JP6531142B2 - 自動車用の電気配線網及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用の電気配線網であって、電気機械が接続されている高圧部分配線網と、少なくとも１つの低圧構成要素が接続されている低圧部分配線網とを備え、少なくとも１つの低圧構成要素が、電気エネルギー源および／または電気消費機器として構成され、高圧部分配線網と低圧部分配線網とが、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して互いに電気的に接続されている電気配線網に関する。

さらに、本発明は、低圧部分配線網と高圧部分配線網とを有する電気配線網を備える自動車に関する。

さらに、本発明は、自動車の電気配線網で電気エネルギーを分配するための方法であって、電気配線網が、電気機械が接続されている高圧部分配線網と、少なくとも１つの低圧構成要素が接続されている低圧部分配線網とを備え、少なくとも１つの低圧構成要素が、電気エネルギー源および／または電気消費機器として構成され、部分配線網が、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して互いに接続されている方法に関する。

通常、自動車内の車載電源系統構造は２つの異なる部分配線網を備え、これらの部分配線網は、異なる電圧を提供し、異なる電気構成要素が電力源および／またはシンクとして組み込まれている。車載電源系統構造の低圧部分配線網は、通常は１２Ｖの車載電源系統電圧を有し、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して高圧車載電源系統から電気エネルギーおよびそれに対応して高い電圧を供給される。

対応する車載電源系統を備える自動車は、例えば（特許文献１）に示されている。

しかし、現代の自動車では、１２Ｖの電圧供給に加えて、４８Ｖの電圧供給の提供を求める要件もあり、そのために、通常は車載電源系統にさらなるＤＣ／ＤＣコンバータおよびさらなる電気エネルギー貯蔵装置が一般に組み込まれて、第３の部分配線網を生成する。このとき、欠点は、追加の構成要素によって、車載電源系統での電圧供給が技術的に複雑になり、高コストにつながることである。

米国特許第８，４３７，９１０Ｂ２号明細書

したがって、本発明の課題は、技術的な複雑性を低減し、かつ低コストで、自動車用の電気配線網と、自動車内で電気エネルギーを分配するための方法とを提供して、より高い電圧値の電圧を自動車内の電気消費機器に供給することである。

この課題は、冒頭で挙げた電気配線網において、ＤＣ／ＤＣコンバータが、部分配線網間で、互いに逆の２つの方向で電気エネルギーを交換するように構成されることによって解決される。

さらに、この課題は、冒頭で挙げた自動車において、本発明による電気配線網を備えることによって解決される。

最後に、この課題は、冒頭で挙げた方法において、電気エネルギー変換器が、部分配線網の一方での電圧に応じて、第１または第２の方向へ電気エネルギーを伝送することによって解決される。

ＤＣ／ＤＣコンバータが、互いに逆の２つの方向で電気エネルギーを伝送することができ、それに対応してＤＣ／ＤＣコンバータの両側で電圧を調節することができることにより、高圧部分配線網から低圧部分配線網に直接かつ別個に電力供給することができ、したがって、さらなる制御装置およびさらなる低圧側貯蔵装置がなくても、低圧部分配線網の消費機器に必要な電圧を提供することができる。したがって、さらなる電気エネルギー貯蔵装置を不要にすることができ、それにより、自動車の電気配線網に関する技術的な複雑性およびコストを減少させることができる。

したがって、本発明の課題は完全に解決される。

好ましい実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、部分配線網の一方での電圧に応じて、部分配線網間で電気エネルギーの流れの方向を変える。

それにより、低い技術的な複雑性で、部分配線網で実際に提供されている電圧に応じて部分配線網間のエネルギー交換が可能である。

好ましい実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータは、低圧部分配線網での電圧に応じて、電気エネルギーの流れの方向を変える。

それにより、低い技術的な複雑性で、低圧部分配線網から高圧部分配線網に電気エネルギーを送り込んで、自動車の駆動のために使用することができる。

好ましい実施形態では、低圧部分配線網での電圧が閾値を上回っている限り、ＤＣ／ＤＣコンバータは、電気エネルギーの流れを高圧部分配線網の方向に調節する。

それによって、低い技術的な複雑性で、低圧部分配線網での上昇した電圧を低下させることができる。

好ましい実施形態では、低圧部分配線網での電圧が閾値を下回っている限り、ＤＣ／ＤＣコンバータは、エネルギーの流れの方向を低圧部分配線網の方向に提供する。

それにより、低い技術的な複雑性で、低圧部分配線網での電圧の低下を回復することができる。

好ましい実施形態では、高圧部分配線網が、電気エネルギー貯蔵装置を備える。

それにより、自動車を駆動するための電気エネルギーを高圧部分配線網に貯蔵することができる。

好ましい実施形態では、高圧部分配線網は、１００Ｖよりも大きい電圧値を有する。

それにより、自動車を駆動するための電気機械は、必要な走行性能を提供することができる。

好ましい実施形態では、低圧部分配線網は、６０Ｖよりも小さい、特に３６〜５９Ｖの電圧を有する。

それにより、自動車内の多くの電気消費機器に電気エネルギーを供給することができる。

好ましい実施形態では、低圧部分配線網は、電気エネルギー貯蔵装置を備えない。

それにより、一般に、電気配線網の技術的な複雑性を減少させることができる。

総じて、本発明の電気配線網、および低圧部分配線網での直流電圧の個別の提供によって、自動車内で個別の電圧供給を提供することができ、ここで、自動車の車載電源系統でのさらなる別個の部分配線網を不要にすることができ、それに対応して、さらなるエネルギー貯蔵装置およびさらなる制御装置を不要にすることができる。それにより、低い技術的な複雑性および低いコストで、自動車内で追加の電圧値を提供することができる。

上述し、さらに後述する特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ提示される組合せでだけでなく、別の組合せでも、または単独でも使用可能であることを理解されたい。

本発明の例示的実施形態を図面に示し、本明細書で以下に詳細に説明する。

２つの異なる部分配線網を有する電気配線網を備える自動車の概略図である。

図１に自動車が概略的に示されており、全体を参照番号１０で表されている。自動車１０はドライブトレイン１２を備え、ドライブトレイン１２は、ここでは、駆動力を提供するための電気機械１４を含む。ドライブトレイン１２は、自動車１０の駆動輪１６Ｌ、１６Ｒを駆動させる働きをする。

電気機械１４は、モータシャフト１８を介してトランスミッション２０と接続されており、ここで、電気機械１４は、駆動シャフト１８でトルクｔを提供し、駆動シャフト１８は、調節可能な回転数ｎで回転する。トランスミッション２０は、ディファレンシャル２２を介して駆動輪１６Ｒ、１６Ｌと接続されている。

電気機械１４を駆動するためまたは電気機械１４に通電するために、電気機械１４は、一般に、高圧部分配線網２４を介して電気エネルギー貯蔵装置２６または高圧メインバッテリ２６と接続されている。その際、電気エネルギー貯蔵装置２６は、制御ユニット２８を介して電気機械１４と接続され、それに対応して電気機械１４を駆動または通電する。さらに、高圧部分配線網２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介して低圧部分配線網３２と電気的に接続されており、または接続可能であり、低圧部分配線網３２は、一般に、低圧電気構成要素３４、３６、例えば電気的ロールスタビライザ３４または空気調和装置３６と接続されている。低圧電気構成要素３４、３６は、用途に応じて電気エネルギー源として構成されても電気エネルギーシンクとして構成されてもよく、すなわち電気エネルギーを出力するものでも受け取るものでもよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、矢印３８によって示唆されるように、低圧部分配線網３２から高圧部分配線網２４に電気エネルギーを送り込め、かつ高圧部分配線網２４から低圧部分配線網３２にも電気エネルギーを送り込めるように構成される。

高圧部分配線網２４は、１００Ｖまたは８００Ｖよりも大きい電圧を有し、電気機械１４による回生によって、または電気エネルギー貯蔵装置２６によって電圧を供給される。低圧部分配線網３２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を介して電気エネルギーを供給され、それに対応して、低圧部分配線網３２での電圧（３６〜５９Ｖ、典型的には４８Ｖ）は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０によって調節される。したがって、通例の電気エネルギー貯蔵装置が、両方向性のＤＣ／ＤＣコンバータ３０によって置き換えられる。

低圧部分配線網３２の電圧を４８Ｖに調節することができるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、矢印３８によって示唆されるように両方向でのエネルギーの流れを可能にしなければならない。さらに、高い過渡電力要件を実現しなければならない。

動作中、低圧部分配線網３２での電圧が連続的に取得され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０によって４８Ｖに調整される。低圧構成要素３４、３６から電気エネルギーが受け取られ、低圧部分配線網３２での電圧が低下する限り、それに対応して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、高圧部分配線網２４から電気エネルギーを送り込むことによって再調整する。例えば低圧構成要素３４、３６による追加の電気エネルギーの送込みによって、低圧部分配線網３２での電圧が上昇する限り、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、低圧部分配線網３２から高圧部分配線網２４に電気エネルギーを送り込むことによって電圧を再調整する。

低圧部分配線網３２での電圧を調整するために、それに対応して、上限電圧が、低圧部分配線網３２での閾値または最大許容車載電源系統電圧として定義され、下限電圧が、高圧部分配線網２４での閾値または最小許容車載電源系統電圧として定義され、それらの上限電圧および下限電圧に対応して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０が部分配線網２４、３２間でどちらの方向に電気エネルギーを交換するかが決定される。

両方向性のＤＣ／ＤＣコンバータ３０を備える２つの部分配線網２４、３２のこの概念により、それに対応して、低圧部分配線網３２において制御装置および電気エネルギー貯蔵装置をなくすことができる。

１０ 自動車
１４ 電気機械
２４ 高圧部分配線網
３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
３２ 低圧部分配線網
３４、３６ 低圧構成要素
３８ 方向

Claims (9)

1. 自動車（１０）用の電気配線網であって、
   電気機械（１４）が接続されている高圧部分配線網（２４）と、
   少なくとも１つの低圧構成要素（３４、３６）が接続されている低圧部分配線網（３２）とを備え、前記少なくとも１つの低圧構成要素（３４、３６）が、電気エネルギー源および／または電気消費機器として構成され、
   前記高圧部分配線網（２４）と前記低圧部分配線網（３２）とが、ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）を介して互いに電気的に接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）が、前記部分配線網（３４、３２）間で、互いに逆の２つの方向（３８）で電気エネルギーを交換するように構成され、
   前記低圧部分配線網（３２）が電気エネルギー貯蔵装置を有さず、
   前記低圧構成要素（３４、３６）は、電気的ロールスタビライザまたは空気調和装置を含む
   ことを特徴とする電気配線網。
2. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）が、前記部分配線網（２４、３２）の一方での電圧に応じて、前記部分配線網（２４、３２）間での電気エネルギーの流れの方向（３８）を変えることを特徴とする請求項１に記載の電気配線網。
3. 前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）が、前記低圧部分配線網（３２）での電圧に応じて、前記エネルギーの流れの方向（３８）を変えることを特徴とする請求項２に記載の電気配線網。
4. 前記低圧部分配線網（３２）での電圧が閾値を上回っている限り、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）が、前記高圧部分配線網（２４）の方向への前記電気エネルギーの流れ（３８）を提供することを特徴とする請求項２または３に記載の電気配線網。
5. 前記低圧部分配線網（３２）での電圧が閾値を下回っている限り、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）が、前記低圧部分配線網（３２）の方向への前記電気エネルギーの流れの方向（３８）を提供することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の電気配線網。
6. 前記高圧部分配線網（２４）が電気エネルギー貯蔵装置（２６）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気配線網。
7. 前記高圧部分配線網（２４）が、１００Ｖよりも大きい電圧値を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気配線網。
8. 前記低圧部分配線網（３２）が、６０Ｖ未満、特に３６〜５８Ｖの電圧を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気配線網。
9. 自動車（１０）の電気配線網で電気エネルギーを分配するための方法であって、前記電気配線網が、
   電気機械（１４）が接続されている高圧部分配線網（２４）と、
   少なくとも１つの低圧構成要素（３４、３６）が接続されている低圧部分配線網（３２）とを備え、前記少なくとも１つの低圧構成要素（３４、３６）が、電気エネルギー源および／または電気消費機器として構成され、前記低圧部分配線網（３２）が電気エネルギー貯蔵装置を有さず、前記低圧構成要素（３４、３６）は、電気的ロールスタビライザまたは空気調和装置を含み、前記部分配線網が、ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）を介して互いに接続されており、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（３０）が、前記部分配線網（２４、３２）の一方での電圧に応じて、第１または第２の方向へ電気エネルギーを伝送する
   ことを特徴とする方法。

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