JP4072157B2 - 給電電圧を安定化するための回路装置および該回路装置の作動方法 - Google Patents

Description

本発明は、給電電圧を安定化するための回路装置および該回路装置の作動方法に関する。該給電電圧は、とりわけ自動車の給電電圧である。

エネルギー蓄積器によってエネルギー供給される負荷の給電電圧は、該負荷によるエネルギー蓄積器への負荷と、エネルギー蓄積器の充電状態とに依存する。

それゆえ、エネルギー蓄積器によってエネルギー供給される負荷において、大きな電圧変動が発生することがある。したがって、このようにしてエネルギー供給される負荷を、電圧変動に対して十分に耐久的であるようにしなければならない。このことによって、負荷に対して高い要求が発生する。

当社において公知となっている、給電電圧を安定化させるための手段は、昇圧コンバータを介して給電電圧を調整して一定の値に維持する手段である。しかし、このような回路装置は非常に手間を要し、かつ高コストである。というのも、負荷に給電するすべての電流によって、昇圧コンバータのスイッチング素子に負荷がかけられるからだ。

本発明の課題は、安定化された給電電圧を少なくとも１つの負荷に対して簡単に供給できる、給電電圧を安定化するための回路装置および該回路装置の作動方法を提供することである。

前記課題は本発明によれば、請求項１の特徴を有する回路装置と、請求項６の特徴を有する方法とによって解決される。

ここでは、該回路装置は第１のエネルギー蓄積器および第２のエネルギー蓄積器を有し、第２のエネルギー蓄積器における電圧は、第１のエネルギー蓄積器における電圧と該第２のエネルギー蓄積器における電圧との和が所定の目標電圧と等しくなるように調整される。

したがって第１のエネルギー蓄積器における電圧と第２のエネルギー蓄積器における電圧との和は、負荷とは無関係に、一定に維持される。

本発明の有利な構成が、従属請求項に記載されている。

第３のエネルギー蓄積器によってエネルギー供給される電気的変換器を介して、第１のエネルギー蓄積器における電圧と第２のエネルギー蓄積器における電圧との和が所定の目標値に等しくなるように、該第２のエネルギー蓄積器における電圧が調整される。

このような回路装置の利点は、電気的変換器のスイッチング素子に対する要求が、エネルギー蓄積器の電圧を所定の電圧値に変換してシステムに必要な全エネルギーを伝達しなければならない変換器より、格段に削減されるということである。

複数の実施例を以下で、概略的な図面に基づいて説明する。

図面
図１ ２つの４２Ｖ蓄電池を有する本発明の回路装置の第１の実施例を示している。

図２ １４Ｖ蓄電池および４２Ｖ蓄電池を１つずつ有する本発明の回路装置の第２の実施例を示している。

図３ １つの１４Ｖ蓄電池および２つの４２Ｖ蓄電池を有する本発明の回路装置の第３の実施例を示している。

図１に示された回路装置は、第１の４２Ｖ蓄電池Ｂ１と、第２の蓄電池Ｂ２と、エネルギー蓄積器Ｃ１と、第１の変換器１と、第２の変換器２とを有する。変換器１および２は、ここでは直流電圧変換器（ＤＣ／ＤＣ変換器）として構成されている。

第１の蓄電池には、エネルギー蓄積器Ｃ１が直列接続されている。エネルギー蓄積器Ｃ１は、ここでは電解コンデンサである。

エネルギー蓄積器Ｃ１は、正端子および負端子を有している。エネルギー蓄積器Ｃ１の負端子は、アースに電気的に接続されている。

第２の４２Ｖ蓄電池Ｂ２は、第１の変換器１を介してエネルギー蓄積器Ｃ１に電気的に接続されており、エネルギー蓄積器Ｃ１にエネルギーを供給する。

変換器１は第２のエネルギー蓄積器Ｃ２を有しており、この第２のエネルギー蓄積器Ｃ２は、第２の蓄電池Ｂ２に対して並列に配置されている。蓄電池Ｂ２に対して、第１のスイッチング素子Ｓ１および第２のスイッチング素子Ｓ２の直列回路も並列に配置されている。スイッチング素子Ｓ１およびＳ２はそれぞれ、第１の端子および第２の端子、ならびに制御入力端を有している。

第１のスイッチング素子Ｓ１は第１の端子によって、蓄電池Ｂ２の正極およびエネルギー蓄積器Ｃ１の正端子に接続されている。第２の端子によってスイッチング素子Ｓ１は、スイッチング素子Ｓ２の第１の端子にもコイルＬ１にも電気的に接続されている。コイルＬ１は、一方ではエネルギー蓄積器Ｃ１の正端子に電気的に接続されており、他方ではアースに接続されている。

スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の制御入力端は、図示されていない制御回路に接続されており、この制御回路によって駆動される。

変換器１を介して、エネルギー蓄積器Ｃ１における電圧ＵＣ１は、電圧ＵＢ１と電圧ＵＣ１との和が所定の給電電圧ＵＶｓｏｌｌに等しくなるように調整される。

ここで電圧Ｕ_Ｂ１が、外部の負荷による負荷によって降下した場合、エネルギー蓄積器Ｃ１における電圧は電圧ＵＶｓｏｌｌに再び達するまで上昇される。

第１のスイッチング素子Ｓ１が常にスイッチオンされる場合、両蓄電池Ｂ１およびＢ２は直列接続される。

第２の電圧変換器２は、一方の接続側によって第１の蓄電池Ｂ１に電気的に接続されており、他方の接続側によって第２の蓄電池Ｂ２に電気的に接続されている。第２の変換器２によって、蓄電池Ｂ２における電圧Ｕ_Ｂ２は、両蓄電池Ｂ１およびＢ２における電圧が等しい値を有するように調整される。

変換器２は、第３のエネルギー蓄積器Ｃ３および第４のエネルギー蓄積器Ｃ４を有しており、第３のスイッチング素子Ｓ３と第４のスイッチング素子Ｓ４と第２のコイルＬ２とを有する。

ここでもスイッチング素子Ｓ３およびＳ４の制御入力端は、図示されていない制御回路に接続されており、この制御回路によって駆動される。

直列接続されたエネルギー蓄積器Ｃ３およびＣ４は、蓄電池Ｂ１の正極とアースとの間に配置されている。ここでは、エネルギー蓄積器Ｃ３の第１の端子は蓄電池Ｂ１の正極に電気的に接続されており、該エネルギー蓄積器Ｃ３の第２の端子はエネルギー蓄積器Ｃ４の第１の端子に電気的に接続されている。エネルギー蓄積器Ｃ４の第２の端子はアース接続されている。エネルギー蓄積器Ｃ３およびＣ４に対して、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の直列回路が並列に配置されている。これらもまた、蓄電池Ｂ１の正極とアースとの間に配置されている。エネルギー蓄積器Ｃ３およびＣ４の中間タップとスイッチング素子Ｓ３およびＳ４の中間タップとの間には、別のコイルＬ２が配置されている。エネルギー蓄積器Ｃ３の第２の端子は、蓄電池Ｂ２の正極に電気的に接続されている。

給電電圧Ｕ_Ｖが降下する蓄電池Ｂ１の正極とアースとの間には、ここに図示された実施例では、インバータを介してジェネレータＡＳＭが接続されている。

ジェネレータＡＳＭは、図示されていないアクチュエータによって駆動されてエネルギーを生成し、両蓄電池Ｂ１およびＢ２にエネルギーを供給する。

本発明による回路装置は、インバータを介してスタータジェネレータに接続することもできる。したがって該回路装置は、エネルギーをこのスタータジェネレータから受け取ることができ、モータ運転時にはスタータジェネレータにエネルギーを供給することもできる。

図２に示された第２の実施例が第１に示された実施例と異なる点は、両蓄電池Ｂ１およびＢ２の公称電圧ＵＢ１およびＵＢ２が異なることである。

図２に示された実施例において、第１の実施例と同じ機能を有するエレメントは、図１と同一の参照番号を有する。

この実施例はたとえば、異なる２つの給電電圧を有する回路装置に電圧を供給するのに適している。ここに図示された実施例では、第１の蓄電池電圧Ｕ_Ｂ１＝４２Ｖであり、第２の蓄電池電圧Ｕ_Ｂ２＝１４Ｖである。

第２の変換器２を介して、蓄電池電圧Ｕ_Ｂ２は常に、蓄電池電圧Ｕ_Ｂ１の１／３に調整される。

図１に示された実施例と比較すると、第２の実施例では給電電圧ＵＶは、より小さい負荷領域だけで一定に調整される。というのも蓄電池電圧ＵＢ２は比較的小さいと同時に、エネルギー蓄積器Ｃ１における電圧が最大で電圧ＵＢ２になるからである。たとえば第１のスイッチング素子Ｓ１が常にスイッチオンされる場合、すなわち、給電電圧が両蓄電池電圧ＵＢ１およびＵＢ２の和である場合、給電電圧はそれぞれの付加的な負荷によって低減される。

図３に示された第３の実施例において同機能のエレメントは、図１と同一の参照番号を有する。

ここでは、第１の蓄電池Ｂ１に対して別のエネルギー蓄積器Ｃ５が並列に配置されている。給電電圧ＵＶは、エネルギー蓄積器Ｃ１およびＣ５における電圧ＵＣ１およびＵＣ５の和である。

第３の蓄電池Ｂ３は負端子および正端子を有しており、ここでは１４Ｖの公称電圧を有する。

第３の蓄電池Ｂ３の負端子は、第１の蓄電池Ｂ１の負端子およびアースに電気的に接続されている。

第３の電気的変換器３を介して第３の蓄電池Ｂ３における電圧Ｕ_Ｂ３は、該蓄電池Ｂ３の公称電圧に相応するように調整される。第３の変換器は、直列接続された２つのスイッチング素子Ｓ５およびＳ６を有し、これらはエネルギー蓄積器Ｃ５および蓄電池Ｂ１に対して並列に配置されている。スイッチング素子Ｓ５およびＳ６の共通の端子は、コイルＬ３の第１の端子に電気的に接続されている。コイルＬ３の第２の端子は、別のエネルギー蓄積器Ｃ６の正端子および蓄電池Ｂ３の正端子に電気的に接続されている。

図２に示された第２の実施例と比較して第３の実施例の利点は、第１の蓄電池Ｂ１および第３の蓄電池Ｂ３双方が、アースで参照を有することである。

エネルギー蓄積器Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４およびＣ６、ならびにコイルＬ１，Ｌ２およびＬ３は、変換器１，２および３によって変換された電圧を平滑する役割を有する。

２つの４２Ｖ蓄電池を有する本発明の回路装置の第１の実施例を示している。

１４Ｖ蓄電池および４２Ｖ蓄電池を１つずつ有する本発明の回路装置の第２の実施例を示している。

１つの１４Ｖ蓄電池および２つの４２Ｖ蓄電池を有する本発明の回路装置の第３の実施例を示している。

Claims (6)

1. 給電電圧を安定化するための回路装置において、
   第１の蓄電池（Ｂ１）と、エネルギー蓄積器（Ｃ１）と、電圧変換器（１）と、第２の蓄電池（Ｂ２）と、制御装置とが設けられており、
   該エネルギー蓄積器（Ｃ１）は、該第１の蓄電池（Ｂ１）に直列接続されており、
   前記電圧変換器（１）は第１の接続側によって、該エネルギー蓄積器（Ｃ１）に電気的に接続されており、該エネルギー蓄積器（Ｃ１）における電圧（Ｕ_Ｃ１）を調整し、
   該第２の蓄電池（Ｂ２）は、前記電圧変換器（１）の第２の接続側に電気的に接続されており、
   該エネルギー蓄積器（Ｃ１）に対して、電圧変換器（１）を介して該第２の蓄電池（Ｂ２）からエネルギーが供給され、
   該制御装置は前記電圧変換器（１）を制御し、該第１の蓄電池における電圧（Ｕ_Ｂ１）と該エネルギー蓄積器における電圧（Ｕ_Ｃ１）との和が、予め設定された目標電圧（Ｕ_{Ｖｓｏｌｌ}）に等しくなるように、該エネルギー蓄積器（Ｃ１）における電圧（ＵＣ１）を調整し、
   第２の電圧変換器（２）が設けられており、
   前記第２の電圧変換器（２）は、一方の接続側によって第１の蓄電池（Ｂ１）に電気的に接続されており、他方の接続側によって第２の蓄電池（Ｂ２）に電気的に接続されていることにより、該第１の蓄電池（Ｂ１）と第２の蓄電池（Ｂ２）との間でエネルギー交換が実現されることを特徴とする回路装置。
2. 第１の蓄電池（Ｂ１）および第２の蓄電池（Ｂ２）の公称電圧の大きさは異なる、請求項１記載の回路装置。
3. 第３の電圧変換器（３）が設けられており、
   該第３の電圧変換器（３）は、一方の接続側によって第３の蓄電池（Ｂ３）に電気的に接続されており、他方の接続側によって第１の蓄電池（Ｂ１）に電気的に接続されていることにより、該第１の蓄電池（Ｂ１）と第３の蓄電池（Ｂ３）との間でエネルギー交換が実現される、請求項１から２までのいずれか１項記載の回路装置。
4. 給電電圧を安定化するための、請求項１から３までのいずれか１項記載の回路装置の作動方法において、
   エネルギー蓄積器（Ｃ１）における電圧（ＵＣ１）を第１の蓄電池（Ｂ１）における電圧に依存して、該第１の蓄電池（Ｂ１）における電圧（Ｕ_Ｂ１）とエネルギー蓄積器における電圧（Ｕ_Ｃ１）との和が、予め設定された目標電圧（Ｕ_{ｖｓｏｌｌ}）に等しくなるように調整し、
   一方の接続側によって第１の蓄電池（Ｂ１）に電気的に接続されており他方の接続側によって第２の蓄電池（Ｂ２）に電気的に接続されている第２の電圧変換器（２）が設けられており、
   前記第２の電圧変換器（２）により、該第１の蓄電池（Ｂ１）と第２の蓄電池（Ｂ２）との間でエネルギー交換を行うことを特徴とする、作動方法。
5. 第２の電圧変換器（２）を介して第１の蓄電池（Ｂ１）の電圧（Ｕ_Ｂ１）および第２の蓄電池（Ｂ２）の電圧（Ｕ_Ｂ２）を、該第１の蓄電池（Ｂ１）における電圧（Ｕ_Ｂ１）および第２の蓄電池（Ｂ２）における電圧（Ｕ_Ｂ２）の大きさが等しくなるように調整する、請求項４記載の作動方法。
6. 第２の電圧変換器（２）を介して第１の蓄電池（Ｂ１）の電圧（Ｕ_Ｂ１）および第２の蓄電池（Ｂ２）の電圧（Ｕ_Ｂ２）を、該第１の蓄電池（Ｂ１）における電圧（Ｕ_Ｂ１）および第２の蓄電池（Ｂ２）における電圧（Ｕ_Ｂ２）が相互に所定の比になるように調整する、請求項４記載の作動方法。

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