JP5882338B2 - 車載電気網における電圧制御 - Google Patents
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Description
自動車の内燃機関は通常、電気的な始動装置を用いて始動される。この電気的な始動装置の動作に必要とされるエネルギーは、自動車の車載電気網のバッテリーから取り出される。この始動装置によってバッテリーに負荷がかかると、その始動プロセス中に車載電気網の電圧が急激に降下し、当該車載電気網における他の負荷に十分な電圧が供給されなくなってしまう。車載電源電圧が過度に低くなると、特に、マイクロプロセッサによって制御される負荷はこの過度に低い電圧に対して敏感に応答し、所定の時間にわたって機能できなくなるか、または制限された範囲でしか機能できなくなってしまう。この他の負荷は、自動車の動作および/またはセーフティに重要な制御装置である場合がある。
第1の期間中に前記車載電気網において、前記電気的な始動装置に流れる電流を制限するために、該電気的な始動装置を限流抵抗に直列に動作させるステップと、
第2の期間中に、前記車載電気網の前記電気的な始動装置によって変換されるパワーを上昇させるために、限流抵抗を低下させて該始動装置を動作させるステップと
を有する。その際には、前記第1の期間から第2の期間への移行は、前記第1の期間中に前記限流抵抗においてサンプリングされる電気的な特性量に基づいて制御される。
前記第1の期間中に限流抵抗における電圧測定の結果に基づいて時点を決定するステップと、
前記決定された時点に達した場合、前記第2の期間を開始するステップと
を含むことができる。前記時点の決定は微分方程式を用いて行うことができ、これにより、始動装置に流れる電流を監視する必要なく、最適な切換時点の予測を行うことができる。
Ri 6mΩ
Rzul 2mΩ
Lzul1 5uH
Rzul2 5mΩ
Lzul2 1uH
L_St 4.3uH
R_St 1.75mΩ
G_EMK 時間依存性 文章を参照のこと
図1中、電圧測定装置が電圧の表示で示されている。この電圧測定装置は、車載電気網100のどの場所にどのような電圧が生じているかを指示する。スタータリレー130の領域内にある電流測定装置にも相応のことが当てはまる。
I_Starter=(U_out−U_in)/R1
前記電流回路140は、バッテリー105と第1の伝送線路120とから構成される入力回路と、限流抵抗110と第2の伝送線路125と始動装置115とから構成される出力回路とに分けることができる。
U_out=(Rzul2+R_St)×I_Starter
前記CEMF G_EMKが約100mVを超える値に達するのは、各値が上記の値をとる場合、約4msの時点である。ここでは、以下の数式が当てはめられる:
I_Starter=(U_out−U_in)/R1
第2の誘導電圧U_L_Ind2が十分に消失すると、入力回路は2つの連続する時点で、以下の数式で求められる:
UBatt=I1×(Ri+Rzul1)+U1in
および
UBatt=I2×(Ri+Rzul1)+U2in
前記第2の誘導電圧U_L_Ind2が十分に消失するのは、各値が上述の値である場合、始動過程の開始から約2.5ms経過した時点である。
(I2−I1)×(Ri+Rzul1)=U_1in−U_2in
さらに、以下の数式が当てはめられる:
USternpkt=Ubatt−I×R1 ないしは I=(Ubatt−USternpkt)/Ri
Riは最大値として、使用されるバッテリー105ないしはバッテリー型式に依存することができる。
Ubatt=I×(Ri+Rzul1+R1+Rzul2+RSt)+UEMK
U_inないしはU_outの2回の測定の間のCEMF G_EMKが一定であると見なせるように、これら2回の測定を短い時間間隔で(上記参照)行う場合、以下の数式が成り立つ:
I1×(Ri+Rzul1+R1+Rzul2+RSt)=I2×(Ri+Rzul1+R2+Rzul2+RSt)
したがって、限流抵抗110をR1からR2に低下させた後、第2の期間中に始動装置115に流れる電流は、以下の数式で求められる:
I2=I1×(Ri+Rzul1+R1+Rzul2+RSt)/(Ri+Rzul1+R2+Rzul2+RSt)
したがって、低減する最適な時点では、以下の数式が成り立つ:
Iverringern = {(Ubatt - USternpkt)/Ri}×(Ri + Rzul1 + R2 + Rzul2 + RSt)/(Ri + Rzul1 + R1 + Rzul2 + RSt)
上述ですでに述べたように、上述の式において各項Ri〜Rzul1にそれぞれ、(U1in−U2in)/(I2−I1)を代入することができる。
I1<Iverringern ⇔ (Uout−Uin)/R1<Iverringern
が成り立つかを検査することができる。
Claims (3)
- 電気的な始動装置(115)の動作中に、バッテリーアシストされる車載電気網(100)において所定の車載電源電圧を維持する方法(400)であって、
前記方法(400)は、
・前記始動装置(115)に流れる電流を制限するため、前記車載電気網(100)において前記電気的な始動装置(115)を限流抵抗(110)に対して直列に動作するように始動させる第1のステップ(405)と、
・前記限流抵抗(110)における電気的な特性量(U_in,U_out)をサンプリングする第2のステップ(410)と、
・前記始動装置(115)によって変換される電力を上昇させるために前記車載電気網(100)において前記限流抵抗(110)の低減を開始する閾値を、前記始動装置(115)の始動過程中における、前記限流抵抗(110)が含まれる伝送線路のインダクタンスと前記始動装置(115)の逆起電力が増大する速度とに応じて予め定められる時点で行われる測定の結果に基づいて、I1(RK+R2)/(RK+R1)に等しい値に決定する第3のステップ(415)と、
・前記限流抵抗に流れる電流が、決定された前記閾値を下回る場合、前記限流抵抗(110)の低減を開始する第4のステップ(425)と
を有し、
ここで、
I1は、前記電気的な特性量(U_in,U_out)を用いて求められた電流であり、
RKは、前記車載電気網(100)のバッテリー(105)と、該バッテリー(105)から前記限流抵抗(110)までの第1の伝送線路(120)と、該限流抵抗(110)から前記始動装置(115)までの第2の伝送線路(125)と、該始動装置(115)とを含む電流回路(140)におけるオーム抵抗の和であり、
R1は、前記第1のステップにて設定された前記限流抵抗(110)の抵抗値であり、
R2は、前記第4のステップにおいて低減したときの前記限流抵抗(110)であり、
前記第2のステップにおいて、
・前記始動装置(115)の始動過程中における誘導作用が消失し、前記始動装置(115)の逆起電力が無視できるほど小さくなる程度に該始動装置(115)の回転数が低くなる時点である時点t 1 (b)にて、前記限流抵抗(110)の、前記バッテリー(105)側の接続端子における電圧U_in、および、前記限流抵抗(110)の、前記始動装置(115)側の接続端子における電圧U_outを求め、さらに、前記電圧U_inと前記電圧U_outと前記限流抵抗(110)の抵抗値R 1 とに基づいて前記電流I 1 を求め、
・前記時点t 1 (b)と同時の又は前記時点t 1 (b)より後の時点t 2 と、当該時点t 2 より後であって前記限流抵抗(110)の低減の開始より前の時点t 3 とにおいて、前記限流抵抗(110)の、前記バッテリー(105)側の接続端子における電圧U_1inと電圧U_2inとを求め、
・前記限流抵抗(110)から前記始動装置(115)まで繋がっている前記第2の伝送線路(125)の抵抗と該始動装置(115)の抵抗との和を、前記時点t 1 (b)において求められた前記電圧U_outと、前記電流I 1 とに基づいて求め、
・前記バッテリー(105)の抵抗と該バッテリー(105)から前記限流抵抗(110)まで繋がっている伝送線路の抵抗との和を、前記時点t 2 およびt 3 において求められた前記電圧U_1inおよびU_2inと、前記電流I 1 とに基づいて求める
ことにより、R K を求め、
前記予め定められる時点は、前記時点t 1 (b)、前記時点t 2 及び前記時点t 3 である、
ことを特徴とする方法(400)。 - 前記電流I1を求めるために、前記電気的な特性量として、前記限流抵抗(110)の、前記バッテリー(105)側の接続端子における電圧U_inと、当該限流抵抗(110)の、前記始動装置(115)側の接続端子における電圧U_outと、前記抵抗値R1とを用いる、
請求項1記載の方法(400)。 - 電気的な始動装置(115)の動作中に、バッテリーアシストされる車載電気網(100)において所定の電圧を維持するための装置であって、
前記装置は、
・制御可能な限流抵抗(215)と、
・前記限流抵抗(215)の異なる接続端子における電圧を取り込むための第1のサンプリング装置(225)および第2のサンプリング装置(230)と、
・タイミング発生器(240)と、
・前記限流抵抗(215)を低減させるための制御装置(235)と
を有し、
前記限流抵抗(215)は、前記車載電気網(100)において前記始動装置(115)を該限流抵抗(215)に対して直列に動作させるように構成されており、
前記制御装置(235)は、請求項1または2記載の方法(400)にしたがって前記限流抵抗(215)を低減させるように構成されている
ことを特徴とする、装置。
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