimmten elektrischen Lastbetrag berechnet.
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Danach
werden im Schritt S122 Kühlwärme und
Erwärmungswärme vom
Warmesammler 21 dem thermoelektrischen Wandler 21 zugeführt und eine
Stromerzeugung wird vom thermoelektrischen Wandler 20 gemäß dem im
Schritt S120 bestimmten nötigen
Strombetrag durchgeführt.
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Die
Steuerung des thermoelektrischen Wandlers (wenn der Zündschalter
ausgeschaltet ist) wird nachfolgend unter Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist
ein Flussdiagramm, das einen Prozessablauf für die Steuerung des thermoelektrischen Wandlers
aufzeigt, wenn die Zündung
aus ist. Dieser Ablauf wird von der Lade- und Entlade-ECU 30 durchgeführt und
abgearbeitet, nachdem die Stromversorgung des Fahrzeugs abgeschaltet
worden ist.
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Im
Schritt S200 erfolgt eine Beurteilung, ob der Zündschalter 25 abgeschaltet
worden ist. Die Verarbeitung geht zum Schritt S202, wenn der Zündschalter 25 abgeschaltet
wurde. Wenn andererseits der Zündschalter 25 nicht
abgeschaltet wurde, schert der Prozessablauf vorübergehend aus und die oben erwähnte Steuerung
des thermoelektrischen Wandlers wird durchgeführt.
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Im
Schritt S202 wird der thermoelektrische Wandler 20 betrieben,
die sich im Wärmesammler 21 angesammelte
Wärme wird
vollständig
in Strom umgewandelt und die Batterie 15 wird geladen.
Im Ergebnis wird die Anlasscharakteristik des Motors 10 sichergestellt.
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Eine
weitere Steuerung des thermoelektrischen Wandlers, wenn der Zündschalter
abgeschaltet worden ist, wird nachfolgend und im Bezug auf 4 beschrieben. 4 ist
ein Flussdiagramm, das einen anderen Prozessablauf für die Steuerung des
thermoelektrischen Wandlers zeigt, wenn die Zündung ausgeschaltet ist. Dieser
Ablauf wird ebenfalls von der Lade- und Entlade-ECU 30 durchgeführt und
abgearbeitet, nachdem die Stromversorgung des Fahrzeugs abgeschaltet
worden ist.
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Im
Schritt S300 werden Ziel, Ort und momentane Position (Fahrzeugeigenposition)
vom Fahrzeugnavigationssystem 32 gelesen. Im folgenden Schritt
S302 erfolgt eine Beurteilung, ob der Zündschalter 25 abgeschaltet
worden ist. Wenn der Zündschalter 25 abgeschaltet
worden ist, geht der Ablauf zum Schritt S304. Wenn andererseits
der Zündschalter 25 nicht
abgeschaltet worden ist, schert der Prozessablauf vorübergehend
aus und die oben erwähnte
Steuerung des thermoelektrischen Wandlers wird durchgeführt.
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Im
Schritt S304 werden Zielort und momentane Position aus Schritt S300
verglichen und es erfolgt eine Beurteilung, ob das Fahrzeug am Zielort angekommen
ist. Wenn hierbei beurteilt wird, dass das Fahrzeug am Zielort angekommen
ist, geht der Ablauf zum Schritt S306. Wenn andererseits beurteilt wird,
dass das Fahrzeug noch nicht am Zielort angekommen ist, geht der
Ablauf zum Schritt S308.
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Im
Schritt S306 wird der thermoelektrische Wandler 20 betrieben
und die Batterie 15 geladen. Da in diesem Fall das Fahrzeug
bereits am Zielort angekommen ist, wird die Batterie 15 als
Ergebnis der Wärmemenge
geladen, die sich im Wärmesammler 21 gesammelt
hat und vollständig
in Strom umgewandelt wird. Danach endet dieser Ablauf.
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Im
Schritt S308 wird die Ladezeit der Batterie 15 auf die
Grundlage des Batterieladebetrags bestimmt, der nötig ist
zum Neuanlassen des Motors 10. Danach werden im folgenden
Schritt S210 Kühlwärme und
Erwärmungswärme vom
Wärmesammler 21 dem
thermoelektrischen Wandler 20 zugeführt und eine Stromerzeugung
wird vom thermoelektrischen Wandler 20 durchgeführt, bis
die bestimmte Ladezeit verstrichen ist. Die Batterie 15 wird
dann auf den Ladbetrag geladen, der einen Neustart ermöglicht.
Der Ablauf endet dann.
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Die
Ladesteuerung durch die Stromversorgungseinrichtung 1 wird
nachfolgend unter Bezug auf 5 beschrieben. 5 ist
ein Flussdiagramm, das den Prozessablauf für die Ladungssteuerung durch
die Stromversorgungseinrichtung 1 zeigt. Dieser Ablauf
wird von der Lade- und Entlade-ECU 30 durchgeführt und
mit bestimmtem Zeitverhalten ausgehend von der Zeit, zur der die
Stromversorgung für das
Fahrzeug eingeschaltet worden ist bis zu der Zeit wiederholt durchgeführt, zu
der die Stromversorgung abgeschaltet wird.
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Im
Schritt S400 wird der Motorbetriebszustand, beispielsweise die Motorlast
von der FI-ECU 31 gelesen. Danach erfolgt im Schritt S402
eine Beurteilung, ob der Betriebszustand ein Betriebszustand ist,
der ein Laden ohne Verschlechterung der Fahreigenschaften gestattet,
was auf der Grundlage der im Schritt S400 gelesenen Motorlast erfolgt. Wenn
hierbei beurteilt wird, dass der Betriebszustand ein Betriebszustand
ist, der ein Laden ohne Verschlechterung der Fahreigenschaft erlaubt,
geht der Ablauf zum Schritt S404. Wenn andererseits beurteilt wird,
dass der Betriebszustand ein Betriebszustand ist, der eine Ladung
ohne Verschlechterung der Fahreigenschaften nicht erlaubt, tritt
der Ablauf vorübergehend
aus diesem Prozess aus.
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Im
Schritt S404 wird die Wärmemenge,
die sich im Wärmesammler 21 gesammelt
hat, auf der Grundlage von Temperatur und Volumen etc. des Kühlsammelmaterials
und des Wärmesammelmaterials
bestimmt.
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Im
folgenden Schritt S406 wird die Ladestartbatteriespannung (oder
Batterielademenge) des Wechselrichters 11 auf der Grundlage
der gesammelten Wärmemenge
gesetzt, die sich im Wärmesammler 21 gesammelt
hat (bestimmt im Schritt S404), so wie der Temperaturdifferenz zwischen
der Temperatur des Wärmesammelabschnitts 22 und
der Temperatur des Kühlsammelabschnitts 23.
Genauer gesagt, eine Mappe (Ladestartbatteriespannungsmappe, in
der die Beziehung zwischen der Wärmemenge,
die sich im Wärmesammler 21 gesammelt hat,
der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Wärmesammelabschnitts 22 und
des Kühlsammelabschnitts 23 und
der Ladestartbatteriespannung angegeben ist, wird im ROM der Lade-
und Entlade-ECU 30 gespeichert. Weiterhin wird in der Ladestartbatteriespannungsmappe
mittels der gesammelten Wärmemenge
und der Temperaturdifferenz gesucht und die Ladestartbatteriespannung
wird bestimmt.
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Gemäß 6 wird
die Ladestartbatteriespannungsmappe so gebildet, dass die Ladestartbatteriespannung
fällt,
wenn die gesammelte Wärmemenge
im Wärmesammler 21 zunimmt.
Weiterhin ist die Ladestartbatteriespannungsmappe so gebildet, dass
die Ladestartbatteriespannung um eine Stufe fällt, die mit der Temperaturdifferenz
zwischen der Temperatur des Warmsammelabschnitts 22 und
der Temperatur des Kühlsammelabschnitts 23 zunimmt. Im
Ergebnis wird gemäß 8 der
Steuerspannungsbereich der Lade- und Entladesteuerung erweitert
und der Steuerzyklus wird länger,
wenn die gesammelte Wärmemenge
des Wärmesammlers 21 zunimmt.
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Danach
erfolgt im Schritt S408 eine Beurteilung dahingehend, ob die Spannung
der Batterie 15 niedriger als die Ladestartbatteriespannung
ist, die im Schritt S430 gesetzt wurde. Wenn hierbei die Spannungsbatterie 15 niedriger
als die Ladestartbatterie ist, geht der Ablauf zum Schritt S410.
Wenn andererseits die Spannung der Batterie 15 gleich oder größer als
die Ladestartbatteriespannung ist, schert der Prozessablauf vorübergehend
aus.
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Im
Schritt S410 wird der elektrische Lastbetrag der elektrischen Last 17 variabler
Spannung aus dem Lade- und Entladebetrag der Batterie 15 und dem
Stromerzeugungsbetrag (oder Spannungswert und Stromwert der zweiten
Verdrahtung 16) des thermoelektrischen Wandlers bestimmt.
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Danach
wird im Schritt S412 eine Solllademenge in der Batterie 15 auf
der Grundlage des elektrischen Lastbetrags der elektrischen Last 17 variabler
Spannung aus Schritt S410 und der Motorlast gesetzt. Genauer gesagt,
eine Mappe (Sollladungsmengemappe), welche die Beziehung zwischen
dem elektrischen Lastbetrag der elektrischen Last 17 variabler
Spannung, der Motorlast und dem Sollladebetrag der Batterie 15 herstellt,
ist im ROM der Lade- und Entlade-ECU 30 gespeichert. Weiterhin
wird nach dem Sollladebetrag mittels des elektrischen Lastbetrags
und der Motorlast gesucht und der Sollladebetrag wird bestimmt.
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Gemäß 7 ist
die Sollladebetragsmappe so gebildet, dass der Sollladebetrag zunimmt,
wenn der elektrische Lastbetrag der elektrischen Last 17 weiter
an Spannung zunimmt. Weiterhin ist die Sollladebetragsmappe so gebildet,
dass der Sollladebetrag zunimmt, wenn die Motorlast leichter wird.
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Im
folgenden Schritt S414 wird das Relais 18 gemäß dem Sollladebetrag
der Batterie 15 aus Schritt S412 eingeschaltet. Im Ergebnis
wird vom Wechselrichter 11 erzeugter Strom der Batterie 15 über das
Relais 18 zugeführt
und die Batterie 15 wird geladen.
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Somit
ist bei der Stromversorgungseinrichtung 1 die elektrische
Last am Fahrzeug in die elektrische Last 14 konstanter
Spannung, die mit 12V betrieben wird und die elektrische Last 17 variabler Spannung,
die beispielsweise zwischen 5V und 16V betrieben wird, unterteilt.
Der Wechselrichter 11 und die elektrische Last 14 konstanter
Spannung sind mittels der ersten Verdrahtung 13 verbunden,
die Batterie 15 und die elektrische Last 17 variabler Spannung
sind mittels der zweiten Verdrahtung 16 verbunden und die
erste Verdrahtung 13 und die zweite Verdrahtung 16 sind über das
Relais 18 verbunden. Das Relais 18 wird auf der
Grundlage des Betriebszustands des Motors 10, des Wärmesammelzustands
des Wärmesammlers 21 und
dem Ladezustand der Batterie 15 gesteuert. Wenn die erste Verdrahtung 13 und
die zweiter Verdrahtung 16 unterbrochen sind, wird Strom,
der vom Wechselrichter 11 ausgegeben wird, nur der elektrischen
Last 14 konstanter Spannung zugeführt. Somit wird die mit dem
Wechselrichter 11 verbundene elektrische Last erleichtert
und Antriebslastschwankung im Wechselrichter 11 nehmen
ab.
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Beispielsweise
in einer Situation, wo beim Fahren auf einer Schnellstraße die von
dem Motor 10 erzeugte Wärmemenge
zunimmt und die Wärmemenge,
die im Wärmesammler 21 gesammelt
wird, zunimmt, kann folgendes in Betracht gezogen werden: In einer
solchen Situation erzeugt der thermoelektrische Wandler 20 eine
Spannung von 12V oder mehr und dieser Strom kann der elektrischen
Last 17 variabler Spannung zugeführt werden. In einer solchen
Situation wird Strom vom Wechselrichter 11 nur der elektrischen
Last 14 konstanter Spannung zugeführt und somit nehmen Antriebslastschwankungen am
Wechselrichter 11 ab.
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Wenn
andererseits eine Ladung vom Wechselrichter 11 an die Batterie 15 durchgeführt wird, sind
die erste Verdrahtung 13 und die zweite Verdrahtung 16 verbunden
und der Strom, der vom Wechselrichter 11 ausgegeben wird,
wird der Batterie 15 und der elektrischen Last variabler
Spannung zugeführt.
Hierbei erfolgt die Antriebsbeurteilung für das Relais 18 gemäß dem Betriebszustand
etc. des Motors 10, der den Wechselrichter 11 betreibt.
Eine Ladung in einem Betriebsbereich derart, dass die Fahreigenschaften
verschlechtert werden, kann damit verhindert werden. Zusätzlich kann
bei der Stromversorgungseinrichtung 1 die elektrische Last 17 variabler
Spannung, der Strom von der Batterie 15 zugeführt wird,
mittels einer geringen Spannung von 12V oder weniger (Beispiele)
betrieben werden und die Batterie 15 ist auch in der Lage,
eine Stromversorgung vom thermoelektrischen Wandler 20 zu empfangen.
Somit wird der Steuerspannungsbereich für die Lade- und Entladesteuerung
erweitert und die Steuerungsfreiheit für das Relais 18 kann
erhöht
werden. Im Ergebnis werden Lastschwankungen für den Motor 10 unterdrückt und
damit kann eine Verschlechterung der Fahreigenschaften unterdrückt werden
und der Kraftstoffverbrauch kann verbessert werden.
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Bei
der Stromversorgungseinrichtung 1 wird die notwendige Wärmemenge
bis zur Ankunft am Zielort auf der Grundlage der Positionsbeziehung zwischen
dem Zielort und der momentanen Position, der Fahrrouteninformation
wie Fahrbahnneigung und dem Vorhandensein von Staus und Fahrzeugumgebungsinformationen
wie Fahrzeuginnentemperatur und Klimaanlagensolltemperatur vorhergesagt.
Weiterhin wird der thermoelektrische Wandler 20 gesteuert,
indem die Wärmemenge
berücksichtigt
wird, die zum Laden der Batterie 15 auf einem Batterieladezustand
notwendig ist, der ein Anlassen des Motors 10 erlaubt,
und zwar zusätzlich
zu der geschätzten
nötigen
Wärmemenge.
Im Ergebnis kann Strom vom thermoelektrischen Wandler 20 der
Batterie 15 zugeführt
werden, indem effizient die Wärmemenge
genutzt wird, die sich im Wärmesammler 21 gesammelt hat,
wobei die notwendige Wärmemenge
sichergestellt ist.
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Weiterhin
wird bei der Stromversorgungseinrichtung 1 nach Abschalten
des Zündschalters 25 die Batterie 15 unter
Verwendung der Restwärmemenge im
Wärmesammler 21 geladen.
Damit können
die Neustarteigenschaften des Motors 10 sichergestellt werden.
Da weiterhin die Ladestartspannung der Batterie 15, wenn
der Motor läuft,
gemäß der verbleibenden
Wärmemenge
verringert werden kann, kann der Steuerspannungsbereich für die Lade-
und Entladesteuerung weiter vergrößert werden.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wurde beschrieben. Die vorliegende Erfindung
ist nicht jedoch auf oder durch die obige Ausführungsform beschränkt und
eine Vielzahl von Modifikationen der vorliegenden Erfindung ist
möglich. Beispielsweise
wird in der obigen Ausführungsform ein
Relais 18 verwendet, um die erste Verdrahtung 13 und
die zweite Verdrahtung 16 zu unterbrechen, jedoch kann
anstelle des Relais ein Schaltelement, beispielsweise eine Leistungs-MOSFET
verwendet werden.
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Weiterhin
kann der Klimaanlagenkompressor 12 mittels einer motorischen
Kraft von Fahrzeugrädern
zusätzlich
zur Antriebskraft von dem Motor 10 angetrieben (regeneriert)
werden. Folglich kann der Kraftstoffverbrauch noch weiter verbessert
werden, in dem die Bremsenergie mittels des Klimaanlagenkompressors 12 zurückgewonnen
wird.
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Weiterhin
wird bei der obigen Ausführungsform
Erwärmungswärme durch
Erhitzen des Wärmesammelmaterials
in dem Wärmesammelabschnitt 22 mittels
Wärme vom
Motorkühlwasser
gesammelt. Der Aufbau kann jedoch auch so sein, dass die Abgaswärme des
Motors 10 oder andere Abwärme anstelle des Motorkühlwassers
oder zusätzlich
zum Motorkühlwasser
gesammelt wird.
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Weiterhin
sind der Aufbau einer jeden ECU, die Aufteilung der Funktionen und
der Verbindungszustand mittels der Kommunikationsleitung 40 etc. nicht
auf die obige Ausführungsform
beschränkt.
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Wie
im Detail beschrieben, wird bei der vorliegenden Erfindung durch
Heranziehen eines Aufbaus mit einem thermoelektrischen Wandler,
der die elektrische Last in dem Fahrzeug in eine elektrische Last
konstanter Spannung, der Strom vom Stromgenerator zugeführt wird
und eine elektrische Last variabler Spannung unterteilt, der der
Stromausgang von der Batterie zugeführt wird, wobei Strom geliefert wird,
der unter Verwendung von Wärme
erzeugt wird, welche in dem Wärmesammler
gesammelt wurde, eine Verschlechterung der Fahreigenschaften unterdrückt und
der Kraftstoffverbrauch kann verbessert werden.