JP4550363B2

JP4550363B2 - 自動車用電気システム

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Publication number: JP4550363B2
Application number: JP2002565823A
Authority: JP
Inventors: ボルツシュテファン; クノルライナー
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-02-16
Filing date: 2001-02-16
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2021-02-16
Also published as: EP1360090A1; KR20030077625A; JP2004518079A; KR100768354B1; EP1360090B1; DE50105088D1; WO2002066293A1; US6919648B2; US20040112320A1

Description

【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念の特徴部分に記載された自動車用電気システムに関する。
【０００２】
自動車内のスタータジェネレータの駆動は、原則的に１４Ｖのシステム電圧で行われる（１４Ｖ、より詳細には１４. ４Ｖが１２Ｖ蓄電池の充電電圧である）。この場合、出力性能およびジェネレータ出力も技術的に有意に最大３ｋＷに制限される。なぜなら、そうでなければシステム電流が高くなりすぎてしまうからである。スタータジェネレータは１４Ｖのシステム電圧のもとで内燃機関を始動させ、走行中に電気的負荷に給電することができるが、ブースト（加速）または回復（Rekuperation）（制動）のようなさらなる機能には対しては、３ｋＷより高い出力が必要である。このような出力は、より高いシステム電圧によってのみ得られる。それ故に４２Ｖ電気システム（４２Ｖは３６Ｖ蓄電池の充電電圧）が発展した。このような電気システムは大きな電気的出力、例えば６ｋＷの変換を可能にする。
【０００３】
組み込み型スタータジェネレータ（短縮してＩＳＧ）は例えば、電気的インバータを有する三相非同期機である。この非同期機はフライホイールで直接的に内燃機関のクランクシャフトに取り付けられており、ジェネレータモードにおいて電気的出力を生成し、モータモードにおいて機械的な駆動出力を生成することができる。すなわちこれは、公知のジェネレータ（発電機）の代わりにも、公知のスタータ（始動機）の代わりにもなる。提供される出力が顕著に向上するので（公知の発電機での２ｋＷに対して６ｋＷ）、ＩＳＧはエンジン始動および電気システム給電の他にさらなる機能を可能にした。
【０００４】
ブースト（加速）：車両の加速フェーズ中の内燃機関のトルクサポート。ＩＳＧは約２００Ｎｍの最大トルクを提供することができる。これは２リットル内燃機関のトルクにほぼ相応する。ブースト過程中、約１５秒に対して２７０Ａまでの電流が必要である。
【０００５】
回復（回生制動）：ＩＳＧは車両の制動時に電流生成によって運動エネルギーを得る。ここでは約３０秒までに対して２７０Ａまでの電流が生成される。
【０００６】
モデル計算は、この新たな機能の使用時の２０％までの燃料節約を示す。
【０００７】
大きな問題は、継続的に高い充電電流および放電電流を有することができるエネルギー蓄積部の安価な実装である。なぜなら自動車の寿命（約１５０, ０００ｋｍ）に対して約３００, ０００〜５００, ０００の充放電サイクルが見積もられるからである。
【０００８】
公知の１２Ｖ自動車（Ｋｆｚ）用電気システムには、鉛蓄電池が装備されている。このようなタイプの蓄電池は非常に限られたサイクル強度（Zyklenfestigkeit）を有している。なぜならここではエネルギー搬送は、損失を負った物質搬送（イオン）と結び付いているからである；これは電極が、減少し続けるアクティブ面（容量損失）と、物質損失によって構造変えされてしまうことを意味する。この物質損失は鉛沈殿物の堆積につながる。
【０００９】
現在、１４Ｖ電気システム内の蓄電池はほぼ一定の充電状態のもとで動作される。始動およびアイドリング時の短期の電流導出はこの場合、ほとんど重要でない。蓄電池のメイン機能はむしろ、大きな容量で電気システムを安定させる大きな緩衝コンデンサの機能である。容量損失は緩慢にのみ進行し、寿命は相応してより多くの年に相応する。
【００１０】
ＩＳＧでの高いダイナミック作動における４２Ｖ自動車用電気システムでの状況は異なる。モデル計算は５, ０００〜１０, ０００ｋｍの典型的な鉛蓄電池の寿命を見積もる。実際の試みでは、故障まで６, ０００ｋｍの走行距離に達した。２７０Ａまでの電流に対する充電能力を常に保証するのも技術的に困難である。結果として、ブーストおよび回復に対する鉛蓄電池の使用時には、各自動車サービスインターバル時に蓄電池を交換する必要がある。またはより頻繁に交換が必要である。これは絶対に受け入れられない。
【００１１】
３６Ｖ鉛蓄電池を有するシステムは格段に、最も低い調達費を有する。しかし自動車の寿命にわたって非常に高い追従コストが生じる。
【００１２】
ＮｉＭＨ−（ニッケル水素）蓄電池は、基本的にブーストおよび回復にも適している。しかしこの蓄電池は必要なサイクル強度に達するために格段に過大に構成されなければならない。エネルギー供給ないしは出力供給のために計算上６ｋＷおよび１１Ａｈを有する蓄電池が必要である場合、サイクル強度に達するのに少なくとも１４Ａｈ必要である。解決されない問題は、大きな荷電交換時に生じる熱の排出である。使用される材料が原因で、調達費もほぼ実質的に低減させることができない。
【００１３】
Ｌｉ−Ｉｏｎ−（リチウムイオン）蓄電池は、技術的な観点から多くを期待できる（エネルギー密度、重量、効率等）。開発は既に進められている；しかし自動車で使用できる製品は数年か後に始めて使用可能になる。今日知られているコストは、ＮｉＭＨ−蓄電池のコストよりもさらに高いであろう。
【００１４】
僅かなエネルギー蓄積部のみが、必要な高いサイクル数ないし高いエネルギースループット（２００, ０００ブースト過程の場合、全体で約１２. ６ＭＷｈのエネルギーないしは約１８０, ０００Ａｈが必要である）を供給することができる。適切なエネルギー蓄積部は電気二重層コンデンサである（ＤｏｕｂｌｅＬａｙｅｒＣａｐａｃｉｔｏｒ：ＤＬＣ）。これは既に使用可能であり、ブーストおよび回復時に変換されたエネルギーを蓄積および出力することができる。ここで生じる電流も問題ない。良好な効率によって自己加熱も僅かである。
【００１５】
しかし電気二重層コンデンサの制限されたエネルギー蓄積能力は、付加的な蓄電池、例えば安価な鉛蓄電池を必要とする。このような蓄電池はここでもはや周期的に負荷されないので、今日の標準での寿命が期待できる。
【００１６】
エネルギー蓄積部から導出されるエネルギーは、始動過程が１秒の場合に約２Ｗｈである。１キロメートル走行する毎に統計的に２回の始動過程が計算される。加速時にも２回のブースト過程が１キロメートル走行する毎に見積もられる。
【００１７】
この場合６ｋＷスタータジェネレータでは、ブースト過程毎に６３Ｗｈまでが必要とされる。始動過程時には５００Ａを上回る最大電流になり、ブースト過程時には２５０Ａより高くなる。
【００１８】
しかしコンデンサでのエネルギー交換が原則的に電圧変化を介してのみ可能であることは欠点である。荷電の７５％を動かすために、コンデンサ電圧を５０％変化させなければならない（Ｅ＝１／２^＊Ｃ^＊（Ｕ_２ ^２−Ｕ_１ ^２）。４２Ｖ電気システムに対してこれは４２Ｖ（フル充電状態で）〜２１Ｖの受け入れられない変化を意味する。従って公知の構成では電気システムと電気二重層コンデンサＤＬＣとの間に双方向直流電圧変換器が使用される。これはこの欠点を再び補償する。従って電気二重層コンデンサの電圧が変動している場合に、４２Ｖ電気システムを安定状態に維持することができる。
【００１９】
技術的に見て電気二重層コンデンサと鉛蓄電池との組合せは今日、多くのことを期待できる。しかし電気二重層コンデンサおよび蓄電池の高い値段が、双方向直流電圧変換器に対する高いコストにさらに加わるので、多大の全体コストが見積もられる。とりわけこのようなコストはこのシステムを連続生産車両に迅速に導入するのを遅らせる。
【００２０】
本発明の課題は、電気二重層コンデンサと安価な蓄電池との組合せを有する自動車用電気システムを実現することである。ここでこの蓄電池はコストが集中する双方向直流電圧変換器を省略することができるので、システムコストは格段に低減する。
【００２１】
上述の課題は、独立請求項に記載された特徴部分の構成によって本発明と相応に解決される。
【００２２】
本発明の特別な利点は、コストが集中する双方向直流電圧変換器が４つ（４２Ｖ／１４Ｖ−「二電圧」電気システムの場合）ないしは２つ（４２Ｖ−「単一電圧」電気システムの場合）の被制御スイッチによって置き換えられることである。ＩＳＧ出力側（中間回路コンデンサＣ）に印加される電圧ないし、ＩＳＧへまたはＩＳＧから流れる電流が制御可能なので、切り換えをほぼ出力損失なしで行うことができる。これはスイッチへの要求を格段に低減させる。
【００２３】
ブーストおよび回復時には組み込み型スタータジェネレータＩＳＧは蓄電池と別個にされ、その代わりに電気二重層コンデンサＤＬＣと接続される。このような動作状態において負荷は蓄電池によって給電される。
【００２４】
３６Ｖ蓄電池、電気二重層コンデンサおよび１２Ｖ蓄電池間で相互に荷電搬送が可能なことによって、緊急時には全ての電気システム領域においてエネルギー供給に対する二重の冗長性が得られる。
【００２５】
電気二重層コンデンサでの電圧を、付加的な接触保護（Beruehrungsschutz）の必要がない最大許容電圧まで上昇させることによって（６０Ｖ）、次のような利点が生じる。すなわちスタータジェネレータがより高いトルクを供給することができ、電気二重層コンデンサのエネルギー蓄積能力が上昇するという利点である。これによってＩＳＧ−電気システム全体の性能が向上する。
【００２６】
本発明の実施例を以下で図面に基づきより詳細に説明する。
【００２７】
図１には電気二重層コンデンサおよび鉛蓄電池の放電電圧特性が示されており、図２には公知の４２Ｖ／１４Ｖ自動車用電気システムの回路図が示されており、図３には別の４２Ｖ／１４Ｖ自動車用電気システムの回路図が示されており、図４には本発明による４２Ｖ／１４Ｖ自動車用電気システムの回路図が示されており、図５には本発明による４２Ｖ自動車用電気システムの回路図が示されている。
【００２８】
図１には、電気二重層コンデンサＤＬＣの放電時の電圧特性（破線）および鉛蓄電池Ｂの放電時の電圧特性（実線）が示されている。時点Ｔｏから異なっている、コンデンサおよび蓄電池の電圧特性によって２つの蓄積システムを電気システム内で直接的に結合することは不可能である。このためにさらなる調整素子が必要である。
【００２９】
図２には、組み込み型スタータジェネレータＩＳＧを有する公知の４２Ｖ／１４Ｖ自動車用電気システムの回路図が示されている。ここでは電気二重層コンデンサＤＬＣが使用されており、この電気二重層コンデンサと３６Ｖ蓄電池Ｂ１との間にさらなる調整素子として双方向ＤＣ／ＤＣ変換器２が使用されている。
【００３０】
このような回路によって実行される動作進行は、図示されていない制御回路／調整回路によって制御／調整される。
【００３１】
組み込み型スタータジェネレータＩＳＧは、内燃機関ＢＫＭと機械的に結合された非同期機である。この非同期機は双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１（インバータ）を介して電気二重層コンデンサＤＬＣと接続されている。電気二重層コンデンサＤＬＣは、上述した双方向ＤＣ／ＤＣ変換器２を介して３６Ｖ蓄電池Ｂ１と接続されている。ここには３６／４２Ｖの電圧Ｕ１が印加される（定格電圧３６Ｖ、フル充電状態において４２Ｖ）。このような３６Ｖ蓄電池から負荷Ｖは直接的に給電される。これらの負荷は電気的な弁駆動部、フロントガラス暖房、座席暖房、冷房等の比較的大きな負荷をあらわしており、またＤＬＣの放電時には始動機等としてのＩＳＧである。しかし１２Ｖ蓄電池Ｂ２および１２Ｖ蓄電池によって給電される比較的小さい負荷ｖも給電される。
【００３２】
３６Ｖ蓄電池Ｂ１は、比較的小さい出力の別の双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３を介してこの１２Ｖ蓄電池Ｂ２と接続されている。ここには１２／１４Ｖの電圧Ｕ２が印加される（定格電圧１２Ｖ、フル充電の状態においては１４. ４Ｖ）。これは車両照明および計器照明等のより小さな負荷ｖを給電する。
【００３３】
内燃機関ＢＫＭのスタート時およびブーストモード（加速時）において、ＩＳＧはモータモードで作動し（ＩＳＧは内燃機関ＢＫＭを駆動する）、必要なエネルギーを電気二重層コンデンサＤＬＣから（ＡＣ／ＤＣ変換器１を介して）引き出す。または電気二重層コンデンサＤＬＣが充電されていない場合には、３６Ｖ蓄電池Ｂ１から引き出す（ＤＣ／ＤＣ変換器２およびＡＣ／ＤＣ変換器１を介して）。
【００３４】
通常の走行作動においてＩＳＧは内燃機関ＢＫＭによって駆動され、従ってジェネレータモードで作動する。この場合ＩＳＧはエネルギー蓄積部ＤＬＣ、Ｂ１およびＢ２を充電する。これは通常の走行作動において僅かなパワーで行われる。
【００３５】
回復モード（制動時）では、この充電はより高い出力で行われる。これはＩＳＧの最大出力タスクに相応し得る。６ｋＷスタータージェネレータに対して、これは２５０Ａを上回る最大充電電流を意味する。１キロメートル走行する毎に、統計的に２回の重要な制動過程が計算されなければならない。
【００３６】
通常の動作において２つのＤＣ／ＤＣ変換器２および３は、蓄電池Ｂ１、Ｂ２の充電および負荷Ｖ、ｖの給電のためにのみ、すなわち一方向で使用される。しかし２つのＤＣ／ＤＣ変換器２および３は双方向に、すなわち冗長に設計されており、緊急時には３６Ｖ蓄電池Ｂ１を１２Ｖ蓄電池から充電すること、およびＤＬＣを３６Ｖ蓄電池Ｂ１または１２Ｖ蓄電池Ｂ２から充電することができる。
【００３７】
ＤＣ／ＤＣ変換器２は付加的な重みを意味し、そのコストは非常に高い。車両負荷の全エネルギー供給は、ＤＣ／ＤＣ変換器２を介して行われなければならない（高い効率要求）。これによってその出力は車両負荷に相応しなければならない。例えば組み込まれた負荷出力が４ｋＷの場合、このＤＣ／ＤＣコンバータは約１００Ａまでの電流に対して設計されなければならない。これに加えてＤＬＣがブーストおよび回復時にエネルギー蓄積およびエネルギー供給のために使用されるべき場合、自身の電圧は顕著に低下する。ＤＣ／ＤＣ変換器２はこの場合、このような電圧ダイナミックに対して設計されなければならない。このことは格段に複雑な構造およびコストの上昇につながってしまう（双方向逓昇／逓降調整器）。
【００３８】
図３には、４２Ｖ／１４Ｖ自動車用電気システムの別の可能な形態が示されている。しかし図２と異なってここでは電気二重層コンデンサＤＬＣはＡＣ／ＤＣ変換器１とは直接的に接続されておらず、ＤＣ／ＤＣ変換器２を介して結合されている。蓄電池Ｂ１および負荷Ｖ並びにＤＣ／ＤＣ変換器３を有するこの４２Ｖ電気システムは、直接的にＡＣ／ＤＣ変換器１の出力側と接続されている。このような回路形態の重大な欠点は、ＤＣ／ＤＣ変換器がここでブーストおよび回復時の格段に高い電流（＞２５０Ａ）に対して設計されていなければならず、図２の実施例のように、双方向逓昇変換器／逓降変換器でなければならないことである。これはさらなるコストの上昇につながる。
【００３９】
図４には、本発明による４２Ｖ／１４Ｖ自動車用電気システム（「二電圧」電気システム）の回路図が示されている。これは内燃機関ＢＫＭと機械的に結合された組み込み型スタータジェネレータＩＳＧを有している。このスタータジェネレータには双方向ＡＣ／ＤＣ変換器１が続いている。双方向ＡＣ／ＤＣ変換器の２つの出力側の間に中間回路コンデンサＣが配置されている。中間回路コンデンサＣのネガティブな接続端子と、これに接続された、ＡＣ／ＤＣ変換器１のネガティブな直流電圧接続端子は基準電圧ＧＮＤと接続されている。
【００４０】
中間回路コンデンサＣのポジティブな接続端子と、これに接続された、ＡＣ／ＤＣ変換器１のポジティブな直流電圧接続端子は２つの並列なスイッチＳ１およびＳ２につながる。
【００４１】
第１のスイッチＳ１はＡＣ／ＤＣ変換器１のポジティブな接続端子を、３６Ｖ蓄電池Ｂ１のポジティブな極と、これと並列に位置する大きな負荷Ｖ（この負荷の他の接続端子は基準電圧ＧＮＤと接続されている）と、第３のスイッチＳ３と接続する。
【００４２】
第２のスイッチＳ２は、ＡＣ／ＤＣ変換器１のポジティブな接続端子を電気二重層コンデンサＤＬＣのポジティブな接続端子および第４のスイッチＳ４と接続する。電気二重層コンデンサのネガティブな接続端子は基準電圧ＧＮＤと接続されている。
【００４３】
第３および第４のスイッチＳ３、Ｓ４の他の２つの接続端子は相互に接続され、第２のＤＣ／ＤＣ変換器３のポジティブな接続端子に接続されている。残りの回路は図２の回路に相応する。
【００４４】
例えば変換器の動作方向を定めること（逓昇変換または逓降変換）、中間回路コンデンサＣを所定の電圧値まで充電することおよび４つのスイッチＳ１〜Ｓ４のスイッチ位置等のこの回路によって実行される動作進行も、図示されていない制御回路／調整回路によって制御／調整される。
【００４５】
スイッチＳ１およびＳ２は、組み込み型スタータジェネレータＩＳＧを電気二重層コンデンサＤＬＣないしは３６Ｖ蓄電池Ｂ１と接続させる。スイッチＳ３は３６Ｖ蓄電池Ｂ１を１２Ｖ蓄電池Ｂ２と接続させ、スイッチＳ４は電気二重層コンデンサＤＬＣと１２Ｖ蓄電池Ｂ２の付加的な結合を可能にする。
【００４６】
スイッチＳ１およびＳ２の以下のスイッチング状態が可能である。
【００４７】
スイッチＳ１およびスイッチＳ２が非導電状態：
ＡＣ／ＤＣ変換器１のブリッジの駆動制御を介して中間回路コンデンサＣの電圧が影響され、このようにして電気二重層コンデンサＤＬＣおよび／または３６Ｖ蓄電池Ｂ１の電圧に整合される。ＩＳＧ出力側の電圧（中間回路コンデンサＣに印加されている電圧）が制御可能なので、切り換えをほぼ損失なく行うことができる（電圧のない状態で閉成）。
【００４８】
同じようにスイッチＳ１またはＳ２の開放前にＡＣ／ＤＣ変換器１のブリッジを駆動制御することを介して、ＡＣ／ＤＣ変換器１を通る電流の流れをほぼ０に低下させる。これによって電流のない状態でスイッチの開放が行われる。これはスイッチへの要求を格段に低減させる。
【００４９】
スイッチＳ１が導電状態で、スイッチＳ２非導電状態：
これは図４に示されているような通常の走行駆動状態である。回復のない通常のジェネレータ駆動はこのようなスイッチ位置において、３６Ｖ蓄電池Ｂ１の充電並びに１４／４２Ｖ自動車用電気システムのＩＳＧからの給電を可能にする。
【００５０】
ブーストおよび回復時にＡＣ／ＤＣ変換器１を介して３６Ｖ蓄電池Ｂ１を充電および放電することは技術的には可能であるが、このような作動状態は３６Ｖ蓄電池Ｂ１のサイクル強度が制限されているので避けられるべきである。
【００５１】
スイッチＳ１が非導電状態で、スイッチＳ２が導電状態：
ブースト（加速）または回復（制動）時のＡＣ／ＤＣ変換器１を介した電気二重層コンデンサＤＬＣの放電および充電。このようなスイッチ状態において、ブースト過程に対する３６Ｖ蓄電池Ｂ１からのエネルギー導出は不可能である。回復の場合、３６Ｖ蓄電池Ｂ１はエネルギーを受容しない。電気システム負荷Ｖ（および１２Ｖ蓄電池Ｂ２および１２Ｖ蓄電池に接続されている負荷ｖ）の電気的供給は３６Ｖ蓄電池Ｂ１を介して行われる。
【００５２】
スイッチＳ１およびスイッチＳ２が導電状態：
これは許可されないスイッチ位置である。これは、電気二重層コンデンサＤＬＣおよび３６Ｖ蓄電池Ｂ１との間での同じ電圧レベルを前提条件とする。電圧が異なる場合には、電気二重層コンデンサＤＬＣと３６Ｖ蓄電池Ｂ１との間に高い過度電流が生じることが避けられない。それ故にスイッチＳ１とスイッチＳ２は、このようなスイッチ状態が阻止されるようにインターロックされている。
【００５３】
スイッチＳ３およびスイッチＳ４が非導電状態：
このような状態では１４Ｖ電気システムは４２Ｖ電気システムと別個にされている。従ってＳ３およびＳ４は、極性逆転保護（Verpolschutzes）の機能も担っている。
【００５４】
スイッチＳ３が導電状態で、スイッチＳ４が非導電状態：
これは通常の走行作動状態である。このようなスイッチ位置によって、３６Ｖ蓄電池Ｂ１からの１２Ｖ蓄電池Ｂ２の充電が可能である。３６Ｖ蓄電池Ｂ１を１２Ｖ蓄電池Ｂ２と接続させる双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３は逓降モードで作動する。
【００５５】
ＤＣ／ＤＣコンバータが逓昇モードに切り換えられると、放電している３６Ｖ蓄電池は１２Ｖ蓄電池から再充電される。
【００５６】
スイッチＳ３が非導電状態で、スイッチＳ４が導電状態：
電気二重層コンデンサＤＬＣが放電されている場合、例えば車両の比較的長い停止時間時には、このようなスイッチ位置において電気二重層コンデンサＤＬＣはＤＣ／ＤＣ変換器３を介して１２Ｖ蓄電池Ｂ２から再充電される。ＤＣ／ＤＣ変換器はこのような場合、逓昇モードで作動する。これは１２Ｖ蓄電池の充電の枠内で、ＤＬＣでの充電維持を可能にする。
【００５７】
スイッチＳ３およびスイッチＳ４が導電状態：
これは許されないスイッチ位置である。２つのスイッチは同時に「導電」位置を有してはいけない。なぜならこのような場合には３６Ｖ蓄電池Ｂ１と電気二重層コンデンサＤＬＣとの間で電位差補償が生じるからである。過度電流は非常に高くなるであろう。それ故にスイッチＳ３およびスイッチＳ４は、このようなスイッチ状態が回避されるように、インターロックされるべきである。
【００５８】
スタータジェネレータＩＳＧを有する電気システム内に、比較的高い性能と比較的高いサイクル強度を有する電気二重層コンデンサＤＬＣを容易に、少ない付加的な電気的構成部分によって実装することに、本発明の特別な利点がある。
【００５９】
特別にコストの高いＤＣ／ＤＣ変換器２が僅かなスイッチによって置き換えられる。これらのスイッチは、最も簡単な場合には安価なリレーまたは被制御スイッチングトランジスタによって実現される。
【００６０】
このような回路によって３６Ｖ蓄電池Ｂ１のサイクル頻度は格段に減少され、電気二重層コンデンサＤＬＣに移される。電気二重層コンデンサはこれに対して充分なサイクル強度を有している。これによって４２Ｖ電気システムの負担が格段に減少する。スタート−ストップ作動、ブースト作動および回復作動による強い電圧変動はスタータジェネレータＩＳＧおよび電気二重層コンデンサＤＬＣだけで局所的に生じる。
【００６１】
Ｓｉｃａｎ／ＶＤＡ推奨による、４８Ｖないし３０Ｖの上方および下方電圧限界はＩＳＧには関係なく、４２Ｖ電気システムの電圧にのみ関係する。この電圧はこの構成によって影響されない。しかしスタータジェネレータＩＳＧおよび電気二重層コンデンサＤＬＣの性能を高めるために、このような２つのコンポーネントの電圧は一時的に比較的高くなる。最大電圧は６０Ｖ（付加的な接触保護を必要としない最大許容電圧）より下であるべきである。このような場合に次のような利点が生じる。すなわちスタータジェネレータＩＳＧが比較的高いトルクを供給することができ、電圧に対して二乗の関係である、電気二重層コンデンサＤＬＣ内に蓄積可能なエネルギーが上昇するとういう利点である。これによってＩＳＧ−電気システム全体の性能が向上する。
【００６２】
将来の電気システムにおいてはデュアル４２／１４Ｖ電気システムはもはや存在せず、４２Ｖ電気システムのみだけが存在するだろう。
【００６３】
図５には、単なる４２Ｖ電気システムに対する本発明の実施例が示されている。スイッチＳ３およびＳ４、１２Ｖ蓄電池Ｂ２および双方向ＤＣ／ＤＣ変換器３が省略されている。全て３６／４２Ｖ電圧で駆動される負荷Ｖだけが依然として存在する。
【００６４】
このために設けられた回路は本質的に、電圧矢印Ｕ１の左側に存在する、図４に示された回路部分に相応する。３６Ｖ蓄電池Ｂ１からの電気二重層コンデンサＤＬＣの再充電はＤＣ／ＤＣ変換器を介して行われる。このＤＣ／ＤＣ変換器は最も簡単な場合には小さいパルス幅変調調整器ＰＷＭである。これは蓄電池Ｂ１と電気二重層コンデンサＤＬＣのポジティブな接続端子間に挿入されており、ＤＬＣの放電時には、ＤＬＣの電圧が蓄電池電圧Ｕ１（または６０Ｖを下回る最大電圧）に近似するように相当するあいだだけ作動する。これはとりわけ、長い停止時間（電気二重層コンデンサの自己放電）後に必要であり、始動過程が確実に保証される。スイッチＳ１およびＳ２の機能は、図４のデュアル４２Ｖ／１４Ｖ電気システムで示されたままである。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気二重層コンデンサおよび鉛蓄電池の放電電圧特性を示す図である。
【図２】公知の４２Ｖ／１４Ｖ自動車用電気システムの回路図である。
【図３】別の４２Ｖ／１４Ｖ自動車用電気システムの回路図である。
【図４】本発明による４２Ｖ／１４Ｖ自動車用電気システムの回路図である。
【図５】本発明による４２Ｖ自動車用電気システムの回路図である。

Claims

自動車用電気システムであって、
内燃機関（ＢＫＭ）と、
当該内燃機関と機械的に接続されている組み込み型スタータジェネレータ（ＩＳＧ）とを有しており、
当該組み込み型スタータジェネレータは双方向ＡＣ／ＤＣ変換器（１）を介してジェネレータモードにおいて、電気二重層コンデンサ（ＤＬＣ）および蓄電池（Ｂ１）を第１の電圧（Ｕ１）に充電し、
モータモードにおいて、前記電気二重層コンデンサ（ＤＬＣ）または蓄電池（Ｂ１）内に蓄積されたエネルギーによって駆動される形式のものにおいて、
前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換器（１）のポジティブな直流電圧接続端子とネガティブな直流電圧接続端子との間に中間回路コンデンサ（Ｃ）が配置されており、
第１のスイッチ（Ｓ１）が設けられており、当該第１のスイッチを介して前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換器（１）のポジティブな直流電圧接続端子が、マイナス極が基準電圧（ＧＮＤ）と接続されている前記蓄電池（Ｂ１）のプラス極と接続可能であり、
第２のスイッチ（Ｓ２）が設けられており、当該第２のスイッチを介して前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換器（１）のポジティブな直流電圧接続端子が、ネガティブな接続端子が基準電圧（ＧＮＤ）と接続されている前記電気二重層コンデンサ（ＤＬＣ）のポジティブな接続端子と接続可能である、
ことを特徴とする自動車用電気システム。
前記第１のスイッチおよび第２のスイッチ（Ｓ１, Ｓ２）は、当該２つのスイッチが同時に導電状態にならないようにインターロックされている、請求項１記載の自動車用電気システム。
前記中間回路コンデンサ（Ｃ）は、前記第１のスイッチまたは第２のスイッチ（Ｓ１, Ｓ２）が導電状態に切り換えられる前に、前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換器（１）によって電気二重層コンデンサ（ＤＬＣ）または蓄電池（Ｂ１）での電圧に相応する電圧値に充電される、請求項１記載の自動車用電気システム。
前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換器（１）への電流の流れまたは前記双方向ＡＣ／ＤＣ変換器（１）からの電流の流れは、前記第１のスイッチまたは第２のスイッチ（Ｓ１, Ｓ２）が非導電状態に切り換えられる前に最小値に減少される、請求項１記載の自動車用電気システム。
調整回路（ＰＷＭ）が設けられており、当該調整回路によって前記電気二重層コンデンサ（ＤＬＣ）は、前記蓄電池（Ｂ１）から再充電される、請求項１記載の自動車用電気システム。
前記電気二重層コンデンサ（ＤＬＣ）は、前記蓄電池（Ｂ１）の電圧（Ｕ１）を上回る高い電圧に充電される、請求項１記載の自動車用電気システム。
第２の電圧（Ｕ２）で別の負荷（ｖ）を給電する別の蓄電池（Ｂ２）を有しており、
当該蓄電池は双方向ＤＣ／ＤＣ変換器（３）を介して蓄電池（Ｂ１）によって充電される形式のものにおいて、
第３のスイッチ（Ｓ３）が設けられており、当該第３のスイッチを介して第１１の蓄電池（Ｂ１）のプラス極が前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器（３）のポジティブな接続端子と接続可能であり、
第４のスイッチ（Ｓ４）が設けられており、当該第４のスイッチを介して電気二重層コンデンサ（ＤＬＣ）のポジティブな接続端子が前記双方向ＤＣ／ＤＣ変換器（３）の同じポジティブな接続端子と接続可能である、
ことを特徴とする、請求項１記載の自動車用電気システム。
前記第３のスイッチおよび第４のスイッチ（Ｓ３, Ｓ４）は、当該２つのスイッチが同時に導電状態にならないようにインターロックされている、請求項７記載の自動車用電気システム。
前記中間回路コンデンサ（Ｃ）を電気二重層コンデンサ（ＤＬＣ）または３６Ｖ蓄電池（Ｂ１）での電圧に相当する電圧値に前記ＡＣ／ＤＣ変換器（１）を介して充電し、
前記変換器の動作方向を決め（逓昇変換または逓降変換）、
前記スイッチＳ１〜Ｓ４のスイッチ位置を制御するというような動作進行が、制御回路／調整回路によって制御／調整される、
請求項１から８までのいずれか１項記載の自動車用電気システム。
前記組み込み型スタータジェネレータ（ＩＳＧ）がモータモードの場合：
非導電状態のスイッチ（Ｓ１およびＳ２）のもとで前記中間回路コンデンサ（Ｃ）は所定の電圧に充電され、
導電状態の第１のスイッチ（Ｓ１）のもとで前記蓄電池（Ｂ１）は充電され、
導電状態の第２のスイッチ（Ｓ２）のもとで前記電気二重層コンデンサ（ＤＬＣ）は充電され、
前記組み込み型スタータジェネレータ（ＩＳＧ）がジェネレータモードの場合：
導電状態の第１のスイッチ（Ｓ２）のもとで前記スタータジェネレータ（ＩＳＧ）は前記蓄電池（Ｂ１）からのエネルギーによって駆動され、
導電状態の第２のスイッチ（Ｓ１）のもとで前記スタータジェネレータ（ＩＳＧ）は前記電気二重層コンデンサ（ＤＬＣ）からのエネルギーによって駆動される、請求項１から６および９のいずれか１項記載の自動車用電気システム。
導電状態の第３のスイッチ（Ｓ３）のもとで前記蓄電池（Ｂ１）は別の蓄電池（Ｂ２）を充電するか、または当該別の蓄電池によって充電され、
導電状態の第４のスイッチ（Ｓ４）のもとで前記電気二重層コンデンサ（ＤＬＣ）は別の蓄電池（Ｂ２）を充電するか、または当該別の蓄電池によって充電される、請求項７または８記載の自動車用電気システム。