JP4638588B2 - 電力分配方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力分配方法、例えば、少なくとも１つのオルタネータと、バッテリと、いくつかの負荷装置とを含む多数の構成要素を有する自動車用車載電源にて利用可能な電力を分配する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
利用可能な電力、例えば自動車用車載電源にて利用可能な電力の分配は、今日ますます問題になっている。それは車載電源における電気的負荷装置の数と、電力消費とが絶えず増え続けているからである。これと同時に自動車のエンジンによって駆動されるオルタネータにより形成される利用可能な電力を任意に増加させることはできない。それはオルタネータの大きさの点からも、これを駆動するエンジンへの影響の点からも所定の基準値を守らなければならないからである。電気的負荷装置に高い信頼性で給電できるようにするために種々の手段が講じられる。これらの手段は、オルタネータから出力される電気エネルギーの電力を増加させるか、または給電状態が問題になる場合に安全性に関連しない電気的負荷装置を少なくとも一時的に遮断し、これによって所要の電力が低減されることを保証する。
【０００３】
利用可能な電力を適当に分配して、少なくとも安全性に関連する負荷装置には高い信頼性で給電し、同時に車載電源電圧の最小値が保証される自動車用車載電源の電力分配方法は、ＤＥ−ＯＳ１９７４５８４９から公知である。ここでは電力の分配は車載電源マネージャによって実行される。この車載電源マネージャは実質的に、組み込まれたマイクロプロセッサを有する制御装置であり、このマイクロプロセッサに必要な情報が供給され、つぎにこれらの情報から制御装置によって分配の方策が導き出され、この分配の方策によって最適な電力分配が可能である。ここでこの公知の電力分配方法では、車載電源にもエンジンにも介入が行われる。したがって例えば、関連の少ない所定の負荷装置が少なくとも一時的に電力供給源から切り離され、場合によってはエンジン回転数に介入して、オルタネータ回転数も変更され、これによって状況によってはより多くの電力を供給することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、自動車車載電源においてバッテリに対して調整された充電バランスを可能にすることである。このためには利用可能な電力を分配する最適な方法を提供し、ここでこの方法は整合の取れた方策にしたがって負荷装置をスイッチオンおよびスイッチオフし、バッテリに対して十分な電力が残ることを保証する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明により、例えば、少なくとも１つのオルタネータと、バッテリと、いくつかの負荷装置とを含む多数の構成要素を有する自動車用車載電源にて利用可能な電力を分配する電力分配方法において、前記の所定の構成要素にそれぞれ１つずつ特性曲線を対応させ、ここでこの特性曲線には標準化された評価数が電力に依存して含まれており、電力の目下の分配を、特性曲線に依存して所定の最適化原理にしたがって行うことを特徴とする電力分配方法を構成することによって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態と利点】
本発明の電力分配方法は、フレキシブルな電力分配が、電力需要が大きく変動する負荷装置を使用した場合にも保証され、これによってバッテリに対して調整された充電バランスが得られ、かつ種々の特性評価基準に最適化することができるという利点を有する。ここでこの特性評価基準によって、電力の分配を所定の最適化原理に依存して適合させることができる。これらの利点は請求項１の特徴部分に記載された構成を有する電力分配方法によって得られる。
【０００７】
自動車用車載電源において利用可能な電力を種々の負荷装置に分配するために殊に有利に使用できる本発明の方法は、車載電源の所定の構成要素にそれぞれ、特性曲線が対応しており、この特性曲線には標準化された評価数が電力に依存して含まれており、目下の電力の分配がこれらの特性曲線に依存して所定の最適化原理にしたがって行われる。
【０００８】
本発明の別の利点は従属請求項に記載されている。
【０００９】
【実施例】
本発明の実施例を図面に示し、以下に詳しく説明する。
【００１０】
図１には自動車用車載電源の例が示されており、ここでは車載電源制御装置１０が負荷装置を管理する。しかしながら本発明はこのような車載電源系統に限定されることはない。本発明では、本発明の方法が動作するマイクロプロセッサを有する制御装置だけが必要である。
【００１１】
例で示した図１の自動車用車載電源は、車載電源制御装置１０の他に、自動車のエンジンによって駆動されるオルタネータ１１を含んでいる。オルタネータ１１は、車載電源に対する全電力を供給する。オルタネータ１１は端子３０を介して給電バッテリに接続されている。スイッチ手段１３および１４が閉じられると、給電回路の負荷装置１５および１６は、バッテリから、またはオルタネータから直接、電力が供給される。スイッチ手段１３および１４の制御は、車載電源制御装置１０によって行われる。それはこの制御部で後で詳しく説明する評価基準が考慮されるからである。スイッチ手段１３および１４は、別の配線では車載電源制御装置１０の内部に設けることも可能である。
【００１２】
ここでは給電回路１７の他にスタート回路１８が設けられており、この回路はスタータ１９とスタータバッテリ２０とを含む。スタータ１９も、スタータバッテリ２０も、端子３０ａを介して車載電源制御装置１０から制御可能である。車載電源制御装置１０には本発明の方法を実行するのに必要な情報が線路２１を介して供給される。これらの情報は例えば適切なセンサ２２によって検出可能である。車載電源制御装置によって操作することに可能な別のスイッチ手段２２を介して、いわゆるスタートおよび予備駆動構成要素２４に、車載電源制御装置１０を介して電圧を供給することができる。どの評価基準にしたがってこれらのスイッチ手段の制御が行われるかを、本発明の方法に基づいて以下に詳しく説明する。
【００１３】
電力の目下の分配に対して、消費側構成要素または供給側構成要素毎に特性曲線が存在する。このような特性曲線は図２および３のようになり、構成要素毎に形成される。消費しかつ供給することのできる構成要素もあり得る。ここではＸ軸に直線的に、関係する構成要素が消費する電力Ｌがプロットされる。この電力Ｌは符号付きで示される。ここで負の電力は電力を供給することを示す。この線図では各Ｘ軸の各座標で、関連する構成要素の動作点が示される。
【００１４】
Ｙ軸には標準化された評価数ＢＺがプロットされており、この評価数によって関連する構成要素に対して、どのように所属の動作点が評価されるかが示される。評価数ＢＺは例えば−１００から＋１００の範囲で標準化することができる。ここで−１００が意味するのは、この動作点が過度に小さな電力Ｌを表すことであり、＋１００によってＸ軸の所属の電力Ｌが大きすぎるとして評価される。０の評価数ＢＺによって、この構成要素に対する最適な動作点を示す。
【００１５】
各特性曲線には付加的に優先度を割り当てることができ、この優先度は、この構成要素の利害が車載電源の動作、ひいては自動車の動作に対して重要であるかを示す。この優先度は、電力分配と、特性ないしは偏差評価基準との計算のために使用することができる。特性曲線は一般的に時間の経過と共にその形状を変えることがあり、またその形状は変わる。これは例えば構成要素の動作状態などに依存して発生する。評価数が値＋１００または−１００をとる領域は、禁止領域である。この動作点に達してはならない。動作点に達することができるか、ないしは達してよいかは、例えばつぎのような理由があり得る。すなわちこの電力によって構成要素が破壊されしまうおそれがあるか、感受できるほどに動作を妨害してしまうおそれがあるか、または物理的に不可能であるためにこの動作点にはまったく到達することができないなどの理由があり得る。
【００１６】
Ｘ軸は正および負の領域においてオープンである。これは、特性曲線が負の領域において−１００のＹ軸の特性数ではじまり、特性数＋１００で終わるからである。このような特性曲線は理にかなっている。それは無限に大きな電力出力は大きすぎ、また無限に大きな電力消費な不可能であるからである。
【００１７】
図２には構成要素に対する特性曲線の例が示されており、ここでは構成要素として消費装置、例えば電気的に加熱されるリアウィンドウを考えることができる。リアウィンドウは電力を出力することはできない、したがってその評価特性曲線は負の電力領域（Ｘ軸の負の領域）において−１００の値にある。その後、その評価数は上昇し、この消費装置に対する最適な動作点でＸ軸に交わる。電力の増加に対して、標準化された評価数が、最大消費可能電力まで大きく増加する。この点において標準化された評価数は１００に等しい。この値は、リアウィンドウがもはや消費することのできない電力に対してもそのままである。
【００１８】
図３には、電力を出力すると共に消費することの可能な構成要素に対する特性曲線が示されている。この特性曲線は例えばバッテリ、例えば給電バッテリに対して当てはまる。この特性曲線は負の電力時に−１００の評価数ではじまる。Ｘ軸の負の領域全体は、バッテリが出力を消費する領域を表す。Ｘ値が大きくなると、すなわち電力が大きくなると、最適な動作点を表さない領域が続く。供給されるバッテリの電力が大きくなればなるほど、この特性曲線は最適な領域に接近する。例えばバッテリが８０％まで充電されており、まだ電力を消費することができる。つぎに特性曲線の正のＸ値では上昇が示され、これは直線的に経過する。この直線部は、バッテリが例えば気体を放出するおそれがある最適でない動作点を表す。バッテリに対する特性曲線の形状は、動作状態ないしはバッテリの充電状態に依存する。一般的に特性曲線の形状は個別の構成要素の動作状態に極めて依存する。プロットされた特性曲線に基づき各構成要素に対して、この構成要素に利用可能な電力状態が得られる。ここで以下の関係が成り立つ：
個別の電力の総和は０にならなければならない、
全体的にはあらかじめ設定することの可能な特性評価基準を最大にする、ないしは偏差評価基準を最小にしなければならない。
【００１９】
偏差評価基準は、例えば評価数の値についての総和から計算することができる。
【００２０】
個々の構成要素に対して例えば、構成要素の動作状態に依存し得る優先度も一緒に計算に組み入れることができる。
【００２１】
例えば車載電源管理に関与しない固定的な電力、または影響があってはならない安全に関連する構成要素に対する固定的な電力は、その総和において、許容される動作点をちょうど１つ有する付加特性曲線として一緒に計算に組み入れることができる。これは電力の総和に対して適用される。この場合に例えば個別の電力の総和を０と等しく設定するのではなく、固定的な電力の和に（または和に等しく）設定することも可能である。
【００２２】
重要であるのは、電力特性曲線が定義されること、電力分配が実行されるアルゴリズムが設定されること、および最適化が行われる特性ないしは偏差評価基準が得られることである。このようにすれば将来の負荷装置、極端に電力需要が変動する負荷装置、およびオルタネータのように作用する負荷装置に対して自由に使用できる、フレキシブルな電力分配を得ることができる。調整された電力バランスが保証され、種々の特性評価基準に最適化すること可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法を実施可能な制御装置を有するそれ自体公知の自動車用車載電源を示す図である。
【図２】 車載電源の構成要素に対する評価数の経過を電力について示す線図である。
【図３】 車載電源の別の構成要素に対する評価数の経過を電力について示す線図である。
【符号の説明】
１０ 車載電源網制御装置
１１ オルタネータ
１３，１４ スイッチ
１７ 給電回路
１８ スタート回路
１９ スタータ
２０ スタータバッテリ
２１ 線路
２２ センサ
２３ スイッチ手段
２４ 予備動作構成要素
３０ 端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力分配方法、例えば、少なくとも１つのオルタネータと、バッテリと、いくつかの負荷装置とを含む多数の構成要素を有する自動車用車載電源にて利用可能な電力を分配する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
利用可能な電力、例えば自動車用車載電源にて利用可能な電力の分配は、今日ますます問題になっている。それは車載電源における電気的負荷装置の数と、電力消費とが絶えず増え続けているからである。これと同時に自動車のエンジンによって駆動されるオルタネータにより形成される利用可能な電力を任意に増加させることはできない。それはオルタネータの大きさの点からも、これを駆動するエンジンへの影響の点からも所定の基準値を守らなければならないからである。電気的負荷装置に高い信頼性で給電できるようにするために種々の手段が講じられる。これらの手段は、オルタネータから出力される電気エネルギーの電力を増加させるか、または給電状態が問題になる場合に安全性に関連しない電気的負荷装置を少なくとも一時的に遮断し、これによって所要の電力が低減されることを保証する。
【０００３】
利用可能な電力を適当に分配して、少なくとも安全性に関連する負荷装置には高い信頼性で給電し、同時に車載電源電圧の最小値が保証される自動車用車載電源の電力分配方法は、ＤＥ−ＯＳ１９７４５８４９から公知である。ここでは電力の分配は車載電源マネージャによって実行される。この車載電源マネージャは実質的に、組み込まれたマイクロプロセッサを有する制御装置であり、このマイクロプロセッサに必要な情報が供給され、つぎにこれらの情報から制御装置によって分配の方策が導き出され、この分配の方策によって最適な電力分配が可能である。ここでこの公知の電力分配方法では、車載電源にもエンジンにも介入が行われる。したがって例えば、関連の少ない所定の負荷装置が少なくとも一時的に電力供給源から切り離され、場合によってはエンジン回転数に介入して、オルタネータ回転数も変更され、これによって状況によってはより多くの電力を供給することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、自動車車載電源においてバッテリに対して調整された充電バランスを可能にすることである。このためには利用可能な電力を分配する最適な方法を提供し、ここでこの方法は整合の取れた方策にしたがって負荷装置をスイッチオンおよびスイッチオフし、バッテリに対して十分な電力が残ることを保証する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、本発明により、例えば、少なくとも１つのオルタネータと、バッテリと、いくつかの負荷装置とを含む多数の構成要素を有する自動車用車載電源にて利用可能な電力を分配する電力分配方法において、前記の所定の構成要素にそれぞれ１つずつ特性曲線を対応させ、ここでこの特性曲線には標準化された評価数が電力に依存して含まれており、電力の目下の分配を、特性曲線に依存して所定の最適化原理にしたがって行うことを特徴とする電力分配方法を構成することによって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態と利点】
本発明の電力分配方法は、フレキシブルな電力分配が、電力需要が大きく変動する負荷装置を使用した場合にも保証され、これによってバッテリに対して調整された充電バランスが得られ、かつ種々の特性評価基準に最適化することができるという利点を有する。ここでこの特性評価基準によって、電力の分配を所定の最適化原理に依存して適合させることができる。これらの利点は請求項１の特徴部分に記載された構成を有する電力分配方法によって得られる。
【０００７】
自動車用車載電源において利用可能な電力を種々の負荷装置に分配するために殊に有利に使用できる本発明の方法は、車載電源の所定の構成要素にそれぞれ、特性曲線が対応しており、この特性曲線には標準化された評価数が電力に依存して含まれており、目下の電力の分配がこれらの特性曲線に依存して所定の最適化原理にしたがって行われる。
【０００８】
本発明の別の利点は従属請求項に記載されている。
【０００９】
【実施例】
本発明の実施例を図面に示し、以下に詳しく説明する。
【００１０】
図１には自動車用車載電源の例が示されており、ここでは車載電源制御装置１０が負荷装置を管理する。しかしながら本発明はこのような車載電源系統に限定されることはない。本発明では、本発明の方法が動作するマイクロプロセッサを有する制御装置だけが必要である。
【００１１】
例で示した図１の自動車用車載電源は、車載電源制御装置１０の他に、自動車のエンジンによって駆動されるオルタネータ１１を含んでいる。オルタネータ１１は、車載電源に対する全電力を供給する。オルタネータ１１は端子３０を介して給電バッテリに接続されている。スイッチ手段１３および１４が閉じられると、給電回路の負荷装置１５および１６は、バッテリから、またはオルタネータから直接、電力が供給される。スイッチ手段１３および１４の制御は、車載電源制御装置１０によって行われる。それはこの制御部で後で詳しく説明する評価基準が考慮されるからである。スイッチ手段１３および１４は、別の配線では車載電源制御装置１０の内部に設けることも可能である。
【００１２】
ここでは給電回路１７の他にスタート回路１８が設けられており、この回路はスタータ１９とスタータバッテリ２０とを含む。スタータ１９も、スタータバッテリ２０も、端子３０ａを介して車載電源制御装置１０から制御可能である。車載電源制御装置１０には本発明の方法を実行するのに必要な情報が線路２１を介して供給される。これらの情報は例えば適切なセンサ２２によって検出可能である。車載電源制御装置によって操作することに可能な別のスイッチ手段２２を介して、いわゆるスタートおよび予備駆動構成要素２４に、車載電源制御装置１０を介して電圧を供給することができる。どの評価基準にしたがってこれらのスイッチ手段の制御が行われるかを、本発明の方法に基づいて以下に詳しく説明する。
【００１３】
電力の目下の分配に対して、消費側構成要素または供給側構成要素毎に特性曲線が存在する。このような特性曲線は図２および３のようになり、構成要素毎に形成される。消費しかつ供給することのできる構成要素もあり得る。ここではＸ軸に直線的に、関係する構成要素が消費する電力Ｌがプロットされる。この電力Ｌは符号付きで示される。ここで負の電力は電力を供給することを示す。この線図では各Ｘ軸の各座標で、関連する構成要素の動作点が示される。
【００１４】
Ｙ軸には標準化された評価数ＢＺがプロットされており、この評価数によって関連する構成要素に対して、どのように所属の動作点が評価されるかが示される。評価数ＢＺは例えば−１００から＋１００の範囲で標準化することができる。ここで−１００が意味するのは、この動作点が過度に小さな電力Ｌを表すことであり、＋１００によってＸ軸の所属の電力Ｌが大きすぎるとして評価される。０の評価数ＢＺによって、この構成要素に対する最適な動作点を示す。
【００１５】
各特性曲線には付加的に優先度を割り当てることができ、この優先度は、この構成要素の利害が車載電源の動作、ひいては自動車の動作に対して重要であるかを示す。この優先度は、電力分配と、特性ないしは偏差評価基準との計算のために使用することができる。特性曲線は一般的に時間の経過と共にその形状を変えることがあり、またその形状は変わる。これは例えば構成要素の動作状態などに依存して発生する。評価数が値＋１００または−１００をとる領域は、禁止領域である。この動作点に達してはならない。動作点に達することができるか、ないしは達してよいかは、例えばつぎのような理由があり得る。すなわちこの電力によって構成要素が破壊されしまうおそれがあるか、感受できるほどに動作を妨害してしまうおそれがあるか、または物理的に不可能であるためにこの動作点にはまったく到達することができないなどの理由があり得る。
【００１６】
Ｘ軸は正および負の領域においてオープンである。これは、特性曲線が負の領域において−１００のＹ軸の特性数ではじまり、特性数＋１００で終わるからである。このような特性曲線は理にかなっている。それは無限に大きな電力出力は大きすぎ、また無限に大きな電力消費な不可能であるからである。
【００１７】
図２には構成要素に対する特性曲線の例が示されており、ここでは構成要素として消費装置、例えば電気的に加熱されるリアウィンドウを考えることができる。リアウィンドウは電力を出力することはできない、したがってその評価特性曲線は負の電力領域（Ｘ軸の負の領域）において−１００の値にある。その後、その評価数は上昇し、この消費装置に対する最適な動作点でＸ軸に交わる。電力の増加に対して、標準化された評価数が、最大消費可能電力まで大きく増加する。この点において標準化された評価数は１００に等しい。この値は、リアウィンドウがもはや消費することのできない電力に対してもそのままである。
【００１８】
図３には、電力を出力すると共に消費することの可能な構成要素に対する特性曲線が示されている。この特性曲線は例えばバッテリ、例えば給電バッテリに対して当てはまる。この特性曲線は負の電力時に−１００の評価数ではじまる。Ｘ軸の負の領域全体は、バッテリが出力を消費する領域を表す。Ｘ値が大きくなると、すなわち電力が大きくなると、最適な動作点を表さない領域が続く。供給されるバッテリの電力が大きくなればなるほど、この特性曲線は最適な領域に接近する。例えばバッテリが８０％まで充電されており、まだ電力を消費することができる。つぎに特性曲線の正のＸ値では上昇が示され、これは直線的に経過する。この直線部は、バッテリが例えば気体を放出するおそれがある最適でない動作点を表す。バッテリに対する特性曲線の形状は、動作状態ないしはバッテリの充電状態に依存する。一般的に特性曲線の形状は個別の構成要素の動作状態に極めて依存する。プロットされた特性曲線に基づき各構成要素に対して、この構成要素に利用可能な電力状態が得られる。ここで以下の関係が成り立つ：
個別の電力の総和は０にならなければならない、
全体的にはあらかじめ設定することの可能な特性評価基準を最大にする、ないしは偏差評価基準を最小にしなければならない。
【００１９】
偏差評価基準は、例えば評価数の値についての総和から計算することができる。
【００２０】
個々の構成要素に対して例えば、構成要素の動作状態に依存し得る優先度も一緒に計算に組み入れることができる。
【００２１】
例えば車載電源管理に関与しない固定的な電力、または影響があってはならない安全に関連する構成要素に対する固定的な電力は、その総和において、許容される動作点をちょうど１つ有する付加特性曲線として一緒に計算に組み入れることができる。これは電力の総和に対して適用される。この場合に例えば個別の電力の総和を０と等しく設定するのではなく、固定的な電力の和に（または和に等しく）設定することも可能である。
【００２２】
重要であるのは、電力特性曲線が定義されること、電力分配が実行されるアルゴリズムが設定されること、および最適化が行われる特性ないしは偏差評価基準が得られることである。このようにすれば将来の負荷装置、極端に電力需要が変動する負荷装置、およびオルタネータのように作用する負荷装置に対して自由に使用できる、フレキシブルな電力分配を得ることができる。調整された電力バランスが保証され、種々の特性評価基準に最適化すること可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法を実施可能な制御装置を有するそれ自体公知の自動車用車載電源を示す図である。
【図２】 車載電源の構成要素に対する評価数の経過を電力について示す線図である。
【図３】 車載電源の別の構成要素に対する評価数の経過を電力について示す線図である。
【符号の説明】
１０ 車載電源網制御装置
１１ オルタネータ
１３，１４ スイッチ
１７ 給電回路
１８ スタート回路
１９ スタータ
２０ スタータバッテリ
２１ 線路
２２ センサ
２３ スイッチ手段
２４ 予備動作構成要素
３０ 端子
Claims (4)
- 少なくとも１つのオルタネータと、バッテリと、いくつかの負荷装置とを含む多数の構成要素を有する自動車用車載電源にて利用可能な電力を分配する電力分配方法において、
前記の所定の構成要素にそれぞれ１つずつ特性曲線を対応させ、ここで該特性曲線には標準化された評価数が電力に依存して含まれており、
電力の目下の配分を、特性曲線に依存して所定の最適化原理にしたがって行うことを特徴とする
電力分配方法。 - 前記の標準化された評価数は、あらかじめ定めた負の第１の数からあらかじめ定めた正の第２の数の範囲内にあり、ただし当該の第２の数の絶対値と前記の第１の数の絶対値は等しく、
前記の第１の数が意味するのは、所属の動作点が過小の電力を表すことであり、
前記の第２の数によって、所属の電力が過大であると評価され、
０の評価数によって、最適な動作点を示す
請求項１に記載の電力分配方法。 - 出力される電力をマイナスとして、消費する電力をプラスとして表す、またはこの逆に表す
請求項１または２に記載の電力分配方法。 - 最適化評価基準として、調整された電力バランスを選択する
請求項１から３までのいずれか１項に記載の電力分配方法。
Applications Claiming Priority (2)
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