JP2755640B2 - 車両搭載電源装置 - Google Patents

車両搭載電源装置

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    • F02N11/04Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators
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    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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Description

【発明の詳細な説明】 従来技術 本発明はメインクレームの上位概念による車両搭載電
源装置を基礎とする。
従来の車両電源装置は主要構成部分としてスタータと
ゼネレータと、電池と、負荷とを有する。電気エネルギ
の発生はゼネレータ(発電機)、通常は3相交流発電機
(オルタネータ)で行なわれ、この発電機の出力電圧は
レギュレータによって12Vに制限される。この12Vの電圧
は電池及び負荷の主要部に加わる。そのような車両搭載
装置は例えば***特許出願公開公報第3313398号に記載
されている。
低い電池−ないし搭載電源電圧に基づき種々の欠点が
生じる。3相交流電気機械の設計に困難とが生じてい
る。それというのは高い電流強度に基づき大きな巻回横
断面が必要とされるからである。整流器ないしインバー
タ素子は高い電流強度に基づき当該高い電流強度に適合
されねばならない。上記の整流器及びインバータ素子の
損失、ひいては冷却装置は極めて大である。
発明の利点 本発明のメインクレームの特徴事項により得られる利
点とするとこれはスタータ/ゼネレータに付加的交流電
圧中間回路がつづいており、この中間回路の電圧が、従
来の車両搭載電源装置にて用いられている電圧に比して
著しく高められていることにある。それによりゼネレー
タ出力電圧ないしスタータにて加わる電圧が同様に従来
の搭載電源装置に比して著しく高められる。それによ
り、当該電気機械設計が簡単化される、それというのは
比較的にわずかな電流の強度のため著しく一層小さな巻
線横断面が選定され得るからである。
インバータにて用いられている電力半導体の損失は第
1に電流に依存するので、電流強度の減少によって効率
が改善され、更に使用される電力半導体は電圧的及び電
流的に一層良好に利用され得る。著しく高められた交流
電圧の供給を受ける付加的中間回路から簡単な手法で別
の電圧が出力結合され得る、例えば、電圧変換器のパラ
メータにのみ依存する任意の電位的につながっていない
(切離された)直流電圧又は任意の交流電圧が出力結合
され得る。このために必要な構成要素は唯1つの12ボル
ト搭載電源装置の使用の際におけるより著しく低コスト
で実現され得る。
電池ないし負荷電圧を24Vに上昇させることによって
は従来の搭載電源装置においての12Vの場合におけると
異なって、搭載電源装置全体における導体横断面の減少
が可能となる。
図面 第1図はパルスインバータ付き電気機械の構成を示
し、第2図は2相回路付きの及びバイファイラ巻線付き
の電気機械の構成を示し、 第3図は本発明の交流電圧中間回路付きのフライホイー
ルスタータ/ゼネレータの構成を示し、第4図はマルチ
プレクス及びフライホイールスタータ/ゼネレータ付き
並びに付加的交流電圧中間回路付きの24V−搭載電源全
体の構成を示す。
実施例の説明 第1図はパルスインバータ素子11〜16及び電池17付き
のフライホイールスタータ/ゼネレータ10の基本構成を
示す。その際上記の6つのインバータ素子11〜16は夫々
1つのトランジスタと1つの逆並列のダイオードから成
る。上記スタータ/ゼネレータの3つの固定子巻線は夫
々2つのパルスインバータ素子間に接続されており、上
記パルスインバータ素子のそれぞれ逆の側は電池17の正
ないし負端子に接続されている。上記パルスインバータ
素子11〜13ないし14〜16は夫々交番的に次のような投入
接続期間で作動接続される、即ち、所要の端子電圧が得
られる(例えば適当なパルス幅変調を用いて)ような投
入接続期間を以て作動接続される。
第1図に示すフライホイールスタータ/ゼネレータ駆
動用回路装置の代わりに、バイファイラ巻線付きの2相
系の回路装置を用いることもできる。その際、固定子巻
線18a,18bは4つのパルスインバータ20〜30を介して電
池17の負端子と接続されている。電池の正端子との接続
は4つのダイオード24〜27を介して行なわれる。19は、
フライホイールスタータ/ゼネレータを示す。それらの
ダイオードのカソードと電池の正端子との間の接続線路
中には付加的にツエナーダイオード28が挿入接続されて
いる。スイッチ29,30,31を介して、電池の正端子が、ダ
イオード24〜27のカソードと直接ないし固定子巻線18a,
18bの中間タップと接続され得る。
第3図に示す車両搭載電源装置の実施例では交流電圧
中間回路32(以下AC〜BUS(交流バス)と称せられる)
が使用され、この中間回路は、プッシュプル形変換器3
3、任意に選択可能な電位の切離された直流電圧を発生
するための回路装置34、フライホイールスタータ/ゼネ
レータ付き直接電力変換器装置35、任意の交流電圧の発
生用の回路装置36と接続されている。プッシュプル形変
換器33は2つのトランジスタ37、38と、2つのダイオー
ド39,40と、電池41と、変成器42とから構成されてい
る。その際トランジスタ37,38のコレクタは所属のダイ
オード39,40のカソードと接続され、更に、変成器42の
2次巻線の始端と終端に接続されている。トランジスタ
37,38のエミッタはダイオード39,40のアノードを介して
電池の負端子に接続されている。電池41の正端子は更に
変成器の中間タップに接続されている。
プッシュプル形変換器は自励振形変換器として作動さ
れ得、その際ベース電流の準備形成は変成器の2次巻線
を介して行なわれる。これに対して、プッシュプル形変
換器が被制御プッシュプル形変換器として使用される場
合、付加的ドライバ段が必要である。そのために用いら
れる発振器は有利に可聴領域を上回る周波数、例えば20
KHzで動作し得る。所属の回路装置は夫々トランジスタ3
7,38のベースに接続される。
回路装置34(この回路装置によっては交流電圧中間回
路の高周波電圧が生ぜしめられ得る)は変成器44を介し
て交流電圧中間回路に接続されている。両ダイオード43
a,43bのカソードと変成器44の中間タップとの間にコン
デンサ43cが接続されており、このコンデンサにて任意
の、(変成器の巻回比に応じて)電位的に切離された直
流電圧が取出される。
フライホイールスタータ/ゼネレータ付き直接電力変
換器装置35は第3図に示す実施例において8つのサイリ
スタ45〜52を有しこれらは夫々対ごとに逆並列に接続さ
れており、フライホイールスタータ/ゼネレータをACバ
スと接続する。この場合プッシュプル形変換器33は中間
タップを備えなければならない(B4−V−回路)。
交流電圧中間回路32(AC−BUS)の高周波矩形交流電
圧から4つのサイリスタ53〜56と1つのローパスフイル
タ(これはコイル57及びコンデンサ58を有する)を用い
て低周波正弦波状変調電圧、例えば220V、50Hz(自動車
における差込みコンセント)が出力結合され得る。サイ
リスタ53,54ないし、55,56はやはり対ごとに逆並列に接
続されており、交流電圧中間回路32をコイル57と接続
し、一方、プッシュプル形変換器33の中間タップはコン
デンサ58に接続される。
第4図はマルチプレクス及びフライホイールスタータ
/ゼネレータ付き24ボルト車両搭載電源全体を示す。3
相−フライホイールスタータ/ゼネレータ59は3本の線
路を介して直接電力変換器60と接続されている。上記直
接電力変換器の出力側には交流電圧中間回路32(AC−BU
S)がつづいており、この中間回路には搭載電源装置の
残りの部分が結合されている。
AC/AC変換器61は交流電圧中間回路から220V、50Hz交
流電圧を出力結合し、この交流電圧によっては自動車に
おける差込みコンセントでの給電が行われる。更に変換
器61を介しては加熱可能な窓板63に対する80V、50Hzが
出力結合される。プッシュプル形変換器64を介しては交
流電圧中間回路から24Vの直流電圧が出力結合され、こ
の直流電圧は電池65は加わったり、場合によりスタータ
/ゼネレータの代わりに用いられるスタータ66にスイッ
チ67を介して加わる。更に、プッシュプル形変換器64の
直流電圧出力側にないし電池に24V−リングネットワー
ク68が接続されており、このネットワークからは種々の
負荷69〜71に電圧が給電される。その場合上記負荷は電
力半導体72〜74を介して制御される。上記電力半導体は
マルチプレクス系を介してデータリング線路75により電
子回路76と接続されている。AC/DC変換器77は同様に交
流電圧中間回路32と接続されており、コンピュータユニ
ット(CPU)78への給電のため5V直流電圧を出力結合す
る。コンピュータユニット78には付加的電池79が接続さ
れており、この付加的電池はコンピュータユニット78の
電圧給電を引受け得る。更に、電子回路76及びセンサ79
への給電のための12V直流電圧が出力結合される。セン
サ80はデータ線路81を介して電子回路76と接続されてい
る。別のデータ線路82は電子回路76からデータリング線
路75まで延びている。同様にデータ線路83はコンピュー
タユニット78からデータリング線路75まで延びている。
スタートの場合フライホイールスタータ/ゼネレータ
は電池からプッシュプル形変換器64と、交流電圧中間回
路32と、直接電力変換器60とを介して200V交流電圧の給
電を受ける。通常の動作状態への到達後フライホイール
スタータ/ゼネレータは搭載電源装置に所要のエネルギ
を給電し、その際電圧変換はそのために設けられた電力
変換器、インバータ等を介して行なわれる。ゼネレータ
出力電圧は交流電圧中間回路における電圧と同様に200V
である。
フライホイールスタータ/ゼネレータの代わりに個別
コンポーネント、部品、例えば、フリーな状態の電圧を
生じる永久磁石により又は電気的に励磁される同期発電
機、ゼネレータ及び電池に対し並列的に接続された永久
磁石により又は電気的に励磁される直接連結又は変速
(中間伝動)段−連結スタータを使用することもでき
る。
フロントページの続き (72)発明者 フリスター,マンフレート ドイツ連邦共和国 D‐7141 シユヴイ ーバーデインゲン イム ヴオルフスガ ルゲン 29

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電池と、スタータ/ゼネレータと、負荷と
    を有する車両搭載電源装置において、上記電源装置はそ
    れぞれの搭載電源装置コンポーネント、部分の各々の必
    要性に最適適合した少なくとも2つの異なる電圧を有す
    るように構成されており、更に当該の個々の要素(部
    分)は交流電圧中間回路を介して接続されていることを
    特徴とする車両搭載電源装置。
  2. 【請求項2】上記スタータ/ゼネレータは電力変換器を
    介してAC電圧中間回路と接続されており、この中間回路
    の電圧は搭載電源電圧に比して著しく高められている請
    求項1記載の装置。
  3. 【請求項3】上記スタータ/ゼネレータ及び電圧中間回
    路の電圧が、搭載電源電圧、例えば200Vより著しく高い
    請求項2記載の装置。
  4. 【請求項4】上記スタータ/ゼネレータと電圧中間回路
    との間に挿入接続された電力変換器が直接電力変換器で
    ある請求項1記載の装置。
  5. 【請求項5】電池−及び負荷電圧が例えば24Vである請
    求項1から4までのいずれか1項記載の装置。
  6. 【請求項6】高められた電圧で作動される電圧中間回路
    に電圧変換器が配属されており、この電圧変換器は別の
    負荷、例えば220V交流電圧で作動可能な負荷への別個の
    電圧給電のために設けられている請求項1から5までの
    いずれか1項記載の装置。
  7. 【請求項7】スタータ/ゼネレータとして非同期電気機
    械が使用される請求項1記載の装置。
  8. 【請求項8】スタータ/ゼネレータとしてバイファイラ
    巻線付きの2相回路における同期電気機械が使用される
    請求項1記載の装置。
  9. 【請求項9】当該負荷は24Vリングネットワークに接続
    されている請求項1記載の装置。
  10. 【請求項10】スタータ/ゼネレータとしてフライホイ
    ールスタータ/ゼネレータが設けられている請求項1記
    載の装置。
  11. 【請求項11】電池、スタータおよび/又はゼネレータ
    は相互に電位的に切離されている請求項1から10までの
    いずれか1項記載の装置。
  12. 【請求項12】電池、スタータおよび/又はゼネレータ
    は相互に無関係に車両における任意の個所に組込まれる
    請求項1から11までのいずれか1項記載の装置。
  13. 【請求項13】交流電圧中間回路と電池との間にプッシ
    ュプル形変換器が挿入接続されている請求項1記載の装
    置。
  14. 【請求項14】すべての電力変換器部分、コンポーネン
    トは可聴領域外で動作するように作動される請求項1記
    載の装置。
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