JP2015012803A - 車両電気分配システムの安定化 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両電気分配システムの安定化を提供する。
【解決手段】 自動車でのエネルギー用の転送デバイスが、第１の車両電気分配システムおよび第２の車両電気分配システムに接続するように設計され、各車両電気分配システムが、関連のエネルギー貯蔵装置を備える。この場合、転送デバイスは、２つのエネルギー貯蔵装置が十分に充填されているか確認するための第１のサンプリングデバイスと、車両電気分配システムの一方からのエネルギー引出しを検出するための第２のサンプリングデバイスと、車両電気分配システム間でエネルギーを転送するためのＤＣ／ＤＣ変換器とを備える。さらに、制御デバイスが提供され、制御デバイスは、自動モードで、サンプリングデバイスの信号に基づいて、エネルギーが一方の車両電気分配システムから引き出されるときに、他方の車両電気分配システムから上記一方の車両電気分配システムへのエネルギーの転送を制御するように設計される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両電気分配システムの安定化に関する。特に、本発明は、自動車に搭載された２つの別個の車両電気分配システムの安定化に関する。

自動車は、一般に発電機によって電力供給される車両電気分配システムを備え、発電機は、自動車を駆動させるための内燃機関によって駆動される。例えば、自動車が追加の電気駆動機構を有するとき、第１の車両電気分配システムから切り離された第２の車両電気分配システムを提供することができる。２つの車両電気分配システムは、一般に、異なる定格電圧を有する。第１の車両電気分配システムは、例えば１２Ｖの定格電圧を有することができ、第２の車両電気分配システムは、２４Ｖ〜６０Ｖの範囲内の定格電圧を有することができる。

車両電気分配システムの間に、エネルギー伝達用の転送デバイスを提供することができる。この転送デバイスによって、一方の車両電気分配システムでのエネルギー欠損を、他方の車両電気分配システムから補償することができる。この場合、転送デバイスは、必ずＤＣ／ＤＣ変換器を備え、ＤＣ／ＤＣ変換器は、両方向でエネルギーを転送することが可能である。

一般に、エネルギー転送を行う必要がある方向を示す転送モードは、別個の制御デバイスによって制御される。制御デバイスは、一般に、データバス、例えばＣＡＮバスによって転送デバイスに接続される。

（特許文献１）は、自動車に搭載された異なる車両電気分配システム間のエネルギー補償のための装置および方法を開示する。

しかし、車両電気分配システムのエネルギーバランスの面で、車両電気分配システムの１つに対して負荷をかけることがある短時間の事象に対して、既知の転送デバイスは応答が遅すぎる。したがって、例えばパワーアシストステアリングシステムの電気駆動機構など、パルスを受ける消費機器が、車両電気分配システムの１つに大きな負荷をかけることがある。

独国特許出願公開第１０ ２０１１ ００７ ８７４ Ａ１号明細書

したがって、本発明の目的は、車両電気分配システムの改良された安定化を可能にする転送デバイス、方法、およびコンピュータプログラムを提供することである。本発明は、この目的を、独立クレームの主題によって実現する。従属クレームには、好ましい実施形態が記載されている。

自動車でのエネルギー用の本発明による転送デバイスは、第１の車両電気分配システムおよび第２の車両電気分配システムに接続するように設計され、各車両電気分配システムが、関連のエネルギー貯蔵装置を備える。この場合、転送デバイスは、２つのエネルギー貯蔵装置が十分に充填されているか確認するための第１のサンプリングデバイスと、車両電気分配システムの一方からのエネルギー引出しを検出するための第２のサンプリングデバイスと、車両電気分配システム間でエネルギーを転送するためのＤＣ／ＤＣ変換器とを備える。さらに、制御デバイスが提供され、制御デバイスは、自動モードで、サンプリングデバイスの信号に基づいて、エネルギーが一方の車両電気分配システムから引き出されるときに、他方の車両電気分配システムから上記一方の車両電気分配システムへのエネルギーの転送を制御するように設計される。

サンプリングデバイスが転送デバイスにローカルに提供されるので、対応するエネルギー伝達のための前提条件が存在していることを確認するまでにかかることがある遅延時間を短くすることができる。したがって、少なくとも１つの車両電気分配システムの電圧を、難しい条件下でも、改良された様式で安定化させることができる。特に、高レベルのエネルギーをパルス式に消費する消費機器を動作させることが可能である。そのような消費機器は、例えば、電気始動モータ、電気パワーアシストステアリングシステム、または電気制動デバイスを含むことがある。転送デバイスは、エネルギー補償を改良することができ、これは、エネルギー貯蔵装置の１つを、より低機能になるように設計することを可能にする。その結果、コストを節約することができ、自動車に搭載される質量および設置スペースを節約することができる。

好ましくは、車両電気分配システムが異なる定格電圧を有し、ＤＣ／ＤＣ変換器は、一方の車両電気分配システムから他方の車両電気分配システムに転送されるエネルギーの電圧を増加させるように、または逆方向でその電圧を低下させるように作動させることができる。その結果、転送デバイスは、特に、低電圧車両電気分配システムと中電圧または高電圧車両電気分配システムとを備える自動車で使用することができる。

車両電気分配システム間の転送の方向の変更が、エネルギー引出しの開始後、１０ｍｓ未満で、さらに好ましくは５ｍｓ未満で行われることが好ましい。これらの応答時間は、複雑なデータ伝送をなくすことによって、特にシリアルバスで実現可能であり、短時間の負荷の場合でさえ、車両電気分配システムの改良された安定化を保証することができる。

一実施形態では、制御デバイスは、自動モードに対する代替として、２つのさらなるモードの一方で車両電気分配システム間のエネルギーの転送を制御するように設計され、第１の固定モードでは、エネルギーは、第１の車両電気分配システムから第２の車両電気分配システムに転送され、第２の固定モードでは、エネルギーは、第２の車両電気分配システムから第１の車両電気分配システムに転送される。使用されるモードは、例えば、外部制御デバイスによって選択することができる。外部制御デバイスは、例えばより複雑な判断に基づいて、例えばエネルギー引出しの予測判断に基づいてモードをアクティブにすることができる。自動モードは、外部制御デバイスを使用せず、エネルギー伝達の方向に関する意思決定をローカルでより高速に実施することを可能にして、短い応答時間を実現する。

この変形形態の改良形態において、制御信号を受信するためのインターフェースが提供され、制御デバイスが、受信された制御信号に応じて、自動モード、第１の固定モード、または第２の固定モードでの制御を実施するように設計される。その結果、特に、既知の転送デバイスとの互換性を改良することができる。これにより、本発明の転送デバイスは、既知の転送デバイスとは対照的に、必要な場合に活動化させることができる追加モードのみを制御し、それ以外は既知の転送デバイスによって置き換えることができるように設計することが可能になる。したがって、転送デバイスは、それが設置される自動車での状況に関してさらなる変更を施すことなく製造することができる。

２つの車両電気分配システムを備える自動車でのエネルギー補償のための本発明による方法は、第１の車両電気分配システムのエネルギー貯蔵装置と第２の車両電気分配システムのエネルギー貯蔵装置とが十分に充填されているか判断するステップと、車両電気分配システムの一方でエネルギー引出しが行われていることを検出するステップと、この車両電気分配システムに他方の車両電気分配システムからエネルギーを転送するステップとを含む。

この方法は、特に上述した転送デバイスと併せて、自動車に搭載された車両電気分配システム間のエネルギー補償の改良に寄与することができる。

一実施形態では、車両電気分配システムの一方のエネルギー貯蔵装置が十分に充填されていることが、例えば、関連の車両電気分配システムの電圧がその定格電圧に達するときに検出される。したがって、有利には、追加のセンサを設置することなく、または転送デバイス外にあるさらなる構成要素とのデータ交換を行う必要なく、判断を行うことができる。

車両電気分配システムの電圧が所定時間内に所定量を超えて降下するときに、車両電気分配システムの一方からのエネルギー引出しを検出することができる。したがって、この車両電気分配システムのエネルギー貯蔵装置の従来の遅い放電を、消費機器への電源投入と区別することができる。このようにして、エネルギー引出しを判断するために、転送デバイス外にあるデバイスを不要にすることもできる。

本発明によるコンピュータプログラムは、処理デバイス上で実行される、またはコンピュータ可読データ記憶媒体に記憶されるときに、上記の方法を実施するためのプログラムコード手段を備える。

次に、本発明を、添付図面を参照してより詳細に説明する。

自動車の、互いに接続された２つの車両電気分配システムを備えるシステムを示す図である。 図１に示される自動車の車両電気分配システム間のエネルギー交換を制御するための方法の流れ図である。

図１は、自動車１０５に搭載されたシステム１００を示す。システム１００は、第１のエネルギー貯蔵装置１１５を備える第１の車両電気分配システム１１０と、第２のエネルギー貯蔵装置１２５を備える第２の車両電気分配システム１２０とを備える。車両電気分配システム１１０と１２０は、好ましくは、異なる定格電圧を有する。特に、エネルギー貯蔵装置１１５と１２５の最終充電電圧が互いに異なることがある。この構成は、例えば、自動車１０５の電気駆動機構または追加の駆動機構が例えば第２の車両電気分配システム１２０から電力供給されるように企図されるときに選択することができる。例として、ここでは、第１の車両電気分配システム１１０の定格電圧が第２の車両電気分配システム１２０の定格電圧よりも低いと仮定する。第１の車両電気分配システム１１０は、例えば１２Ｖの定格電圧を有し、第２の車両電気分配システム１２０は、最大６０Ｖ、好ましくは２４Ｖ〜５８Ｖの間の例示的な定格電圧を有する。

一般に、車両電気分配システム１１０、１２０の少なくとも一方が、充電デバイス１３０を有する。図１に示される図では、充電デバイス１３０は、第１の車両電気分配システム１１０の側に取り付けられ、例えば、発電機１３５と制御装置１４０とを備える。発電機１３５は、自動車１０５の駆動モータによって駆動させることができる。

例示的な第１の消費機器１４５が、第１の車両電気分配システム１１０に提供され、例示的な第２の消費機器１５０が、第２の車両電気分配システム１２０に提供される。第１の車両電気分配システム１１０から第２の車両電気分配システム１２０に、またはその逆にエネルギーを転送するための転送デバイス１５５が、車両電気分配システム１１０と１２０の間に提供される。転送デバイス１５５は、エネルギーを転送するためのＤＣ／ＤＣ変換器１６０と、ＤＣ／ＤＣ変換器１６０を制御するための制御デバイス１６５とを備える。任意選択で、インターフェース１７０が提供され、インターフェース１７０に制御デバイス１６５が接続される。外部構成要素によって制御デバイス１６５を制御することができるように、インターフェース１７０は、特に、自動車１０５に搭載されたデータバス、例えばＣＡＮバスに接続することができる。

さらに、第１のサンプリングデバイス１７５と第２のサンプリングデバイス１８０とが提供される。サンプリングデバイス１７５、１８０のそれぞれ２つの例示が提供され、それらの一方は、第１の車両電気分配システム１１０に割り当てられ、他方は、第２の車両電気分配システム１２０に割り当てられる。第１のサンプリングデバイス１７５は、割り当てられたエネルギー貯蔵装置１１５、１２５が十分に充填されているかどうかを検出するために提供される。エネルギー貯蔵装置１１５、１２５は、エネルギー貯蔵装置内に貯蔵されたエネルギーが所定の値を有するとき、例えば最大貯蔵容量の８０％を有するときに、十分に充填されているとみなされる。エネルギー貯蔵装置の充填レベルは、例えば電圧に基づいて検出することができる。さらに、十分な充填に関して、他の値を使用することもできる。例えば、十分な充電状態を識別するために、２つのエネルギー貯蔵装置に関して異なる充電値を使用することができる。第２のサンプリングデバイス１８０は、割り当てられた車両電気分配システム１１０、１２０からのエネルギー引出しを検出するように設計される。サンプリングデバイス１７５、１８０の代わりに、制御デバイスへのインターフェースを、例えばエネルギー貯蔵装置１１５、および１２５に直接提供することもでき、制御デバイスからエネルギー貯蔵装置１１５、１２５の充電状態または充填レベルを取得することができる。代替として、エネルギー貯蔵装置の充填レベルに関する情報を、インターフェース１７０を介して受信することができる。

この実施形態では、それぞれ車両電気分配システム１１０と１２０のサンプリングデバイス１７５と１８０を組み合わせることができ、サンプリングデバイス１７５と１８０の確認は、特に、それぞれの車両電気分配システム１１０、１２０の電圧の観察に基づいて行うことができる。

サンプリングデバイス１７５、１８０の信号に基づいて、制御デバイス１６５は、ＤＣ／ＤＣ変換器１６０を自動モードで制御し、それにより、電気エネルギーが、車両電気分配システム１１０、１２０間で、より大きい負荷を受けている車両電気分配システム１１０、１２０の方向に転送され、最終的に、両方のエネルギー貯蔵装置１１５、１２５が十分に充填される。このプロセスにおいて、好ましくは、制御が完全に自律的であり、すなわち、特にインターフェース１７０を介して接続されたリモートセンサまたは制御デバイスからのさらなる制御信号または測定結果は制御に必要ない。

図２は、図１に示される自動車１０５の車両電気分配システム１１０と１２０の間のエネルギー交換を制御するための方法２００の流れ図を示す。方法２００は、特に、制御デバイス１６５で実施できるように設計される。このために、制御デバイス１６５は、コンピュータプログラムを実行するための処理デバイス、特にプログラマブルマイクロコンピュータを備えることができる。

方法２００は、ステップ２０５から始まり、ステップ２０５で、外部制御デバイスからの制御信号が、例えばインターフェース１７０を介して受信される。受信された制御信号に応じて、車両電気分配システム１１０と１２０の間のエネルギー交換が、３つの異なるモードのうちのどのモードで行われるべきか判断される。

第１の固定モード２１０では、ステップ２１５で、エネルギーは、第１の車両電気分配システム１１０から第２の車両電気分配システム１２０へ転送される。図１に示される例では、この場合、転送される電気エネルギーの電圧は、ＤＣ／ＤＣ変換器１６０によって増加される。第２の固定モード２２０では、ステップ２２５で、エネルギーは、第２の車両電気分配システム１２０から第１の車両電気分配システム１１０へ逆方向に転送される。図１における例では、この場合、転送される電気エネルギーの電圧は低下される。

自動モード２３０では、ステップ２３５で、２つのエネルギーシステム１１０および１２０のエネルギー貯蔵装置１１５および１２５の充電状態が確認される。後続のステップ２４０で、両方のエネルギー貯蔵装置が十分に充電されているかどうか判断される。この判断は、例えば、サンプリングされた車両電気分配システムの電圧が、それぞれの車両電気分配システム１１０、１２０またはエネルギー貯蔵装置１１５、１２５の定格電圧に達している、または超えているかどうかに基づくことがある。一実施形態では、サンプリングされた車両電気分配システムの電圧は、電圧の比較が行われる前に、例えばローパスフィルタによってフィルタまたは平滑化することができる。

エネルギー貯蔵装置１１５、１２５の少なくとも一方が十分には充填されていない場合、ステップ２４５で、車両電気分配システム１１０と１２０の間のエネルギー転送は、その時点で行われている場合には終了される。

そうでない場合、ステップ２５０で、第１の車両電気分配システム１１０からのエネルギー引出しが行われているかどうかが判断される。これは、例えば、第１の車両電気分配システム１１０の電圧の降下の観察から検出することができる。例えば、第１の車両電気分配システム１１０の電圧が所定の時間内に所定量を超えて降下するとき、例えば第１の消費機器１４５への電源投入によって引き起こされることがあるエネルギー引出しが生じていると判断することができる。第１の車両電気分配システム１１０からのエネルギー引出しがない、または十分でない場合、方法２００は、始めに戻り、再度実施することができる。そうでない場合、ステップ２５５で、ステップ２２５に対応する第２の車両分配システム１２０から第１の車両電気分配システム１１０へのエネルギーの転送が制御される。次いで、方法２００は、再び始めに戻り、再度実施することができる。

ステップ２５０および２５５とできるだけ並行して、対応するステップ２６０および２６５が実施され、これらのステップ２６０および２６５は、第２の車両電気分配システム１２０からのエネルギーの引出し、または第１の車両電気分配システム１１０から第２の車両電気分配システム１２０へのエネルギー転送に関する。好ましくは、ステップ２５５と２６５は、相互排他的に互いに結合され、その結果、２つの車両電気分配システム１１０、１２０からエネルギーが引き出されているとき、エネルギーは、車両電気分配システム１１０と１２０の間で転送されない。代替として、車両電気分配システム１１０と１２０両方でエネルギー引出しが生じている場合、優先的な方向を定めることもでき、または、エネルギー引出しによってより大きな負荷を受けている車両電気分配システム１１０、１２０が特に優先される。

１０５ 自動車
１１０ 第１の車両電気分配システム
１１５ エネルギー貯蔵装置
１２０ 第２の車両電気分配システム
１２５ エネルギー貯蔵装置
１５５ 転送デバイス
１６０ ＤＣ／ＤＣ変換器
１６５ 制御デバイス
１７０ インターフェース
１７５ 第１のサンプリングデバイス
１８０ 第２のサンプリングデバイス
２１０ 第１の固定モード
２２０ 第２の固定モード
２３０ 自動モード

Claims (9)

1. エネルギー貯蔵装置（１１５）を備えた第１の車両電気分配システム（１１０）およびエネルギー貯蔵装置（１２５）を備えた第２の車両電気分配システム（１２０）に接続するように設計された、自動車（１０５）でのエネルギー用の転送デバイス（１５５）であって、
   前記２つのエネルギー貯蔵装置（１１５、１２５）が十分に充填されているか確認するための第１のサンプリングデバイス（１７５）と、
   前記車両電気分配システム（１１０、１２０）の一方からのエネルギー引出しを検出するための第２のサンプリングデバイス（１８０）と、
   前記車両電気分配システム（１１０、１２０）間でエネルギーを転送するためのＤＣ／ＤＣ変換器（１６０）と、
   自動モード（２３０）で、前記サンプリングデバイス（１７５、１８０）の信号に基づいて、エネルギーが一方の車両電気分配システム（１２０、１１０）から引き出されるときに、他方の車両電気分配システム（１１０、１２０）から前記一方の車両電気分配システム（１２０、１１０）へのエネルギーの転送を制御するように設計された制御デバイス（１６５）と
   を備える転送デバイス（１５５）。
2. 前記車両電気分配システム（１１０、１２０）が異なる定格電圧を有し、前記ＤＣ／ＤＣ変換器（１６０）が、一方の車両電気分配システム（１１０、１２０）から他方の車両電気分配システム（１２０、１１０）に転送されるエネルギーの電圧を増加させるように、または逆方向で前記電圧を低下させるように作動させることができる請求項１に記載の転送デバイス（１５５）。
3. 前記車両電気分配システム（１１０、１２０）間の転送の方向の変更が、前記エネルギー引出しの開始後、１０ｍｓ未満で行われる請求項１または２に記載の転送デバイス（１５５）。
4. 前記制御デバイス（１６５）が、前記自動モード（２３０）に対する代替として、２つのさらなるモードの一方で前記車両電気分配システム（１１０、１２０）間のエネルギーの転送を制御するように設計され、
   第１の固定モード（２１０）では、エネルギーが、前記第１の車両電気分配システム（１１０）から前記第２の車両電気分配システム（１２０）へ転送され、
   第２の固定モード（２２０）では、エネルギーが、前記第２の車両電気分配システム（１２０）から前記第１の車両電気分配システム（１１０）へ転送される
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の転送デバイス（１５５）。
5. 制御信号を受信するためのインターフェース（１７０）をさらに備え、前記制御デバイス（１６５）が、前記受信された制御信号に応じて、前記自動モード（２３０）、前記第１の固定モード（２１０）、または前記第２の固定モード（２２０）での制御を実施するように設計される請求項４に記載の転送デバイス（１５５）。
6. ２つの車両電気分配システム（１１０、１２０）を備える自動車（１０５）でのエネルギー補償のための方法（２００）であって、
   前記第１の車両電気分配システム（１１０）のエネルギー貯蔵装置（１１５）と前記第２の車両電気分配システム（１２０）のエネルギー貯蔵装置（１２５）とが十分に充填されているか判断するステップ（２４０）と、
   前記車両電気分配システム（１１０、１２０）の一方でエネルギー引出しが行われていることを検出するステップ（２５０、２６０）と、
   前記車両電気分配システム（１１０、１２０）に他方の車両電気分配システム（１２０、１１０）からエネルギーを転送するステップ（２５５、２６５）と
   を含む方法（２００）。
7. 前記車両電気分配システム（１１０、１２０）の一方の前記エネルギー貯蔵装置（１１５、１２５）が十分に充填されていることが、前記関連の車両電気分配システム（１１０、１２０）の電圧がその定格電圧に達するときに検出される請求項６に記載の方法（２００）。
8. 前記車両電気分配システムの電圧が所定時間内に所定量を超えて降下するときに、前記車両電気分配システム（１１０、１２０）の一方からのエネルギー引出しが検出される請求項６または７のいずれか一項に記載の方法（２００）。
9. 処理デバイス（１６５）上で実行される、またはコンピュータ可読データ記憶媒体に記憶されるときに、請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法（２００）を実施するためのプログラムコード手段を備えるコンピュータプログラム。

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