DE102015207225A1

DE102015207225A1 - Stromversorgung

Info

Publication number: DE102015207225A1
Application number: DE102015207225.8A
Authority: DE
Inventors: Masakazu Okaniwa; Yoshihiro Ikushima
Original assignee: Omron Automotive Electronics Co Ltd
Current assignee: Nidec Mobility Corp
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2015-04-21
Publication date: 2015-10-29
Also published as: US20150311799A1; JP2015209058A; US9515554B2; CN105006852A

Abstract

Eine Stromversorgungvorrichtung umfasst: einen ersten Verbindungsanschluss, der mit einer Gleichstromversorgung verbindbar ist, zu der eine erste Last und ein Generator parallel geschaltet sind; einen zweiten Verbindungsanschluss, der mit einem elektrischen Speicher verbindbar ist, der durch den Generator erzeugte regenerative Energie speichert; einen dritten Verbindungsanschluss, der mit einer zweiten Last verbindbar ist; einen DC-DC-Wandler; einen Controller, der einen Betrieb des DC-DC-Wandlers steuert. Weiterhin weist die Stromversorgungvorrichtung auf: einen ersten Stromweg, umfassend: ein Ende, das mit dem ersten Verbindungsanschluss verbunden ist, und ein andere Ende, das mit einem ersten Eingangs-/Ausgangsanschluss, der in dem DC-DC-Wandler vorgesehen ist, verbunden ist; einen zweiten Stromweg, umfassend: ein Ende, das mit dem zweiten Verbindungsanschluss verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit einem zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss, der in dem DC-DC-Wandler vorgesehen ist, verbunden ist; und einen dritten Stromweg, umfassend: ein Ende, das mit dem dritten Verbindungsanschluss verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit dem zweiten Stromweg verbunden ist.

Description

QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2014-90891 , eingereicht am 25. April 2014, und beansprucht deren Priorität, wobei der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldung durch Bezugnahme Bestandteil dieser Anmeldung.
TECHNISCHES GEBIET
Eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung, die einen elektrischen Speicher mittels durch einen Generator erzeugter regenerativer Energie auflädt und Strom des elektrischen Speichers oder einer Gleichstromversorgung einer Last zuführt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Um die Umwelt der Erde zu schützen oder den Kraftstoffverbrauch (Kraftstoffeffizienz/Kraftstoffersparnis) zu verbessern, wurde ein Fahrzeug mit einer Leerlaufanhaltefunktion und einer Verzögerungsregenerationsfunktion entwickelt. Solch ein Fahrzeug ist mit einer Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung vorgesehen, in der ein elektrischer Speicher durch einen Generator erzeugte regenerative Energie speichert und die Energie bzw. Strom des elektrischen Speichers oder Energie bzw. Strom einer Batterie (Gleichstromversorgung) der Last zuführt, wenn das Fahrzeug abgebremst wird bzw. eine Verzögerung erfährt.
In einer in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2011-155791 veranschaulichten Stromversorgung oder einer in 7 des japanischen Patents mit der Nr. 4835690 dargestellten Stromversorgung ist beispielweise ein Schalter in einem Stromweg/Leistungsweg zwischen einer Last (schmaler Hilfsspannungsbereich), welche Schutz erfordert, um nicht eine Versorgungsspannung zu verringern, und einer Batterie vorgesehen. Weiterhin ist ein elektrischer Speicher mit einem Stromweg zwischen der Last und dem Schalter über einen DC-DC-Wandler (Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler) verbunden. Ein Generator, ein Anlasser oder eine andere Last (zusätzlicher breiter Hilfsspannungsbereich) ist mit dem Stromweg zwischen der Batterie und dem Schalter verbunden.
Wenn beispielweise die regenerative Energie durch den Generator wegen der Abbremsung bzw. Verzögerung des Fahrzeugs erzeugt wird, wird der Schalter eingeschaltet und der DC-DC-Wandler lädt den elektrischen Speicher mittels der regenerativen Energie auf. Zusätzlich wird, wenn das Fahrzeug in einem anderen Zustand als einem Leerlaufanhaltezustand ist und wenn die regenerative Energie nicht durch den Generator erzeugt wird, der Schalter eingeschaltet und der DC-DC-Wandler entlädt den elektrischen Speicher. In diesem Fall entlädt der DC-DC-Wandler entsprechend der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2011-155791 den elektrischen Speicher bis zu einer Spannung, bei welcher der DC-DC-Wandler betrieben werden kann, und der elektrische Speicher kann die Last über eine vorbestimmte Zeitspanne, in der die Spannung der Batterie vorrübergehend verringert wird, kontinuierlich antreiben.
Bei erneuertem Starten bzw. Anlassen des Motors nach dem Leerlaufanhaltezustand des Fahrzeugs wird der Anlassermotor betätigt und dadurch fließt ein großer Strom durch den Anlassermotor und die Spannung der Batterie wird vorrübergehend verringert. Somit wird der Schalter in diesem Fall ausgeschaltet, die Last und der elektrische Speicher werden von der Batterie und von dem Anlassermotor elektrisch getrennt, und Energie bzw. Strom des elektrischen Speichers wird der Last über den DC-DC-Wandler zugeführt. Dadurch wird die Last durch die Energie bzw. den Strom des elektrischen Speichers stabil und kontinuierlich angetrieben.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Aufgabe einer oder mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung, die Energie bzw. Strom einer Last stabil zuführt und effective regenerative Energie verwenden kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, die aufweist: einen ersten Verbindungsanschluss, der mit einer Gleichstromversorgung verbindbar ist, zu der eine erste Last und ein Generator parallel geschaltet sind; einen zweiten Verbindungsanschluss, der mit einem elektrischen Speicher verbindbar ist, der durch den Generator erzeugte regenerative Energie speichert; einen dritten Verbindungsanschluss, der mit einer zweiten Last verbindbar ist; einen DC-DC-Wandler; einen Controller bzw. eine Steuereinrichtung, der/die einen Betrieb des DC-DC-Wandlers steuert; einen ersten Stromweg, der ein Ende, das mit dem ersten Verbindungsanschluss verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit einem ersten Eingangs-/Ausgangsanschluss, der in dem DC-DC-Wandler vorgesehen ist, verbunden ist, aufweist; einen zweiten Stromweg, der ein Ende, das mit dem zweiten Verbindungsanschluss verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit einem zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss, der in dem DC-DC-Wandler vorgesehen ist, verbunden ist, aufweist; und einen dritten Stromweg, der ein Ende, das mit dem dritten Verbindungsanschluss verbunden ist, und ein andere Ende, das mit dem zweiten Stromweg verbunden ist, aufweist.
In diesem Fall ist die zweite Last mit dem zweiten Stromweg zwischen dem DC-DC-Wandler und dem elektrischen Speicher über den dritten Stromweg verbunden. Daher ist es möglich, Energie bzw. Strom von der Gleichstromversorgung der ersten Last zuzuführen und Energie bzw. Strom von der Gleichstromversorgung der zweiten Last über den ersten Stromweg, den DC-DC-Wandler und den dritten Stromweg zuzuführen. Weiterhin ist es möglich, den elektrischen Speicher durch Zuführen der durch den Generator erzeugten regenerativen Energie zu dem elektrischen Speicher über den ersten Stromweg, den DC-DC-Wandler und den zweiten Stromweg aufzuladen. Darüber hinaus ist es möglich, Energie bzw. Strom von dem elektrischen Speicher der zweiten Last über den zweiten Stromweg und den dritten Stromweg zuzuführen. Dadurch wird Energie bzw. der Strom der ersten Last und der zweiten Last stabil zugeführt und es ist möglich, die regenerative Energie effektiv zu nutzen.
Weiterhin kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung weiter umfassen: einen vierten Stromweg, der ein Ende, das mit dem ersten Stromweg verbunden ist, und ein anderes Ende, das mit dem dritten Stromweg verbunden ist, aufweist; und einen Gleichrichter, der an dem vierten Stromweg vorgesehen ist und einen Stromfluss von einer Seite des ersten Stromwegs zu einer Seite des dritten Stromwegs bewirkt.
Weiterhin kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung weiter umfassen: ein erstes Schaltelement, das an dem vierten Stromweg vorgesehen ist; ein zweites Schaltelement, das zwischen einem Verbindungspunkt mit dem dritten Stromweg an dem zweiten Stromweg und dem zweiten Verbindungsanschluss vorgesehen ist; und ein drittes Schaltelement, das zwischen einem Verbindungspunkt mit dem vierten Stromweg an dem dritten Stromweg und dem zweiten Stromweg vorgesehen ist. Der Controller bzw. die Steuereinrichtung kann einen Ein-/Aus-Betrieb jedes Schaltelements steuern.
Weiterhin kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung das erste Schaltelement einen Feldeffekttransistor aufweisen und der Gleichrichter kann eine zum ersten Schaltelement parallel geschaltete Diode umfassen. In diesem Fall kann die zum ersten Schaltelement parallel geschaltete Diode eine Anode, die mit dem ersten Stromweg verbunden ist, und eine Kathode, die mit dem dritten Stromweg verbunden ist, aufweisen.
Weiterhin kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung das zweite Schaltelement einen Feldeffekttransistor umfassen, zu dem eine Diode parallel geschaltet ist. In diesem Fall kann die zum zweiten Schaltelement parallel geschaltete Diode eine Anode, die mit dem zweiten Verbindungsanschluss verbunden ist, und eine Kathode, die mit dem dritten Stromweg und dem zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss des DC-DC-Wandlers verbunden ist, aufweisen.
Weiterhin kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung das dritte Schaltelement ein Paar Feldeffekttransistoren umfassen, die in Reihe geschaltet sind und die parallel zu Dioden geschaltet sind. In diesem Fall kann eine Richtung der Diode, die zu dem einem Feldeffekttransistor des Paars Feldeffekttransistoren parallel geschaltet ist, entgegengesetzt zu einer Richtung der Diode sein, die zu dem anderen Feldeffekttransistor des Paars Feldeffekttransistoren parallel geschaltet ist.
Weiterhin kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung die erste Last eine große Stromlast aufweisen, durch welche ein großer bzw. hoher Strom bei deren Betätigen fließt, wobei die zweite Last eine Schutzlast aufweisen kann, bei der es erforderlich ist, diese derart zu schützen, dass eine zuführende Spannung nicht verringert wird, wobei die Stromversorgung weiter einen Spannungsdetektor bzw. eine Spannungserfassungseinrichtung umfassen kann, der/die die Spannung des elektrischen Speichers erfasst. In diesem Fall kann, wenn die große Stromlast betätigt wird, der Controller nur das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement einschalten und Energie bzw. Strom von dem elektrischen Speicher der Schutzlast zuführen, wenn die Spannung des elektrischen Speichers, die durch den Spannungsdetektor erfasst wird, gleich oder größer als ein vordefinierter Wert ist, der erforderlich ist, um die Schutzlast anzutreiben. Unterdessen kann, wenn die Spannung des elektrischen Speichers, die durch den Spannungsdetektor erfasst wird, kleiner als der vordefinierte Wert ist, der Controller nur das dritte Schaltelement einschalten, das Betreiben bzw. Antreiben des DC-DC-Wandlers steuern und Energie bzw. Strom von der Gleichstromversorgung der Schutzlast zuführen.
Weiterhin kann in einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in der Stromversorgung bzw. Leistungsversorgung der Controller, wenn die regenerative Energie durch den Generator erzeugt wird, nur das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement einschalten, die regenerative Energie der zweiten Last zuführen, das Betreiben bzw. Antreiben des DC-DC-Wandlers steuern und den elektrischen Speicher mit der regenerativen Energie aufladen. Weiterhin kann der Controller, wenn die große Stromlast, die in der ersten Last umfasst ist, in einem anderen Zustand als deren Betätigung bzw. Betrieb ist und keine Energie bzw. kein Strom durch den Generator erzeugt wird, nur das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement einschalten, Energie bzw. Strom von der Gleichstromversorgung der zweiten Last zuführen, das Antreiben bzw. Betreiben des DC-DC-Wandlers steuern und den elektrischen Speicher entladen.
Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Stromversorgung zur Verfügung zu stellen, die Energie bzw. Strom der Last stabil zuführt und die regenerative Energie effektiv nutzen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung, die einen Schaltungsaufbau von einer Stromversorgung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
2 ist eine Darstellung, die einen Betrieb einer Schaltung von 1 veranschaulicht, wenn die regenerative Energie erzeugt wird;
3 ist eine Darstellung, die den Betrieb der Schaltung von 1 veranschaulicht, wenn keine Energie erzeugt wird und ein Anlasser nicht betätigt wird;
4 ist eine Darstellung, die den Betrieb der Schaltung von 1 veranschaulicht, wenn der Anlasser nach einem Leerlaufanhaltezustand betätigt wird;
5 ist eine Darstellung, die einen Schaltungsaufbau der Stromversorgung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
6 ist eine Darstellung, die einen Betrieb einer Schaltung von 5 veranschaulicht, wenn ein regeneratives System in einem Bereitschaftszustand ist;
7 ist eine Darstellung, die den Betrieb der Schaltung von 5 veranschaulicht, wenn der Anlasser zum ersten Mal betätigt wird;
8 ist eine Darstellung, die den Betrieb der Schaltung von 5 veranschaulicht, wenn das Fahrzeug zum ersten Mal fährt;
9 ist eine Darstellung, die den Betrieb der Schaltung von 5 veranschaulicht, wenn regenerative Energie erzeugt wird;
10 ist eine Darstellung, die den Betrieb der Schaltung von 5 veranschaulicht, wenn keine Energie erzeugt wird und der Anlasser nicht betätigt wird;
11 ist eine Darstellung, die den Betrieb der Schaltung von 5 veranschaulicht, wenn der Anlasser nach dem Leerlaufanhaltezustand betätigt wird und eine Spannung eines elektrischen Speichers gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist;
12 ist eine Darstellung, die den Betrieb der Schaltung von 5 veranschaulicht, wenn der Anlasser nach dem Leerlaufanhaltezustand betätigt wird und die Spannung des elektrischen Speichers kleiner als ein vorbestimmter Wert ist;
13 ist eine Darstellung, die einen Schaltungsaufbau einer Stromversorgung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
14 ist eine Darstellung, die einen Schaltungsaufbau einer Stromversorgung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht; und
15 ist eine Darstellung, die einen Schaltungsaufbau einer Stromversorgung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREINUNG
In den Ausführungsformen der Erfindung sind viele spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der Erfindung zu erlangen. Jedoch ist es für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, dass die Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann. In anders gelagerten Fällen wurden aus dem Stand der Technik bekannte Merkmale nicht im Detail beschrieben, um die Verständlichkeit der Erfindung zu fördern.
Nachstehend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In jeder Zeichnung werden gleiche Bezugszeichen gleichen oder entsprechenden Abschnitten zugeordnet.
Zuerst werden eine Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 101 gemäß einer ersten Ausführungsform und ein Schaltungsaufbau von peripheren Abschnitten davon unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Weiterhin bezeichnet in 1 eine durchgezogene Linie eine Verdrahtung eines Stromsystems bzw. Energiesystems und bezeichnet eine gestrichelte Linie eine Verdrahtung eines Steuerungssystems oder eine Verdrahtung eines Kommunikationssystems (nachfolgend gilt dies für jede Ansicht).
Ein in 1 dargestelltes Regenerationssystem 200 ist an einem Fahrzeug mit einer Leerlaufanhaltefunktion und einer Verzögerungsregenerationsfunktion bzw. Bremsregenerationsfunktion befestigt. Das Regenerationssystem 200 umfasst die Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 101, einen Kondensator 11, eine Batterie 12, einen Generator 13, eine große Stromlast 4, eine Last 5, eine Schutzlast 6, eine übergeordnete elektronische Steuereinheit (ECU – obere ECU) 7 und einen Zündschalter (IG-SW) 8.
Der Kondensator 11 wird durch einen elektrischen Doppelschichtkondensator gebildet und ist ein Beispiel für einen „elektrischen Speicher” gemäß einem oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung. Andernfalls kann der elektrische Speicher beispielweise durch eine Lithiumionenbatterie, einen Lithiumionenkondensator oder einem Nickelhydrogen-Akkumulator und dergleichen gebildet werden.
Die Batterie 12 wird durch eine herkömmliche Bleibatterie gebildet und ist ein Beispiel für die Gleichstromversorgung gemäß einem oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung. Die Gleichstromversorgung kann aus einer anderen Batterie oder aus Batteriezellen bestehen.
Der Generator 13 wird durch einen Motor (nicht dargestellt) eines Fahrzeugs angetrieben und erzeugt Energie bzw. Strom. Wenn beispielsweise eine Spannung der Batterie 12 bei normaler Fahrt des Fahrzeugs verringert wird, wird Energie bzw. Strom durch Antreiben des Generators 13 durch eine Antriebskraft von dem Motor erzeugt. Weiterhin fährt das Fahrzeug kontinuierlich, selbst wenn das Fahrzeug abgebremst bzw. verzögert wird oder das Fahrzeug einen Bremsvorgang durchführt, wobei der Motor dreht, selbst wenn dem Motor kein Kraftstoff zugeführt wird. Daher wird der Generator 13 durch Verwendung der Rotationskraft des Motors angetrieben und Energie bzw. Strom wird erzeugt. Energie bzw. Strom, die/der durch den Generator 13 erzeugt wird, wenn das Fahrzeug abgebremst wird, ist als regenerative Energie bezeichnet. Der Kondensator 11 speichert die durch den Generator erzeugte Energie.
Zusätzlich wird die Zuführung des Kraftstoffs zu dem Motor angehalten, wenn das Fahrzeug abgebremst wird. D. h., da Energie bzw. Strom ohne Kraftstoffverbrauch erzeugt wird, wird die Kraftstoffverbrauchsmenge bzw. der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs verbessert. Darüber hinaus wird, wenn die Spannung der Batterie 12 ausreichend ist, wenn das Fahrzeug normal fährt, keine Energie bzw. kein Strom durch den Generator 13 erzeugt.
Die große Stromlast 4 wird durch einen Elektromotor gebildet, durch den ein großer Strom fließt, wenn der Elektromotor betätigt bzw. betrieben wird. Die große Stromlast 4 umfasst einen Anlasser bzw. Anlassermotor 4a zum Start des Motors. Als anderes Beispiel umfasst die große Stromlast 4 ebenso einen Motor für die Servolenkung (nicht dargestellt), eine elektrische Bremse und dergleichen.
Die Last 5 wird durch elektrische Komponenten und dergleichen gebildet, die nicht benutzt werden können, wenn sich das Fahrzeug in dem Leerlaufanhaltezustand befindet. Die Last 5 umfasst beispielweise eine elektrische Sitzheizung und dergleichen. Die große Stromlast 4 und die Last 5 stellen eine „erste Last” gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung dar.
Die Schutzlast 6 wird durch elektrische Komponenten und dergleichen gebildet, die zugeführte Energie bzw. zugeführten Strom erfordern, selbst wenn sich das Fahrzeug in dem Leerlaufanhaltezustand befindet, und die Schutz dahingehend erfordern, eine Versorgungsspannung nicht zu verringern, wenn der Motor nach dem Leerlaufanhaltezustand wieder angelassen wird (wenn der Anlassermotor 4a betätigt wird). Die Schutzlast umfasst beispielweise eine Navigationseinrichtung, eine Audioeinrichtung eine Klimaanlage, eine Meß- bzw. Anzeigeeinrichtung, einen Übertragungseinrichtung, ein Sicherheitsgerät, und dergleichen. Die Schutzlast 6 bildet die „zweite Last” gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen der Erfindung.
Die übergeordnete bzw. obere ECU 7 ist mit der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 101 durch beispielweise einen CAN-Bus (CAN) verbunden. Die obere ECU 7 sendet Informationen, die einen Zustand des Fahrzeugs angeben, Betriebsanweisungen und dergleichen zu der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 101.
Ein Ende des IG-SW 8 ist mit einer positiven Elektrode der Batterie 12 verbunden. Das andere Ende des IG-SW 8 ist mit der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 101 verbunden. Eine negative Elektrode der Batterie 12 ist mit Masse verbunden. Die große Stromlast 4, der Generator 13, die Last 5 und die obere ECU 7 sind parallel zu der Batterie 12 geschaltet.
Die Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 101 umfasst Stromwege L1 bis L3, Verbindungsanschlüsse C1 bis C3, einen DC-DC-Wandler 9 und einen Controller bzw. eine Steuereinrichtung 10.
Die positive Elektrode der Batterie 12 ist mit dem ersten Verbindungsanschluss C1 verbunden. Der Kondensator 11 ist mit dem zweiten Verbindungsanschluss C2 verbunden. Die Schutzlast 6 ist mit dem dritten Verbindungsanschluss C3 verbunden. Weiterhin zeigen andere weiße Kreise auf einem Rahmen einer Strichpunktlinie, welche die Stromversorgung 101 von 1 andeutet, auch Verbindungsanschlüsse (mit keinen Bezugszeichen bezeichnet – das Gleiche gilt nachstehend für jede Ansicht).
Der DC-DC-Wandler 9 umfasst zwei Eingangs-/Ausgangsanschlüsse T1 und T2 und hat eine bidirektionale Verstärkungs- und gestufte Herabsetzungsfunktion der vier Quadranten (engl. „boosted or stepped-down fucntion of four quadrants”). Der Controller 10 wird durch eine CPU und einen Speicher gebildet und steuert einen Betrieb des DC-DC-Wandlers 9. Weiterhin kommuniziert der Controller 10 mit der oberen ECU 7. Insbesondere empfängt der Controller 10 Informationen, die den Zustand des Fahrzeugs oder die Betriebsanweisungen von der oberen ECU 7 angeben. Darüber hinaus sind in 1 Verdrahtungen des Steuerungssystems oder Verdrahtungen des Kommunikationssystems in der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 101 nicht dargestellt (das gleiche gilt nachstehend für Ansicht).
Ein Ende des ersten Stromwegs L1 ist mit dem ersten Verbindungsanschluss C1 verbunden und das andere Ende des ersten Stromwegs L1 ist mit dem ersten Eingangs-/Ausgangsanschluss T1 des DC-DC-Wandlers 9 verbunden. Ein Ende des zweiten Stromwegs L2 ist mit dem zweiten Verbindungsanschluss C2 verbunden und das andere Ende des zweiten Stromwegs L2 ist mit dem zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss T2 des DC-DC-Wandlers 9 verbunden. Ein Ende des dritten Stromwegs L3 ist mit dem dritten Verbindungsanschluss C3 verbunden und das andere Ende des dritten Stromwegs L3 ist mit dem zweiten Stromweg L2 verbunden.
Als nächstes wird ein Stromfluss bzw. Energiefluss in der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 101 und peripheren Abschnitten der Stromversorgung 101 in Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben.
Wenn das Fahrzeug in einem Zustand fährt, in dem der IG-SW 8 eingeschaltet ist, erzeugt der Generator 13 regenerative Energie, wenn das Fahrzeug von einem Fahrer durch Loslassen des Gaspedals oder Drücken des Bremspedals verzögert wird bzw. abgebremst wird. Wie durch Pfeile, die in 2 dargestellt, angedeutet ist, wird die regenerative Energie von dem Generator 13 der Last 5, der oberen ECU 7, der Batterie 12 und der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 101 zugeführt. In diesem Fall wird, wenn die Spannung der Batterie 12 herabgesetzt ist, die Batterie 12 durch die regenerative Energie aufgeladen.
Zusätzlich wird in der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 101 die regenerative Energie zum DC-DC-Wandler 9 durch den ersten Verbindungsanschluss C1 und den ersten Stromweg L1 geleitet. Der Controller 10 wandelt (aufwärts oder abwärts gestuft) die Spannung der regenerativen Energie bzw. des regenerativen Stroms in eine Spannung entsprechend dem Kondensator 11 durch den DC-DC-Wandler 9 um und gibt Energie bzw. Strom zu dem zweiten Stromweg L2 aus. Die Energie bzw. der Strom wird in dem Kondensator 11 von dem zweiten Stromweg L2 über den zweiten Verbindungsanschluss C2 gespeichert. D. h., dass der Kondensator 11 durch die regenerative Energie aufgeladen wird. Ferner wird die Energie bzw. der Strom, der von dem DC-DC-Wandler 9 zu dem zweiten Stromweg L2 ausgegeben wird, auch der Schutzlast 6 durch den dritten Stromweg L3 und den dritten Verbindungsanschluss C3 zugeführt.
In dem Fahrzeug, das in einem anderen Zustand als dem Leerlaufanhaltezustand ist, wird eine Betätigung des Anlassers 4a auch nicht durchgeführt, wenn der Generator 13 keine Energie bzw. keine Strom erzeugt. Dies ist beispielweise der Fall, bei dem die Spannung der Batterie 12 und des Kondensators 11 ausreichend hoch ist. In diesem Fall wird, wie durch Pfeile, die in 3 dargestellt sind, angedeutet wird, Energie bzw. Strom der Batterie 12 der Last 5, der oberen ECU 7 und der Stromversorgung 101 zugeführt. Dann wird in der Stromversorgung 101 Energie bzw. Strom von der Batterie 12 der Schutzlast 6 über den ersten Verbindungsanschluss C1, den ersten Stromweg L1, den DC-DC-Wandler 9, den dritten Stromweg L3 und den dritten Verbindungsanschluss C3 zugeführt. Weiterhin wird Energie bzw. Strom des Kondensators L1 der Schutzlast 6 über den zweiten Verbindungsanschluss C2, den zweiten Stromweg L2, den dritten Stromweg L3 und den dritten Verbindungsanschluss C3 zugeführt. D. h. der Kondensator L1 wird entladen.
Wenn das Fahrzeug in einem Fahrtzustand bei einer extrem niedrigen Geschwindigkeit oder einem Anhaltezustand ist und eine vorbestimmte Leerlaufanhalteübergangsbedingung erfüllt ist, wird der Leerlaufanhaltezustand begonnen. Als Leerlaufanhalteübergangsbedingung zu diesem Zeitpunkt verbleibt beispielweise Energie bzw. Strom, die/der der Schutzlast 6 zugeführt werden kann, wenn der Motor wieder gestartet wird, in dem Kondensator 11. Die Bestimmung, ob die Leerlaufanhalteübergangsbedingung erfüllt ist, oder Steuerung des Leerlaufanhaltezustands wird durch die obere ECU 7 durchgeführt.
Danach hält der Controller 10 der Stromversorgung 101, wenn der Leerlaufanhaltezustand abgeschlossen ist und der Anlasser 4a betätigt wird, um den Motor erneut zu starten, den DC-DC-Wandler 9 an (ausschalten). Somit wird, wie in 4 dargestellt, Energie bzw. Strom der Batterie 12 der Schutzlast 6 über den DC-DC-Wandler 9 nicht zugeführt. Jedoch wird Energie bzw. Strom des Kondensators 11 der Schutzlast 6 über den zweiten Verbindungsanschluss C2, den zweiten Stromweg L2, den dritten Stromweg L3 und den dritten Verbindungsanschluss C3 zugeführt.
Weiterhin wird der Anlasser 4a durch die Energie bzw. den Strom der Batterie 12 betätigt bzw. betrieben. Selbst wenn ein großer Strom durch den Anlasser 4a von der Batterie 12 bei Betätigen des Anlassers 4a (außer der Anfangsbetätigung bzw. ersten Betätigung) fließt, wird der DC-DC-Wandler angehalten und Energie bzw. Strom wird von dem Kondensator 11 der Schutzlast 6 zugeführt. Daher wird die Schutzlast 6 stabil und kontinuierlich angetrieben, ohne die Versorgungsspannung der Schutzlast 6 zu verringern.
Gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist die Schutzlast 6 mit dem zweiten Stromweg L2 zwischen dem Gleichstromwandler bzw. dem DC-DC-Wandler 9 der Stromversorgung 101 und dem Kondensator 11 über den dritten Stromweg L3 verbunden. Daher wird Energie bzw. Strom der Batterie 12 direkt der Last 5 oder der großen Stromlast 4 zugeführt, wobei Energie bzw. Strom der Batterie 12 der Schutzlast 6 über den ersten Stromweg L2, den DC-DC-Wandler 9 und den dritten Stromweg L3 zugeführt werden kann. Weiterhin wird die durch den Generator L3 erzeugte regenerative Energie dem Kondensator 11 über den ersten Stromweg L1, den DC-DC-Wandler 9 und den zweiten Stromweg L2 zugeführt, wobei der Kondensator 11 geladen werden kann. Weiterhin kann Energie bzw. der Strom des Kondensators 11 der Schutzlast 6 über den zweiten Stromweg 12 und den dritten Stromweg L3 bei Betätigen des Anlassers 4a zugeführt werden. Dadurch kann Energie bzw. Strom den Lasten 4, 5 und 6 stabil zugeführt werden und die regenerative Energie kann wirksam genutzt werden.
Als nächstes wird ein Schaltungsaufbau von einer Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 102 gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Neben den oben beschriebenen Aufbauelementen L1 bis L3, C1 bis C3, 9 und 10 umfasst die Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 102 einen vierten Stromweg L4, einen Feldeffekttransistor (FET) 1, einen FET 2, einen FET 3a, einen FET 3b und einen Spannungsdetektor 14.
Ein Ende des vierten Stromwegs L4 ist mit dem ersten Stromweg L1 verbunden und das andere Ende des vierten Stromwegs L4 ist mit dem dritten Stromweg L3 verbunden.
Der FET 1, der FET 2, der FET 3a und der FET 3b werden durch einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor des N-Kanal-Typs (MOSTFET) gebildet.
Der FET 1 ist an dem vierten Stromweg L4 vorgesehen. Ein Drain des FET 1 ist mit dem dritten Stromweg L3 und der Schutzlast 6 verbunden und eine Source des FETs 1 ist mit dem ersten Stromweg L1 verbunden. Eine Diode D1, die parallel zu dem FET 1 geschaltet ist, ist eine parasitäre Diode von dem FET 1. Eine Anode der Diode ist mit dem ersten Stromweg L1 verbunden und eine Kathode der Diode D1 ist mit dem dritten Stromweg L3 und der Schutzlast 6 verbunden. Somit ermöglicht die Diode D1 den Stromfluss von der Seite des ersten Stromwegs L1 zu der Seite des dritten Stromwegs L3. Der FET 1 ist ein Beispiel eines „ersten Schaltelements” gemäß einem oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung. Die Diode D1 ist ein Beispiel eines „Gleichrichters” gemäß einem oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
Der FET 2 ist zwischen einem Verbindungspunkt Px zu dem dritten Stromweg L3 an dem zweiten Stromweg L2 und den zweiten Verbindungsanschluss C2 vorgesehen. Ein Drain des FETs 2 ist mit dem dritten Stromweg L3 und dem zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss T2 des Gleichstromwandlers 9 verbunden und eine Source des FETs 2 ist mit der zweiten Verbindungsanschluss C2 verbunden. Eine Diode D2, die parallel zum FET 2 geschaltet ist, ist eine parasitäre Diode des FETs 2. Eine Anode der Diode D2 ist mit dem zweiten Verbindungsanschluss C2 verbunden und eine Kathode der Diode D2 ist mit einem dritten Stromweg L3 und dem zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss T2 des Gleichstromwandlers 9 verbunden. Der FET 2 ist ein Beispiel eines „zweiten Schaltelements” gemäß einem oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
Der FET 3a und der FET 3b sind in Reihe zu einem Abschnitt zwischen einem Verbindungspunkt Py zu dem vierten Stromweg L4 an dem dritten Stromweg L3 und dem Verbindungspunkt Px zu dem zweiten Stromweg L2 geschaltet. Ein Drain des FETs 3a ist mit dem zweiten Stromweg L2 verbunden. Eine Source des FETs 3a ist mit einer Source des FETs 3b verbunden. Ein Drain des FETs 3b ist mit dem vierten Stromweg L4 und der Schutzlast 6 verbunden.
Eine Diode D3a, die parallel zu dem FET 3a geschaltet ist, ist eine parasitäre Diode des FET 3a. Eine Diode D3b, die parallel zu dem FET 3b geschaltet ist, ist eine parasitäre Diode des FET 3b. Eine Kathode der Diode D3a ist mit dem zweiten Stromweg L2 verbunden. Eine Anode der Diode D3a ist mit einer Anode der Diode D3b verbunden. Eine Kathode der Diode D3b ist mit dem vierten Stromweg L4 und der Schutzlast 6 verbunden. D. h., dass eine Richtung der Diode D3a entgegengesetzt zu einer Richtung der Diode D3b ist. Die FETs 3a und 3b sind ein Beispiel eines „dritten Schaltelements” gemäß einem oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
Ein Gate (nicht dargestellt und nachstehend gilt dies für jede Ansicht) jedes der FETs 1, 2, 3a und 3b ist mit dem Controller 10 verbunden. Der Controller 10 gibt ein Antriebssignal an das Gate von jedem der FETs 1, 2, 3a und 3b ein und steuert einen Ein-/Aus-Betrieb von jedem der FETs 1, 2, 3a und 3b.
Der Spannungsdetektor 14 erfasst die Spannung des Kondensators 11. Der Controller 10 berechnet eine Ladungsmenge des Kondensators 11 auf der Grundlage einer erfassten Spannung des Spannungsprüfers 14.
Als nächstes werden Leistungsfluss der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 102 und eines peripheren Abschnitts der Stromversorgung 102 unter Bezugnahme auf die 6 bis 12 beschrieben.
Wenn der IG-SW 8 ausgeschaltet ist, ist das Fahrzeug in einem Anhaltezustand bzw. angehaltenem Zustand und das Regenerationssystem 200 ist in einem Bereitschaftszustand. In diesem Fall wird, da es erforderlich ist, dass der elektrische Strom durch die obere ECU 7 oder die Lasten 5 und 6 fließt, so dass diese betrieben werden können, wie durch Pfeile angedeutet, die in 6 dargestellt sind, Energie bzw. Strom der Batterie der Last 5, der oberen ECU 7 und der Stromversorgung bzw. Stromversorgungsvorrichtung 102 zugeführt.
In der Stromversorgung 102 ist der DC-DC-Wandler 9 in einem Anhaltezustand (aus) und die FETs 1, 2, 3a und 3b sind in einem ausgeschalteten Zustand, wenn das Regenerationssystem 200 in einem Bereitschaftszustand ist. Dadurch wird Energie bzw. Strom, die/der von der Batterie 12 dem Verbindungsanschluss C1 der Stromversorgung 102 zugeführt wird, der Schutzlast 6 über den ersten Stromweg L1, den vierten Stromweg L4, die Diode D1 des FETs 1, den dritten Stromweg L3 und den dritten Verbindungsanschluss C3 zugeführt.
Anschließend wird der IG-SW 8 durch eine Betätigung des Fahrers eingeschaltet und, da der Motor einleitend bzw. zum ersten Mal betätigt bzw. betrieben wird, wird der Anlasser auch einleitend bzw. zum ersten Mal betätigt. In diesem Fall wird, wie mit den Pfeilen angedeutet, die in 7 dargestellt sind, wird der Anlasser 4a durch die Energie bzw. den Strom der Batterie 12 betätigt. Außerdem schaltet der Controller 10 in der Stromversorgung 102 nur den FET 1 ein, während der Gleichstromwandler (Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler bzw. DC-DC-Wandler) 9 angehalten wird. Dadurch wird die Energie bzw. der Strom der Batterie 12 von dem ersten Verbindungsanschluss C1 zu der Schutzlast 6 über den ersten Stromweg L1, den vierten Stromweg L4, den FET 1, den dritten Stromweg L3 und den dritten Verbindungsanschluss C3 zugeführt.
Wenn das Fahrzeug durch die Betätigung des Fahrers einleitend bzw. zum ersten Mal fährt, nachdem der Motor betätigt bzw. betrieben wird, wird Energie bzw. Strom durch den Generator 13 erzeugt. Wie durch Pfeile angedeutet ist, die in 8 dargestellt ist, wird durch den Generator 13 erzeugte Energie bzw. erzeugte Strom der Last 5, der oberen ECU 7 und der Stromversorgung 102 zugeführt.
In der Stromversorgung 102 ist, wenn das Fahrzeug einleitend bzw. zum ersten Mal fährt, der DC-DC-Wandler 9 in einem Anhaltezustand und nur der FET 1 ist in einem eingeschalteten Zustand. Daher wird Energie bzw. Strom von dem Generator 13 von dem ersten Verbindungsanschluss C1 zu der Schutzlast 6 über den ersten Stromweg L1, den vierten Stromweg L4, den FET 1, den dritten Stromweg L3 und den dritten Verbindungsanschluss C3 zugeführt.
Wenn das Fahrzeug während der Fahrt abgebremst wird bzw. eine Verzögerung erfährt, erzeugt der Generator 13 die regenerative Energie. Wie durch Pfeile angedeutet, die in 9 dargestellt sind, wird die durch den Generator 13 erzeugte regenerative Energie der Last 5, der oberen ECU 7, der Batterie 12 und der Stromversorgung 102 zugeführt. In diesem Fall wird, wenn die Spannung verringert bzw. herabgesetzt ist, die Batterie 12 durch die regenerative Energie geladen.
Wenn die regenerative Energie erzeugt wird, schaltet der Controller 10 in der Stromversorgung 102 nur den FET 1 und den FET 2 ein. Daher wird die regenerative Energie von dem ersten Verbindungsanschluss C1 zu der Schutzlast 6 über den ersten Stromweg L1, den vierten Stromweg L4, den FET 1, den dritten Stromweg L3 und den dritten Verbindungsanschluss C3 zugeführt. Zusätzlich wandelt der Controller 10 die Spannung der regenerativen Energie, die von dem ersten Verbindungsanschluss C1 über den ersten Stromweg L1 eingegeben wird, in eine Spannung entsprechend dem Kondensator 11 über den DC-DC-Wandler 9 um und gibt anschließend Energie bzw. Strom an den zweiten Stromweg L2 aus. Energie bzw. Strom wird in dem Kondensator 11 von dem zweiten Stromweg L2 über den FET 2 und den zweiten Verbindungsanschluss C2 gespeichert. D. h., dass der Kondensator 11 durch die regenerative Energie aufgeladen wird.
Wenn der Generator 13 keine Energie bzw. keinen Strom erzeugt und der Anlasser 4a nicht betätigt wird, wird, wie durch Pfeile angedeutet ist, die in 10 dargestellt sind, Energie bzw. Strom der Batterie 12 zu der Last 5, der oberen ECU 7 und der Stromversorgung 102 zugeführt. In diesem Fall schaltet der Controller 10 in der Stromversorgung 102 den FET 1 ein. Daher wird Energie bzw. Strom von der Batterie 12 zu der Schutzlast 6 über den ersten Verbindungsanschluss C1, den ersten Stromweg L1, den vierten Stromweg L4, den FET 1 und den dritten Stromweg L3 zugeführt.
Weiterhin schaltet der Controller 10, wie in 10 dargestellt, die FETs 3a und 3b aus und schaltet den FET 2 ein. Dann wandelt der Controller 10 die Spannung, die von dem Kondensator 11 über den zweiten Verbindungsanschluss C2, den zweiten Stromweg L2 und den FET 2 eingegeben wird, in eine Spannung entsprechend der Schutzlast 6 über den DC-DC-Wandler 9, wobei dadurch der Kondensator 11 Energie bzw. Strom an den ersten Stromweg L1 ausgibt. Die Energie bzw. der Strom wird von dem ersten Stromweg L1 zu der Schutzlast 6 über den vierten Stromweg L4, den FET 1, den dritten Stromweg L3 und den dritten Verbindungsanschluss C3 zugeführt. D. h., dass der Kondensator 11 entladen wird.
Wenn das Fahrzeug in einem extrem langsam fahrenden Zustand oder in einem Anhaltezustand ist und dann eine vordefinierte Leerlaufanhalteübergangsbedingung erfüllt ist, wird der Leerlaufanhaltezustand gestartet bzw. begonnen. Als die Leerlaufanhalteübergangsbedingung zu diesem Zeitpunkt kann beispielweise Energie bzw. Strom, die/der der Schutzlast 6 bei erneuertem Motorstart zugeführt werden kann, in dem Kondensator 11 oder der Batterie 12 verbleiben.
Danach erfasst der Controller 10, wenn der Leerlaufanhaltezustand abgeschlossen ist und der Anlasser 4a betätigt wird, um den Motor erneut zu starten, die Spannung des Kondensators 11 durch den Spannungsdetektor 14. In diesem Fall hält der Controller 10, wenn die durch den Spannungsdetektor 14 erfasste Spannung des Kondensators 11 gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, der zum Antreiben der Schutzlast 6 erforderlich ist, das Antreiben des DC-DC-Wandlers 9 an und schaltet den FET 1 aus und schaltet den FET 2 sowie die FETs 3a und 3b ein, wie in 11 dargestellt ist. Daher wird, wie durch Pfeile angedeutet wird, die in 11 dargestellt sind, Energie bzw. Strom von dem Kondensator 11 der Schutzlast 6 über den zweiten Verbindungsanschluss C2, den zweiten Stromweg L2, den FET 2, den dritten Stromweg L3, die FETs 3a und 3b und den dritten Verbindungsanschluss C3 zugeführt. Da der FET 1 oder der DC-DC-Wandler 9 ausgeschaltet wird, werden zusätzlich die Batterie 12 und die Schutzlast 6 elektrisch getrennt.
Daher wird, wenn der Anlasser 10 betätigt wird (mit Ausnahme von einer anfänglichen bzw. ersten Betätigung), selbst wenn ein großer Strom durch den Anlasser 4a von der Batterie 12 fließt, die Schutzlast 6 stabil und kontinuierlich angetrieben, ohne die Versorgungsspannung von dem Kondensator 11 zu der Schutzlast 6 zu verringern.
Unterdessen schaltet der Controller 10, wenn der Anlasser 10 betätigt wird, wenn die durch den Spannungsdetektor 14 erfasste Spannung des Kondensators 11 kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wie in 12 dargestellt ist, die FETs 1 und 2 aus. Daher wird der Kondensator 11 von der Schutzlast 6, der Batterie 12 und dergleichen durch den FET 2 elektrisch getrennt und der vierte Stromweg L4 wird durch den FET 1 elektrisch getrennt.
Zusätzlich schaltet der Controller, wie in 12 dargestellt ist, die FETs 3a und 3b ein und wandelt die Spannung, die von der Batterie 12 über den ersten Verbindungsanschluss C1 und den ersten Stromweg L4 eingegeben wird, in die Spannung entsprechend der Schutzlast 6 durch den DC-DC-Wandler 9 um und gibt Energie bzw. Strom an den zweiten Stromweg L2 aus. Die Energie bzw. der Strom wird von dem zweiten Stromweg L2 zu der Schutzlast 6 über den dritten Stromweg L3, die FETs 3a und 3b, den dritten Stromweg L3 und den dritten Verbindungsanschluss C3 zugeführt. D. h., dass die Energie bzw. der Strom von der Batterie 12 zu der Schutzlast 6 über den DC-DC-Wandler 9 zugeführt wird.
Wenn der Anlasser 4a betätigt wird, selbst wenn ein großer Strom durch den Anlasser 4a von der Batterie 12 fließt, da entsprechende Energie bzw. entsprechender Strom von dem DC-DC-Wandler 9 zu der Schutzlast 6 zugeführt wird, wird die Schutzlast 6 kontinuierlich angetrieben.
Selbst wenn das Fahrzeug den Leerlaufanhaltezustand durchführt, wie in den 11 und 12 dargestellt ist, kann die Energie bzw. der Strom des Kondensators 11 oder der Batterie 12 zu der Schutzlast 6 auf der Grundlage eines Vergleichsergebnisses zwischen der Spannung des Kondensators 11 und einem vorbestimmten Wert zugeführt werden.
Gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform wird Energie bzw. Strom der Batterie 12 direkt zu der Last 5 oder der großen Stromlast 4 zugeführt und Energie bzw. Strom der Batterie 12 kann der Schutzlast 6 über die Stromwege L1 bis L4, die FETs 1, 2, 3a und 3b oder den DC-DC-Wandler 9 zugeführt werden. Weiterhin kann die durch den Generator 13 erzeugte regenerative Energie in dem Kondensator 11 über die Stromwege L1 und L2, den DC-DC-Wandler 9 oder den FET 2 gespeichert werden. Darüber hinaus kann Energie bzw. Strom des Kondensators 11 zu der Schutzlast 6 über die Stromwege L1 bis L4, die FETs 1, 2, 3a und 3b oder den DC-DC-Wandler 9 zugeführt werden. Daher ist es möglich, Energie bzw. Strom den Lasten 4, 5 und 6 stabil zuzuführen und die regenerative Energie effektiv zu nutzen.
Zusätzlich ist bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform der vierte Stromweg L4 vorgesehen und der FET 1, zu dem die Diode D1 parallel geschaltet ist, ist in dem Stromweg L4 vorgesehen, um den ersten Stromweg L1 und den dritten Stromweg L3 zu überbrücken. Daher kann die Energie bzw. der Strom der Batterie 12 oder die regenerative Energie des Generators 13 zu der Schutzlast 6 ohne Durchlaufen des DC-DC-Wandlers 9 durch Einschalten des FETs 1 zugeführt werden (7 und 9). Da die Anode der Diode D1 mit dem ersten Stromweg L1 verbunden ist und die Katode mit dem dritten Stromweg L3 verbunden ist, kann zusätzlich, selbst wenn der DC-DC-Wandler 9 in einem Anhaltezustand ist und der FET 1 in einem ausgeschalteten Zustand während des Bereitschaftsbetriebs ist, die Energie bzw. der Strom der Batterie 12 zu der Schutzlast 6 über die Diode D1 des FETs 1 zugeführt werden (6). Weiterhin kann Energie bzw. Strom des Kondensators 11 zu der Schutzlast 6 über den DC-DC-Wandler 9 durch Einschalten des FETs 2 und des FETs 1 zugeführt werden (10). Außerdem kann beispielsweise durch Ausschalten des FETs 1 verhindert werden, dass Energie bzw. Strom, die von dem dritten Stromweg L3 zu der Schutzlast 6 zugeführt wird, von dem vierten Stromweg L4 zu der Seite der Batterie 12 gezogen wird, wenn der Anlasser 4a betätigt wird (11).
Weiterhin ist bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform der FET 2, zu dem die Diode D2 parallel geschaltet ist, in dem zweiten Stromweg L2 vorgesehen. Daher kann der Kondensator 11 entladen werden oder kann der Kondensator 11 durch die regenerative Energie durch Einschalten von dem FET 2 und durch Antreiben des DC-DC-Wandlers 9 aufgeladen werden (9 und 10). Da die Katode der Diode D2 mit dem dritten Stromweg L3 verbunden ist, wird der Kondensator 11 von den Lasten 4 bis 6 oder der Batterie 12 elektrisch getrennt und es kann durch Ausschalten des FETs 2 verhindert werden, dass der Kondensator unbeabsichtigt aufgeladen oder entladen wird. Insbesondere kann, wie in 12 dargestellt ist, verhindert werden, selbst wenn die Spannung des Kondensators 11 klein ist, wenn der Anlasser 4a betätigt bzw. betrieben wird, dass der Kondensator 11 durch die Energie bzw. den Strom der Batterie 12 aufgeladen wird und Energie bzw. Strom der Batterie 12 kann der Schutzlast 6 durch Ausschalten des FETs 2 zuverlässig zugeführt werden. Weiterhin ist es möglich, den Fluss eines Einschalt- bzw. Anlaufstroms von der Batterie 12 oder dem Generator 13 zu dem Kondensator 11 über den DC-DC-Wandler 9 durch den FET 2 und die Diode D2 zu verhindern.
Weiterhin sind bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform die FETs 3a und 3b in Reihe mit dem dritten Stromweg L3 geschaltet, so dass die Richtungen der parasitären Dioden D3a und D3b zueinander entgegengesetzt sind. Daher kann die Energie bzw. der Strom des Kondensators 11 ohne Durchlaufen des DC-DC-Wandlers 9 durch Einschalten des FETs 2 und der FETs 3a und 3b zu der Schutzlast 6 zugeführt werden (11). Darüber hinaus kann die Energie bzw. der Strom der Batterie 12 nur durch Einschalten der FETs 3a und 3b zu der Schutzlast 6 über den DC-DC-Wandler 9 zugeführt werden (12). Weiterhin ist es möglich, den Fluss des Einschalt- bzw. Anlaufstroms von der Batterie 12 oder dem Generator 13 zu dem Kondensator 11 über die Diode D1 des FETs 1 durch die FETs 3a und 3b und die Diode D3b durch Ausschalten der FETs 3a und 3b zu verhindern.
Weiterhin ist es möglich, wenn die regenerative Energie durch den Generator 13 erzeugt wird, selbst wenn die Spannung des Kondensators 11 kleiner als die Spannung der Batterie 12 ist, die regenerative Energie nur dem Kondensator 11 durch Einschalten des FETs 2 und durch Ausschalten der FETs 3a und 3b zuzuführen, ohne die regenerative Energie von dem DC-DC-Wandler 9 der Schutzlast 6 zuzuführen. Umgekehrt kann verhindert werden, dass, selbst wenn die Spannung des Kondensators 11 größer als die Spannung der Batterie 12 ist, dass die Energie bzw. der Strom des Kondensators 11 über den dritten Stromweg L3 entladen wird. Als Folge ist es möglich, den Kondensator 11 durch die regenerative Energie aufzuladen und Ladeeffizienz ohne Abhängigkeit von einer Größe der Spannung der Batterie 12 und des Kondensators 11 zu erhöhen. Weiterhin kann, um die regenerative Energie über den DC-DC-Wandler 9 zu verstärken, kein großer Strom durch den DC-DC-Wandler 9 fließen und es ist nicht erforderlich, den DC-DC-Wandler 9 mit einem hohen Nennstrom einzusetzen.
Weiterhin sind bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform die FETs 1, 3a und 3b parallel zu dem DC-DC-Wandler 9 vorgesehen und der FET 2 ist auf der Seite des Kondensators 11 des DC-DC-Wandlers 9 vorgesehen. Daher ist es möglich, eine Größe der Stromversorgung 102 bei Nutzung der kleinen FETs 1,2, 3a und 3b ohne Einsatz eines großen Schaltelements zu verringern.
Weiterhin werden bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform, wenn der Anlasser 4a nach dem Leerlaufanhaltezustand betätigt wird, wenn die Spannung des Kondensators 11 gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, nur der FET 2 und die FETs 3a und 3b eingeschaltet und die Energie bzw. der Strom des Kondensators 11 wird der Schutzlast 6 zugeführt (11). Unterdessen werden, wenn die Spannung des Kondensators 11 kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, nur die FETs 3a und 3b eingeschaltet, der Antrieb des DC-DC-Wandlers 9 wird gesteuert und die Energie bzw. der Strom der Batterie 12 wird der Schutzlast 6 zugeführt (12). Daher ist es nicht notwendig, Energie bzw. Strom (Ladung) in dem Kondensator 11 in Vorbereitung für die Betätigung des Anlassers 4a zu lassen, wobei Energie bzw. Strom des Kondensators verbraucht wird, wodurch es möglich ist, einen Nutzungswirkungsgrad des Kondensators 11 zu erhöhen. Weiterhin ist es möglich, selbst wenn Energie bzw. Strom des Kondensators 11 verbraucht wird, da Energie bzw. Strom der Batterie 12 zu der Schutzlast 6 über den DC-DC-Wandler 9 bei Betätigung des Anlassers 4a zugeführt wird, die Schutzlast 6 anzutreiben bzw. betreiben. Als Folge ist es möglich, selbst wenn keine Energie bzw. kein Strom in dem Kondensator 11 verbleibt, den Leerlaufanhaltezustand durchzuführen und die Kraftstoffverbrauchsmenge zu verbessern.
Weiterhin wird bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform, wenn die regenerative Energie durch den Generator 13 erzeugt wird, die regenerative Energie zu der Last 5 zugeführt, der FET 1 wird eingeschaltet, die regenerative Energie wird zu der Schutzlast 6 zugeführt, wobei es dadurch möglich ist, jede der Lasten 5 und 6 durch die regenerative Energie anzutreiben (9). Da der FET 2 eingeschaltet wird und die regenerative Energie dem Kondensator 11 über den DC-DC-Wandler 9 zugeführt wird, ist es zusätzlich möglich, den Kondensator 11 durch die regenerative Energie aufzuladen (9).
Weiterhin werden bei der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform, wenn keine Leistung erzeugt wird, anders als wenn der Anlasser 4a betätigt wird, die FETs 1 und 2 eingeschaltet und das Antreiben des DC-DC-Wandlers 9 wird derart gesteuert, dass der Kondensator 11 entladen wird (10). Daher wird die Energie bzw. der Strom der Batterie 12 oder die Energie bzw. der Strom des Kondensators 11 zu jeder der Lasten 5 und 6 zugeführt, wobei es dadurch möglich ist, Nutzungswirkungsgrad des Kondensators 11 zu erhöhen, während jede der Lasten 5 und 6 stabil angetrieben werden.
Die Erfindung kann verschiedene Ausführungsformen verwenden, welche sich von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen unterscheiden. Z. B. ist bei der zweiten Ausführungsform, wie in 5 dargestellt ist und dergleichen, ein Beispiel veranschaulicht, bei dem zwei FETs 3a und 3b an dem dritten Stromweg L3 vorgesehen sind, aber die Erfindung ist nicht nur auf die vorstehende Ausführungsform beschränkt. Wie in den 13 und 14 dargestellt ist, kann einer der FETs 3a und 3b an dem dritten Stromweg L3 vorgesehen werden.
Bei einer Stromversorgung 103 gemäß einer in 13 dargestellten dritten Ausführungsform wird nur der FET 3a zwischen einem Verbindungspunkt Py zu einem vierten Stromweg L4 an einem dritten Stromweg L3 und einem Verbindungspunkt Px zu dem zweiten Stromweg L2 vorgesehen. Ein Drain des FETs 3a ist mit dem zweiten Stromweg L2 verbunden und eine Source des FETs 3a mit dem vierten Stromweg L4 und der Schutzlast 6 verbunden. Eine Anode der parasitären Diode D3a des FETs 3a ist mit dem vierten Stromweg L4 und der Schutzlast 6 verbunden und eine Katode ist mit dem zweiten Stromweg L2 verbunden.
Gemäß der dritten Ausführungsform ist es möglich, Energie bzw. Strom des Kondensators 11 oder der Batterie 12 zu der Schutzlast 6 durch Einschalten des FETs 2 und des FETs 3a zuzuführen. Weiterhin wird die regenerative Energie von dem DC-DC-Wandler 9 zu dem Kondensator 11 zugeführt, während die regenerative Energie der Schutzlast 6 über den FET 1 durch Einschalten der FETs 1 und 2 und durch Ausschalten des FETs 3a zugeführt wird, wenn die regenerative Energie durch den Generator 13 erzeugt wird. Somit ist es möglich, den Kondensator 11 aufzuladen. In diesem Fall wird die regenerative Energie, welche durch den DC-DC-Wandler verstärkt oder herabtransformiert wird, nur dem Kondensator 11 zugeführt, ohne die regenerative Energie der Schutzlast 6 zuzuführen. Somit ist es möglich, die Ladeeffizienz des Kondensators 11 zu erhöhen. Allerdings kann, um die regenerative Energie über den DC-DC-Wandler 9 zu verstärken, kein großer Strom über den DC-DC-Wandler 9 fließen und es ist nicht notwendig, den DC-DC-Wandler 9 mit einem hohen Nennstrom zu verwenden.
In einer Stromversorgung 104 gemäß einer in 14 dargestellten vierten Ausführungsform ist nur der FET 3b zwischen einem Verbindungspunkt Py zu einem vierten Stromweg L4 an dem dritten Stromweg L3 und einem Verbindungspunkt Px zu dem zweiten Stromweg L2 vorgesehen. Eine Source des FETs 3b ist mit dem zweiten Stromweg L2 verbunden und ein Drain des FETs 3b ist mit dem vierten Stromweg L4 und der Schutzlast 6 verbunden. Eine Anode der parasitären Diode D3b des FETs 3b ist mit dem zweiten Stromweg L2 verbunden und eine Katode ist mit dem vierten Stromweg L4 und der Schutzlast 6 verbunden.
Gemäß der vierten Ausführungsform ist es möglich, Energie bzw. Strom des Kondensators 11 oder der Batterie 12 zu der Schutzlast 6 durch Einschalten des FETs 2 und des FETs 3b zuzuführen. Weiterhin wird die regenerative Energie von dem DC-DC-Wandler 9 zu dem Kondensator 11 durch Einschalten der FETs 1 und 2 und durch Ausschalten des FETs 3b zugeführt, wenn die regenerative Energie durch den Generator 13 erzeugt wird. Daher ist es möglich, die regenerative Energie zu der Schutzlast 6 über den FET 1 zuzuführen, während der Kondensator 11 geladen wird. Weiterhin ist es möglich, den Fluss des Einschalt- bzw. Anlaufstroms von der Batterie 12 oder dem Generator 13 zu dem Kondensator 11 über die Diode D1 des FETs 1 durch den FET 3b und die Diode D3b durch Ausschalten des FETs 3b zu verhindern.
In den vorstehend beschriebenen zweiten bis vierten Ausführungsformen sind Beispiele veranschaulicht, in denen die MOSFETs des N-Kanal-Typs 1, 2, 3a und 3b als die ersten bis dritten Schaltelemente eingesetzt werden, aber die Erfindung ist nicht nur auf die Ausführungsformen beschränkt. Z. B. kann ein P-Kanal-MOSFET alternativ verwendet werden. Darüber hinaus kann ein Sperrschicht-FET anstelle des MOSFETs eingesetzt werden. Weiterhin können andere Schaltelemente, wie ein Transistor oder ein Relais, entsprechend in jedem der Stromwege L2 bis L4 vorgesehen werden.
Weiterhin können als Stromversorgung 105 gemäß einer in 15 dargestellten fünften Ausführungsform Schaltelemente an den Stromwegen L2 bis L4 weggelassen werden. In der Stromversorgung 105 ist eine Diode D4 an dem vierten Stromweg L4 vorgesehen. Eine Anode der Diode D4 ist mit dem ersten Stromweg L1 verbunden und eine Katode ist mit dem dritten Stromweg L3 verbunden. In der Diode D4 fließt ein elektrischer Strom von der Seite des ersten Stromwegs L1 zu der Seite des dritten Stromwegs L3. Die Diode D4 ist ein Beispiel für den „Gleichrichter” gemäß einem oder mehreren Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß der fünften Ausführungsform ist es möglich, Energie bzw. Strom der Batterie 12 und die regenerative Energie des Generators 13 zu der Schutzlast 6 über die Stromwege L1, L4, und L3 und die Diode D4 zuzuführen. Insbesondere ist es möglich, selbst wenn der DC-DC-Wandler 9 angehalten ist, wenn das Regenerationssystem 200 im Bereitschaftszustand ist, Energie bzw. Strom der Batterie 12 zu der Schutzlast 6 über die Stromwege L1, L4, und L3, und die Diode D4 zuzuführen. Weiterhin ist es möglich, Energie bzw. Strom des Kondensators 11 zu der Schutzlast 6 über die Leistungsversorgungspfade L1, L4, und L3 und die Diode D4 nach Durchlaufen des DC-DC-Wandlers 9 zuzuführen. Weiterhin ist es beispielsweise möglich, wenn der Anlasser 4a betätigt bzw. betrieben wird, zu verhindern, dass Energie bzw. Strom, die/der von dem dritten Stromweg L3 zu der Schutzlast 6 zugeführt wird, aus dem vierten Stromweg L4 zu der Seite der Batterie 12 zu ziehen.
Weiterhin sind bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen Beispiele vorgesehen, bei denen die Erfindung auf die Stromversorgungen 101 bis 105 für das Fahrzeug mit einer Leerlaufanhaltefunktion und einer Verzögerungsregenerationsfunktion angewendet wird, aber die Erfindung ist nicht nur auf diese Beispiele beschränkt. Z. B., ist es alternativ auch möglich, die Erfindung auf eine Stromversorgung für ein Fahrzeug mit der Verzögerungsregenerationsfunktion aber mit keiner Leerlaufanhaltefunktion, oder eine Stromversorgung für einen anderen Verwendungszweck anzuwenden.
Während die Erfindung in Bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann unter Zugrundelegung der Erkenntnisse dieser Offenbarung erkennen, dass andere Ausführungsformen ersonnen werden können, die nicht den hier offenbarten Kern der Erfindung verlassen. Entsprechend sollte der Kern der Erfindung nur durch die beigefügten Ansprüche begrenzt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2014-90891 [0001]
JP 2011-155791 [0004, 0005]
JP 4835690 [0004]

Claims

Stromversorgungsvorrichtung, aufweisend: einen ersten Verbindungsanschluss, der mit einer Gleichstromversorgung verbindbar ist, zu der eine erste Last und ein Generator parallel geschaltet sind; einen zweiten Verbindungsanschluss, der mit einem elektrischen Speicher verbindbar ist, der durch den Generator erzeugte regenerative Energie speichert; einen dritten Verbindungsanschluss, der mit einer zweiten Last verbindbar ist; einen DC-DC-Wandler; einen Controller, der einen Betrieb des DC-DC-Wandlers steuert; einen ersten Stromweg, umfassend: ein Ende, das mit dem ersten Verbindungsanschluss verbunden ist; und ein andere Ende, das mit einem ersten Eingangs-/Ausgangsanschluss, der in dem DC-DC-Wandler vorgesehen ist, verbunden ist; einen zweiten Stromweg, umfassend: ein Ende, das mit dem zweiten Verbindungsanschluss verbunden ist; und ein anderes Ende, das mit einem zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss, der in dem DC-DC-Wandler vorgesehen ist, verbunden ist; und einen dritten Stromweg, umfassend: ein Ende, das mit dem dritten Verbindungsanschluss verbunden ist; und ein anderes Ende, das mit dem zweiten Stromweg verbunden ist.
Stromversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, weiter aufweisend: einen vierten Stromweg, umfassend: ein Ende, das mit dem ersten Stromweg verbunden ist; und ein andere Ende, das mit dem dritten Stromweg verbunden ist; und einen Gleichrichter, der an dem vierten Stromweg vorgesehen ist und einen Stromfluss von einer Seite des ersten Stromwegs zu einer Seite des dritten Stromwegs ermöglicht.
Stromversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, weiter aufweisend: ein erstes Schaltelement, das an dem vierten Stromweg vorgesehen ist; ein zweites Schaltelement, das zwischen einem Verbindungspunkt zu dem dritten Stromweg an dem zweiten Stromweg und dem zweiten Verbindungsanschluss vorgesehen ist; und ein drittes Schaltelement, das zwischen einem Verbindungspunkt zu dem vierten Stromweg und dem zweiten Stromweg vorgesehen ist, wobei der Controller einen Ein-/Aus-Betrieb von jedem der Schaltelemente steuert.
Stromversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das erste Schaltelement einen Feldeffekttransistor umfasst, wobei der Gleichrichter eine zum ersten Schaltelement parallel geschaltete Diode umfasst, und wobei die Diode, die parallel zum ersten Schaltelement geschaltet ist, aufweist: eine Anode, die mit dem ersten Stromweg verbunden ist; und eine Katode, die mit dem dritten Stromweg verbunden ist.
Stromversorgungsvorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei das zweite Schaltelement einen Feldeffekttransistor umfasst, zu dem eine Diode parallel geschaltet ist, und wobei die zu dem ersten Schaltelement parallel geschaltete Diode aufweist: eine Anode, die mit der zweiten Verbindungsanschluss verbunden ist; und eine Kathode, die mit dem dritten Stromweg und dem zweiten Eingangs-/Ausgangsanschluss des DC-DC-Wandlers verbunden ist.
Stromversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das dritte Schaltelement ein Paar Feldeffekttransistoren umfasst, die jeweils in Reihe geschaltet sind und die jeweils parallel zu Dioden geschaltet sind, und wobei eine Richtung der zu dem einen Feldeffekttransistor des Paars Feldeffekttransistoren parallel geschalteten Diode entgegengesetzt zu einer Richtung der zu dem anderen Feldeffekttransistor des Paars Feldeffekttransistoren parallel geschalteten Diode ist.
Stromversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die erste Last eine große Stromlast umfasst, durch welche ein großer Strom bei deren Betätigung fließt, wobei die zweite Last eine Schutzlast umfasst, die derart zu schützen ist, dass eine zuzuführende Spannung nicht verringert wird, wobei die Stromversorgungsvorrichtung weiter einen Spannungsdetektor umfasst, welcher eine Spannung des elektrischen Speichers erfasst, wobei der Controller, wenn die große Stromlast betätigt wird, nur das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement einschaltet und einen elektrischen Strom von dem elektrischen Speicher der Schutzlast zuführt, wenn die durch den Spannungsdetektor erfasste Spannung des elektrischen Speichers gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, der erforderlich ist, um die Schutzlast anzutreiben, und wobei der Controller nur das dritte Schaltelement einschaltet, ein Antrieb des DC-DC-Wandlers steuert und Strom der Gleichstromversorgung zu der Schutzlast zuführt, wenn die durch den Spannungsdetektor erfasste Spannung des elektrischen Speichers kleiner als der vorbestimmte Wert ist.
Stromversorgungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der Controller, wenn die regenerative Energie durch den Generator erzeugt wird, nur das erstes Schaltelement und das zweite Schaltelement einschaltet, die regenerative Energie zu der zweiten Last zuführt, den Antrieb des DC-DC-Wandlers steuert und den elektrischen Speicher durch die regenerative Energie auflädt, und wobei der Controller, wenn die große Stromlast, die in der ersten Last umfasst ist, angehalten wird und keine Energie durch den Generator erzeugt wird, nur das erste Schaltelement und das zweite Schaltelement einschaltet, Strom der Gleichstromversorgung der zweiten Last zuführt, den Antrieb des DC-DC-Wandlers steuert und den elektrischen Speicher entlädt.