车辆用电源装置 【技术领域】
本发明涉及汽车等车辆中所使用的车辆用电源装置。背景技术 近年来， 从环保的观点混合动力汽车和电动汽车受到关注， 并迅速推进对这些汽 车的开发。这些汽车具有如下结构 ： 将来自具有二次电池的电源的直流电力转换成交流电 力， 通过交流电力来驱动电动机， 由此获得驱动车轮的驱动力。 此外， 通常， 混合动力汽车为 共用发动机和电动机的电动汽车， 广义上来讲是电动汽车的一种。因此， 在本说明书中， 为 简便起见， 只要预先未作特别说明， 则在包含混合动力汽车在内的广义上使用 “电动汽车” 这一用语。
在作为动力源具有上述结构的电动汽车中所使用的以往的车辆用电源装置， 例 如， 已知有专利文献 1 所记载的车辆用电源装置。 在专利文献 1 中公开了由标称电压不同的 两个电池 ( 例如， 锂离子电池和铅电池 ) 构成的再生系统。该再生系统中， 经由 DC( 直流 )/ DC 转换器连接着普通的铅电池即主电源、 与充电接受性比主电源优异且容易进行状态检测 的高性能电池 ( 例如， 锂离子电池 ) 即副电源。副电源与发电机直接连接。主电源优先于 副电源对车辆电气负载进行供电， 副电源回收并积蓄在车辆减速时由发电机产生的再生电 力， 且被用作相对于主电源的冗余电源。通过该结构， 在专利文献 1 中， 可高效地回收车辆 减速时的再生能量， 且可对电气负载提供稳定电压。
现有技术文献
专利文献
[ 专利文献 1] 特开 2004-328988 号公报
发明内容 发明要解决的问题
然而， 上述以往的车辆用电源装置中存在以下问题。
锂离子电池虽然性能高， 但为高价的器件， 因此难以实现与性能合算的系统成本。 另外， 锂离子电池难以进行为了搭载于车辆并安全使用的充放电控制， 为了将锂离子电池 搭载于车辆并安全使用， 必须实现高度的充放电控制。另外， 因存在 2 种电池， 所以必须具 备对各自电池的状态检测技术， 使系统结构变得复杂。 而且， 锂离子电池和铅电池必须分别 设置在车辆的不同位置 ( 例如， 前者设置在车厢内， 后者设置在发动机舱内 )， 所以设计的 自由度低， 且削减安装空间也存在一定的限度。
本发明的目的在于提供车辆用电源装置， 该车辆用电源装置可实现增大设计自由 度和削减安装空间， 并通过简单且廉价的结构而高效率地回收车辆减速时的再生能量， 且 可稳定地向电气负载供电。
解决问题的方案
本发明的车辆用电源装置包括 ： 搭载于车辆的发电机 ； 第 1 蓄电装置， 连接到所述
发电机， 且蓄积由所述发电机产生的电力 ； 第 2 蓄电装置， 能够与所述第 1 蓄电装置串联连 接； DC/DC 转换器， 设置在所述发电机及所述第 1 蓄电装置与电装设备之间 ； 切换单元， 将所 述第 1 蓄电装置和所述第 2 蓄电装置切换为串联或并联的连接状态 ； 以及控制单元， 分别 控制所述发电机、 所述 DC/DC 转换器和所述切换机构的动作， 所述控制单元将在车辆减速 时由所述发电机产生的再生电力充电至串联连接着的所述第 1 蓄电装置和所述第 2 蓄电 装置， 并且， 控制所述发电机的输出电压、 以及所述 DC/DC 转换器和所述切换单元的工作状 态， 以通过所述 DC/DC 转换器馈电至所述电装设备。优选为所述第 1 蓄电装置为铅电池， 所 述第 2 蓄电装置为铅电池。
发明的效果
根据本发明， 可实现增大设计自由度和削减安装空间， 并通过简单且廉价的结构 而高效率地回收车辆减速时的再生能量， 且可稳定地向电气负载供电。 附图说明
图 1 是表示包含本发明实施方式 1 的车辆用电源装置的电源系统的结构的方框 图 2 是表示图 1 的电源系统的整体动作的流程图。 图 3 是表示图 2 的起动处理的内容的流程图。 图 4 是表示电池的连接从并联切换为串联的切换步骤的图。 图 5 是表示图 2 的电池状态检测处理的内容的流程图。 图 6 是表示图 2 的再生发电控制处理的内容的流程图。 图 7 是表示图 6 的发电控制处理的内容的流程图。 图 8 是表示图 2 的辅助充电处理的内容的流程图。 图 9 是表示图 2 的停止处理的内容的流程图。 图 10 是表示电池的连接从串联切换为并联的切换步骤的图。 图 11 是表示包含本发明实施方式 2 的车辆用电源装置的电源系统的结构的方框 图 12 是表示图 11 的电源系统的整体动作的流程图。 图 13 是表示图 12 的起动处理的内容的流程图。 图 14 是表示从电池单体切换为串联的连接切换步骤的图。 图 15 是表示图 12 的电池状态检测处理的内容的流程图。 图 16 是表示图 12 的再生发电控制处理的内容的流程图。 图 17 是表示图 16 的发电控制处理的内容的流程图。 图 18 是表示图 12 的辅助充电处理的内容的流程图。 图 19 是表示图 12 的停止处理的内容的流程图。 图 20 是表示从串联切换为电池单体的连接的切换步骤的图。 图 21 是表示包含本发明实施方式 3 的车辆用电源装置的电源系统的结构的方框 图 22 是表示图 21 的电源系统的整体动作的流程图。 图 23 是表示图 22 的电池状态检测处理的内容的流程图。5图。
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CN 102811887 A
说明书3/23 页图 24 是表示图 22 的模式处理的内容的流程图。 图 25 是表示从再生模式切换为行驶模式的切换过程的图。 图 26 是表示从行驶模式切换为再生模式的切换过程的图。 图 27 是表示图 22 的再生发电控制处理的内容的流程图。 图 28 是表示图 27 的发电控制处理的内容的流程图。 图 29 是表示图 22 的辅助充电处理的内容的流程图。 标号说明 100、 100A、 100B ： 电源系统 110 ： 发电机 112 ： 发动机 120、 130 ： 电池 120A ： 双电荷层电容器 (EDLC) 122、 132 ： 电流传感器 140 ： DC/DC 转换器 142 ： 开关 150、 152、 154、 156 ： 车载继电器 160、 160A、 160B ： 电源 ECU 170 ： 起动器 172 ： 起动继电器 180 ： 通用负载 ( 电装设备 )具体实施方式
以下， 使用附图详细地说明本发明的实施方式。
( 实施方式 1)
图 1 是表示包含本发明实施方式 1 的车辆用电源装置的电源系统的结构的方框 图。
图 1 所 示 的 电 源 系 统 100 包 括 ： 发 电 机 110、 两 个 电 池 ( 第 1 电 池 120 和 第 2 电池 130)、 两个电流传感器 122 和 132、 DC/DC 转换器 140、 四个车载继电器 ( 第 1 车载 继 电 器 150、 第 2 车 载 继 电 器 152、 第 3 车 载 继 电 器 154 和 第 4 车 载 继 电 器 156)、 电源 ECU(Electronic Control Unit ： 电子控制单元 )160、 起动器 170、 起动继电器 (starter relay)172、 以及车载的其他通用负载 ( 电装设备 )180。在上述结构要素中的两个电池 120 和 130、 两个电流传感器 122 和 132、 DC/DC 转换器 140、 四个车载继电器 150 ～ 156、 以及电 源 ECU160 构成电源装置。此外， 以下将起动器 170 和其他通用负载 ( 电装设备 )180 统称 为 “电气负载” 。
发电机 110 在车辆减速时被传递发动机 112 的旋转而发电， 从而输出再生能量的 电力。例如， 发电机 110 为附有 IC( 集成电路 ) 调节器的大电容交流发电机 (alternator) ( 例如， 150A 级 (class))， 被发动机 112 进行皮带驱动而产生由电源 ECU160 指示的电压 ( 例 如， 29V 的电压 )。另外， 通过电源 ECU160 的控制， 在车辆减速时以外， 也能够根据需要使发 电机 110 被驱动 ( 发电 )。发电机 110 分别连接到第 1 电池 120 和 DC/DC 转换器 140。另外， 在本实施方式中， 使用交流发电机作为发电机 110， 但并不限定于此。例如， 作为发电机 110， 也可以采用电动发电机 (motor generator) 以代替交流发电机。 电动发电 机以 1 台机器兼具电动机 (motor) 的功能和发电机 (generator) 的功能。另外， 发电机 110 也可以代替通过发动机 112 的皮带驱动， 例如通过齿轮或皮带等传递机构连接到车轴或曲 柄轴等， 或者直接与车轴或曲柄轴等连结。
两个电池 ( 第 1 电池 120 和第 2 电池 130) 例如均为标称电压 12V 的普通的铅电池， 产生 12 ～ 13V 的电压， 向电气负载 ( 起动器 170、 通用负载 180) 供电。铅电池因在技术上 可靠， 所以作为系统比较安全， 且是相对廉价的蓄电装置， 由此能够使系统成本也较低。虽 然将在下文中进行详细叙述， 但两个电池 120、 130 是在发动机起动后串联地连接在一起， 其回收并积蓄在车辆减速时发电机 110 中产生的再生能量。通过串联连接两个电池 120、 130 来进行充电， 可实现高电压的充电， 由此能够高效率地回收再生能量。由于这样充电再 生能量， 所以电池 120、 130 优选为充电电流大的充电接受性优异的电池。例如， 用于怠速熄 火 (idling stop) 的铅电池因充电接受性优异， 所以特别优选。另外， 为了实现模块化而组 成 1 个单元的， 两个电池 120、 130 优选为相同种类的电池。通过使两个电池 120、 130 模块 化， 可增大设计的自由度， 也能够削减安装空间。 此外， 在本实施方式中， 考虑到系统的低成本化或简化等而使用了铅电池作为电 池 120、 130， 但并不限定于此。例如， 作为电池 120、 130， 也可以使用镍氢电池或锂离子电池 等代替铅电池。
电流传感器 122 是为了检测第 1 电池 120 的状态而测量第 1 电池 120 的充放电电 流的电流传感器。另外， 电流传感器 132 是为了检测第 2 电池 130 的状态而测量第 2 电池 130 的充放电电流的电流传感器。
DC/DC 转换器 140 是将直流电压转换为更低的另一直流电压的降压型的 DC/DC 转 换器。DC/DC 转换器 140 至少能够输入在如下范围内输入电压， 即， 例如在电池充电时最大 为 29V( ＝ 14.5V×2)， 在电池放电时最大为 24V( ＝ 12V×2) 的电压。另外， DC/DC 转换器 140 可输出例如 12.5 ～ 14.5V 的电压作为输出电压。DC/DC 转换器 140 的输出电压由电源 ECU160 控制。例如， 通常将 DC/DC 转换器 140 的输出电压控制为 12.5V 而向电气负载 ( 起 动器 170、 通用负载 180) 供电， 但在只对第 2 电池 130 充电的模式时， 将 DC/DC 转换器 140 的输出电压控制为 14.5V。另外， 对 DC/DC 转换器 140 的输出电压根据电池 120、 130 的充电 量进行调整。此外， 在只对第 1 电池 120 充电的模式时， 在将 DC/DC 转换器 140 的输出电压 控制为 12.5V 的状态下， 将发电机的输出电压控制为 14.5V。
四个车载继电器 ( 第 1 车载继电器 150、 第 2 车载继电器 152、 第 3 车载继电器 154、 和第 4 车载继电器 156) 用来根据发动机 112 的接通 ( 起动 )/ 关断 ( 停止 ) 而将两个电池 120、 130 的连接切换为并联或串联。四个车载继电器 150 ～ 156 分别根据来自电源 ECU160 的控制信号而重复进行接通 (ON)/ 关断 (OFF)。
第 1 车载继电器 150 设置在第 1 电池 120 与第 2 电池 130( 严格来说为用于第 2 电池 130 的电流传感器 132) 之间。第 2 车载继电器 152 的一端连接到第 1 电池 120 与第 1 车载继电器 150 之间， 另一端接地。第 3 车载继电器 154 的一端连接到发电机 110 与第 1 电池 120( 严格来说为用于第 1 电池 120 的电流传感器 122) 之间， 另一端连接到 DC/DC 转 换器 140 与通用负载 180 之间。第 4 车载继电器 156 的一端连接到第 1 车载继电器 150 与
第 2 电池 130( 严格来说为用于第 2 电池 130 的电流传感器 132) 之间， 另一端连接到 DC/DC 转换器 140 与通用负载 180 之间。如后述， 通过四个车载继电器 150 ～ 156 的接通 / 关断 的组合， 适当地选择从发电机 110 到电池 120、 130 的充电电路以及从电池 120、 130 到电气 负载 ( 起动器 170、 通用负载 180) 的馈电电路。
在串联连接两个电池 120、 130 而进行充电时， 再生能量的大电流从发电机 110 流 过第 1 车载继电器 150 中， 所以第 1 车载继电器 150 必须是对应于大电容的继电器 ( 例如， 150A 级 )。相对于此， 其他车载继电器 152、 154、 156 用于从电池 120、 130 向电气负载 ( 起 动器 170、 通用负载 180) 的供电， 所以与第 1 车载继电器 150 相比无需对应于大电容， 例如， 也可以为 40A 级的继电器。
电源 ECU160 综合地控制该电源系统 100。 具体而言， 例如， 电源 ECU160 控制四个车 载继电器 150 ～ 156 的接通 ( 闭合 )/ 关断 ( 断开 )， 以便根据发动机 112 的接通 ( 起动 )/ 关断 ( 停止 ) 而将两个电池 120、 130 的连接切换为并联或串联。另外， 电源 ECU160 测量 各电池 120、 130 的电压和充放电电流， 并通过电流累计而计算各电池 120、 130 的充电状态 (SOC ： State Of Charge)。另外， 电源 ECU160 控制发电机 110 和 DC/DC 转换器 140。另外， 电源 ECU160 进行后述的其他控制。关于电源 ECU160 的控制内容， 使用图 2 和图 2 以后的 流程图在下文中进行详细叙述。 此外， 电源 ECU160 例如由 CPU(Central Processing Unit， 中央处理器 )、 记录着程序的 ROM(Read Only Memory， 只读存储器 )、 以及用来执行程序的 RAM(Random Access Memory， 随机存取存储器 ) 构成 ( 任一者均未图示 )。 起动器 170 是起动 (cranking) 发动机 112 时使用的电动机。在行驶途中停车而 怠速熄火后的发动机重新起动时也使用起动器 170。向起动器 170 通电是通过如下步骤来 进行 ： 将发动机的起动开关即未图示的点火 (IG， ignition) 开关转到发动机起动位置 (ST 位置 ) 而接通起动继电器 172。
通用负载 180 为例如搭载于车辆的各种灯类或雨刮器、 音响设备、 导航装置、 空调 装置等。
在本实施方式中， 在发动机 112 运转时， 串联连接两个电池 120 和 130。然后， 在 车辆减速时， 将发电机 110 产生的再生电力以高电压同时充电至串联地连接着的电池 120、 130。例如， 在此情况下， 如果以 14.5V 对 1 个电池充电， 则两个电池中可进行 29V 的充电。 另外， 在如此产生再生电力时， 对串联连接着的电池 120、 130 充电， 并且从发电机 110 直接 通过 DC/DC 转换器 140( 降低电压后 ) 向通用负载 180 以 12V 供电。
另外， 在车辆未速时， 从串联连接着的电池 120、 130 通过 DC/DC 转换器 140( 降低 电压后 ) 向通用负载 180 提供 12V 的电力。
另外， 在发动机 112 停止时， 若 DC/DC 转换器 140 持续进行动作则消耗电力， 因此 使 DC/DC 转换器 140 停止动作， 并将两个电池 120、 130 切换为并联连接， 从电池 120、 130 向 通用负载 180 以 12V 提供暗电流。
另外， 因在重复进行充电与放电的过程中， 两个电池 120、 130 的充电率 (SOC) 逐渐 产生差异， 所以在本实施方式中设置了使两个电池 120、 130 的充电率统一为规定值以上的 机构 ( 后述的辅助充电处理 )。
如上所述， 电源 ECU160 根据发动机 112 的接通 / 关断而将两个电池 120、 130 的连 接切换为并联或串联。此时的四个车载继电器 150 ～ 156 的接通 / 关断状态如下。
在并联连接两个电池 120、 130 时， 电源 ECU160 分别将第 1 车载继电器 150 控制为 关断 ( 断开 ) 状态， 将第 2 车载继电器 152 控制为接通 ( 闭合 ) 状态， 将第 3 车载继电器 154 控制为接通 ( 闭合 ) 状态， 且将第 4 车载继电器 156 控制为接通 ( 闭合 ) 状态。在此情 况下， 电源 ECU160 使 DC/DC 转换器 140 停止 ( 关断 )。
此时， 作为从电池 120、 130 到通用负载 180 的馈电电路， 形成第 1 电池 120 →第 3 车载继电器 154 →通用负载 180 的电路、 以及第 2 电池 130 →第 4 车载继电器 156 →通用 负载 180 的电路。
另一方面， 在串联连接两个电池 120、 130 时， 电源 ECU160 分别将第 1 车载继电器 150 控制为接通 ( 闭合 ) 状态， 将第 2 车载继电器 152 控制为关断 ( 断开 ) 状态， 将第 3 车 载继电器 154 控制为关断 ( 断开 ) 状态， 且将第 4 车载继电器 156 控制为关断 ( 断开 ) 状 态。在此情况下， 电源 ECU160 使 DC/DC 转换器 140 起动 ( 接通 )。
此时， 作为从发电机 110 到电池 120、 130 的充电电路， 形成发电机 110 →串联连接 着的电池 120、 130 的电路。另外， 作为从电池 120、 130 到通用负载 180 的馈电电路， 形成串 联连接着的电池 120、 130 → DC/DC 转换器 140 →通用负载 180 的电路。此外， 在此情况下， 作为到通用负载 180 的馈电电路， 也形成发电机 110 → DC/DC 转换器 140 →通用负载 180 的从发电机 110 直接馈电的电路。 接下来， 使用图 2 ～图 10 说明具有上述结构的电源系统 100 的动作。 其中， 图2是 表示电源系统 100 的整体动作的流程图， 图 3 是表示图 2 的起动处理的内容的流程图， 图4 是表示电池的连接从并联切换为串联的切换步骤的图， 图 5 是表示图 2 的电池状态检测处 理的内容的流程图， 图 6 是表示图 2 的再生发电控制处理的内容的流程图， 图 7 是表示图 6 的发电控制处理的内容的流程图， 图 8 是表示图 2 的辅助充电处理的内容的流程图， 图9是 表示图 2 的停止处理的内容的流程图， 图 10 是表示电池的连接从串联切换为并联的切换步 骤的图。此外， 这些流程图作为控制程序存储在未图示的存储装置 ( 例如， ROM 等 ) 中， 且 通过未图示的 CPU 来执行。
首先， 在步骤 S1000 中， 电源 ECU160 判断未图示的点火 (IG) 开关是否被接通。具 体而言， 电源 ECU160 在将点火开关转到发动机起动位置 (ST 位置 ) 时， 判断为点火开关被 接通。作为该判断的结果， 在点火开关被接通时 (S1000 ： “是” )， 进入步骤 S2000， 在点火开 关未接通时 (S1000 ： “否” ) 待机。
在步骤 S2000 中， 电源 ECU160 进行起动处理。该起动处理的内容如图 3 的流程图 所示。
首先， 在步骤 S2100 中， 电源 ECU160 使发动机 112 起动。 具体来说， 电源 ECU160 接 通起动继电器 172， 而使起动器 170 从并联连接着的电池 120、 130 通电。由此， 发动机 112 起动。
然后， 在步骤 S2200 中， 电源 ECU160 使 DC/DC 转换器 140 起动 ( 接通 )。
然后， 在步骤 S2300 中， 电源 ECU160 控制四个车载继电器 150 ～ 156， 将两个电池 120、 130 的连接从并联切换为串联。此时的具体切换步骤如图 4 所示。通过该切换步骤， 能 够将两个电池 120、 130 的连接安全且可靠地从并联切换为串联。其后， 控制步骤返回到图 2 的主流程图。
接着， 在步骤 S3000 中， 电源 ECU160 进行电池状态检测处理。该电池状态检测处
理的内容如图 5 的流程图所示。
首先， 在步骤 S3100 中， 电源 ECU160 进行电池的测量。具体而言， 电源 ECU160 测 量第 1 电池 120 的电流 (I1) 和电压 (V1)， 并且测量第 2 电池 130 的电流 (I2) 和电压 (V2)。 第 1 电池 120 的电流 (I1) 由电流传感器 122 检测， 第 2 电池 130 的电流 (I2) 由电流传感器 132 检测。
然后， 在步骤 S3200 中， 电源 ECU160 进行电池状态的计算。 具体而言， 电源 ECU160 例如将电流传感器 122 的检测结果 ( 充放电的电流值 ) 进行累计而计算第 1 电池 120 的 SOC( 以下记作 “SOC1” )， 另外， 将电流传感器 132 的检测结果 ( 充放电的电流值 ) 累计而计 算第 2 电池 130 的 SOC( 以下记作 “SOC2” )。这样， 通过将流入电池的电流与从电池流出的 电流进行累计 ( 所谓的库仑计算 (Coulomb Count) 处理 )， 能够计算电池的 SOC。此外， 电 池 120、 130 的 SOC 的计算方法并不限定于库仑计算处理， 也可以采用其他众所周知的任意 方法。其后， 控制步骤返回到图 2 的主流程图。
接着， 在步骤 S4000 中， 电源 ECU160 进行再生发电控制。该再生发电控制的内容 如图 6 的流程图所示。
首先， 在步骤 S4100 中， 电源 ECU160 判断车速是否为规定值 ( 例如， 10km/h) 以上 且车辆是否在减速中。 此处， 判断车速是否为规定值以上的目的在于， 判断当前的车速是否 适合于再生发电， 也就是说， 车辆是否具有再生发电所需的动能。 再生能量是将车辆的动能 转换成电能所得的能量， 如果车速低， 那么动能也小， 所以无法期待大量的再生能量。 另外， 例如基于车辆的车速信息， 或基于制动器的踩踏程度 ( 制动器是否被踩下 )， 判断车辆是否 在减速中。作为该判断的结果， 在车速为规定值 (10km/h) 以上且车辆在减速中时 (S4100 ： “是” )， 进入步骤 S4200， 在不是那样的情况下， 也就是说， 在车速小于规定值 (10km/h) 或车 辆未速中 ( 也就是加速时或稳态行驶时、 怠速时等 ) 时 (S4100 ： “否” )， 立刻返回到图 2 的 主流程图。
在步骤 S4200 中， 电源 ECU160 对发电机 110 进行发电控制。在该发电控制中， 控 制各电池 120、 130 的电压 V1、 V2 以使其不超过规定值 ( 例如， 14.5V)。因为如果对铅电池施 加过高的电压， 则会加速铅电池的劣化。另外， 在该发电控制中， 两个电池 120、 130 的至少 其中一个电池的 SOC 达到 100％以上时， 使发电机 110 停止发电。 因为铅电池也会因充电过 量而加速劣化。该发电控制的内容如图 7 的流程图所示。
首先， 在步骤 S4210 中， 电源 ECU160 判断是否第 1 电池 120 的充电状态 (SOC1) 为 100％以上， 或第 2 电池 130 的充电状态 (SOC2) 为 100％以上。作为该判断的结果， 在第 1 电池 120 的充电状态 (SOC1) 为 100 ％以上， 或第 2 电池 130 的充电状态 (SOC2) 为 100 ％ 以上时， 也就是说， 在两个电池 120、 130 中的至少其中一个电池的 SOC 达到 100 ％以上时 (S4210 ： “是” )， 进入步骤 S4220， 在不是那样的情况下， 也就是说， 在两个电池 120、 130 的 SOC 双方都小于 100％时 (S4210 ： “否” )， 进入步骤 S4230。
在步骤 S4220 中， 电源 ECU160 使发电机 110 停止发电。其后， 控制步骤返回到图 2 的主流程图。
另一方面， 在步骤 S4230 中， 电源 ECU160 进而判断是否第 1 电池 120 的电压 (V1) 超过规定值 ( 例如， 14.5V)， 或第 2 电池 130 的电压 (V2) 超过规定值 ( 例如， 14.5V)。作为 该判断的结果， 在第 1 电池 120 的电压 (V1) 超过规定值 (14.5V)， 或第 2 电池 130 的电压(V2) 超过规定值 (14.5V) 时， 也就是说， 在两个电池 120、 130 中的至少其中一个电池的电压 超过规定值 (14.5V) 时 (S4230 ： “是” )， 进入步骤 S4240， 在不是那样的情况下， 也就是说， 在两个电池 120、 130 的电压 V1、 V2 双方都为规定值 (14.5V) 以下时 (S4230 ： “否” )， 进入步 骤 S4250。
在步骤 S4240 中， 电源 ECU160 将对发电机 110 的输出指令值设定得比目标值 ( 例 如， 29V) 低。其后， 控制步骤返回到图 2 的主流程图。
另一方面， 在步骤 S4250 中， 电源 ECU160 将对发电机 110 的输出指令值设定为目 标值 (29V)。其后， 控制步骤返回到图 2 的主流程图。
此外， 步骤 S4240 的控制内容并不限定于上述例子。在此情况下， 只要能够将超过 规定值 (14.5V) 的电池的电压降低到规定值 (14.5V) 以下， 则可以采用任何控制方法。例 如， 也可以利用所谓的 PID(Proportional-Integral-Derivative， 比例 - 积分 - 微分 ) 控 制， 进行使超过规定值 (14.5V) 的电池的电压收敛于规定值 (14.5V) 的控制。
接着， 在步骤 S5000 中， 电源 ECU160 进行辅助充电处理。该辅助充电处理是用来 使两个电池 120、 130 间的 SOC 的差不增大， 或在各电池 120、 130 的 SOC 的值降到规定值以 下时进行充电的控制。前者是因为如果两个电池 120、 130 间的 SOC 的差变大， 则串联的连 接状态下的充放电特性会劣化。另外， 后者是因为如果 SOC 下降， 则会加速铅电池的劣化。 该辅助充电处理的内容如图 8 的流程图所示。 首先， 在步骤 S5100 中， 电源 ECU160 判断是否第 1 电池 120 的充电状态 SOC1 小 于规定值 A， 且第 2 电池 130 的充电状态 SOC2 小于规定值 A。此处， 规定值 A 为例如 80 ～ 90％的范围内的适当的值。作为该判断的结果， 在第 1 电池 120 的充电状态 SOC1 小于规定 值 A， 且第 2 电池 130 的充电状态 SOC2 小于规定值 A 时， 也就是说， 在两个电池 120、 130 的 SOC 双方都小于规定值 A 时 (S5100 ： “是” )， 进入步骤 S5200， 在不是这样的情况下 (S5100 ： 否 )， 进入步骤 S5300。
在步骤 S5200 中， 电源 ECU160 使两个电池 120、 130 串联且同时充电。具体而言， 在此情况下， 只要车辆在行驶， 则电源 ECU160 使两个电池 120、 130 的连接状态维持为串联 的状态。此时， 无论车辆是否在减速中， 为了避免电池的劣化而必须立刻对两个电池 120、 130 进行辅助充电。因此， 在车辆处于减速中时， 利用此机会， 将再生能量充电至电池 120、 130， 另一方面， 在车辆不处于减速中时， 也就是说， 车辆在行驶中时， 强制性地使发电机 110 以 29V 发电而对电池 120、 130 充电。由此， 将在车辆减速时在发电机 110 中产生的再生能 量或在车辆行驶时在发电机 110 中强制产生的电力同时充电至串联的电池 120、 130( 发电 机 110 →串联连接着的电池 120、 130 的充电电路 )。继续进行这样的同时充电直到在两个 电池 120、 130 中的至少其中一个电池的 SOC 达到规定值 A 以上为止。此外， 在充电中， 如上 所述， 从发电机 110 直接通过 DC/DC 转换器 140( 降低电压后 ) 向通用负载 180 供电 ( 发电 机 110 → DC/DC 转换器 140 →通用负载 180 的馈电电路 )。此时， 如果 DC/DC 转换器 140 处 于停止 ( 关断 ) 状态， 那么电源 ECU160 使 DC/DC 转换器 140 起动 ( 接通 )。
另一方面， 在步骤 S5300 中， 电源 ECU160 进而判断是否只有第 1 电池 120 的充电 状态 SOC1 小于规定值 A。作为该判断的结果， 在只有第 1 电池 120 的充电状态 SOC1 小于规 定值 A 时 (S5300 ： “是” )， 进入步骤 S5400， 在不是那样的情况下 (S5300 ： “否” )， 进入步骤 S5500。
在步骤 S5400 中， 电源 ECU160 仅使第 1 电池 120 充电。具体而言， 在此情况下， 电 源 ECU160 在开始充电时， 在将电池 120、 130 的连接状态从串联切换为并联后， 进而使第 4 车载继电器 156 为关断 ( 断开 ) 状态。由此， 第 1 车载继电器 150 成为关断 ( 断开 ) 状态， 第 2 车载继电器 152 成为接通 ( 闭合 ) 状态， 第 3 车载继电器 154 成为接通 ( 闭合 ) 状态， 第 4 车载继电器 156 成为关断 ( 断开 ) 状态。另外， 电源 ECU160 在该切换时， 使 DC/DC 转 换器 140 停止 ( 关断 )。由电源 ECU160 控制发电机 110， 例如， 通过 14.5V 的发电， 从发电 机 110 对第 1 电池 120 进行充电 ( 发电机 110 →第 1 电池 120 的充电电路 )。在对第 1 电 池 120 充电中， 从发电机 110 直接经由第 3 车载继电器 154 向通用负载 180 进行供电 ( 发 电机 110 →第 3 车载继电器 154 →通用负载 180 的馈电电路 )。此外， 在完成对第 1 电池 120 的充电时， 电源 ECU160 暂时使第 4 车载继电器 156 为接通 ( 闭合 ) 状态而使电池 120、 130 的连接状态恢复为并联后， 进而， 使电池 120、 130 的连接状态恢复为串联。另外， 电源 ECU160 在该切换时， 使 DC/DC 转换器 140 起动 ( 接通 )。
另一方面， 在步骤 S5500 中， 电源 ECU160 进而判断是否只有第 2 电池 130 的充电 状态 SOC2 小于规定值 A。作为该判断的结果， 在只有第 2 电池 130 的充电状态 SOC2 小于规 定值 A 时 (S5500 ： “是” )， 进入步骤 S5600， 在不是这样的情况下 (S5500 ： “否” )， 进入步骤 S5700。 在步骤 S5600 中， 电源 ECU160 仅使第 2 电池 130 充电。具体而言， 在此情况下， 电 源 ECU160 在开始充电时， 将电池 120、 130 的连接状态从串联切换为并联后， 进而使第 2 车 载继电器 152 为关断 ( 断开 ) 状态。由此， 第 1 车载继电器 150 成为关断 ( 断开 ) 状态， 第 2 车载继电器 152 成为关断 ( 断开 ) 状态， 第 3 车载继电器 154 成为接通 ( 闭合 ) 状态， 第 4 车载继电器 156 成为接通 ( 闭合 ) 状态。另外， 电源 ECU160 在该切换时， 使 DC/DC 转换器 140 停止 ( 关断 )。由电源 ECU160 控制发电机 110， 例如， 通过 14.5V 的发电， 从发电机 110 对第 2 电池 130 进行充电 ( 发电机 110 →第 3 车载继电器 154 →第 4 车载继电器 156 →第 2 电池 130 的充电电路 )。在对第 2 电池 130 充电中， 从发电机 110 直接经由第 3 车载继电 器 154 对通用负载 180 进行供电 ( 发电机 110 →第 3 车载继电器 154 →通用负载 180 的馈 电电路 )。此外， 在完成对第 2 电池 130 的充电时， 电源 ECU160 暂时使第 2 车载继电器 152 为接通 ( 闭合 ) 状态而使电池 120、 130 的连接状态恢复为并联后， 进而， 使电池 120、 130 的 连接状态恢复为串联。另外， 电源 ECU160 在进行该切换时使 DC/DC 转换器 140 起动 ( 接 通 )。
另一方面， 在步骤 S5700 中， 电源 ECU160 进而判断两个电池 120、 130 间的 SOC 的差 是否大于规定值 α。在图 1 所示的电路结构中， 通常第 2 电池 130 的放电量大于第 1 电池 120， SOC 较小。因此， 这里， 求从 SOC1 减去 SOC2 所得的值作为两个电池 120、 130 间的 SOC 的差。另外， 规定值 α 例如为 2％。作为该判断的结果， 在两个电池 120、 130 间的 SOC 的差 (SOC1-SOC2) 大于规定值 α 时 (S5700 ： “是” )， 进入步骤 S5800， 在不是这样的情况下， 也就 是说， 在两个电池 120、 130 间的 SOC 的差 (SOC1-SOC2) 为规定值 α 以下时 (S5700 ： “否” )， 立刻返回到图 2 的主流程图。
在步骤 S5800 中， 为了将两个电池 120、 130 间的 SOC 的差抑制在规定值 α 以下， 电源 ECU160 只使 SOC 较大的第 1 电池 120 进行放电。具体而言， 在此情况下， 电源 ECU160 在将电池 120、 130 的连接状态从串联切换为并联后， 进而使第 4 车载继电器 156 为关断 ( 断
开 ) 状态。由此， 第 1 车载继电器 150 成为关断 ( 断开 ) 状态， 第 2 车载继电器 152 成为接 通 ( 闭合 ) 状态， 第 3 车载继电器 154 成为接通 ( 闭合 ) 状态， 第 4 车载继电器 156 成为关 断 ( 断开 ) 状态。另外， 在此期间， 电源 ECU160 使 DC/DC 转换器 140 暂时停止 ( 关断 )。此 时， 第 1 电池 120 通过经由第 3 车载继电器 154 向通用负载 180 进行供电而放电 ( 第 1 电池 120 →第 3 车载继电器 154 →通用负载 180 的馈电电路 )。在此期间， 第 2 电池 130 不进行 充放电。此外， 如果两个电池 120、 130 间的 SOC 的差变为规定值 α 以下， 那么电源 ECU160 在使 DC/DC 转换器 140 起动 ( 接通 ) 后， 暂时使第 4 车载继电器 156 为接通 ( 闭合 ) 状态 而使电池 120、 130 的连接状态恢复为并联， 其后， 进而使电池 120、 130 的连接状态恢复为串 联。
接着， 在步骤 S6000 中， 电源 ECU160 判断是否已关断未图示的点火 (IG) 开关。作 为该判断的结果， 在已关断点火开关时 (S6000 ： “是” )， 进入步骤 S7000， 在尚未关断点火开 关时 (S6000 ： “否” )， 返回到步骤 S3000。
在步骤 S7000 中， 电源 ECU160 进行停止处理。该停止处理的内容如图 9 的流程图 所示。
首先， 在步骤 S7100 中， 电源 ECU160 控制四个车载继电器 150 ～ 156， 将两个电池 120、 130 的连接从串联切换为并联。此时的具体切换步骤如图 10 所示。通过该切换步骤， 能够将两个电池 120、 130 的连接安全且可靠地从串联切换为并联。 然后， 在步骤 S7200 中， 电源 ECU160 使 DC/DC 转换器 140 停止 ( 关断 )。
然后， 在步骤 S7300 中， 电源 ECU160 使发动机 112 停止。具体来说， 电源 ECU160 将使发动机 112 停止的控制信号输出到控制发动机的动作的未图示的发动机 ECU。 由此， 发 动机 112 停止。
此外， 在上述一系列的控制中， 未考虑怠速熄火功能， 而当然也可以考虑该功能。 具体而言， 例如， 也可以在每当怠速熄火而使发动机 112 停止时， 将两个电池 120、 130 的连 接从串联切换为并联。
这样， 根据本实施方式， 在车辆减速而发电机 110 输出再生能量时， 串联地连接 电池 120、 130， 并将发电机 110 中产生的再生能量以高电压同时充电至串联连接着的电池 120、 130。因此， 能够通过简单且廉价的结构， 高效率地回收车辆减速时的再生能量。
另外， 在处于产生再生能量时， 对串联连接的电池 120、 130 进行充电， 并且从发电 机 110 直接通过 DC/DC 转换器 140 对通用负载 180 进行 12V 的供电。另外， 在车辆未减速 时， 也就是说， 在发电机 110 未输出再生能量时， 从蓄积着再生能量的串联连接的电池 120、 130 通过 DC/DC 转换器 140 对通用负载 180 提进行 12V 的供电。 进而， 在发动机 112 停止后， 使 DC/DC 转换器 140 的动作停止， 并将两个电池 120、 130 切换为并联连接， 而从电池 120、 130 向通用负载 180 以 12V 输送暗电流。因此， 也能够稳定地进行向通用负载 180 的供电。
另外， 在使用技术上可靠且相对廉价的铅电池作为两个电池 120、 130 时， 与使用 其他的高性能电池 ( 例如， 锂离子电池或镍氢电池等 ) 时相比， 能够作为系统以低成本确保 高安全性。
另外， 由于使用相同种类的电池 ( 铅电池 ) 作为两个电池 120、 130， 所以通过使两 个电池 120、 130 模块化， 可增大设计的自由度， 并且， 也能削减安装空间。
另外， 因为在两个电池 120、 130 的充电率 (SOC) 分别为规定值以下， 或充电率
(SOC) 的差为规定值以上时， 进行使两个电池 120、 130 的充电率统一为规定值以上的控制 ( 辅助充电处理 )， 所以可抑制电池的劣化进度。
此外， 在本实施方式中， 使用的电池的个数为两个， 但在本发明中电池的个数并无 特别限定， 也可以构成为能将三个以上的电池切换为串联或并联的连接状态。
( 实施方式 2)
图 11 是表示包含本发明实施方式 2 的车辆用电源装置的电源系统的结构的方框 图。此外， 在图 11 所示的电源系统 100A 中， 对与图 1 所示的电源系统 100 共同的结构部分 附加相同的符号， 而省略其详细说明。
图 11 所示的电源系统 100A 包括 ： 发电机 110、 双电荷层电容器 (EDLC ： Electric Double Layer Capacitor)120A、 第 2 电池 130、 电流传感器 132、 DC/DC 转换器 140、 两个车 载继电器 ( 第 1 车载继电器 150 和第 2 车载继电器 152)、 电源 ECU(Electronic Control Unit ： 电子控制单元 )160A、 起动器 170、 起动继电器 172、 以及车载的其他通用负载 ( 电装 设备 )180。在上述结构要素中的 EDLC120A、 第 2 电池 130、 电流传感器 132、 DC/DC 转换器 140、 两个车载继电器 150 和 152、 以及电源 ECU160A 构成电源装置。
发电机 110 分别连接到 EDLC120A 及 DC/DC 转换器 140。
EDLC120A 是与一般的二次电池相比能实现大电流的放充电， 且放充电循环寿命 优异的蓄电装置。例如， 作为一例， EDLC 的每个单元 (cell) 的最大额定电压为 2.8V。因 此， 在本实施方式中， 例如， 将 5 个单元串联地构成为 EDLC 模块且使最大额定电压为 14V。 EDLC120A 在与第 2 电池 130 串联连接的状态下， 和第 2 电池 130 一起通过 DC/DC 转换器 140( 降低电压后 ) 向通用负载 180 供电。此外， 也可以根据发电机 110 的输出电容和 DC/ DC 转换器 140 的输入电压范围来增加构成 EDLC120A 的单元的个数而使最大额定电压增加。 在使最大额定电压增加时， 能够以更高的电压高效率地回收再生能量。
两个车载继电器 ( 第 1 车载继电器 150、 第 2 车载继电器 152) 用来根据发动机 112 的接通 ( 起动 )/ 关断 ( 停止 ) 而将 EDLS120A 和第 2 电池 130 的连接切换为并联或串联。 此处， 所谓将 EDLC120A 与第 2 电池 130 “并联” 地连接， 严格来说， 是指设为只能使用第 2 电 池 130 的状态， 也称为 “电池单体” 。两个车载继电器 150、 152 分别根据来自电源 ECU160A 的控制信号而重复进行接通 (ON)/ 关断 (OFF)。
第 1 车载继电器 150 设置在 EDLC120A 与第 2 电池 130( 严格来说为用于第 2 电池 130 的电流传感器 132) 之间。第 2 车载继电器 152 的一端连接到第 1 车载继电器 150 与第 2 电池 130( 严格来说为用于第 2 电池 130 的电流传感器 132) 之间， 另一端连接到 DC/DC 转 换器 140 与通用负载 180 之间。如后述， 通过两个车载继电器 150、 152 的接通 / 关断的组 合， 适当地选择从发电机 110 到 EDLC120A 和第 2 电池 130 的充电电路、 以及从 EDLC120A 和 第 2 电池 130 到电气负载 ( 起动器 170、 通用负载 180) 的馈电电路。
在将 EDLC120A 与第 2 电池 130 串联连接而进行充电时， 再生能量的大电流从发电 机 110 流过第 1 车载继电器 150 中， 所以第 1 车载继电器 150 必须为对应于大电容的继电器 ( 例如， 150A 级 )。相对于此， 第 2 车载继电器 152 用于只从第 2 电池 130 向电气负载 ( 起 动器 170、 通用负载 180) 的供电， 所以与第 1 车载继电器 150 相比无需对应于大电容， 例如， 也可以为 40A 级的继电器。
电源 ECU160A 综合地控制该电源系统 100A。 具体而言， 例如， 电源 ECU160A 为了根据发动机 112 的接通 ( 起动 )/ 关断 ( 停止 ) 来将 EDLC120A 与第 2 电池 130 的连接切换为 并联 ( 电池单体 ) 或串联， 控制两个车载继电器 150、 152 的接通 ( 闭合 )/ 关断 ( 断开 )。 另 外， 电源 ECU160A 分别测量第 2 电池 130 的电压 VB 和充放电电流 IB， 并通过电流累计而计算 第 2 电池 130 的充电状态 (SOC)。只要测量 EDLC120A 的电压 VE， 就能够容易检测 EDLC120A 的充电状态 (SOC)。另外， 电源 ECU160A 控制发电机 110 和 DC/DC 转换器 140。另外， 电源 ECU160A 进行后述的其他控制。关于电源 ECU160A 的控制内容， 使用图 12 和图 12 以后的流 程图在下文中进行详细叙述。 此外， 电源 ECU160A 例如由 CPU( 中央处理器 )、 记录着程序的 ROM( 只读存储器 )、 以及用来执行程序的 RAM( 随机存取存储器 ) 构成 ( 都未图示 )。
在本实施方式中， 在发动机 112 运转时， 串联地连接 EDLC120A 和第 2 电池 130。 然后， 在车辆减速时， 将发电机 110 产生的再生电力以高电压同时充电至串联连接着的 EDLC120A 和第 2 电池 130。例如， 在此情况下， 在充电时第 2 电池 130 与 EDLC120A 分别能 够以 14.5V、 14V(5 个单元串联结构 ) 的电压进行充电， 所以可进行总共 28.5V 的充电。另 外， 在这样产生再生电力时， 对串联连接着的 EDLC120A 和第 2 电池 130 充电， 并且从发电机 110 直接通过 DC/DC 转换器 140( 降低电压后 ) 向通用负载 180 提供 12V 的电力。
另外， 在车辆未减速时， 从串联连接着的 EDLC120A 和第 2 电池 130， 通过 DC/DC 转 换器 140( 降低电压后 ) 向通用负载 180 提供 12V 的电力。
另外， 在发动机 112 停止时， 若 DC/DC 转换器 140 持续进行动作则消耗电力， 因此 使 DC/DC 转换器 140 的动作停止， 且将 EDLC120A 和第 2 电池 130 切换为并联 ( 电池单体 ) 连接， 而只从第 2 电池 130 向通用负载 180 以 12V 提供暗电流。
如上所述， 电源 ECU160A 根据发动机 112 的接通 / 关断而将 EDLC120A 和第 2 电池 130 的连接切换为并联 ( 电池单体 ) 或串联。此时的两个车载继电器 150、 152 的接通 / 关 断状态如下。
在并联 ( 电池单体 ) 地连接 EDLC120A 和第 2 电池 130 时， 电源 ECU160A 分别将第 1 车载继电器 150 控制为关断 ( 断开 ) 状态， 将第 2 车载继电器 152 控制为接通 ( 闭合 ) 状 态。在此情况下， 电源 ECU160A 使 DC/DC 转换器 140 停止 (OFF)。
此时， 作为从第 2 电池 130 到通用负载 180 的馈电电路， 形成第 2 电池 130 →第 2 车载继电器 152 →通用负载 180 的电路。
另一方面， 在串联连接 EDLC120A 和第 2 电池 130 时， 电源 ECU160A 分别将第 1 车 载继电器 150 控制为接通 ( 闭合 ) 状态， 将第 2 车载继电器 152 控制为关断 ( 断开 ) 状态。 在此情况下， 电源 ECU160A 使 DC/DC 转换器 140 起动 ( 接通 )。
此时， 作为从发电机 110 到 EDLC120A 和第 2 电池 130 的充电电路， 形成发电机 110 →串联连接着的 EDLC120A 和第 2 电池 130 的电路。另外， 作为从 EDLC120A 和第 2 电池 130 到通用负载 180 的馈电电路， 形成串联连接着的 EDLC120A 与第 2 电池 130 → DC/DC 转 换器 140 →通用负载 180 的电路。此外， 在此情况下， 作为到通用负载 180 的馈电电路， 也 形成发电机 110 → DC/DC 转换器 140 →通用负载 180 的从发电机 110 直接馈电的电路。
接下来， 使用图 12 ～图 20 说明具有上述结构的电源系统 100A 的动作。其中， 图 12 是表示电源系统 100A 的整体动作的流程图， 图 13 是表示图 12 的起动处理的内容的流程 图， 图 14 是表示从电池单体切换为串联的连接切换步骤的图， 图 15 是表示图 12 的电池状 态检测处理的内容的流程图， 图 16 是表示图 12 的再生发电控制处理的内容的流程图， 图 17是表示图 16 的发电控制处理的内容的流程图， 图 18 是表示图 12 的辅助充电处理的内容的 流程图， 图 19 是表示图 12 的停止处理的内容的流程图， 图 20 是表示从串联切换为电池单 体的连接切换步骤的图。此外， 这些流程图作为控制程序存储在未图示的存储装置 ( 例如， ROM 等 ) 中， 且通过未图示的 CPU 来执行。
首先， 在步骤 S1000A 中， 电源 ECU160A 判断未图示的点火 (IG) 开关是否被接通。 具体而言， 电源 ECU160A 在将点火开关转到发动机起动位置 (ST 位置 ) 时， 判断为点火开关 被接通。作为该判断的结果， 在点火开关被接通时 (S1000A ： “是” )， 进入步骤 S2000A， 在点 火开关未接通时 (S1000A ： “否” ) 待机。
在步骤 S2000A 中， 电源 ECU160A 进行起动处理。该起动处理的内容如图 13 的流 程图所示。
首先， 在步骤 S2100A 中， 电源 ECU160A 使发动机 112 起动。 具体而言， 电源 ECU160A 接通起动继电器 172， 而从并联 ( 电池单体 ) 连接时的第 2 电池 130 使起动器 170 通电。由 此， 发动机 112 起动。
然后， 在步骤 S2200A 中， 电源 ECU160A 使 DC/DC 转换器 140 起动 ( 接通 )。
然后， 在步骤 S2300A 中， 电源 ECU160A 控制两个车载继电器 150、 152， 将 EDLC120A 和第 2 电池 130 的连接从并联 ( 电池单体 ) 切换为串联。此时的具体切换步骤如图 14 所 示。通过该切换步骤， 能够将 EDLC120A 和第 2 电池 130 的连接安全且可靠地从并联切换为 串联。其后， 控制步骤返回到图 12 的主流程图。 接着， 在步骤 S3000A 中， 电源 ECU16A0 进行蓄电装置状态检测处理。该蓄电装置 状态检测处理的内容如图 15 的流程图所示。
首先， 在步骤 S3100A 中， 电源 ECU160A 进行电池的测量。具体而言， 电源 ECU160A 测量第 2 电池 130 的电流 IB 和电压 VB。第 2 电池 130 的电流 IB 由电流传感器 132 检测。
然后， 在步骤 S3200A 中， 电源 ECU160A 进行电池状态的计算。具体而言， 电源 ECU160A 例如将电流传感器 132 的检测结果 ( 充放电的电流值 IB) 进行累计而计算第 2 电 池 130 的 SOC。 这样， 通过将流入到电池的电流与从电池流出的电流进行累计 ( 所谓的库仑 计算处理 )， 而能够计算电池的 SOC。此外， 第 2 电池 130 的 SOC 的计算方法并不限定于库 仑计算处理， 也可以采用其他众所周知的任意方法。
然后， 在步骤 S3300A 中， 电源 ECU160A 进行 EDLC 的电压测量。具体而言， 电源 ECU160A 测量 EDLC120A 的电压 VE。一般而言， EDLC 的 SOC 取决于 EDLC 的电压。例如， 在 将 EDLC 的最大电压设为 14V 的情况下， 在电压为 0V 时 SOC 为 0％， 在电压为 14V 时 SOC 为 100％。通常， EDLC 不计算 SOC 而只监视电压 ( 也就是说， 可认为 EDLC 电容＝电压 )。其 后， 控制步骤返回到图 12 的主流程图。
接着， 在步骤 S4000A 中， 电源 ECU160A 进行再生发电控制。该再生发电控制的内 容如图 16 的流程图所示。
首先， 在步骤 S4100A 中， 电源 ECU160A 判断车速是否为规定值 ( 例如， 10km/h) 以 上， 且车辆是否处于减速中。此处， 判断车速是否为规定值以上的目的在于， 判断当前的车 速是否适合于再生发电， 也就是说， 车辆是否具有再生发电所需的动能。再生能量是将车 辆的动能转换成电能所得的能量， 如果车速低， 那么动能也小， 所以无法期待大量的再生能 量。另外， 例如基于车辆的车速信息， 或基于制动器的踩踏程度 ( 制动器是否被踩下 )， 判
断车辆是否处于减速中。作为该判断的结果， 在车速为规定值 (10km/h) 以上且车辆处于减 速中时 (S4100A ： “是” )， 进入步骤 S4200， 在不是那样的情况下， 也就是说， 在车速小于规定 值 (10km/h) 或车辆不处于减速中 ( 也就是加速时或稳态行驶时、 怠速时等 ) 时 (S4100A ： “否” )， 立刻返回到图 12 的主流程图。
在步骤 S4200A 中， 电源 ECU160A 对发电机 110 进行发电控制。在该发电控制中， 控制第 2 电池 130 的电压 VB 以使其不超过规定值 ( 例如， 14.5V)。因为如果对铅电池施加 过高的电压， 则会加速铅电池的劣化。 另外， 在该发电控制中， 在 EDLC120A 的电压 VE 变为规 定值 ( 例如， 14V) 以上时， 或者在第 2 电池 130 的 SOC 变为 100％以上时， 使发电机 110 停 止发电。因为 EDLC 及铅电池也会因充电过量而加速劣化。该发电控制的内容如图 17 的流 程图所示。
首先， 在步骤 S4210A 中， 电源 ECU160A 判断是否 EDLC120A 的电压 VE 为最大电压 (14V) 以上 ( 也就是说， EDLC120A 的 SOC 为 100％以上 )， 或第 2 电池 130 的充电状态 (SOC) 为 100％以上。作为该判断的结果， 在 EDLC120A 的电压 VE 为最大电压 (14V) 以上或第 2 电 池 130 的充电状态 (SOC) 为 100％以上时， 也就是说， 在 EDLC120A 和第 2 电池 130 中的至 少其中一方的 SOC 达到 100％以上时 (S4210A ： “是” )， 进入步骤 S4220A， 在不是那样的情况 下， 也就是说， 在 EDLC120A 和第 2 电池 130 的 SOC 双方都小于 100％时 (S4210A ： “否” )， 进 入步骤 S4230A。 在步骤 S4220A 中， 电源 ECU160A 使发电机 110 停止发电。其后， 控制步骤返回到 图 12 的主流程图。
另一方面， 在步骤 S4230A 中， 电源 ECU160A 进而判断第 2 电池 130 的电压 (VB) 是 否超过规定值 ( 例如， 14.5V)。作为该判断的结果， 在第 2 电池 130 的电压 (VB) 超过规定值 (14.5V) 时 (S4230A ： “是” )， 进入步骤 S4240A， 在第 2 电池 130 的电压 VB 为规定值 (14.5V) 以下时 (S4230A ： “否” )， 进入步骤 S4250A。
在步骤 S4240A 中， 电源 ECU160A 将对发电机 110 的输出指令值设定得比目标值 ( 例如， 28.5V) 低。其后， 控制步骤返回到图 12 的主流程图。
另一方面， 在步骤 S4250A 中， 电源 ECU160A 将对发电机 110 的输出指令值设定为 目标值 (28.5V)。使用 EDLC 时， 由于在 EDLC 中未蓄电而空白的状态下电压为 0V， 所以在发 电机 110 施加充电电压的瞬间， 对于串联连接着的 EDLC120A 和第 2 电池 130 的充电电压为 0V+14.5V ＝ 14.5V。然后， 从该状态开始， 随着在 EDLC120A 中蓄积电力， 只有 EDLC120A 的 电压逐渐上升。因此， 步骤 S4240A 的控制优选利用所谓的 PID 控制。其后， 控制步骤返回 到图 12 的主流程图。
此外， 步骤 S4240A 的控制内容并不限定于上述例子。在此情况下， 只要能够将超 过规定值 (14.5V) 的第 2 电池 130 的电压降低到规定值 (14.5V) 以下， 则可以采用任何控 制方法。例如， 也可以利用所谓的 PID 控制， 进行使超过规定值 (14.5V) 的第 2 电池 130 的 电压收敛于规定值 (14.5V) 的控制。
接着， 在步骤 S5000A 中， 电源 ECU160A 进行辅助充电处理。该辅助充电处理是用 来在第 2 电池 130 的 SOC 的值降到规定值以下时进行充电的控制。因为如果 SOC 下降， 则 铅电池会加速劣化。该辅助充电处理的内容如图 18 的流程图所示。
首先， 在步骤 S5100A 中， 电源 ECU160A 判断第 2 电池 130 的充电状态 SOC 是否小
于规定值 A。此处， 规定值 A 为例如 80 ～ 90％的范围内的适当的值。作为该判断的结果， 在第 2 电池 130 的充电状态 SOC 小于规定值 A 时 (S5100A ： “是” )， 进入步骤 S5200A， 在第 2 电池 130 的充电状态 SOC 为规定值 A 以上时 (S5100A ： “否” )， 立刻返回到图 12 的主流程 图。
在步骤 S5200A 中， 电源 ECU160A 仅使第 2 电池 130 充电。具体而言， 在此情况下， 电源 ECU160A 在开始充电时将 EDLC120A 和第 2 电池 130 的连接状态从串联切换为并联 ( 电 池单体 )。此时的具体切换步骤如后述的图 20 所示。由此， 第 1 车载继电器 150 成为关断 ( 断开 ) 状态， 第 2 车载继电器 152 成为接通 ( 闭合 ) 状态。由电源 ECU160A 控制发电机 110， 例如， 通过 14.5V 的发电， 从发电机 110 对第 2 电池 130 进行充电 ( 发电机 110 → DC/ DC 转换器 140 →第 2 车载继电器 152 →第 2 电池 130 的充电电路 )。此时， 如上所述， DC/ DC 转换器 140 的输出电压控制为 14.5V。在对第 2 电池 130 充电中， 与此同时从发电机 110 通过 DC/DC 转换器 140( 降低电压后 ) 向通用负载 180 进行 12V 的供电 ( 发电机 110 → DC/ DC 转换器 140 →通用负载 180 的馈电电路 )。此外， 在完成对第 2 电池 130 的充电时， 电源 ECU160A 使 EDLC120A 与第 2 电池 130 的连接状态从并联 ( 电池单体 ) 恢复为串联 ( 具体的 切换顺序参照图 14)。其后， 控制步骤返回到图 12 的主流程图。
接着， 在步骤 S6000A 中， 电源 ECU160A 判断是否已关断未图示的点火 (IG) 开关。 作为该判断的结果， 在已关断点火开关时 (S6000A ： “是” )， 进入步骤 S7000A， 在尚未关断点 火开关时 (S6000A ： “否” )， 返回到步骤 S3000A。
在步骤 S7000A 中， 电源 ECU160A 进行停止处理。该停止处理的内容如图 19 的流 程图所示。
首先， 在步骤 S7100A 中， 电源 ECU160A 控制两个车载继电器 150、 152， 使 EDLC120A 与第 2 电池 130 的连接从串联切换为并联 ( 电池单体 )。此时的具体切换步骤如图 20 所 示。通过该切换步骤， 能够将 EDLC120A 与第 2 电池 130 的连接安全且可靠地从串联切换为 并联 ( 电池单体 )。
然后， 在步骤 S7200A 中， 电源 ECU160A 使 DC/DC 转换器 140 停止 ( 关断 )。
然后， 在步骤 S7300 中， 电源 ECU160A 使发动机 112 停止。具体来说， 电源 ECU160A 将使发动机 112 停止的控制信号输出到控制发动机的动作的未图示的发动机 ECU。 由此， 发 动机 112 停止。
此外， 在上述一系列的控制中， 未考虑怠速熄火功能， 而当然也可以考虑该功能。 具体而言， 例如， 也可以在每当怠速熄火而使发动机 112 停止时， 将 EDLC120A 与第 2 电池 130 的连接从串联切换为并联。
这样， 根据本实施方式， 在车辆减速而发电机 110 输出再生能量时， 串联地连接 EDLC120A 和第 2 电池 130， 而将发电机 110 中产生的再生能量以高电压同时充电至串联地 连接着的 EDLC120A 和第 2 电池 130。 因此， 能够通过简单且廉价的结构， 高效率地回收车辆 减速时的再生能量。
另外， 在处于产生再生能量时， 对串联连接着的 EDLC120A 和第 2 电池 130 进行充 电， 并且从发电机 110 直接通过 DC/DC 转换器 140 向通用负载 180 进行 12V 的供电。另外， 在车辆未减速时， 也就是说， 在发电机 110 未输出再生能量时， 从蓄积着再生能量的串联连 接的 EDLC120A 和第 2 电池 130 通过 DC/DC 转换器 140 向通用负载 180 进行 12V 的供电。进而， 在发动机 112 停止后， 使 DC/DC 转换器 140 的动作停止， 且将 EDLC120A 和第 2 电池 130 切换为并联 ( 电池单体 ) 连接， 而只从第 2 电池 130 向通用负载 180 以 12V 输送暗电流。因 此， 也能够稳定地进行向通用负载 180 的供电。
另外， 在使用技术上可靠且相对廉价的铅电池作为第 2 电池 130 时， 与使用其他的 高性能电池 ( 例如， 锂离子电池或镍氢电池等 ) 时相比， 能够作为系统以低成本确保高安全 性。
另外， 在第 2 电池 130 的充电率 (SOC) 降到规定值以下时， 进行使第 2 电池 130 的 充电率为规定值以上的控制 ( 辅助充电处理 )， 所以可抑制电池的劣化进度。
此外， 在本实施方式中， 使用的 EDLC 和电池的个数分别为 1 个， 但 EDLC 和电池的 个数并无特别限定。例如， 也可以将在串联地连接的 EDLC 和电池中的至少其中一方的个数 构成为多个。
( 实施方式 3)
图 21 是表示包含本发明实施方式 3 的车辆用电源装置的电源系统的结构的方框 图。此外， 在图 21 所示的电源系统 100B 中， 对与图 1 所示的电源系统 100 共同的结构部分 附加相同的符号， 而省略其详细说明。
图 21 所示的电源系统 100B 包括 ： 发电机 110、 两个电池 ( 第 1 电池 120 和第 2 电 池 130)、 两个电流传感器 122 和 132、 开关 142、 三个车载继电器 ( 第 1 车载继电器 150、 第 2 车载继电器 152 和第 3 车载继电器 154)、 电源 ECU(Electronic Control Unit ： 电子控制 单元 )160B、 起动器 170、 起动继电器 172、 以及车载的其他通用负载 ( 电装设备 )180。在上 述结构要素中的两个电池 120 和 130、 两个电流传感器 122 和 132、 开关 142、 三个车载继电 器 150 ～ 154、 以及电源 ECU160B 构成电源装置。
开关 142 用来根据车辆是否在减速而将两个电池 120、 130 的连接切换为并联或串 联。开关 142 设置在第 1 电池 120 与第 2 电池 130( 严格来说为用于第 2 电池 130 的电流传 感器 132) 之间。开关 142 在串联连接第 1 电池 120 与第 2 电池 130 时， 被控制为接通 ( 闭 合 ) 状态， 在并联连接第 1 电池 120 与第 2 电池 130 时， 被控制为关断 ( 断开 ) 状态。开关 142 根据来自电源 ECU160B 的控制信号而重复进行接通 / 关断。
开关 142 优选为例如对应于大电容且具有耐久性的半导体开关。原因在于， 在 串联地连接两个电池 120、 130 而进行充电时， 再生能量的大电流从发电机 110 流过开关 142( 例如， 根据电池尺寸有时流通最大 200A 的电流 )， 而且， 开关 142 在每当车辆减速时重 复进行接通 / 关断。就该方面来说， 普通的车载继电器中在耐久性方面存在问题。此外， 即 便是车载继电器， 如果特别具有耐久性， 那么可代替开关来使用。
三个车载继电器 ( 第 1 车载继电器 150、 第 2 车载继电器 152 和第 3 车载继电器 154) 用来与开关 142 协同， 根据车辆是否在减速而将两个电池 120、 130 的连接切换为并联 或串联。三个车载继电器 150 ～ 154 分别根据来自电源 ECU160B 的控制信号而重复进行接 通 / 关断。
第 1 车载继电器 150 的一端连接到第 1 电池 120 与第 1 车载继电器 142 之间， 另一 端接地。 第 2 车载继电器 152 的一端连接到发电机 110 与第 1 电池 120( 严格来说为用于第 1 电池 120 的电流传感器 122) 之间， 另一端连接到通用负载 180。第 3 车载继电器 154 的 一端连接到开关 142 与第 2 电池 130( 严格来说为用于第 2 电池 130 的电流传感器 132) 之间， 另一端连接到通用负载 180。如后述， 基于开关 142 和三个车载继电器 150 ～ 154 的接 通 / 关断的组合， 而适当地选择从发电机 110 到电池 120、 130 的充电电路以及从电池 120、 130 到电气负载 ( 起动器 170、 通用负载 180) 的馈电电路。
由于车载继电器 150 ～ 154 用于从电池 120、 130 向电气负载 ( 起动器 170、 通用负 载 180) 供电， 所以与开关 142 相比无需对应于大电容， 例如， 也可以为 40A 级的继电器。
电源 ECU160B 综合控制该电源系统 100B。 具体来说， 例如， 电源 ECU160B 为了根据 车辆是否在减速而将两个电池 120、 130 的连接切换为并联或串联， 控制开关 142 和三个车 载继电器 150 ～ 154 的接通 ( 闭合 )/ 关断 ( 断开 )。此时， 例如根据车辆的车速信息或制 动器的踏入度等， 判断车辆是否在减速。另外， 电源 ECU160B 测量各电池 120、 130 的电压和 充放电电流， 并通过电流累计而计算各电池 120、 130 的充电状态 (SOC)。 另外， 电源 ECU160B 对发电机 110 进行控制。另外， 电源 ECU160B 进行后述的其他控制。关于电源 ECU160B 的 控制内容， 使用图 22 和图 22 以后的流程图， 在下文中进行详细叙述。此外， 电源 ECU160B 例如由 CPU( 中央处理器 )、 记录着程序的 ROM( 只读存储器 )、 以及用来执行程序的 RAM( 随 机存取存储器 ) 构成 ( 都未图示 )。
在本实施方式中， 在发动机 112 处于运转且车辆在减速时， 串联地连接两个电池 120、 130， 而将发电机 110 产生的再生电力以高电压同时充电至串联地连接着的电池 120、 130。例如， 在此情况下， 如果以 14.5V 对 1 个电池充电， 则两个电池中可进行 29V 的充电。
另外， 在发动机 112 处于运转且车辆未减速时， 以及在发动机 112 停止时， 也就是 说， 在发电机 110 未输出再生电力时， 并联地连接两个电池 120、 130， 而从蓄积着再生电力 的两个电池 120、 130 分别向通用负载 180 提供 12V 的电力。
另外， 在车辆减速时， 也从第 2 电池 130 向通用负载 180 提供 12V 的电力。
如上所述， 电源 ECU160B 根据车辆是否在减速， 将两个电池 120、 130 的连接切换为 并联或串联。此时的开关 142 和三个车载继电器 150 ～ 154 的接通 / 关断状态如下。
在并联地连接两个电池 120、 130 时， 电源 ECU160B 分别将开关 142 控制为关断 ( 断 开 ) 状态， 第 1 车载继电器 150 控制为接通 ( 闭合 ) 状态， 将第 2 车载继电器 152 控制为接 通 ( 闭合 ) 状态， 以及将第 3 车载继电器 154 控制为接通 ( 闭合 ) 状态。在此情况下， 电源 ECU160B 使发电机 110 停止 (OFF)。
此时， 作为从电池 120、 130 到通用负载 180 的馈电电路， 形成第 1 电池 120 →第 2 车载继电器 152 →通用负载 180 的电路、 以及第 2 电池 130 →第 3 车载继电器 154 →通用 负载 180 的电路。
另一方面， 在串联地连接两个电池 120、 130 时， 电源 ECU160B 分别将开关 142 控制 为接通 ( 闭合 ) 状态， 将第 1 车载继电器 150 控制为关断 ( 断开 ) 状态， 将第 2 车载继电器 152 控制为关断 ( 断开 ) 状态， 以及将第 3 车载继电器 154 控制为接通 ( 闭合 ) 状态。在此 情况下， 电源 ECU160B 使发电机 110 起动 (ON)。
此时， 作为从发电机 110 到电池 120、 130 的充电电路， 形成发电机 110 →串联连接 着的电池 120、 130 的电路。另外， 作为至通用负载 180 的馈电电路， 形成发电机 110 →第 1 电池 120 →开关 142 →第 3 车载继电器 154 →通用负载 180 的电路。在再生能量足够大 时， 该电路成为至通用负载 180 的馈电电路， 但如果在车速下降的同时再生能量减小， 则为 了补充向通用负载 180 的供电的不足部分， 除了该电路以外， 还形成第 2 电池 130 →第 3 车载继电器 154 →通用负载 180 的电路。
此外， 以下， 将在车辆减速再生时串联连接两个电池 120、 130 的情况称为 “再生模 式” ， 将在车辆减速再生时以外的并联连接两个电池 120、 130 的情况称为 “行驶模式”
接下来， 使用图 22 ～图 29 说明具有上述结构的电源系统 100B 的动作。其中， 图 22 是表示电源系统 100B 的整体动作的流程图， 图 23 是表示图 22 的电池状态检测处理的 内容的流程图， 图 24 是表示图 22 的模式处理的内容的流程图， 图 25 是表示从再生模式切 换为行驶模式的切换步骤的图， 图 26 是表示从行驶模式切换为再生模式的切换步骤的图， 图 27 是表示图 22 的再生发电控制处理的内容的流程图， 图 28 是表示图 27 的发电控制处 理的内容的流程图， 图 29 是表示图 22 的辅助充电处理的内容的流程图。此外， 这些流程图 作为控制程序存储在未图示的存储装置 ( 例如， ROM 等 ) 中， 且通过未图示的 CPU 来执行。
首先， 在步骤 S1000B 中， 电源 ECU160B 判断未图示的点火 (IG) 开关是否被接通。 具体而言， 电源 ECU160B 在将点火开关转到发动机起动位置 (ST 位置 ) 时， 判断为点火开关 被接通。作为该判断的结果， 在点火开关被接通时 (S1000B ： “是” )， 进入步骤 S2000B， 在点 火开关未接通时 (S1000B ： “否” ) 待机。
在步骤 S2000B 中， 电源 ECU160B 使发动机 112 起动。具体来说， 电源 ECU160B 接 通起动继电器 172， 而从并联连接着的电池 120、 130 使起动器 170 通电。由此， 发动机 112 起动。
接着， 在步骤 S3000B 中， 电源 ECU160B 进行电池状态检测处理。该电池状态检测 处理的内容如图 23 的流程图所示。
首先， 在步骤 S3100B 中， 电源 ECU160B 进行电池的测量。具体而言， 电源 ECU160B 测量第 1 电池 120 的电流 (I1) 和电压 (V1)， 并且测量第 2 电池 130 的电流 (I2) 和电压 (V2)。 第 1 电池 120 的电流 (I1) 由电流传感器 122 检测， 第 2 电池 130 的电流 (I2) 由电流传感器 132 检测。
然后， 在步骤 S3200B 中， 电源 ECU160B 进行电池状态的计算。具体而言， 电源 ECU160B 例如将电流传感器 122 的检测结果 ( 充放电的电流值 ) 进行累计而计算第 1 电池 120 的 SOC( 以下记作 “SOC1” )， 另外， 将电流传感器 132 的检测结果 ( 充放电的电流值 ) 累 计而计算第 2 电池 130 的 SOC( 以下记作 “SOC2” )。这样， 通过将流入到电池的电流与从电 池流出的电流进行累计 ( 所谓的库仑计算处理 )， 能够计算电池的 SOC。 此外， 电池 120、 130 的 SOC 的计算方法并不限定于库仑计算处理， 也可以采用其他众所周知的任意方法。其后， 控制步骤返回到图 22 的主流程图。
接着， 在步骤 S4000B 中， 电源 ECU160B 进行模式处理。该模式理的内容如图 24 的 流程图所示。
首先， 在步骤 S4100B 中， 电源 ECU160B 判断车速是否为规定值 ( 例如， 10km/h) 以 上。此处， 判断车速是否为规定值以上的目的在于， 判断当前的车速是否适合于再生发电， 也就是说， 车辆是否具有再生发电所需的动能。再生能量是将车辆的动能转换成电能所得 的能量， 如果车速低， 那么动能也小， 所以无法期待大量的再生能量。 作为该判断的结果， 当 车速小于规定值 (10km/h) 时 (S4100B ： “否” )， 进入步骤 S4200B， 当车速为规定值 (10km/h) 以上时 (S4100B ： “是” )， 进入步骤 S4400B。
在步骤 S4200B 中， 电源 ECU160B 进而判断当前的模式是否为再生模式。作为该判断的结果， 在当前的模式为再生模式时 (S4200B ： “是” )， 进入步骤 S4300B， 在当前的模式并 非再生模式时 (S4200B ： “否” )， 判断为已经为行驶模式， 而立刻返回到图 22 的主流程图。
在步骤 S4300B 中， 电源 ECU160B 控制开关 142 和三个车载继电器 150 ～ 154， 将模 式从再生模式切换为行驶模式。此时的具体切换步骤如图 25 所示。通过该切换步骤， 能够 将两个电池 120、 130 的连接安全且可靠地从串联切换为并联。其后， 控制步骤返回到图 22 的主流程图。
另一方面， 在骤 S4400B 中， 电源 ECU160B 进而判断车辆是否处于减速中。此处， 例如是基于车辆的车速信息， 或基于制动器的踩踏程度 ( 制动器是否被踩下 ) 来判断车辆 是否处于减速中。作为该判断的结果， 在车辆不处于减速中时 (S4400B ： “否” )， 进入步骤 S4500B， 在车辆处于减速中时 (S4400B ： “是” )， 进入步骤 S4700B。
在步骤 S4500B 中， 与步骤 S4200B 同样地， 电源 ECU160B 进而判断当前的模式是否 为再生模式。作为该判断的结果， 在当前的模式为再生模式时 (S4500B ： “是” )， 进入步骤 S4600B， 在当前的模式并非是再生模式时 (S4500B ： “否” )， 判断为已经为行驶模式， 而立刻 返回到图 22 的主流程图。
在步骤 S4600B 中， 与步骤 S4300B 同样， 电源 ECU160B 控制开关 142 和三个车载继 电器 150 ～ 154， 将模式从再生模式切换为行驶模式。此时的具体切换步骤如图 25 所示。 通过该切换步骤， 能够将两个电池 120、 130 的连接安全且可靠地从串联切换为并联。其后， 控制步骤返回到图 22 的主流程图。
另一方面， 在步骤 S4700B 中， 电源 ECU160B 判断当前的模式是否为行驶模式。作 为该判断的结果， 在当前的模式为行驶模式时 (S4700B ： “是” )， 进入步骤 S4800B， 在当前的 模式并非是行驶模式时 (S4700B ： “否” )， 判断为已经为再生模式， 而立刻返回到图 22 的主 流程图。
在步骤 S4800B 中， 电源 ECU160B 控制开关 142 和三个车载继电器 150 ～ 154， 将模 式从行驶模式切换为再生模式。此时的具体切换步骤如图 26 所示。通过该切换步骤， 能够 将两个电池 120、 130 的连接安全且可靠地从并联切换为串联。其后， 控制步骤返回到图 22 的主流程图。
总之， 在步骤 S4000B 的模式处理中， 在车速为规定值 ( 例如， 10km/h) 以上且车辆 处于减速中时， 电源 ECU160B 将模式设定为再生模式， 在不是那样的情况下， 也就是说， 在 车速小于规定值 (10km/h) 或车辆不处于减速中 ( 也就是加速时或稳态行驶时、 怠速时等 ) 时， 将模式设定为行驶模式。
接着， 在步骤 S5000B 中， 电源 ECU160B 进行再生发电控制。该再生发电控制的内 容如图 27 的流程图所示。
首先， 在步骤 S5100B 中， 电源 ECU160B 判断当前的模式是否为再生模式。 作为该判 断的结果， 在当前的模式为再生模式时 (S5100B ： “是” )， 也就是说， 在车速为规定值 (10km/ h) 以上且车辆处于减速中时， 进入步骤 S5200B， 在不是那样的情况下， 也就是说， 在当前的 模式为行驶模式时 (S5100B ： “否” )， 也就是说， 在车速小于规定值 (10km/h) 或车辆不处于 减速中 ( 也就是加速时或稳态行驶时、 怠速时等 ) 时， 立刻返回到图 22 的主流程图。
在步骤 S5200B 中， 电源 ECU160B 对于发电机 110 进行发电控制。 在该发电控制中， 控制各电池 120、 130 的电压 V1、 V2 以使其不超过规定值 ( 例如， 14.5V)。因为如果对铅电池施加过高的电压， 则会加速铅电池的劣化。另外， 在该发电控制中， 在两个电池 120、 130 中 的至少其中一个电池的 SOC 达到 100％以上时， 使发电机 110 停止发电。 因为铅电池也会因 充电过量而加速劣化。该发电控制的内容如图 28 的流程图所示。
首先， 在步骤 S5210B 中， 电源 ECU160B 判断是否第 1 电池 120 的充电状态 (SOC1) 为 100％以上， 或第 2 电池 130 的充电状态 (SOC2) 为 100％以上。作为该判断的结果， 在第 1 电池 120 的充电状态 (SOC1) 为 100％以上， 或第 2 电池 130 的充电状态 (SOC2) 为 100％ 以上时， 也就是说， 在两个电池 120、 130 中的至少其中一个电池的 SOC 达到 100 ％以上时 (S5210B ： “是” )， 进入步骤 S5220B， 在不是那样的情况下， 也就是说， 在两个电池 120、 130 的 SOC 双方都小于 100％时 (S5210B ： “否” )， 进入步骤 S5230B。
在步骤 S5220B 中， 电源 ECU160B 使发电机 110 停止发电。其后， 控制步骤返回到 图 22 的主流程图。
另一方面， 在步骤 S5230B 中， 电源 ECU160B 进而判断是否第 1 电池 120 的电压 (V1) 超过规定值 ( 例如， 14.5V)， 或第 2 电池 130 的电压 (V2) 超过规定值 ( 例如， 14.5V)。作为 该判断的结果， 在第 1 电池 120 的电压 (V1) 超过规定值 (14.5V)， 或第 2 电池 130 的电压 (V2) 超过规定值 (14.5V) 时， 也就是说， 在两个电池 120、 130 中的至少其中一个电池的电压 超过规定值 (14.5V) 时 (S5230B ： “是” )， 进入步骤 S5240B， 在不是那样的情况下， 也就是说， 在两个电池 120、 130 的电压 V1、 V2 双方都为规定值 (14.5V) 以下时 (S5230B ： “否” )， 进入 步骤 S5250B。
在步骤 S5240B 中， 电源 ECU160B 将对发电机 110 的输出指令值设定得比目标值 ( 例如， 29V) 低。其后， 控制步骤返回到图 22 的主流程图。
另一方面， 在步骤 S5250B 中， 电源 ECU160B 将对发电机 110 的输出指令值设定为 目标值 (29V)。其后， 控制步骤返回到图 22 的主流程图。
此外， 步骤 S5240BB 的控制内容并不限定于上述例子。在此情况下， 只要能够将超 过规定值 (14.5V) 的电池的电压降到规定值 (14.5V) 以下， 则可以采用任何控制方法。例 如， 也可以利用所谓的 PID 控制， 进行使超过规定值 (14.5V) 的电池的电压收敛于规定值 (14.5V) 的控制。
接着， 在步骤 S6000B 中， 电源 ECU160B 进行辅助充电处理。 该辅助充电处理是用来 使两个电池 120、 130 间的 SOC 的差不增大， 或在各电池 120、 130 的 SOC 的值变为规定值以 下时进行充电的控制。前者是因为如果两个电池 120、 130 间的 SOC 的差变大， 则串联的连 接状态下的充放电特性会劣化。另外， 后者是因为如果 SOC 下降， 则会加速铅电池的劣化。 尤其是在本实施方式中， 第 2 电池 130 与第 1 电池 120 不同， 无论与第 1 电池 120 的连接为 串联还是并联， 都一直放电。 因此， 如果重复进行电池 120、 130 的连接切换 ( 串联并联 )， 则 两个电池 120、 130 的 SOC 逐渐产生差异的倾向较强。因此， 在本实施方式中， 该辅助充电处 理的必要性较高。该辅助充电处理的内容如图 29 的流程图所示。
首先， 在步骤 S6100B 中， 电源 ECU160B 判断两个电池 120、 130 是否为并联连接。 例 如根据当前的模式为行驶模式还是再生模式， 进行该判断。 作为该判断的结果， 在两个电池 120、 130 为并联连接时 (S6100B ： “是” )， 也就是说， 在当前的模式为行驶模式时， 进入步骤 S6200B， 在两个电池 120、 130 为串联连接时 (S6100B ： “否” )， 也就是说， 在当前的模式为再 生模式时， 因已经处于对电池 120、 130 充电中， 所以立刻返回到图 22 的主流程图。在步骤 S6200B 中， 电源 ECU160B 判断是否第 1 电池 120 的充电状态 SOC1 小于规 定值 A， 且第 2 电池 130 的充电状态 SOC2 小于规定值 A。此处， 规定值 A 为例如 80 ～ 90％ 的范围内的适当的值。作为该判断的结果， 在第 1 电池 120 的充电状态 SOC1 小于规定值 A， 且第 2 电池 130 的充电状态 SOC2 小于规定值 A 时， 也就是说， 在两个电池 120、 130 的 SOC 双方都小于规定值 A 时 (S6200B ： “是” )， 进入步骤 S6300B， 在不是这样的情况下 (S6200B ： “否” )， 进入步骤 S6400B。
在步骤 S6300B 中， 电源 ECU160B 使两个电池 120、 130 串联且同时充电。 具体而言， 在此情况下， 只要在开始充电时车辆在行驶， 电源 ECU160B 就使两个电池 120、 130 的连接状 态从并联切换为串联。由此， 开关 142 成为接通 ( 闭合 ) 状态， 第 1 车载继电器 150 成为关 断 ( 断开 ) 状态， 第 2 车载继电器 152 成为关断 ( 断开 ) 状态， 第 3 车载继电器 154 成为接 通 ( 闭合 ) 状态。此时， 无论车辆是否在减速中， 为了避免电池的劣化而必须立刻对两个电 池 120、 130 进行辅助充电。因此， 在车辆处于减速中时， 利用此机会， 将再生能量充电至电 池 120、 130， 另一方面， 在车辆不处于减速中时， 也就是说， 车辆在行驶中时， 强制性地使发 电机 110 以 29V 发电而对电池 120、 130 充电。由此， 将在车辆减速时在发电机 110 中产生 的再生能量或在车辆行驶时在发电机 110 中强制产生的电力同时充电至串联的电池 120、 130( 发电机 110 →串联连接着的电池 120、 130 的充电电路 )。继续进行这样的同时充电直 到在两个电池 120、 130 中的至少其中一个电池的 SOC 达到规定值 A 以上为止。在完成对电 池 120、 130 的充电时， 电源 ECU160B 使电池 120、 130 的连接状态从串联恢复为并联。此外， 在充电中， 如上所述， 从发电机 110 经由第 1 电池 120、 开关 142 和第 3 车载继电器 154 向通 用负载 180 供电 ( 发电机 110 →第 1 电池 120 →开关 142 →第 3 车载继电器 154 →通用负 载 180 的馈电电路 )， 如果车速下降， 则除该电路以外， 还从第 2 电池 130 经由第 3 车载继电 器 154 向通用负载 180 供电 ( 第 2 电池 130 →第 3 车载继电器 154 →通用负载 180 的馈电 电路 )。
另一方面， 在步骤 S6400B 中， 电源 ECU160B 进而判断是否只有第 1 电池 120 的充 电状态 SOC1 小于规定值 A。作为该判断的结果， 在只有第 1 电池 120 的充电状态 SOC1 小于 规定值 A 时 (S6400B ： “是” )， 进入步骤 S6500B， 在不是那样的情况下 (S6400B ： “否” )， 进入 步骤 S6600B。
在步骤 S6500B 中， 电源 ECU160B 仅使第 1 电池 120 充电。具体而言， 在此情况下， 电源 ECU160B 在开始充电时， 从并联连接着电池 120、 130 的状态， 使第 3 车载继电器 154 为 关断 ( 断开 ) 状态。由此， 开关 142 成为关断 ( 断开 ) 状态， 第 1 车载继电器 150 成为接通 ( 闭合 ) 状态， 第 2 车载继电器 152 成为接通 ( 闭合 ) 状态， 第 3 车载继电器 154 成为关断 ( 断开 ) 状态。由电源 ECU160B 控制发电机 110， 例如， 通过 14.5V 的发电， 从发电机 110 对 第 1 电池 120 进行充电 ( 发电机 110 →第 1 电池 120 的充电电路 )。在对第 1 电池 120 充 电中， 同时从发电机 110 经由第 2 车载继电器 152 向通用负载 180 供电 ( 发电机 110 →第 2 车载继电器 152 →通用负载 180 的馈电电路 )。此外， 在完成对第 1 电池 120 的充电时， 电源 ECU160B 使第 3 车载继电器 154 为接通 ( 闭合 ) 状态而使电池 120、 130 的连接状态恢 复为并联。
另一方面， 在步骤 S6600B 中， 电源 ECU160B 进而判断是否只有第 2 电池 130 的充 电状态 SOC2 小于规定值 A。作为该判断的结果， 在只有第 2 电池 130 的充电状态 SOC2 小于规定值 A 时 (S6600B ： “是” )， 进入步骤 S6700B， 在不是那样的情况下 (S6600B ： “否” )， 进入 步骤 S6800B。
在步骤 S6700B 中， 电源 ECU160B 仅使第 2 电池 130 充电。具体而言， 在此情况下， 电源 ECU160B 在开始充电时， 从并联连接着电池 120、 130 的状态， 使第 1 车载继电器 150 为 关断 ( 断开 ) 状态。由此， 开关 142 成为关断 ( 断开 ) 状态， 第 1 车载继电器 150 成为关断 ( 断开 ) 状态， 第 2 车载继电器 152 成为接通 ( 闭合 ) 状态， 第 3 车载继电器 154 成为接通 ( 闭合 ) 状态。 。由电源 ECU160 控制发电机 110， 例如， 通过 14.5V 的发电， 从发电机 110 对 第 2 电池 130 进行充电 ( 发电机 110 →第 2 车载继电器 152 →第 3 车载继电器 154 →第 2 电池 130 的充电电路 )。在对第 2 电池 130 充电中， 同时从发电机 110 经由第 2 车载继电 器 152 向通用负载 180 供电 ( 发电机 110 →第 2 车载继电器 152 →通用负载 180 的馈电电 路 )。此外， 在完成对第 2 电池 130 的充电时， 电源 ECU160B 使第 1 车载继电器 150 为接通 ( 闭合 ) 状态而使电池 120、 130 的连接状态恢复为并联。
另一方面， 在步骤 S6800B 中， 电源 ECU160 进而判断两个电池 120、 130 间的 SOC 的 差是否大于规定值 α。 在本实施方式中， 如上所述， 由于第 2 电池 130 几乎一直放电， 所以通 常第 2 电池 130 的 SOC 小于第 1 电池 120 的 SOC。 因此， 这里， 求从 SOC1 减去 SOC2 所得的值 作为两个电池 120、 130 间的 SOC 的差。另外， 规定值 α 例如为 2％。作为该判断的结果， 在 两个电池 120、 130 间的 SOC 的差 (SOC1-SOC2) 大于规定值 α 时 (S6800B ： “是” )， 进入步骤 S6900B， 在表示那样的情况下， 也就是说， 在两个电池 120、 130 间的 SOC 的差 (SOC1-SOC2) 为规定值 α 以下时 (S6800B ： “否” )， 立刻返回到图 2 的主流程图。
在步骤 S6900B 中， 为了将两个电池 120、 130 间的 SOC 的差抑制在规定值 α 以下， 电源 ECU160B 只使 SOC 较大的第 1 电池 120 进行放电。 具体而言， 在此情况下， 电源 ECU160B 从并联地连接着电池 120、 130 的状态， 使第 3 车载继电器 154 为关断 ( 断开 ) 状态。由此， 开关 142 成为关断 ( 断开 ) 状态， 第 1 车载继电器 150 成为接通 ( 闭合 ) 状态， 第 2 车载继 电器 152 成为接通 ( 闭合 ) 状态， 第 3 车载继电器 154 成为关断 ( 断开 ) 状态。 。此时， 第1 电池 120 通过经由第 2 车载继电器 152 向通用负载 180 进行供电而放电 ( 第 1 电池 120 → 第 3 车载继电器 152 →通用负载 180 的馈电电路 )。在此期间， 第 2 电池 130 不进行充放 电。此外， 在两个电池 120、 130 间的 SOC 的差变为规定值 α 以下， 则电源 ECU160B 使第 3 车载继电器 154 为接通 ( 闭合 ) 状态而使电池 120、 130 的连接状态恢复为并联。
接着， 在步骤 S7000B 中， 电源 ECU160B 判断是否已关断未图示的点火 (IG) 开关。 作为该判断的结果， 在已关断点火开关时 (S7000B ： “是” )， 进入步骤 S8000B， 在尚未关断点 火开关时 (S7000B ： “否” )， 返回到步骤 S3000B。
在步骤 S8000B 中， 电源 ECU160B 使发动机 112 停止。 。具体来说， 电源 ECU160B 将 使发动机 112 停止的控制信号输出到控制发动机的动作的未图示的发动机 ECU。 由此， 发动 机 112 停止。
这样， 根据本实施方式， 在车辆减速而发电机 110 输出再生能量时， 串联地连接电 池 120、 130( 再生模式 )， 而将发电机 110 中产生的再生能量以高电压同时充电至串联地连 接着的电池 120、 130。因此， 能够通过简单且廉价的结构， 高效率地回收车辆减速时的再生 能量。
另外， 在车辆未减速时， 也就是说， 在发电机 110 未输出再生能量时， 并联地连接电池 120、 130( 行驶模式 )， 而分别从蓄积着再生能量的并联连接的电池 120、 130 向通用负 载 180 提供 12V 的电力。另外， 即便在车辆减速时串联地连接两个电池 120、 130 的情况下， 也不断地执行从第 2 电池 130 向通用负载 180 的 12V 的供电。因此， 也能够稳定地进行向 通用负载 180 的供电。
另外， 在使用技术上可靠且相对廉价的铅电池作为两个电池 120、 130 时， 与使用 其他的高性能电池 ( 例如， 锂离子电池或镍氢电池等 ) 时相比， 能够作为系统以低成本确保 高安全性。
另外， 由于使用相同种类的电池 ( 铅电池 ) 作为两个电池 120、 130， 所以通过使两 个电池 120、 130 模块化， 而可增大设计的自由度， 并且， 也能削减安装空间。
另外， 在两个电池 120、 130 的充电率 (SOC) 分别为规定值以下， 或充电率 (SOC) 的 差为规定值以上时， 进行使两个电池 120、 130 的充电率统一为规定值以上的控制 ( 辅助充 电处理 )， 所以可抑制电池的劣化进度。
此外， 在本实施方式中， 使用的电池的个数为两个， 但并无特别限定。也可以构成 为， 能够将三个以上的电池切换为串联或并联的连接状态。
2010 年 3 月 29 日申请的日本专利特愿 2010-075276 号、 2010 年 3 月 29 日申请的 日本专利特愿 2010-075277 号和 2010 年 3 月 29 日申请的日本专利特愿 2010-075278 号所 包含的说明书、 说明书附图和摘要的公开内容全部引用于本申请。
工业实用性
本发明的车载用电源装置， 作为可实现增大设计自由度和削减安装空间， 并且能 够通过简单且廉价的结构， 高效率地回收车辆减速时的再生能量， 且对电气负载稳定地供 电的车载用电源装置是极其有用的。