JP2834465B2 - 車両の電源系統装置 - Google Patents

車両の電源系統装置

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Description

【発明の詳細な説明】 公知技術 本発明は、請求項１の上位該念に記載の車両の電源系
統装置に関する。
車両の電源系統装置に対する電気エネルギーの発生は
通例、電圧調整器に接続されている３相交流発電機によ
って行われる。電圧調整器は、発電機出力電圧を電源系
統の電圧供給に対して必要である値に調整する。この種
の車両の電源系統装置は例えば、西独国特許第3313398
号明細書から公知である。発電機として、スタート時に
は始動機としても用いられかつ12Vで駆動される、非同
期機または永久磁石励磁同期機を有するはずみ車発電機
が公知である。しかし12Vの低い電源系統電圧または約1
2Vの低い発電機出力電圧のため、機器の設計にはまさし
く困難がある。その理由は、高い電流強度のために巻線
の横断面を大きくする必要があるからである。更に、大
電流によって大きな損失が生じかつ同時に、発電機にお
いて発生される交流電圧を整流するため、もしくはスタ
ート時にバッテリーからの直流電流を交流電流に変換す
るためのコンバータに大きな、従って高価な半導体素子
が必要である。
発明の利点 これに対して請求項１の特徴部分に記載の構成を有す
る本発明の電源系統装置は、始動機／発電機とバッテリ
ーないし負荷との間に接続される直流電流中間回路を介
挿したことによって発電機出力電圧ないしコンバータ
（パルスインバータ）の入力電圧を大幅に高めることが
できるという利点を有する。これにより機械構成が簡単
になり、巻線の横断面を一層小さくすることができる。
というのは比較的高い電圧の場合の電流強度を小さく保
持することができるからである。
更に、低減される電流強度のために、コンバータ（パ
ルスインバータ）に使用される電力半導体に高い損失が
生ぜず、すなわち装置の効率が改善される。同時に電力
半導体を小型化し、従ってコストダウンを計ることもで
きる。更に双方向の変換器を電源バッテリーと中間回路
との間に挿入したことで、付加的な交流電圧を簡単にこ
の変換器から出力結合することができ、車両において通
例の電気機器の作動を可能にする、例えば220V、50Hzの
交流電圧を出力結合することができる。
請求項３に記載のように電源系統電圧を12Vから24Vに
高めた場合、線の横断面を小さくできるという利点が得
られる。
図面 第１図は、はずみ車始動機／発電機を有する24V直流/
300V直流車内電源系統装置に対する本発明の実施例を示
し、第２図は、非同期機およびパルスインバータを有す
るはずみ車始動機／発電機の実施例を示し、第３図は、
同期機および２相回路を有するはずみ車始動機／発電機
を示し、第４図は、多重機能および非同期モーターはず
み車始動機／発電機を備えた24VDC/300VDCを有する車内
電源系統装置の構成図を示す。
実施例の説明 第１図には、非同期機10、パルスインバータ11および
双方向変換器12を有する車内電源系統の基本装置が示さ
れている。
非同期機10の固定子巻線13a,13b,13cはスター結線さ
れておりかつパルスインバータ11に、２つのパルスイン
バータ素子14および15の間に固定子巻線のそれぞれの端
子が接続され、その際パルスインバータ素子の別の接続
端子は相互に導電接続されておりかつ300V直流中間回路
に導かれている。この中間回路ではコンデンサ16がパル
スインバータ素子14および15に並列に接続されている。
その際パルスインバータ素子は複数のトランジスタおよ
び所属のフリーホイールダイオードから成っている。
300V直流中間回路は双方向変換器12を介して24V直流
車内電源系統に接続されている。24V車内電源系統はこ
の基本実施例においてはバッテリー17のみを含んでい
る。
第２図には、はずみ車始動機／発電機としてパルスイ
ンバータを介して直接12Vバッテリー18に接続されてい
る、第１図の非同期機の実施例が図示されている。この
実施例の機能および動作は第１図で説明した非同期機の
それに相応している。第２図に図示の非同期機に代わっ
て原理的には、例えば２相接続または３相接続に構成さ
れておりかつインバータないしダイオードを介してバッ
テリー18に接続されている永久磁石励磁同期機を使用す
ることもできる。永久磁石励磁同期機を２相接続19で実
現した実施例は第３図に図示されている。
固定子巻線22および23は、それぞれ１つのトランジス
タおよび逆並列に接続されたダイオードから成っている
４つの半導体スイッチ20a−20dを介してバッテリー18の
マイナス極に接続されている。バッテリーのプラス極と
の接続は４つのダイオード21a−21dを介して行われる。
これらダイオードのカソードとバッテリーのプラス極と
の間の接続線に付加的にツェナーダイオード22が介挿さ
れている。23,24および25は、バッテリーのプラス極を
直接ダイオード21aないし21dのカソードもしくは巻線22
および23の中間タップに接続することができるスイッチ
である。
第４図には、多重化されておりかつはずみ車始動機／
発電機としての非同期機を有する車内電源系統装置全体
の実施例の構成が図示されている。
その際非同期モータ10の３つの相巻線はパルスインバ
ータ11に接続されている。パルスインバータ11から双方
向プッシュプル変換器26、そこから更に24Vのリング回
路網27に別の接続線が出ている。リング回路網には制御
された負荷および制御されない負荷28,29,30および31が
接続されている。その際負荷は制御電力半導体32を介し
て接続されるかないし制御されかつデータリング線33を
介して制御される（多重化）。24Vの負荷に接続されて
いる双方向プッシュプル変換器の出力側とアースとの間
にバッテリー34が接続されている。
双方向プッシュプル変換器26から80V、20kHzの電圧が
窓ガラスヒータ35のために出力結合される。同じ繊はAC
/DC変換器36を介して電子制御装置37の給電のために利
用される。DC/AC変換器38は一方においてはずみ車始動
機／発電機10,11の出力側に接続されておりかつ他方に
おいてデータリング線33を介して１つまたは場合に応じ
て複数の電子制御装置37に接続されている。この変換器
から別の線が220Vおよび50Hzを有する差し込みコンセン
ト39に導かれている。
車内電源系統装置の機能を第１図および第４図に基づ
いて説明する。
通常作動において非同期機10には300Vの交流電圧が発
生される。この電圧はパルスインバータ11において300V
の直流電圧に変換される。この300Vの直流電圧はコンデ
ンサ16に加えられかつ双方向変換器の１次側において高
周波交流電圧にチョッパ制御される。この高周波交流電
圧は２次側において24Vに変換されかつ再び整流され
る。従って双方向変換器の２次側に、バッテリー17ない
し34に加わる24Vの直流電圧が生じる。24Vのリング回路
網も、制御されたないし制御されない24Vの負荷も多重
装置を介してこの24Vの直流電圧が供給される。個々の
電源系統を相互に接続しかつ電子制御装置に導かれてい
るデータ線33は、個々の装置の独立した制御を可能にす
る。双方向プッシュプル変換器の１次側における付加的
な巻線を介して付加的な交流電圧が出力結合される。こ
の交流電圧は直接窓ガラスのヒータに供給される。同じ
巻線からAC/DC変換器36を介して電子制御装置37が給電
される。付加的に、別の変換器38を介して220V,50Hzの
交流電圧が車両におけるコンセント39の作動のために使
用される。
始動時においてはずみ車始動機／発電機10,11が始動
機として駆動され、それにはバッテリー34から双方向プ
ッシュプル変換器26およびパルスインバータ11を介して
電力が供給される。すなわち双方向プッシュプル変換器
の使用によって電力を発電機から電源系統装置ないしバ
ッテリーに伝送することができるかまたは逆に始動時に
電力をバッテリーから始動機に伝送することができる。
はずみ車始動機／発電機に代わって、個別要素、例え
ば永久磁石励磁される、車内電源電圧に対して決められ
た前置始動機および非同期または同期発電機を一層高い
電圧に使用することもできる。
フロントページの続き (72)発明者 ヴアン ヴイク，ヤコブス ダニエル 南アフリカ共和国 ＺＡ‐2194 ランド ブルグ プレジテントリフ ヴエスラー ン 267 (56)参考文献 特開 昭55−141924（ＪＰ，Ａ) 特表 昭60−500939（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02J 7/14 - 7/24

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】バッテリー、始動機／発電機並びに負荷を
    有する車両の電源系統装置であって、該電源系統装置
    は、個別電源系統構成要素のその都度の要求に最適に整
    合される、複数の種々異なった電圧を有している形式の
    ものにおいて、始動機／発電機は、交流機器として内燃
    機関に対する発電機または始動機（モータ）として選択
    的に作動するように構成されておりかつパルスインバー
    タを介して直流電圧中間回路に接続されており、該直流
    電圧中間回路の電圧は車内電源系統電圧に対して著しく
    高められており、かつ該直流電圧中間回路とバッテリー
    との間に双方向変換器が設けられておりかつ個別負荷エ
    レメント（前記個別電源系統構成要素）は前記直流電圧
    中間回路を介して接続されていることを特徴とする車両
    の電源系統装置。
  2. 【請求項２】始動機／発電機およびパルスインバータな
    いし直流電圧中間回路の電圧は有利には200ないし300V
    である請求項１記載の車両の電源系統装置。
  3. 【請求項３】バッテリーおよび負荷電圧は有利には24V
    である請求項１記載の車両の電源系統装置。
  4. 【請求項４】直流電圧中間回路に、別の負荷、例えば22
    0Vの交流電圧によって作動可能な負荷に別個に給電する
    ためのエレメントが設けられていることを特徴とする請
    求項１または２記載の車両の電源系統装置。
  5. 【請求項５】始動機／発電機として非同期機が使用され
    ることを特徴とする請求項１記載の車両の電源系統装
    置。
  6. 【請求項６】始動機／発電機として２相または３相接続
    に構成された同期機が使用されることを特徴とする請求
    項１記載の車両の電源系統装置。
  7. 【請求項７】スター結線された始動機／発電機はパルス
    インバータを介して双方向変換器に接続されていること
    を特徴とする請求項１記載の車両の電源系統装置。
  8. 【請求項８】リング回路網に接続されて使用されること
    を特徴とする請求項１記載の車両の電源系統装置。
  9. 【請求項９】始動機／発電機としてはずみ車始動機／発
    電機が設けられていることを特徴とする請求項１記載の
    車両の電源系統装置。
  10. 【請求項１０】バッテリーおよび始動機／発電機は相互
    に無関係に車両の任意に個所に組み込まれていることを
    特徴とする請求項１から９までのいずれか１項記載の車
    両の電源系統装置。
  11. 【請求項１１】バッテリーおよび始動機／発電機は相互
    に電位分離されていることを特徴とする請求項１から10
    までのいずれか１項記載の車両の電源系統装置。
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