JPH07131933A

JPH07131933A - 多レベル電気出力送給装置及びこれを備えた車両

Info

Publication number: JPH07131933A
Application number: JP5250868A
Authority: JP
Inventors: A Hotsufusutain Peter; ピーター・エー・ホッフスタイン; Yuzuru Uehara; 譲上原
Original assignee: IMRA America Inc
Current assignee: IMRA America Inc
Priority date: 1992-10-06
Filing date: 1993-10-06
Publication date: 1995-05-19

Abstract

(57)【要約】【目的】各負荷に適した多レベルの電圧を供給可能と
し、高電圧駆動要素の負荷電流による電力損失を軽減す
る。【構成】本発明の基本構成は、第１レベルの電圧を出力
する直流電源１００と、第１レベルの電圧よりも大きい
第２レベルの電圧へ第１レベルの電圧を増加させる電圧
逓倍器とを具備し、電圧逓倍器は、直流電源の第１レベ
ルの電圧と第２レベルの電圧とをそれぞれの低電圧駆動
要素及び高電圧駆動要素へ送給するスイッチング手段
と、該スイッチング手段によって切換接続されるコンデ
ンサ等の蓄電素子１５０，１６０或いはバッテリ、セル
等の電圧蓄電素子を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の電気系統に多レ
ベルの電圧を効率よく送給する多レベル電気出力送給装
置及びこれを備えた車両に関し、とりわけ、排気系統に
触媒コンバータを備えた内燃機関を有する車両におい
て、寒冷若しくは低温始動時の排気物の低減作用に寄与
するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両の排出物基準はますます厳格になっ
て来ている。近い将来、特にカリフォルニアにおいて施
行される基準を満足させるには排出物を相当減らす必要
がある。これには寒冷若しくは低温状態から内燃機関を
始動させる時の排出物を減らすことも含んでいる。触媒
コンバータは触媒が所定の作動温度に達するまで充分な
量の排出物を除去できないので、寒冷若しくは低温状態
から内燃機関を始動させる時の排出物の低減は極めて難
しいとされている。

【０００３】これらの問題を克服するために、触媒を所
謂“超断熱”することが提案されている。しかしなが
ら、この方法は、始動と始動の間に触媒コンバータを熱
くしておくために超断熱することは実用的でない。点火
の前に燃焼させた燃料によって触媒を加熱することも提
案されている。これも実用的でなく、超断熱と始動前の
燃料燃焼は排出物を余計増加させる結果を招いている。

【０００４】他の解決方法は、電気抵抗ヒータを使って
触媒を予熱することである。しかしながら、これを実行
すれば他の問題が出てくる。その問題の幾つかは様々な
論文、例えばW. Whittenらによる”電気加熱された触媒
システムを有する２０のユーザー車両による実験、パー
ト１”というＳ．Ａ．Ｅ．ペーパー９２０７２２の１２
３頁から１３１頁（ＳＡＥ１９９２）に述べられてい
る。これらの問題のうちで、車両を始動させる前に電気
加熱触媒（ＥＨＣ) が予熱するのを運転者が待てる時間
は略５秒程が限界であるということである。すなわち、
ＥＨＣに電力を供給するためのシステムは短時間に大電
圧を供給できなければならないということを意味する。
このように高出力を要することは、当然バッテリの寿命
に影響する。

【０００５】具体的に、触媒が作動する温度は、３５０
°であり、始動時、機関が有効に発火するまでに上記温
度に低温触媒床を加熱しなければならない。このための
熱量は、ＥＨＣの質量によってほぼ１４から４０Ｋジュ
ールが要求される。車両を始動させる前に上記熱量を与
えなくてはならないので、搭載バッテリ又は専用バッテ
リは、例えば５秒間１０ボルト（つまり５０００ワッ
ト）で５００アンペア供給しなくてはならない。触媒の
基板質量を減らすことや直接排出ガス加熱を使うことに
よって電圧の必要条件に関して最近改良がなされた。し
かしながらヒータ電圧の必要条件に関して改良がなされ
たとしても車両の電気系統へ要求されることは残る。

【０００６】すなわち、自動車用バッテリは始動のため
に、断続的に３００から４００アンペア消費される。こ
のようなバッテリは普通３年から４年もつ。触媒加熱は
始動運転の度にさらに４００から５００アンペアの消費
を課すためバッテリの寿命が例えば６か月程度と大変短
くなってしまう。ＥＨＣシステムは、又、高電流制御ス
イッチやケーブルも必要とする。最小限の損失で５００
アンペアもの電流を確実に伝導することは難しい。例え
ば、５ミリオーム（．００５Ohm)の総抵抗を有するシス
テムは５００アンペア負荷電流で２．５ボルトの電圧降
下があり、１２５０ワットのＩ²Ｒ（電力）損失をもた
らす。さらに、スイッチ又は接続機構及び高電流ケーブ
ルとの必要な相互接続を長期間信頼するとまた別の問題
が生じる。

【０００７】ＥＨＣヒータを高電圧駆動することは電流
流出、信頼性や効率を良くする。車両で利用できる標準
１２ボルトを越えたＥＨＣ電圧専用の高電圧を使うこと
による利点は以下の比較表で明らかである。一般に、自動車搭載バッテリでは、５００アンペアの負
荷電流で、２ボルトの内部電圧降下を示す。システム効
率は１−Ｉ² Ｒ /ＩＶ（電力損失／システム電力）とし
て定義される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】今日、電力供給は、電
力供給が必要とされる箇所毎に相応の電圧を出力して行
う。例えば車両において、１２ボルトのバッテリは照明
用ライト、リヤウインド用電気加熱素子、ラジオ、或い
は始動モーター等の搭載装置に電力供給をする。これら
の負荷は車両の機能がより複雑になるに従って更に増加
する傾向にある。

【０００９】しかしながら、従来の電力供給システムで
は、バッテリから取出される単一の出力電圧を全ての負
荷に共通に供給しているため、上述した触媒コンバータ
の予熱器のように高電圧で駆動しなければならない要素
（以下、高電圧駆動要素と言う）にも、ラジオ等の比較
的低電圧が駆動される要素（以下、低電圧駆動要素とい
う）にも共通にバッテリの出力電圧が供給され、車両に
おける電気系統の損失を増大させるという問題がある。

【００１０】本発明は、各負荷に適した多レベルの電圧
を供給可能な電力供給システムの実現を解決すべき課題
とする。また、本発明は、高電圧駆動要素の負荷電流に
よる電力損失を軽減し、高効率の電力供給システムの実
現を解決すべき課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１発明は、車両に搭載
され第１レベルの電圧を出力する電圧源と、該電圧源に
接続され前記第１レベルの電圧に基づき該第１レベルの
電圧より大きな第２レベルの電圧を発生して高電圧駆動
要素に供給する電圧逓倍器とを具備し、該電圧逓倍器
は、複数の蓄電素子と、これら蓄電素子が前記電圧源に
それぞれ並列に接続される第１の回路状態と、前記蓄電
素子がそれぞれ直列に接続されて前記高電圧駆動要素に
接続される第２の回路状態とに選択的に切換え動作する
スイッチング手段とを包含したものである。

【００１２】本第２発明は、低電圧駆動要素と高電圧駆
動要素とからなる多負荷に電力を供給する装置であっ
て、複数の蓄電素子を含む蓄電手段と、該蓄電手段を少
なくとも第１の回路状態及び第２の回路状態に設定し、
前記第１の回路状態では前記負荷の前記低電圧駆動要素
へ第１レベルの電圧を送給し、前記第２の回路状態では
前記低電圧駆動要素への前記第１レベルの電圧の送給を
維持しつつ、前記負荷の前記高電圧駆動要素へ第２レベ
ルの電圧を送給するスイッチング手段とを具備する。

【００１３】本第３発明は、内燃機関と、該内燃機関に
結合されたオルタネータ及び該オルタネータによって充
電されるバッテリを含む電気装置と、点火操作に応答し
て前記内燃機関を始動すべく前記電気装置と内燃機関と
の間に構成された点火装置と、前記内燃機関からの排気
ガスを浄化する触媒コンバータ及びその予熱器が装着さ
れた排気装置とからなる車両において、前記電気装置
が、前記バッテリからの電圧を第１レベルの電圧として
保持し、前記第１レベルの電圧を逓倍した第２レベルの
電圧を前記触媒コンバータの予熱器に供給する電圧逓倍
器を具備する車両である。

【００１４】好適な態様において、高電圧駆動要素は自
動車用触媒コンバータのための予熱器からなることもあ
り、その場合には機関点火操作に応じて制御信号が生じ
る。電圧源は車両バッテリ或いはオルタネータでよい。
蓄電素子はバッテリセル等の電圧蓄電素子、コンデンサ
あるいは組合せでよい。前記スイッチング手段は、複数
組のスイッチ接点を含んでもよく、それぞれの蓄電素子
に一組づつで、各々の組は第１接点、第２接点及び第３
接点からなり、各組において第１接点と第２接点が接続
した時には、電圧源からの電圧は並列に蓄電素子に記憶
され、第２接点と第３接点が互いに接続した時には、蓄
電装置は第２レベルの電圧で直列の高電圧駆動要素へ電
圧を放電する。これらのスイッチング手段は小型の転極
器として作られると都合がよい。電圧逓倍器は複数の固
体化されたスイッチからなることもある。

【００１５】触媒コンバータの予熱器が使われる時、触
媒が所定の温度に達するまでエンジン点火を無効にする
手段を本発明の装置が含むのが好都合である。本装置は
又触媒の温度を測定する手段を含んでもよく、そこで触
媒が所定の温度に達したことを温度測定手段が示すまで
エンジン点火を無効にするための温度測定手段にエンジ
ン点火を無効にする手段は対応する。

【００１６】本第４発明は、車両搭載の直流電源から第
１レベルの電圧を低電圧駆動要素に供給するステップ
と、該第１レベル直流電圧よりも大きい第２レベルの電
圧へ第１レベルの電圧を増加させるステップとからなる
ことからなる車両における高電圧駆動要素に電圧を供給
する方法である。

【００１７】

【作用】本第１発明のスイッチング手段は、第１の回路
状態において、各並列な例えば複数の蓄電素子の直列回
路を電圧源に並列に接続する。この時、電圧源からの第
１レベルの電圧が蓄電素子の直列回路に充電される。次
に、スイッチング手段が、第２の回路状態に設定する
と、複数の蓄電素子による直列回路の組が高電圧駆動要
素に直列に接続され、複数の蓄電素子の各充電電圧が第
２レベルの高電圧に逓倍されて高電圧駆動要素に供給さ
れる。

【００１８】本第２発明は、上記蓄電素子を化学的なバ
ッテリセルに代えたもので、本第２発明は車両の電気装
置に採用して、多レベルの電気出力を低電圧駆動要素及
び高電圧駆動要素からなる各負荷に送給することができ
る。本第３発明は、内燃機関を有する車両において触媒
コンバータのための触媒の予熱器へ電圧を供給するため
にも使われる。すなわち、機関始動前には、複数の蓄電
素子がバッテリに並列に接続された充電状態（第１の回
路状態）になっており、機関始動操作の直後、スイッチ
ング手段が第１の回路状態から第２ま回路状態に一時的
に変化して各蓄電素子がすべて直列となる高電圧を触媒
コンバータの予熱器に印加えることができる。予熱器等
のように始動時にだけ高電圧を必要とする高電圧駆動要
素の低電圧駆動への切換えをスイッチング手段の切換で
兼用している。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、各負
荷に応じた多レベルの電圧を発生して、それぞれ必要時
に各負荷に送給することができ、高電圧駆動要素を高電
圧で駆動するので、負荷電流が小さくなり、電力損失が
少ない車両の電気装置となる。また、機関始動前に、充
電されている複数の蓄電素子を、機関始動操作の直後に
スイッチング手段で接続状態を切換ることにより、各直
列の状態に設定して一時的に高電圧を触媒コンバータの
予熱器に印加えることができる。始動時における排気ガ
スの浄化効果が高くなる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を図面を参照して詳細に説明す
る。図１は本発明に係る多レベル電気出力送給装置の基
本構成を示す。図１からわかるように、本発明の装置
は、直流電源１００、ＤＣ−ＤＣ変換型の電圧逓倍器１
１０及び負荷１２０を含む。図２は、電圧逓倍器１１０
の詳細な構成の一例を示す。図２に示されるように、電
圧逓倍器１１０は電流源１３０、スイッチング手段１４
０及び少なくとも２つの電圧蓄電素子を含み、前記２つ
の蓄電素子はそれぞれ、図中では第１蓄電素子１５０及
び第２蓄電素子１６０と示される。

【００２１】スイッチング手段１４０の目的は、図３ａ
に示されるように第１蓄電素子１５０及び第２蓄電素子
１６０が直流電源１００と並列となる第１の回路状態と
図３ｂに示されるように第１蓄電素子１５０及び第２蓄
電素子１６０が負荷１２０と直列に接続される第２の回
路状態とに設定することある。前述したようなスイッチ
ング手段１１０を用いた実施例が図４ａに示されてお
り、スイッチング手段１１０は、複数のスイッチ、第１
スイッチ１８０、第２スイッチ１９０、第３スイッチ２
００、第４スイッチ２１０及び第５スイッチ２２０から
構成される。スイッチには直流電源１００との間に電流
源１３０が接続され、直流電源１００からの電流は電流
源１３０よって電流制限を受けるようになっている。ス
イッチ１８０乃至２２０は、先ず、接続状態が図４ａに
示されるように、第１、第２、第３蓄電素子１５０乃至
１７０が電流源１３０を経由して直流電源１００と並列
に接続される第１の回路状態となる。次に、スイッチ１
８０乃至２２０の接続状態は、図４ｂに示されるよう
に、蓄電素子１５０、１６０及び１７０が負荷１２０に
直列に接続された第２の回路状態となる。勿論、スイッ
チング手段１１０は機械的なスイッチに限定されるもの
ではない。例えば、電流が充分微量であるように設定さ
れているとき、いくつかもしくは全部のスイッチは図５
に示す一対のＭＯＳＦＥＴ２３０，２４０もしくはＩＧ
ＢＴ等の半導体装置を用いることができる。

【００２２】図６は本発明の装置をより具体的に示すも
のである。図６は直流電源１００（この場合、バッテ
リ）、電流源の機能を果たす電流制限抵抗器１３０、コ
ンデンサの記号で示した蓄電素子１５０、１６０、１７
０及び抵抗負荷の記号で示した負荷１２０を含む回路を
示している。なお、負荷１２０はＥＨＣもしくは他の高
電圧駆動されるリヤウインドの加熱線路でよい。車両に
おいては、バッテリは一般的に１２ボルトであるが、Ｅ
ＨＣのような高電圧駆動要素が負荷となると、内部電圧
が２ボルト下がる。

【００２３】スイッチ（１８０、１９０、２００、２１
０、２２０）は、例えば５ＰＤＴ（５極２重投入）スイ
ッチで構成される。同スイッチが図４ａに示されるよう
な接続状態とされる時、直流電源１００は並列に接続さ
れた蓄電素子１５０、１６０及び１７０を充電する。同
スイッチが図４ｂに示されるような接続状態をとされる
時、蓄電素子１５０、１６０及び１７０は直列に接続さ
れ、負荷１２０への放電が行われる。

【００２４】蓄電素子１５０、１６０及び１７０は極め
て高い電力を流すことができなくてはならず、また、適
正な出力密度を有さなくてはならない。上記したよう
に、蓄電素子１５０乃至１７０は、スーパーコンデンサ
を用いてもよい。例えば、ＮＥＣＦＥＯＨ１５５Ｚの
ような一般的に入手可能な電気二重層のスーパーコンデ
ンサを直列もしくは並列に配列して高効率なＥＨＣを６
秒未満加熱してもよい。約０．２０inch³per Farad-Vo
ltの出力密度では、１０ＫＪ電圧の３倍の電力供給は６
０ファラッド×３となり、１２ボルトコンデンサは０．
２５feet³未満を占める。

【００２５】現在、防衛目的に使用され、特にＳｔｒａ
ｔｅｇｉｃＤｅｆｅｎｃｅＩｎｉｔｉａｔｉｖｅの一
部として開発されるレールガンに利用されるコンデンサ
技術の進歩により、コンデンサーバンクに占められる容
積を減少することができるという可能性もでてきた。こ
ういった進歩的なコンデンサは現在、例えばPinnacle R
esearch Institute, Inc. （住所： 141-B Albright Wa
y, Los Gatos, CA 95030）により開発中である。これら
開発中のコンデンサに関しては概略的な情報のみしか手
に入らない。しかしながら、電極として活性木炭を用い
ずに代わりに何か酸化チタンから形成されるものを用い
ているようである。また、そのコンデンサは水溶性の電
解液を含み、また大きなプレート面積を持つらしい。こ
れらコンデンサは、それに係わる技術と同様、輸出規制
を受けており、その技術思想の多くが独占されている。
それにもかかわらず、これらコンデンサが一般的に自由
に入手可能となり、またコストが高くなければ、本発明
の装置中で充分その性能を発揮することと思われる。

【００２６】コンデンサが直列に接続されると、電圧が
逓倍され、コンデンサバンクから５ＫＷＥＨＣに初期
負荷電流１５０アンペアで始動電圧３３ボルトがかか
る。これを従来の１１ボルトのときに必要な４５０アン
ペアと対照されたい。蓄電素子１５０乃至１７０に高ピ
ーク電流の電気化学蓄電池を使ってもよい。このタイプ
で一般的に入手可能なバッテリとしては、Gates Prisma
tic LeadAcid Battery25 Ah-BC 電池がある。これらの
バッテリを直列に接続すれば、３６ボルトで５ＫＷ
ＥＨＣに必要な加熱電流は１４０アンペアとなる。この
とき、バッテリは標準の１２ボルトの車両供給から充電
される。蓄電素子１５０乃至１７０は、Yardney 製の製
品のような銀−亜鉛バッテリを使ってもよい。

【００２７】もちろん、コンデンサもバッテリも一定時
間が過ぎると漏電する。そのため、充電が終わったら、
所謂“トップオフ”の状態のままにし、容量いっぱいの
状態を持続させる必要がある。車両の運転中、トップオ
フ電流はオルタネータから供給される。車両が停止して
いるときは車両バッテリからの周期的パルスによってト
ップオフ電流を供給してもよい。装置を車両バッテリに
接続したままにしておくことによって、連続的に発生す
る１０〜２０ミリアンペアのドレイン電流によってトッ
プオフ電流を持続させることも可能である。

【００２８】負荷にかかる電圧の総量は総和時間電力放
電と等しく、即ち、放電曲線下の区域によって表示され
る。コンデンサは通常のべき指数の放電曲線をえがき、
バッテリは比較的一定割合で放電する。このように、印
加電圧の総量が同じならばコンデンサへのピーク放電電
流はバッテリへの放電電流と比べて大きい。一方、コン
デンサは本発明に使用されるようなバッテリと比較して
それほど高価ではなく、軽量で、またよりコンパクトで
ある。

【００２９】逓倍された電圧における高ピーク電力が断
続的である必要があるため、まず蓄電素子１５０乃至１
７０をより低い（システム）電圧源からより低い電流
で、また、負荷を経由した放電時間よりも長い時間充電
することが実用的である。その後、蓄電素子１５０乃至
１７０はより高い逓倍電圧（第２レベルの電圧）で、ま
たより短時間で、直列接続で負荷１２０を経由し、放電
される。図に示される電流抵抗器１３０を使ってこのよ
うな蓄電素子をゆっくり再充電してもよい。上記したよ
うにこれは図６に示すように充電を制限する抵抗でもよ
く、図６では抵抗器１３０がコンデンサを充電する電流
の制限を行う。

【００３０】パルス幅を変調し、また損失のない半導体
スイッチを使って充電を規制することも可能であり、そ
こでは、半導体スイッチのデューティーサイクルが制御
され、電圧充電装置を充電する電流量を規制する。バッ
テリ充電の技術においては公知なように、バッテリを再
充電するには様々な方法がある。標準的な自動車では、
高電圧を使用しており、電流は初期においては高電流だ
がセルの電圧が低下するにしたがい、低下していく。比
較的高い初期の電流を制限するために、コンスタントに
電流の充電を行ってもよい。しかしながら、直流電源１
００がコンスタントな電流を供給するには一般的に種々
の抵抗直列パス素子を使うため、概して効率的にコンス
タントな充電を行うことは困難である。このような電流
抵抗器はもともと損失量が多く、それゆえ非効率的であ
る。

【００３１】このような欠点を克服すべく、スイッチモ
ードを改良し、バッテリセル電圧の機能として充電電流
のパルス幅もしくはデューティーサイクルが変調される
定電流チャージャが開発されている。図７はこの種のチ
ャージャを示している。図にも示されるように、構成と
しては、変調パルス幅（ＰＷＭ）コントローラ２５０及
び平均電圧検出器２６０が含まれる。ＰＷＭコントロー
ラ２５０は平均電圧検出器２６０で検出された結果に基
づいて充電された蓄電素子１５０乃至１７０の平均電圧
に従って出力パルス列のパルス幅を変える。このような
チャージャはChristie Electric Co. を含み数社から一
般的に入手可能である。デュティーサイクル及び時間平
均の電流量はバッテリセル電圧の機能として変調され
る。デューティーサイクル及び平均電流は、セルの新し
さ、古さ等による温度及びバッテリ容量の変化に適応す
るようにプログラムしてもよい。チャージャからの出力
電流の制御は一般的に飽和状態の固定されたスイッチ
（ＢＪＴもしくはＦＥＴ）により微量の損失のみで行わ
れ、非常に効果的な充電を可能とする。

【００３２】蓄電素子が同時というよりは連続的に充電
され、充電時間を延ばし、一度に流される電流量を減少
させる連続的な機械的スイッチ配列を用いることも可能
である。そのような構成の一実施例が図８に示されてお
り、ここではスイッチ１８０乃至２２０に相当するスイ
ッチ２７０乃至３１０が蓄電素子１５０乃至１７０を少
なくとも部分的に充電するように配置される。図８ａの
後、図８ｂに示すように、スイッチ２８０が開かれ、２
９０が直流電源１００等に接続される。

【００３３】直流電源１００もしくは蓄電素子バンクか
ら得られる電圧は、本装置の性能を決定するうえで重要
なパラメータである。上記したように、１２ボルトＥＨ
Ｃシステムに関しては、極めて高い電流、すなわち、約
５００アンペアのときのバッテリ内部電圧降下は少なく
とも約２ボルトであった。従って、１０００ワット、す
なわち負荷に流れる総電力の約２０パーセントの損失が
起こるのである。

【００３４】そこで、本発明では、抵抗器２０で蓄電素
子１５０乃至１７０への充電を制限することにより、１
２ボルトバッテリからの高ドレイン放電に関連した電圧
の低下を抑えることができる。実際には、低温始動時の
都合のよい時にオルタネータから蓄電素子バンクを約１
４．４ボルトまで充電してもよい。「トップオフ」電圧
と蓄電素子間の４．４ボルトの差（１４．４ボルト−１
０．０ボルト）は不合理であると思われるが、蓄電素子
１５０乃至１７０として使用されるコンデンサバンクに
蓄電される電圧は（１／２）ＣＶ²であるため、充電電
圧が僅かなながら上昇し、蓄電される電圧が１００％以
上改良される。有効電圧の上記したような改良により、
ＥＨＣ電力系統のコスト、サイズ及び重量の大幅な低減
が可能となった。

【００３５】このように、充電の制御は、本発明の装置
において重要な役割を果たす。充電時間と放電時間が同
じならば、並列で充電し、直列で放電することはあまり
効率的ではない。しかしながら、車両の電気装置では、
一定時間を越えて充電し、必要なときにサージを運べる
状態に装置しておくことが可能である。例えば、本発明
の装置では、触媒コンバータの触媒を予熱する時、設計
パラメータとして、触媒は約３秒間予熱されると仮定す
る。また、装置が調節する低温始動の最短運転時間、す
なわち、最短充電時間を約１０分間、すなわち６００秒
と仮定する。これらの仮定のもとでは、充電時間と放電
時間の割合は約２００：１である。従って、放電時間よ
りも長く充電することが可能である。また、平均放電量
を５００アンペアと仮定すると、充電量はその量の１／
２００、すなわち約２．５アンペアに制限できる。１５
〜２０パーセント喪失すると仮定すると、割り当てられ
た時間内にシステムを充電するのに必要な電流量は３ア
ンペア未満である。

【００３６】図４ａ及び図４ｂの電圧逓倍器１００は、
特に１２ボルト供給源から３０〜３６ボルトの三倍電圧
から成る構造を示している。蓄電素子もしくはバッテリ
素子の内部インピーダンスは実質的に変化し、内部電圧
降下、回路損失、負荷にかかる実際の電圧を大幅に制御
できる。スイッチ及びシステムワイヤリングは放電回路
（一般的には１６０アンペア）を、損失を最小に抑えて
制御するようになっている。

【００３７】電源の電圧を３倍にして電流及び脈流を３
倍低減させると、回路損失が低減し、コスト、スイッチ
の重量及びサイズ及びケーブル及び他の相互接続構成が
低減できる。本発明の範囲内にある適当な要素を用いれ
ば、同じ原理を電圧逓倍にあてはめることもできる。使
われるセルが１つか複数であるかに係わらず、効果的な
システムを行うには、安定した、少ない損失の高電流の
スイッチもしくは機械式スイッチが必要である。１２ボ
ルト（もしくは２４ボルト）のＥＨＣシステムに関連し
た高電流には特別な注意を払う必要がある。付随する損
失は開始電流の二乗に関連しているため、電流及び接触
抵抗を低減させることは有効である。並列に接続された
いくつかの蓄電素子もしくはバッテリを充電し、それか
ら、直列で放電するのに必要な比較的複雑なスイッチ構
成の模範例が、図８ａ、８ｂに示されている。特殊な高
電流環状スイッチを用いてもよい。

【００３８】図８ａ及び８ｂは図４ａ、４ｂの三接点ス
イッチが約１５°離れて環状に形成された６極スイッチ
（転極器）を示している。図８ａ及び図８ｂにおける各
要素は、図１と同じ符号を付してある。図８ａ及び図８
ｂの転極器は、多端子、不静定の短絡片２７０、２８
０、２９０、３１０及び３２０を用いて極めて高電流の
切換え操作を行うことができる。それぞれの短絡片２７
０…は、蓄電素子１５０乃至１７０を充電（図４ａ、図
９ａに示されるように並列接続）もしくは放電（図４
ｂ、図９ｂに示されるように直列接続）するかによって
中間接触子を右側接触子もしくは左側接触子へそれぞれ
接続する。

【００３９】短絡片２７０…は、１５°の間隔をおいて
回転し、接続状態を変化させる。たとえば、図９ａ、図
９ｂでは、蓄電素子の接続を並列から直列へ（図９ａ→
図９ｂ）変更するには、短絡片は右回りにに１５°回転
する。同様に、接続を直列から並列に（図４ｂ→図４
ａ）移行するには、短絡片は左回りに１５°回転する。
図１０ａ、１０ｂ及び１０ｃはそれぞれ図９ａ及び９ｂ
に示される実施例の平面図、側面図及び底面図である。
図１０ａ、１０ｂ及び１０ｃに図示されるシステムは４
００アンペアで確実に作動してもよく、外部接続を除い
て車両に利用可能な５００ｍｍdia. Ｘ７０ｍｍの高
シリンダに適合することができる。スイッチの短絡片が
１５°づつ移動し、また比較的質量が軽いため、図１０
ｂ及び１０ｃに図示されるように永久磁石トルクモータ
３３０によりスイッチが直接操作できる。付随的な長所
として、早い短絡動作及び双安定操作があげられる。

【００４０】図１０ａ、１０ｂ及び１０ｃに図示される
環状スイッチの基本的な形状は、モータ３３０として、
小型の直流永久磁石モータとともに小型のギア低減ドラ
イブを収納するようにしてもよい。多端子短絡片スイッ
チの基本的機構について、ミリオーム以下内でのスイッ
チ抵抗を測定したら、４００アンペアで良好な結果が得
られた。図１０ａに図示されるように力を均等にするた
め、ショートした短絡片にそれぞればね負荷をかけなれ
ば、いずれのスイッチでもこの直径でよい性能を得るこ
とは難しい。

【００４１】上記したように、電圧逓倍器の段階数を増
加し、総放電量が５０アンペア範囲内（１００ボルトヒ
ータ）にあれば、低コストのＭＯＳＦＥＴもしくはＩＧ
Ｂ（絶縁ゲートバイポラートランジスタ）スイッチを用
いて総合的に集積化されたスイッチを実現し、システム
の信頼性をより高めることができる。図１１は上述した
信頼性を高めた本装置を自動車に搭載した場合の細部を
示す図である。図１１で、破線で囲まれたブロックを示
す符号３４０は車両を示す。車両３４０は内燃機関３５
０を含む。内燃機関３５０からの排気ガスは、触媒コン
バータ３７０を含む排気装置３６０により排出される。
触媒コンバータ３７０は、予熱器３８０及び触媒コンバ
ータ３７０内で触媒の温度検知を行う温度感知装置３９
０（たとえば、熱電対）を備えており、触媒の温度を検
知することができる。車両３４０は内燃機関３５０と機
械的に結合されたオルタネータ４１０及びオルタネータ
の出力を整流する整流器４２０及び整流器４２０からの
電流により充電されるバッテリ４３０からなる電気装置
４００と、前記排気装置３６０とを主に構成されてい
る。整流器４２０及びバッテリ４３０からの出力は、電
圧逓倍器１１０にも入力される。車両はまた、点火コン
トローラ４４０（当業者にとってはすでに公知であるキ
ーで操作可能なスイッチ等）及び一般的には始動するた
めに内燃機関３５０と結合可能であるスタータを含む点
火装置４５０を含む。

【００４２】図１１に示すシステムの全体制御は制御手
段４６０により実施される。この制御手段４６０には、
点火コントローラ４４０からの信号と温度センサ３９０
からの信号とが入力される。また制御手段４６０は、電
圧逓倍器１１０と点火装置４５０を制御するための信号
を出力として生成する。制御手段４６０の動作は、図１
２に示されるフローチャートで説明される。つまり、制
御手段４６０はまず運転者が点火コントローラ４４０の
始動キーを操作したか否かを検出する。始動キーが操作
されると、制御手段４６０は、触媒が温度センサ３９０
からの信号に基づき最少作動可能温度Ｔ_D（触媒が作動
を開始可能な温度）を既に上回っているかどうかを判断
する。例えば制御手段４６０は、内燃機関３５０を始動
させるべく点火コイルに信号を送るが、この時、触媒温
度が最少作動可能温度Ｔ_Dより低い場合、制御手段４６
０は既述した逓倍電圧（第２レベルの電圧）が予熱器３
８０に供給されるように電圧逓倍器１１０にも信号を送
る。制御手段４６０は触媒の温度が最少作動温度を越え
るまでチェックする。触媒の温度が最少作動温度を越え
ると、制御手段４６０は電圧逓倍器１１０に予熱器３８
０への電流の供給を止めるように指示し、点火コイルに
機関始動信号を送る。

【００４３】制御手段４６０は、適切にプログラムされ
たマイクロプロセッサを使って構成したり、適切なスイ
ッチやゲートや増幅器などよりなる専用回路として構成
される。制御手段４６０の具体的な実施の詳細は、上記
の機能や作用を持った車両用の制御回路設計に携わる当
業者の技術範囲内であるように考慮される。これらの詳
細はここには示されていない。

【００４４】電圧逓倍器１１０は、並列充電や直列放電
を行うためのスイッチングを配した蓄電素子に関連して
既述した。当業者にとって他の実施が可能なことは明ら
かである。例えば、電圧逓倍器１１０の他の可能な構成
は公知のコンバータや静止形インバーターである。この
ような構成は図１３に示される。図１３は、d.c.-d.c.
インバータで、標準の鉛蓄電池４７０からの１２ボルト
が発振器制御のスイッチング配列４８０により交流電圧
に変換される。この交流電圧は変圧器４９０により増加
され、変圧器４９０の出力は整流器５００により整流さ
れて本来の１２ボルトより高い数値を持つ直流電圧に逓
倍する。このことは可能だが、このような静止形インバ
ータは通例８０％程度の効果（これは本発明のような出
願における望ましさを限定するものである）しか示さな
いことを心に留めておかねばならない。

【００４５】本発明の他の態様は多負荷駆動出力を生成
する装置と方法に関するものであり、図１４から図１８
に説明されている。多負荷駆動出力とは、本装置により
駆動される電気装置の一部としての負荷装置の電力消費
を担うために、多レベルの電気出力をいう。本発明に従
って設計された多レベル電気出力送給装置は自動車のよ
うな車両における負荷装置に限定するものではない。

【００４６】図１４は多負荷駆動出力を供給する本装置
を表す構成を示す。この図１４では、比較的低い１２Ｖ
の電圧出力を連続的に供給し、比較的高い３６Ｖの電圧
出力を選択して供給することが望まれる。図１４の電力
供給システム２は、例えば蓄電素子４のような電圧を蓄
電するための手段を含む。このバッテリ４は電池部６・
８・１０のような複数の蓄電素子を含む。各々の電池部
６・８・１０は、これら全てが同様の割合の電圧を有す
るならば、１つあるいはそれ以上の直列に接続されたセ
ルを含むことができる。電池部６はグラウンドノード１
４に接続された第１端子１２と、コモンノード１８に接
続された第２端子１６を有する。第２電池部８と第３電
池部１０は各々グラウンドノード１４とコモンノード１
８の間に選択的に接続することができる。

【００４７】電池部８と電池部１０を、グラウンドノー
ド１４とコモンノード１８の間に選択的に接続するため
に、スイッチング装置２０のようなスイッチング手段２
０が具備される。スイッチング手段２０は、バッテリ４
に含まれる電池部の接続状態が多数のレベルの負荷駆動
出力を送出するように構成されている。上述したよう
に、図１４の実施例は少なくとも１２Ｖの電圧出力と３
６Ｖの電圧出力で表わされる２つのレベルを示してい
る。各電圧出力のレベルは、スイッチング手段２０の接
続状態による。

【００４８】図１４の実施例において、スイッチング手
段２０は、バッテリ４が第１の回路状態あるいは第２の
回路状態に切換え接続されるような複数のスイッチング
要素を含む。スイッチング手段２０は、電池部８の第１
端子２４とコモンノード１８の間を接続する可動接片
（短絡片）２２を含む。可動接片２６は電池部８の第２
端子２８とグラウンドノード１４の間を接続する。第３
可動接片３０は電池部１０の第１端子３２とコモンノー
ド１８の間を接続する。第４可動接片３４は電池部１０
の第２端子３６とグラウンドノード１４の間を接続す
る。

【００４９】スイッチング手段２０の第１の回路状態
（以後、状態Ａと言う）において、各可動接片は、電圧
出力ノード３８から３６Ｖの出力と第２電圧出力ノード
４０から１２Ｖの電圧出力を供給する状態Ａに切換えら
れる。図１４の実施例において、ノード３８とノード４
０で表わされる２つのレベルの負荷駆動出力は、低電圧
駆動要素４２と高電圧駆動要素４４₁を含む負荷を駆動
する。負荷の電圧電圧駆動要素は、例えば自動車のよう
な従来の車両に含まれる１２Ｖの導線である（ヘッドラ
イト、ラジオなど）。負荷の高電圧駆動要素４４₁は、
例えばヒータ（車両のウインドーヒータなど）や触媒コ
ンバータの予熱器や機関始動モータである。

【００５０】スイッチング手段２０の状態Ａにおいて、
バッテリ４の電池部６、８、１０は図１４の負荷抵抗Ｒ
_Lとして示される高電圧駆動要素４４₁と直列に接続さ
れる。従ってこの状態は、高電圧が負荷抵抗Ｒ_Lに供給
されるような蓄電素子バンクの放電状態を表す。この状
態で、図１４の１２Ｖの導線で表わされる負荷の電圧電
圧駆動要素４２は、バッテリ４の電池部６と直列な電圧
出力ノード４０と接続される。

【００５１】スイッチング手段２０の第２の回路状態
（以後、状態Ｂと言う）において、スイッチング手段２
０の各可動接片は図１４の実施例の状態Ｂでのノードに
接続される。この状態で、バッテリ４の各々の電池部
６、８、１０は並列に接続される。各電池部６・８・１
０が直列配列から並列配列へと切り替わることによっ
て、電池部６・８・１０の各電圧は等しくなる。その
後、全ての電池部の内部インピーダンスが等しいような
理想的なケースにおいて、等量の電流が各々の電池部か
ら電圧出力ノード４０へと供給され、１２Ｖの電圧出力
が負荷の低電圧駆動要素４２へと供給される。図１４よ
り明らかなように、スイッチング手段２０が状態Ｂにあ
る時は、図１４に示されるように、負荷の高電圧駆動要
素４４₁は開回路のままであり、従ってバッテリ４とは
接続されていない。このように、状態Ｂは、電圧が１２
Ｖで低電圧駆動要素４２へ供給されている間に各々の蓄
電素子バンクが再充電されるような充電配列を表してい
る。この動作中、図１４の装置は、バッテリ４に含まれ
る各電池部の並列接続によって生じる全ての電力が、状
態Ｂにおける負荷の低電圧駆動要素４２を駆動するため
に使われるようになっている。

【００５２】充電されたバッテリ４の電圧を保持するた
めに、交流電力供給装置４６を具備することができる。
図１４に示されるように、交流電力供給装置４６はオル
タネータ４８と電力供給装置５０を含む（電気モーター
やガソリン内燃機関など）。交流電力供給装置４６は、
スイッチング手段２０が状態Ｂである時に各々の電池部
６・８・１０を再充電するために使われるように、電圧
出力ノード４０とコモンノード１８に直列に接続され
る。この状態Ｂにおいて、交流電力供給装置４６は、負
荷の低電圧駆動要素４２への１２Ｖ線路へ電圧送給する
ために使うこともできる。状態Ａにおいて、交流電力供
給装置４６は電池部８、電池部１０と接続されていない
が、電池部６を充電し負荷の低電圧駆動要素４２を駆動
するために使うことができる。それに代わって、高電圧
駆動要素４４₁を駆動する時は、バッテリ４に含まれる
各電池部のいずれかあるいは全ての直列接続は、高電圧
駆動要素４４₁と直列に接続することができる。このよ
うに、１２Ｖ電圧は、スイッチング手段２０の配列とは
関係なく、常に負荷の低電圧駆動要素４２に常に供給さ
れている。しかしながら、必要であれば（スイッチング
手段２０が状態Ａへ移行される時など）高電圧駆動要素
４４₁へ選択的に供給してもよい。

【００５３】図１４の装置はバッテリ４を含むものとし
て示されているが、バッテリ４を構成する各電池部は、
いずれかあるいは全てをコンデンサと置き換え可能なこ
とは当業者にとって明らかであろう。従って、バッテリ
４は全てのコンデンサあるいは電池とコンデンサの混成
となることがある。図１６は、図１４の装置機構構成を
示す上面図である。図１６において、電力供給システム
２は３６Ｖの出力を供給する高電圧出力ノード５６と、
連続的に１２Ｖの出力を供給する低電圧出力ノード４０
を含むものとして示されている。高電圧出力ノード５６
と低電圧出力ノード４０に対するグラウンドノード１４
は、図１６において２つのグラウンドノード１４として
示されている。図１６の装置は、バッテリ４の複数のセ
ルを保持するプラスチックケーシングのようなケーシン
グ５０を含むものとして示されている。図１６に示され
る実施例の電池は、従来のいかなる電池やコンデンサを
用いることができる。

【００５４】図１７は図１６の機構装置２の側面図であ
る。図１７に示されているように、スイッチング手段２
０はケーシング５０に含まれる電池より上に取り付ける
ことができる。グラウンドノード１４は、例えば、スイ
ッチング装置２０に取り付けられ、ケーシング５０の頂
部から露出する金属の端子となりうる。図１５は少なく
とも２つの多負荷出力を送給する実施例を示す。図１５
において、図１４の実施例と同様の要素には同一の符号
を付す。しかしながら、図１５の実施例において、各々
の装置における増えた要素の数を表すために、バッテリ
４は５２に変更され、スイッチング手段２０は５４に変
更され、低電圧駆動要素４２と高電圧駆動要素４４
₂（ノード５６の６０Ｖ出力として示される）を規定す
る。

【００５５】図１４のバッテリ４の電池部６・８・１０
に加えて、図１５の実施例のバッテリ５２は、電池部５
８と６０として示される蓄電素子を含む。同様に、図１
５の実施例のスイッチング手段５４は、可動接片６２・
６４・６６・６８を含む。動作上、状態Ａは，負荷の高
電圧駆動要素４４₂へ充電される６０Ｖと負荷の低電圧
駆動要素４２へ供給される１２Ｖとなる。状態Ｂでは、
並列に接続されたバッテリ５２に含まれる各々の電池部
と第２高電圧送給部４４₂とが閉回路となる。

【００５６】状態Ｂで示される並列充電状態において、
１２Ｖは各々の電池により負荷の低電圧駆動要素４２へ
供給される。従って、図１５の実施例は、どのような場
合にも必要とされるいくらかの及び／あるいは全てのレ
ベルの電圧供給出力に適用される電力を、本発明が供給
することができるケースを示している。単に蓄電素子に
蓄電素子（図１・図２の電池のような）を追加すること
によって、あるいはスイッチング手段に適切なスイッチ
を追加することによって、負荷駆動出力が本発明に従っ
て供給される。

【００５７】図１８は少なくとも３つの多負荷駆動出力
を供給する本発明の他の実施例である。図１８の実施例
において、図１４と図１５の両方の実施例の電圧出力は
１つの電力供給システムによって生じる。図１４と図１
５の実施例の電圧出力は図１８の模範実施例に示されて
いるので、図１、図２と同様の図８のエレメントは同様
に名前を付けられる。図１４と図１５の実施例の両方の
第２高電圧駆動要素は図１８の実施例に含まれているの
で、これら２つの比較的高い電圧駆動要素は、図１４の
負荷と一致する４４₁と図１５の高電圧駆動要素と一致
する４４₂とされる。図１と図２の１２Ｖライン装備４
２は、図１８では例証が容易なため抵抗負荷として示さ
れている。

【００５８】図１５の実施例に関連して図１８の実施例
に重要なのは、スイッチング装置５３とそれに含まれる
スイッチ７０である。スイッチ７０は負荷の高電圧駆動
要素４４₁と３６Ｖの電圧出力ノード３８の間に接続さ
れている。図１８の出力ノード３８は図１４の実施例に
示されている出力ノード３８と一致する。動作上、図１
８の実施例は負荷の低電圧駆動要素４２に、１２Ｖの電
圧出力を連続的に供給することができる。全てのスイッ
チ２２・２６・３０・３４・６２・６４・６６・６８が
状態Ｂにある時、電池部６・８・１０・５８・６０は、
低電圧駆動要素４２と並列に接続されている。それに代
わって、上述した全てのスイッチング要素が状態Ａにあ
る時、バッテリ５２の各電池部は、ノード３８の３６Ｖ
の電圧とノード５６の６０Ｖの電圧を充電するために、
直列に配列される。状態Ｂにおいて、スイッチ７０はノ
ード３８からの３６Ｖの電圧レベルを導出し、この電圧
レベルを負荷の高電圧駆動要素４４₁に供給するため
に、選択的に作動させることができる。

【００５９】上記に代わる実施例において、スイッチ２
２・２６・３０・３４はスイッチ６２・６４・６６・６
８が状態Ｂにある間、状態Ａにおかれる。この状態で
は、図１８の実施例の多レベル電気出力送給装置は、負
荷の低電圧送給部４２へ１２Ｖの電圧を連続的に供給
し、負荷の高電圧駆動要素４４₁へ３６Ｖの電圧レベル
を放電することができる。しかしながら、スイッチ６２
・６４・６６・６８は状態Ｂであるため、６０Ｖの電圧
供給はノード５６で行うことはできない。

【００６０】下の表２は図１８の実施例の負荷駆動出力
を選択的に生成するため、前述した各々の状態での様々
なスイッチング要素の配列を示す。この表２において、
スイッチング要素２２・２６・３０・３４は集合的にス
イッチ１あるいはＳｗ１と表され、可動接片６２・６４
・６６・６８は集合的にスイッチ２あるいはＳｗ２と表
される。スイッチ７０はスイッチ３あるいはＳｗ３と表
される。表２より、３６Ｖと６０Ｖの出力負荷が需要に
応じて選択的に放電される一方で、１２Ｖの出力負荷が
連続的に供給されることは明らかである。

【００６１】前述の説明より、当業者にとっては、本発明に従って所
望の負荷駆動出力が供給されることは容易に明らかであ
る。いくらかの蓄電素子は、いくらかの負荷駆動出力を
達成するための適切な数のスイッチを含むことができ
る。さらに、複数の蓄電素子は電圧レベルにおいて均一
である必要はないが、所望される正確な出力需要電圧レ
ベルを生み出すために組み合わせられる。スイッチ７０
のようなタップは回路のどんな位置にも含まれ、所望の
電圧レベルを達成するためにいくらかの負荷とよく接続
される。

【００６２】本発明の特定の実施例は詳述されたが、当
業者によって変形が行われるであろうために、発明はこ
れらに限定されるものではない。本出願は開示されクレ
ームされた本発明の範囲内においていかなる変形も考え
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を示すブロック図である。

【図２】図１の装置の可能な構成をより詳細に示したブ
ロック図である。

【図３】本発明による並列充電、直列放電の動作を説明
するブロック図である。

【図４】本発明の第１の回路状態（図３ａ）と第２の回
路状態（図３ｂ）をとるスイッチング手段の動作を示す
ブロック図である。

【図５】ＭＯＳＦＥＴを使った単極、双投スイッチの概
略図である。

【図６】本第１発明に係る実施例の概略図である。

【図７】上記第１発明に用いる電流調整器のパルス幅変
調実施例のブロック図である。

【図８】並列の充電位置と直列の放電位置のそれぞれに
おける本発明の転極器配置の概略図である。

【図９】順次充電のためのスイッチング配列の概略図で
ある。

【図１０】本発明による代表的な転極器機構の頂部略
図、側面図、底面図である。

【図１１】本第３発明を実施する自動車のブロック図で
ある。

【図１２】図１１に示される自動車の制御手段の操作方
法を示すフローチャートである。

【図１３】本発明を実施するのに役にたつ電圧逓倍器の
静止形インバータの一例を示すブロック図である。

【図１４】本第２発明の実施例に従った代表的な多レベ
ル電気出力送給装置を示すブロック図である。

【図１５】二つのレベルを供給するための本発明に従っ
て設計された多レベル電気出力送給装置のブロック図で
ある。

【図１６】図１４の実施例に従った電力供給システムの
頂部図である。

【図１７】図１６の電気出力送給装置の側面図である。

【図１８】三つのレベルを供給するための本第２発明に
従った多レベル電気出力送給装置の実施例を示す回路図
である。

【符号の説明】

４…バッテリ、１００…直流電源、１１０…電圧逓倍
器、１２０…負荷、１４０…スイッチング手段、１５
０，１６０…蓄電素子、１２０，４４₁…高電圧駆動要
素、４２…低電圧駆動要素。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０１Ｎ 9/00 ＺＡＢＺＨ０１Ｍ 10/44 Ｐ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両に搭載され第１レベルの電圧を出力す
る電圧源と、前記電圧源に接続され前記第１レベルの電圧に基づき該
第１レベルの電圧より大きな第２レベルの電圧を発生し
て高電圧駆動要素に供給する電圧逓倍器とを、具備した多レベル電気出力送給装置。
【請求項２】前記電圧逓倍器は、複数の蓄電素子と、こ
れら蓄電素子が前記電圧源にそれぞれ並列に接続される
第１の回路状態と、前記蓄電素子がそれぞれ直列に接続
されて前記高電圧駆動要素に接続される第２の回路状態
とに選択的に切換え動作するスイッチング手段とを有す
る請求項１記載の多レベル電気出力送給装置。
【請求項３】前記スイッチング手段を前記第１の回路状
態と第２の回路状態とに切換える制御信号を発生する手
段を含む請求項２記載の多レベル電気出力送給装置。
【請求項４】前記高電圧駆動要素は、自動車用触媒コン
バータの予熱器であることを特徴とする請求項３記載の
多レベル電気出力送給装置。
【請求項５】前記電圧逓倍器は、複数の蓄電素子と、これら蓄電素子が前記電圧源にそれぞれ連続的に接続さ
れる第１の回路状態と、前記蓄電素子がそれぞれ直列に
接続されて前記高電圧駆動要素に接続される第２の回路
状態とに選択的に切換え動作するスイッチング手段とを
有する請求項１記載の多レベル電気出力送給装置。
【請求項６】前記スイッチング手段は、前記各蓄電素子
の一つに対して一乃至複数のスイッチの組がそれぞれ設
けられ、各組スイッチは、第１，第２接点及び第３接点
をもつスイッチからなるものであって、各第１接点と第２接点とが接続状態の時、前記電圧源に
対し並列となる各蓄電素子に第１直流電圧を蓄積させ、各第２接点と第３接点とが接続状態の時、前記高電圧駆
動要素に対し各直列となる各蓄電素子からの第２直流電
圧を高電圧駆動要素に放電する請求項２記載の多レベル
電気出力送給装置。
【請求項７】前記電圧逓倍器は、更に、各三つの接点を
もつスイッチの前記第１接点と第２接点又は第２接点と
第３接点とを接続する接続手段を含む請求項６記載の多
レベル電気出力送給装置。
【請求項８】前記電圧逓倍器は、前記接続手段を制御す
る制御手段を含む請求項７記載の多レベル電気出力送給
装置。
【請求項９】前記制御手段はトルクモータであり、前記
接続手段は複数の短絡片を含む整流スイッチとして配列
される請求項８記載の多レベル電気出力送給装置。
【請求項１０】前記蓄電素子は、バッテリセルからなる
請求項２記載の多レベル電気出力送給装置。
【請求項１１】前記蓄電素子は、キャパシタからなる請
求項２記載の多レベル電気出力送給装置。
【請求項１２】前記スイッチング手段は、複数の半導体
スイッチからなる請求項２記載の多レベル電気出力送給
装置。
【請求項１３】第１電圧値の電圧を発生する直流電源
と、前記直流電源に接続され前記第１電圧値より大きな第２
電圧値に前記直流電源の電圧を逓倍する電圧逓倍手段と
を有し、前記電圧逓倍手段は、複数の蓄電要素と、第１接点と第２接点とが接続状態の時、関係した一つの
蓄電素子を他の蓄電素子群と共に並列となる前記直流電
源によって充電させ、第２接点と第３接点とが接続状態
の時、関係した一つの蓄電素子を他の蓄電素子群と直列
に放電させる三つの接点をもつ複数のスイッチの組と、前記第１及び第２接点とが電気的に結合された第１の位
置と、前記第２接点と第３接点とが電気的に結合さたれ
第２の位置とに設定可能な複数の短絡片と、前記複数の短絡片に機械的に結合され、前記第１の位置
と第２の位置とに前記各短絡片を一致させて可動するト
ルクモータと、前記電圧逓倍手段に接続され、前記電圧逓倍手段の出力
で触媒を予熱する触媒予熱器とを具備した車両。
【請求項１４】車両の点火動作に応答して前記触媒予熱
器を通して前記蓄電素子を放電すべく第２の位置に前記
スイッチの組を設定する手段を含む請求項１３記載の車
両。
【請求項１５】前記触媒が予め決定された温度となるま
で点火動作を無効とする手段を有する請求項１４記載の
車両。
【請求項１６】触媒の温度を測定するセンサ手段を有
し、該センサ手段が触媒の温度として予め設定された温
度を示すまで点火動作を無効とする請求項１５記載の車
両。
【請求項１７】内燃機関と、該内燃機関に結合されたオルタネータ及び該オルタネー
タによって充電されるバッテリを含む電気装置と、点火操作に応答して前記内燃機関を始動すべく前記電気
装置と内燃機関との間に構成された点火装置と、前記内燃機関からの排気ガスを浄化する触媒コンバータ
及びその予熱器が装着された排気装置とからなる車両に
おいて、前記電気装置は、前記バッテリからの電圧を第１電圧と
して保持し、前記第１電圧を逓倍した第２電圧を前記触
媒コンバータの予熱器に供給する電圧逓倍器を具備する
ことを特徴とする車両。
【請求項１８】前記電圧逓倍器は、複数の蓄電素子と、該複数の蓄電素子が前記電気装置に並列に接続される第
１の回路状態と、前記複数の蓄電素子が前記予熱器に直
列に接続される第２の回路状態とに選択的に切換えられ
られる請求項１７記載の車両。
【請求項１９】前記電圧逓倍器は、前記点火装置の動作
に応答して、前記第２の回路状態に切換え動作し、前記
複数の蓄電素子に保持された電圧を前記触媒予熱器に供
給するスイッチング手段を有する請求項１８記載の車
両。
【請求項２０】前記触媒が予め決定された温度に達する
まで内燃機関を停止する手段を有する請求項１９記載の
車両。
【請求項２１】低電圧駆動要素と高電圧駆動要素とから
なる多負荷に電力を供給する装置であって、複数の蓄電素子を含む蓄電手段と、該蓄電手段を少なくとも第１の回路状態及び第２の回路
状態に設定し、前記第１の回路状態では前記負荷の前記
低電圧駆動要素へ第１レベルの電圧を送給し、前記第２
の回路状態では前記低電圧駆動要素への前記第１レベル
の電圧の送給を維持しつつ、前記負荷の前記高電圧駆動
要素へ第２レベルの電圧を送給するスイッチング手段と
を、具備する多レベル電気出力送給装置。
【請求項２２】前記複数の蓄電素子は、１個乃至複数の
組からなり、各組は、第１の回路状態において並列に接
続され、第２の回路状態において直列に接続されること
を特徴とする請求項２１記載の多レベル電気出力送給装
置。
【請求項２３】第２の回路状態において前記複数のエネ
ルギー蓄積素子を放電動作させ、第１の回路状態におい
て前記複数のエネルギー蓄積素子を充電動作させる交流
電力送給手段が付加されることを特徴とする請求項２２
記載の多レベル電気出力送給装置。
【請求項２４】前記交流電力供給手段は、前記蓄電手段
に接続されたオルタネータと、該オルタネータを駆動す
る手段からなることを特徴とする請求項２３記載の多レ
ベル電気出力送給装置。
【請求項２５】前記スイッチング手段の各スイッチ要素
は、前記第２の回路状態の間は前記複数のエネルギー蓄
積素子を前記負荷の低電圧駆動要素に並列に接続し、か
つ、前記交流電力供給手段から前記負荷の高電圧駆動要
素へは非接続とすることを特徴とする請求項２４記載の
多レベル電気出力送給装置。
【請求項２６】前記スイッチング手段の各スイッチ要素
は、前記第２の回路状態の間は前記複数のエネルギー蓄
積素子を前記負荷の高電圧駆動要素に直列に接続し、か
つ、低電圧駆動要素へ少なくとも一つの直列に接続され
た複数のエネルギー蓄積素子を並列に接続することを特
徴とする請求項２５記載の多レベル電気出力送給装置。
【請求項２７】前記複数のエネルギー蓄積素子は、バッ
テリであることを特徴とする請求項２６記載の多レベル
電気出力送給装置。
【請求項２８】前記複数のエネルギー蓄積素子は、少な
くとも１個のバッテリと少なくとも１個のキャパシタを
含むことを特徴とする請求項２５記載の多レベル電気出
力送給装置。
【請求項２９】前記複数のエネルギー蓄積素子は、キャ
パシタであることを特徴とする請求項２５記載の多レベ
ル電気出力送給装置。
【請求項３０】前記負荷の高電圧駆動要素はヒータであ
ることを特徴とする請求項２５記載の多レベル電気出力
送給装置。
【請求項３１】前記負荷の高電圧駆動要素はモータであ
ることを特徴とする請求項２５記載の多レベル電気出力
送給装置。
【請求項３２】前記負荷の低電圧駆動要素への第１レベ
ルの電圧と前記負荷の高電圧駆動要素への第２レベルの
電圧との中間のレベルの電圧を生成可能であることを特
徴とする請求項２６記載の多レベル電気出力送給装置。
【請求項３３】車両に搭載された電圧源からの第１レベ
ルの電圧を導出するステップと、前記第１レベルの電圧より大きな第２レベルの電圧に増
倍して前記高電圧駆動素子に供給するステップとを具備
した多レベル電気出力送給方法。
【請求項３４】前記複数の蓄電素子を充電するために前
記直流電圧源に前記複数の蓄電素子を並列に接続するス
テップと、前記直流電圧源により充電された前記蓄電素子の複数を
電気的に切断するステップと、前記充電された複数の蓄電素子を前記高電圧駆動素子に
放電するために前記充電された複数の蓄電素子を直列に
前記高電圧駆動素子に接続するステップとを具備した請
求項３３記載の多レベル電気出力送給方法。
【請求項３５】第１レベルの電圧を導出するステップ
と、前記第１レベルの電圧より大きな第２レベルの電圧に前
記第１レベルの電圧を増倍するステップと、車両の排気系における触媒コンバータの予熱器に前記増
倍した直流電圧を供給するステップとを具備した請求項
３４記載の多レベル電気出力送給方法。
【請求項３６】前記直流電圧を増倍するステップは、複数の蓄電要素を並列に接続するステップと、第１電圧値の直流電圧で前記複数の蓄電要素を充電する
ステップと、直列に接続すべく前記複数の蓄電要素をスイッチングす
るステップと、前記第２電圧値の電圧で前記複数の蓄電要素を放電する
ステップとからなる請求項３５記載の多レベル電気出力
送給方法。
【請求項３７】第１レベルの電圧を発生するステップ
と、前記電源に接続され前記第１レベルの電圧より大きな第
２レベルの電圧に前記電源の電圧を増倍する電圧増倍ス
テップとを有し、前記電圧増倍ステップは更に、複数の蓄電素子を並列に接続し第１レベルの電圧を保持
するように充電するステップと、前記複数の蓄電素子を直列に接続し前記第２レベルの電
圧で前記複数の蓄電素子を放電するステップと、前記触媒コンバータの予熱器に前記放電した電圧を供給
するステップとを、具備した請求項３６記載の多レベル
電気出力送給方法。