JP2006516500A - 二電圧車両電気システム - Google Patents

Abstract

本発明は、通常は直列に接続されて作動する２台の従来型バッテリ（ＢＢ、ＢＳ）を用いた二電圧車両電気システムに関する。直列接続は高出力負荷のためにより高い電圧で車両電気システム用の供給電圧を保つ。緊急の始動を実現するため、両方のバッテリ、すなわち始動装置用バッテリ（ＢＳ）及び車両電気システム用バッテリ（ＢＢ）は並列に接続される。発電機（Ｇ）又はＤＣ／ＤＣコンバータ（１）が不具合の場合、緊急作動用の供給はバッテリにより可能である。始動装置用バッテリ（ＢＳ）と車両電気システム用バッテリ（ＢＢ）間の接続の中に位置する始動装置用切替え装置（Ｕ）の切替えは、点火スイッチ（ＺＳ）及び始動装置用スイッチ（ＳＳ）に加えて、始動装置（Ｓ）、発電機（Ｇ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）、始動装置用バッテリ（ＢＳ）、車両電気システム用バッテリ（ＢＢ）における検知装置からの入力信号を受け取る制御装置（２）を用いて行われ、それに応じて制御を適応させる。

Description

本発明は特許請求項１の前文による二電圧車両電気システムに関する。

従来、自動車における電圧供給は発電機により充電される１台のバッテリを用いて行われている。多様な電気負荷を有する最新の自動車では、時として１台のバッテリでは電圧供給が例えば確実に始動するのに十分では場合があり、２台の別のバッテリが使用される。これに関連して、１台のバッテリが一般に始動装置用に割り当てられ、他方が車両の残りの電気システムに割り当てられる。緊急の作動モードについては、１台のバッテリが甚だしく放電した場合でも始動できるように、それぞれ他のバッテリに切替えることも可能である。

例えば、特許文献１は２台のバッテリ、特に車両電気システム用バッテリ又は負荷用バッテリ及び始動装置用バッテリの間に位置し、お互いに接続可能な回路構成を有する２バッテリ式車両電気システムを開示している。負荷用バッテリが過度に放電した場合、リレーは負荷用バッテリと始動に関係する負荷の間の接続を開放し、そして緊急作動モードとして、始動に関係する負荷のための全部の電圧供給が始動装置用バッテリから引き出されるような方法で半導体スイッチがオンされる。

さらに、特許文献２は発電機により充電可能であり、種々の負荷への供給の役目をする少なくとも２台のバッテリを有する車両電気システムを開示している。車両電気システムの制御ユニットは、１台のバッテリが主に始動装置への供給用に備えられており、２台目はその他の負荷への供給に役立つ２台のバッテリ間の接続を開閉する。２台のバッテリのうちの１台の電圧レベルが所定の値未満に下がった場合、始動装置用バッテリが、直流電圧コンバータを通じてもう１台のバッテリから再始動が確保される範囲まで充電されることのできる、緊急の作動モードが導入可能である。

特許文献３は車両電気システムの制御ユニットがバッテリ間に配置され、１台のバッテリが主に始動装置への給電に用いられる、自動車における２バッテリ式車両電気システムを開示している。該車両電気システムの制御ユニットは、必要な切替え手順を実行し、それを通じて始動用及び作動用に必要な車両電気システム構成部品が電圧の供給を受けることが可能な別の端子を有する、車両電気システムモジュールを備える。これらの車両電気システム構成部品は最優先で給電され、供給バッテリが過度に放電した場合は始動装置用バッテリからも供給されるが、この場合その他の車両電気システム構成部品は始動過程の間、始動装置用バッテリには接続されない。

特許文献４もまた直列に接続され、負荷Ｖ１〜Ｖｎに給電する目的を有する２台のバッテリＢ１、Ｂ２を伴う給電構成部品１１と、少なくとも１台のリレー作動のスイッチ３１を有するスイッチ装置２１と、１台の電子スイッチ制御装置６１とを有する車両電気システムを開示している。所定の電圧限界値との比較により、第一のバッテリＢ１がその電圧限界値未満に下がったとき、スイッチ制御装置６１は１台のバッテリ又は両方のバッテリＢ１、Ｂ２からそれ自身にかかっている電位に基づいて、第一のバッテリＢ１の電位から両方のバッテリＢ１、Ｂ２全体の残余電位までにわたり、スイッチ６１を作動させるリレー７１の内の１つをそれ相応に励磁することによって、負荷Ｖ１〜Ｖｎの切替えを制御する。この従来の車両電気システムの構成を図２に示す。

しかしながら、それらのシステムでは、補助バッテリとしての始動装置用バッテリへの切替えは車両電気システムの電圧が電圧限界値未満に下がった場合にのみ生じる。それに加えて、単一の作動電圧のみが車両電気システムに使用可能である。しかしながら、将来車両電気システムにおいて使用されるべき高出力の負荷は従来の車両電気システムに存在する負荷よりも高い電圧レベルを要するであろう。

特許文献５は、例えば直列に接続された２台の発電機及び２台のバッテリを用いて電圧供給が準備される自動車用の車両電気システムを開示している。第一の発電機又は第一のバッテリの定格電圧は、全部で３つの異なった電圧が２台のバッテリを備える直列接続において結線可能なように、第二の発電機又は第二のバッテリの定格電圧とは異なっている。２台の発電機の使用により、車両電気システムに一様でない負荷があっても２台のバッテリを最適な度合いに充電することが可能である。その上一例として、たとえば点火用及び／又は噴射用などの電圧変動に影響されやすい構成部品は一方のバッテリに接続され、始動装置はより高い電圧で他方のバッテリに接続され、その結果始動中の電圧降下は電位電圧変動に影響されやすい構成部品に影響を与えない。

さらに、特許文献６は異なった電圧レベルの２つの車両電気システム及び２台のバッテリを含む車両を開示している。これに関連して、各々の車両電気システムはそれに割り当てられたバッテリを有する。その上、各種の負荷用の電力管理設備を含む２組のインテリジェント電力分配器が備えられ、それらはバッテリを含む全体の車両電気システムを監視し、電力管理設備を用いてそれぞれの車両電気システムのために入力電流、出力電流、及び２つの電気システムの充電状態を処理する。

最後に、特許文献７は発電機により充電されることが可能で、第一の負荷及び第二の負荷への給電に用いられる少なくとも２台のバッテリを有する車両電気システムを開示している。複数の直流電圧の一つは直流電圧コンバータにより任意に変換することが可能である。それぞれ変換された直流電圧は第二のバッテリの充電に使用できる。

しかしながら、これら２つの二電圧車両電気システムは常に異なった電圧の少なくとも２台のバッテリを必要とする。このため、少なくとも１台は従来の車両用バッテリよりも高い電圧を有するバッテリが必要であり、そのようなバッテリはより広い設置スペースを必要とし、より高い価格を伴う。

独国特許出願公開第１９８ １３ ３６９ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９６ ４５ ９４４ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９６ ２８ ２２２ Ａ１号明細書 独国実用新案第９０ ０７ ４１３ Ｕ１号明細書 独国特許出願公開第３８ １２ ５７７ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２ ０８ ９８１ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０１ ００ ８８８ Ａ１号明細書

本発明の目的は費用効率が高い従来の構成要素で構築可能で、出来るだけ小さい設置スペースでよく、同時に２バッテリ車両電気システムのさらに高い利用可能性を有し、そして緊急の始動と緊急の作動が可能な二電圧車両電気システムを提供することにある。

上記目的は、請求項１の特徴を有する二電圧車両電気システムを用いた本発明に従って達成される。本発明の好適な展開は従属項に規定される。

このように、二電圧車両電気システム及び２バッテリ車両電気システムは、例えば２台の従来型１２Ｖバッテリを用いて、費用効率が高く、省設置スペースの方法で生み出すことが可能である。その結果、二電圧車両電気システムの利点は、同時に単一の車両電気システムにおける２バッテリ車両電気システムにも導入することができる。

２バッテリ車両電気システムは１台のバッテリが機能しないときに車両の利用可能性を著しく高める。その上、２台のバッテリはそれらの適用についての最適化が可能である。さらに、２バッテリ車両電気システムへ二電圧車両電気システムを同時に実装することにより、高出力の負荷を作動させることもできる。加えて、双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータの使用は、電力を始動装置用バッテリと車両電装システム用バッテリの間で交換することを可能にし、及び／又は２台のバッテリの並列接続により緊急時の始動を行なうことを可能にする。その上、１４Ｖ／２８Ｖの緊急作動用供給が備わり、発電機が故障か又はＤＣ／ＤＣコンバータが故障のときにはバッテリを用いて供給が可能である。最後に、車両電気システムの電圧は始動過程の間に安定化される。

本発明の目的及び更なる目的、特徴、及び利点は図面とともに以下の好適な例示的実施形態の記述から明らかになるであろう。

本発明による二電圧車両電気システムの好適な例示的実施例を、以下、詳細に説明する。

最初に本発明による二電圧車両電気システムによって解決される中心的の問題点を簡潔に説明する。

運転モードにおいてのみ必要とされる、例えば空調システム、暖房システムなどの快適性用の負荷及び／又は大きな負荷を作動させるため、車両電気システムに例として２８Ｖを供給することが必要である。バッテリの充電状態及びＤＣ／ＤＣコンバータの稼働状態によっては、静止状態での作動は例外的な場合にのみ可能である。しかしながら、始動過程の間は１４Ｖのみがこの分配システムに適用され、その結果低電圧検知が必要か、又はスイッチオンされている負荷をオフにすることが必要である。

他方で車両の電装システムは、例えば照明システム、ラジオ、あらゆる情報電子装置又は計器盤用電子装置、及びエンジンなど、全ての連続的負荷のために１４Ｖを供給することが必要である。

これまでは、少なくとも２つの異なるレベルの電圧を備え、そうするためには２台の異なる電圧のバッテリを必要とする二電圧車両電気システムに対して検討されて来た。通常の車両用バッテリよりも著しく高い電圧のバッテリを使用する必要性は、価格及び必要なスペースの大きさを増大させる。

この問題は２台の同じ電圧値を有し、バッテリのうちの１台に不具合があっても、緊急作動モードがまだ可能であることが確保されるような方法で同時に接続される、通常の車両用バッテリを用いた本発明による二電圧車両電気システムによって解決される。

本発明による二電圧車両電気システムの設計及び作動は、これから１４／２８Ｖ車両電気システムの例を用い、また図１を参照してより詳細に記述される。

図１において、Ｓは例えば１４Ｖのシステム電圧を必要とする始動装置を示し、Ｇは２８Ｖの車両電気システム電圧を発生させる発電機を、１は直流電圧／直流電圧又はＤＣ／ＤＣコンバータを、ＢＳは始動装置用バッテリを示し、ＢＢは車両電気システム用バッテリを、Ｕは始動装置用切替え装置を、２は制御装置を、ＺＳは点火スイッチを、そしてＳＳは始動装置の作動している時は閉じている始動装置用スイッチを示す。

始動装置Ｓ及び発電機Ｇは制御装置２の第一端子に接続される。加えて、第一及び第二制御線ＡＬ１、ＡＬ２は制御装置２から始動装置Ｓ及び発電機Ｇに通じる。車両電気システム用バッテリＢＢは端子の１つでアースに接続され、その他の端子で始動装置用切替え装置Ｕの第一端子に接続される。始動装置用切替え装置Ｕの第二端子は始動装置用バッテリＢＳの端子に接続される。始動装置用バッテリＢＳのその他の端子もまた制御装置２の第一端子に接続される。車両電気システム用バッテリＢＢ、始動装置用切替え装置Ｕ、及び始動装置用バッテリＢＳから成るこの直列接続は始動装置Ｓと発電機Ｇの間に並列に配置される。始動装置用切替え装置Ｕは第三制御線ＡＬ３を通じて制御装置２に接続される。始動装置用切替え装置Ｕに接続されている車両電気システム用バッテリＢＢの端子はまた制御装置２の第二端子及びＤＣ／ＤＣコンバータ１の第一端子に接続される。このＤＣ／ＤＣコンバータ１は第二端子で制御装置２の第一端子に接続され、一方ＤＣ／ＤＣコンバータ１の第三端子はアースに接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１は制御装置２の第四制御線ＡＬ４を通じて制御される。加えて、制御装置２は更なる制御線ＡＬ５、ＡＬ６を通じて点火スイッチＺＳ及び始動装置用スイッチＳＳに接続され、それを介して制御装置２は点火スイッチＺＳ又は始動装置用スイッチＳＳが作動しているかどうかの情報を受け取る。

本発明による二電圧車両電気システムの制御装置２は、センサ装置からバッテリＢＢとＢＳ、及び発電機Ｇを含むエンジンの作動状態についての情報を提供する入力信号を受け取る。制御装置２はこれらの入力信号に従ってＤＣ／ＤＣコンバータ１及び切替え装置Ｕを制御する。

発電機Ｇはバッテリのセンサ手段を有し、直列に接続されている始動装置用バッテリＢＳ及び車両電気システム用バッテリＢＢの充電過程のために構成される。始動装置用バッテリＢＳの均等充電は１４Ｖ車両電気システムを通じて実行され、車両電気システム用バッテリＢＢの均等充電はＤＣ／ＤＣコンバータ１を通じて実行される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１は双方向性のＤＣ／ＤＣコンバータで、従って電力が始動装置用バッテリと車両電気システム用バッテリＢＳ、ＢＢの間で交換されることを可能にする。制御装置２による制御は緊急始動の場合に対応する方式で両方のバッテリＢＳ、ＢＢについて設定される。同様に、センサ装置の入力信号から発電機又はＤＣ／ＤＣコンバータに不具合が検知された場合、始動装置用切替え装置Ｕは制御装置２により緊急作動用の供給がバッテリだけから提供されるような方法で制御されることが可能である。

図１に示される回路の作動は、これから以下により詳細に説明される。

点火がスイッチオフされたとき、すなわち点火スイッチＺＳが開放されたとき、始動装置用切替え装置Ｕは制御されずバッテリＢＳ及びＢＢは直列に接続される。それから無負荷電流が車両電気システム用バッテリＢＢから供給される。例外的な場合にのみ、２４Ｖの負荷もまた車両電気システム用バッテリＢＢから電力を供給される。しかしながら、車両電気システム用バッテリＢＢ及び始動装置用バッテリＢＳの充電状態に応じて、均等充電もまたＤＣ／ＤＣコンバータを通じて可能である。

制御装置２への電力供給は通常、車両電気システム用バッテリＢＢにより行われるが、始動装置用バッテリＢＳによってもまた可能である。

点火がスイッチオンされたとき、すなわち点火スイッチＺＳが閉じられたとき、車両電気システム用及び始動装置用バッテリＢＢとＢＳの電圧レベルは制御装置２において評価される。要求に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータは始動を助けるために直ちに準備完了状態に切替えられ、又は２回目の始動の試みのためだけに準備完了状態に切替えられる。始動が始動装置用スイッチＳＳを通じて行われる場合、始動装置用切替え装置Ｕが最初に制御装置２を用いて制御され、バッテリＢＢ及びＢＳの直列接続は開放され、そして適切な場合は始動の援助がＤＣ／ＤＣコンバータ１を通じて与えられる。供給線を通じて、電圧の２８Ｖから１４Ｖへの切替えは制御装置２により検知され、始動装置Ｓは制御線ＡＬ１を通じて作動する。始動装置用スイッチＳＳが戻ったとき、すなわちスイッチオフされたとき、又はエンジンの作動が制御線ＡＬ２（Ｄ＋信号）を通じて検知された後で、制御装置２はもはや始動装置用切替え装置Ｕを制御せず、バッテリＢＢ及びＢＳは直列に接続される。１４Ｖ及び２８Ｖでの車両電気システム用供給は利用可能である。

本発明によれば、従って始動の過程を除いて、両方の電圧が静止状態及び運転モードにおいて使用可能である。車両の利用可能性は、別々の車両電気システム用バッテリＢＢ及び始動装置用バッテリＢＳにより、１台のバッテリが機能しないときに緊急作動モード用の電力が他方のバッテリから供給可能であるため増大する。加えて、本発明による車両電気システムは、従来型の１４Ｖ車両電気システムの大量生産された構成部品が使用可能であるため費用効率が高い。このため、好適な例示的実施形態においては、２台の従来型１２Ｖバッテリが車両電気システム用バッテリＢＢ及び始動装置用バッテリＢＳとして使用される。比較的長い供給線を有する大きな負荷については、車両電気システム用バッテリＢＢ及び始動装置用バッテリＢＳの直列接続のおかげで２８Ｖ電圧が利用可能である。

要約すると、本発明は２バッテリ車両電気システムが一体化された二電圧車両電気システムを提供する。この二電圧車両電気システムにおいては、２台の従来型車両用バッテリが使用され、通常、直列に接続されて作動する。直列接続は高出力負荷のためにより高い電圧で車両電気システム用の供給電圧を保つ。緊急の始動を実行するために、両方のバッテリ、具体的には始動装置用バッテリＢＳと車両電気システム用バッテリＢＢは並列に接続される。

発電機Ｇ又はＤＣ／ＤＣコンバータ１が不具合の場合には、バッテリを通じた緊急作動用の供給が可能である。始動装置用バッテリＢＳと車両電気システム用バッテリＢＢ間の接続の中に配置されている始動装置用切替え装置Ｕの切替えは、始動装置Ｓ、発電機Ｇ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１、始動装置用バッテリＢＳ、車両電気システム用バッテリＢＢ、点火スイッチＺＳ、及び始動装置用スイッチＳＳにおいてセンサ装置から入力信号を受ける制御装置２を用いて実行され、それに相応して制御を適応させる。

本発明による１４Ｖ／２８Ｖ車両電気システムのブロック線図である。 例えば独国実用新案第９０ ０７ ４１３ Ｕ１号明細書で開示されているように、２台のバッテリが直列に接続された従来の２バッテリ車両電気システムのブロック線図である。

Claims (7)

1. 第一の車両電気システム電圧を要する始動装置（Ｓ）、第一の車両電気システム電圧よりも高い第二の車両電気システム電圧を発生する発電機（Ｇ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）、始動装置用バッテリ（ＢＳ）、車両電気システム用バッテリ（ＢＢ）、制御装置（２）、点火スイッチ（ＺＳ）、及び前記始動装置が作動するときに閉じる始動装置用スイッチ（ＳＳ）を有し、前記始動装置（Ｓ）及び前記発電機（Ｇ）が、前記制御装置（２）の第一端子及び、前記制御装置（２）から前記始動装置（Ｓ）と前記発電機（Ｇ）に通じる第一及び第二制御線（ＡＬ１、ＡＬ２）に接続される自動車用の二電圧車両電気システムにおいて、
   前記始動装置用バッテリ（ＢＳ）及び前記車両電気システム用バッテリ（ＢＢ）が同一の定格電圧を有し、直列に接続されており、
   始動装置用切替え装置（Ｕ）が前記起動装置用バッテリ（ＢＳ）及び前記車両電気システム用バッテリ（ＢＢ）間の接続の中に配置され、
   前記車両電気システム用バッテリ（ＢＢ）が、一つの端子でアースに接続され、その他の端子で前記起動装置用切替え装置（Ｕ）の第一端子に接続され、
   前記始動装置用切替え装置（Ｕ）の第二端子が前記始動装置用バッテリ（ＢＳ）の端子に接続され、
   前記始動装置用バッテリ（ＢＳ）のその他の端子もまた前記制御装置（２）の第一端子に接続され、
   前記車両電気システム用バッテリ（ＢＢ）、始動装置用切替え装置（Ｕ）、及び始動装置用バッテリ（ＢＳ）で構成されるこの直列接続が前記始動装置（Ｓ）又は発電機（Ｇ）と並列に配置され、
   前記始動装置用切替え装置（Ｕ）が第三制御線（ＡＬ３）を通じて前記制御装置（２）に接続され、
   前記切替え装置（Ｕ）に接続された前記車両電気システム用バッテリ（ＢＢ）の端子もまた前記制御装置（２）の第二端子及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）の第一端子に接続され、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）が第二端子で前記制御装置（２）の第一端子に接続され、一方前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）の第三端子がアースに接続され、そこで前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）が前記制御装置（２）の第四制御線（ＡＬ４）を用いて制御され、
   さらに前記制御装置（２）が、それを通じて前記制御装置（２）が点火スイッチ（ＺＳ）又は始動装置用スイッチ（ＳＳ）が作動しているかどうかについての情報を受け取る、更なる制御線を通じて前記点火スイッチ（ＳＺ）及び前記始動装置用スイッチ（ＳＳ）に接続されることを特徴とする二電圧車両電気システム。
2. 前記制御装置（２）が前記バッテリ（ＢＢ、ＢＳ）と前記始動装置（Ｓ）、及び前記発電機（Ｇ）の作動状態を伝送するセンサ装置に接続され、そしてこれらの作動状態に対応して前記切替え装置（Ｕ）及び前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）を制御することを特徴とする請求項１に記載の二電圧車両電気システム。
3. 前記発電機（Ｇ）が、直列に接続された前記始動装置用バッテリ及び前記車両電気システム用バッテリ（ＢＳ、ＢＢ）の充電過程に使用可能で、前記始動装置用バッテリ（ＢＳ）の電圧レベルに関して、前記始動装置用バッテリ（ＢＳ）の均等充電が前記車両電気システムを通じて実行でき、また前記車両電気システム用バッテリ（ＢＢ）の均等充電がＤＣ／ＤＣコンバータ（１）を通じて行われることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の二電圧車両電気システム。
4. 前記制御装置（２）が「発電機不具合」信号又はＤＣ／ＤＣコンバータ（１）「不具合信号」に対応して、前記始動装置用切替え装置（Ｕ）を制御することにより、前記バッテリ（ＢＳ、ＢＢ）の１つを通じて緊急作動用の供給に切替えることが可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の二電圧車両電気システム。
5. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（１）が双方向性であり、従って前記始動装置用バッテリと前記車両電気システム用バッテリ（ＢＳ、ＢＢ）の間のエネルギー交換が可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の二電圧車両電気システム。
6. 緊急の始動が、前記制御装置（２）を用いて前記始動装置用切替え装置（Ｕ）を制御することにより、前記２台のバッテリ（ＢＳ、ＢＢ）の並列接続にて実行可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の二電圧車両電気システム。
7. 二電圧車両電気システムが、１４／２８Ｖの車両電気システムであり、そこで前記始動装置用バッテリ及び前記車両電気システム用バッテリ（ＢＳ、ＢＢ）がそれぞれ１２Ｖバッテリであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の二電圧車両電気システム。
   

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