СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ Российский патент 2020 года по МПК H02J7/14 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к системе электропитания, включающей в себя два типа аккумуляторных батарей, которые отличаются по долговечности относительно повторения заряда и разряда, и к способу управления системой.

Уровень техники

[0002] JP 2011-234479A раскрывает электрическую цепь для транспортного средства, включающую в себя свинцово-кислотную аккумуляторную батарею (здесь далее также называемую "свинцово-кислотным аккумулятором") и литиево-ионный аккумулятор. Эта электрическая цепь выполняется так, что при автоматическом перезапуске двигателя из остановки на холостом ходу напряжение электропитания транспортного средства падает на мгновение вследствие высокого тока, который протекает через стартерный мотор (стартёр), и, следовательно, с точки зрения защиты части нагрузок электрического оборудования транспортного средства (электрических нагрузок), предусматриваемых на стороне литиево-ионного аккумулятора, подача напряжения на стартерный мотор от литиево-ионного аккумулятора прерывается, и электрическая мощность подается на стартерный мотор только от свинцово-кислотной аккумуляторной батареи.

[0003] В такой электрической цепи, поскольку литиево-ионная аккумуляторная батарея с высокой плотностью мощности или высокой плотностью энергии по сравнению с плотностью энергии свинцово-кислотной аккумуляторной батареи предусматривается в качестве второй аккумуляторной батареи, генерирование мощности генератором переменного тока не повторяется часто, так что долговечность свинцово-кислотной аккумуляторной батареи может быть улучшена.

Сущность изобретения

[0004] Между тем, в электрической цепи, включающей в себя два различных типа аккумуляторных батарей, т.е. свинцово-кислотный аккумулятор и литиево-ионный аккумулятор, аналогично электрической цепи по JP 2011-234479 A, возникают случаи, когда, по запросу (потребности) от электрической нагрузки, выполняется управление для временного увеличения входного напряжения электрической нагрузки (т.е. выходного напряжения электрической цепи, напряжения системы).

[0005] Если имеется этот запрос на увеличение напряжения (здесь далее также называемый "запросом повышения напряжения"), генератор переменного тока, являющийся генератором мощности в электрической цепи, возбуждается для выполнения генерирования мощности. При начале генерирования мощности генератором переменного тока литиево-ионный аккумулятор подключается к электрической нагрузке, и когда его остаточный заряд (SOC: состояние заряда) является низким, литиево-ионный аккумулятор заряжается перед увеличением входного напряжения электрической нагрузки.

[0006] Следовательно, существовала такая проблема, что, в состоянии, когда литиево-ионный аккумулятор подключается в вышеописанной электрической цепи, входное напряжение электрической нагрузки не может быть быстро увеличено в ответ на запрос на повышение напряжения от электрической нагрузки.

[0007] С другой стороны, для того, чтобы избегать такой ситуации, может быть предложено, чтобы в электрической цепи по JP 2011-234479A литиево-ионный аккумулятор отсоединялся (отключался) от системы электрической цепи в нужный момент времени. Однако существует такая проблема, что, если литиево-ионный аккумулятор однажды отключается во время работы электрической цепи, литиево-ионный аккумулятор не может быть легко повторно подключен. Если литиево-ионный аккумулятор отключается, когда от литиево-ионного аккумулятора также требуется выходная мощность вследствие запроса от электрической нагрузки и т.д., существует вероятность ухудшения долговечности свинцово-кислотного аккумулятора.

[0008] Настоящее изобретение было выполнено, принимая во внимание вышеописанные проблемы, и имеет целью предоставление системы электропитания, включающей в себя свинцово-кислотную аккумуляторную батарею и литиево-ионную аккумуляторную батарею, которая может быстро увеличивать напряжение системы без отключения литиево-ионной аккумуляторной батареи при увеличении напряжения системы согласно запросу от электрической нагрузки, и способ управления такой системой электропитания.

[0009] Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, предоставлена система электропитания, которая включает в себя две аккумуляторные батареи, имеющие различные характеристики заряда и разряда (зарядки и разрядки), и является устанавливаемой на транспортном средстве, причем система электропитания имеет свинцово-кислотную аккумуляторную батарею, подключенную к электрической нагрузке; литиево-ионную аккумуляторную батарею, подключенную к электрической нагрузке параллельно со свинцово-кислотной аккумуляторной батареей через две (электрические) линии, являющиеся первой линией и второй линией; генератор мощности, способный заряжать свинцово-кислотную аккумуляторную батарею и литиево-ионную аккумуляторную батарею; первый переключатель, предусмотренный на первой линии; второй переключатель, предусмотренный на второй линии; элемент электрического сопротивления, предусмотренный на второй линии и имеющий значение сопротивления больше сопротивления проводки (жгута) первой линии; и блок управления, выполненный с возможностью управлять включением/выключением генератора мощности и выполнять управление включением/выключением первого и второго переключателей согласно запросу на увеличение напряжения от электрической нагрузки.

Эффект изобретения

[0010] Согласно изобретению, поскольку можно создавать разность потенциалов между напряжением системы и литиево-ионным аккумулятором, при увеличении напряжения системы согласно запросу электрической нагрузки, можно быстро увеличивать напряжение системы при переключении системы без отключения литиево-ионного аккумулятора.

Краткое описание чертежей

[0011] Фиг. 1 - это блок-схема, показывающая общую конфигурацию системы электропитания в первом варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - это временная диаграмма, показывающая управление включением/выключением переключателя основной цепи и переключателя вспомогательной цепи и работу генератора переменного тока во время генерирования мощности в системе электропитания по этому варианту осуществления.

Фиг. 3 - это блок-схема последовательности операций, показывающая процесс переключения переключателей, который выполняется посредством ECM (модуля управления двигателем) системы электропитания по этому варианту осуществления.

Фиг. 4 - это временная диаграмма, показывающая управление включением/выключением переключателя основной цепи и переключателя вспомогательной цепи и работу генератора переменного тока во время генерирования мощности в системе электропитания по сравнительному примеру.

Фиг. 5 - это блок-схема, показывающая общую конфигурацию системы электропитания во втором варианте осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 6 - это блок-схема, показывающая общую конфигурацию системы электропитания в третьем варианте осуществления настоящего изобретения.

Режим выполнения изобретения

[0012] Здесь далее со ссылкой на сопровождающие чертежи будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения.

[0013] (Первый вариант осуществления)

Фиг. 1 - это блок-схема, показывающая общую конфигурацию системы 100 электропитания в первом варианте осуществления настоящего изобретения. Система 100 электропитания по этому варианту осуществления является системой электропитания, которая включает в себя две аккумуляторные батареи, имеющие различные характеристики заряда и разряда, и является устанавливаемой на транспортном средстве. Система 100 электропитания применяется, например, к транспортному средству или т.п., которое оборудовано двигателем, имеющим систему стоп-старт.

[0014] Как показано на фиг. 1, система 100 электропитания по этому варианту осуществления включает в себя свинцово-кислотный аккумулятор (свинцово-кислотную аккумуляторную батарею) 3 и литиево-ионный аккумулятор (литиево-ионную аккумуляторную батарею) 4, которые подключены параллельно относительно электрической нагрузки 50. Дополнительно, система 100 электропитания включает в себя генератор 1 переменного тока (генератор мощности), стартер 2, контроллер 20 литиево-ионного аккумулятора (здесь далее называемый "LBC"), который управляет литиево-ионным аккумулятором 4, и модуль 10 управления двигателем (здесь далее называемый "ECM"), который управляет всей системой 100 электропитания.

[0015] В этом варианте осуществления узел, окруженный пунктирными линиями, целиком сформирован как литиево-ионный аккумуляторный блок P. Литиево-ионный аккумуляторный блок P включает в себя литиево-ионный аккумулятор 4, реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора, два MOSFET (полевых МОП-транзистора) 31, 32 и LBC 20. Дополнительно, в этом варианте осуществления, литиево-ионный аккумуляторный блок P снабжен элементом 60 электрического сопротивления между литиево-ионным аккумулятором 4 и MOSFET 32.

[0016] Система 100 электропитания включает в себя реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора для непосредственного подключения свинцово-кислотного аккумулятора 3 к генератору 1 переменного тока и стартеру 2. Как показано на фиг. 1, свинцово-кислотный аккумулятор 3 подключается к литиево-ионному аккумулятору 4 по первой линии R1 (указанной пунктирной линией на фиг. 1), соединенной с литиево-ионным аккумулятором 4 через реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора и реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора, и по второй линии R2 (указанной штрих-пунктирной линией на фиг. 1), соединенной с литиево-ионным аккумулятором 4 через два MOSFET 31, 32 и элемент 60 электрического сопротивления.

[0017] Таким образом элемент 60 электрического сопротивления имеет один конец, соединенный с одним концом MOSFET 32, и другой конец, присоединенный между реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора и литиево-ионным аккумулятором 4. В системе 100 электропитания по этому варианту осуществления электрическая нагрузка 50 подключена к стороне свинцово-кислотного аккумулятора 3 относительно реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора. Генератор 1 переменного тока и стартер 2 подключены к стороне литиево-ионного аккумулятора 4 относительно реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора.

[0018] Реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора образовано так называемым реле нормально замкнутого типа, которое находится во включенном состоянии (проводящем состоянии), когда катушка не находится под напряжением. Реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора образовано так называемым реле нормально разомкнутого типа, которое находится в выключенном состоянии (непроводящем состоянии), когда катушка не находится под напряжением.

[0019] В этом варианте осуществления первый переключатель по настоящему изобретению реализуется с помощью реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора. С помощью временной диаграммы и блок-цепи последовательности операций далее более подробно будет описана конкретная работа.

[0020] ECM 10 образован микрокомпьютером, включающим в себя центральный процессор (CPU), постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативное запоминающее устройство (RAM) и интерфейс ввода/вывода (I/O-интерфейс). ECM 10 может альтернативно быть образовано множеством микрокомпьютеров. Хотя иллюстрация исключена, ECM 10 функционирует как средство определения в этом варианте осуществления.

[0021] LBC 20 принимает от ECM 10 сигнал, указывающий команду разряда на стартер 2 или электрическую нагрузку 50 или команду на заряд согласно рабочему состоянию двигателя, который не показан. На основе этого сигнала LBC 20 выполняет управление включением/выключением реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора, реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора и MOSFET 31, 32.

[0022] Генератор 1 переменного тока приводится в действие движущей силой двигателя для генерирования (выработки) электрической мощности. При генерировании электрической мощности напряжение генерирования мощности переменным образом управляется посредством LIN (локальной соединительной сетью) связи или жесткой проводки. Генератор 1 переменного тока может также рекуперировать кинетическую энергию транспортного средства в качестве электрической мощности во время замедления транспортного средства. Управление такими генерированием и рекуперацией мощности выполняется посредством ECM 10.

[0023] Стартер 2 предусмотрен рядом с переходом между двигателем и автоматической коробкой передач, которая не показана. Аналогично обычному стартеру для запуска, стартер 2 включает в себя ведущую шестерню, которая перемещается вперед и назад. Когда стартер 2 работает, ведущая шестерня зацепляется с шестерней, предусмотренной на внешней периферии ведущего диска, прикрепленного к ближнему концу коленчатого вала, тем самым выполняя вращение коленчатого вала (запуск двигателя).

[0024] MOSFET 31 подключен таким образом, что переднее направление его паразитного диода совпадает с направлением со стороны литиево-ионного аккумулятора 4 в сторону свинцово-кислотного аккумулятора 3. MOSFET 32 подключен таким образом, что переднее направление его паразитного диода совпадает с направлением со стороны свинцово-кислотного аккумулятора 3 в сторону литиево-ионного аккумулятора 4. Следовательно, когда MOSFET 31, 32 выключены, подача напряжения между свинцово-кислотным аккумулятором 3 и литиево-ионным аккумулятором 4 по второй линии R2 предотвращается. В этом варианте осуществления второй переключатель по настоящему изобретению реализуется посредством MOSFET 31, 32.

[0025] Когда устанавливается заданное условие, LBC 20 на основе команды от ECM 10 включает MOSFET 31, 32 для подключения литиево-ионного аккумулятора 4 к электрической нагрузке 50 и свинцово-кислотному аккумулятору 3 (обеспечивая проведение электричества между ними). Заданное условие является, например, случаем, когда от электрической нагрузки 50 выполняется запрос на увеличение напряжения системы. Для того, чтобы увеличивать напряжение системы, предлагается возбуждать генератор 1 переменного тока и устанавливать напряжение системы на основе напряжения генерирования мощности генератора 1 переменного тока.

[0026] При этом, когда реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора включается, так что литиево-ионный аккумулятор 4 и генератор 1 переменного тока подключаются друг к другу, и когда SOC остаточного заряда литиево-ионного аккумулятора 4 является низким, сгенерированная электрическая мощность генератора 1 переменного тока главным образом используется для заряда литиево-ионного аккумулятора 4, и, следовательно, не представляется возможным быстро увеличивать напряжение системы.

[0027] В этом варианте осуществления, согласно запроса на повышение напряжения, ECM 10 выполняет управление на включение MOSFET 31, 32, являющиеся вторым переключателем, для установления опосредованного электрического подключения через вторую линию R2, включающую в себя элемент 60 электрического сопротивления, и затем на выключение реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора, являющегося первым переключателем, для прерывания первой линии R1, являющейся прямым электрическим подключением между генератором 1 переменного тока и литиево-ионным аккумулятором 4. Следовательно, даже когда генератор 1 переменного тока возбуждается, поскольку ток заряда протекает к литиево-ионному аккумулятору 4 через элемент 60 электрического сопротивления, можно уменьшать скорость заряда литиево-ионного аккумулятора 4 и увеличивать напряжение системы до значения, которое выше напряжения литиево-ионного аккумулятора 4 на значение, соответствующее падению напряжения на элементе 60 электрического сопротивления.

[0028] В системе 100 электропитания по этому варианту осуществления с помощью управления, выполняемого посредством ECM 10 таким способом, можно быстро увеличивать напряжение системы (т.е. входное напряжение электрической нагрузки 50) в ответ на запрос на повышение напряжения.

[0029] Поскольку предусматривается элемент 60 электрического сопротивления, электрическое сопротивление второй линии R2 больше электрического сопротивления первой линии R1. Следовательно, если MOSFET 31, 32 включаются, делая вторую линию R2 токопроводящей при обычном управлении, через элемент 60 электрического сопротивления возникают потери энергии. Чтобы избежать такой проблемы, электрическая линия может быть быстро переключена со второй линии R2 на первую линию R1 при таком условии, что напряжение литиево-ионного аккумулятора 4 становится равным или выше заданного напряжения, или что запрос на повышение напряжения завершен.

[0030] Аналогично, электрическая линия также может быть быстро переключена со второй линии R2 на первую линия R1, когда SOC литиево-ионного аккумулятора 4 становится равным или выше заданного значения, или когда подключение литиево-ионного аккумулятора 4 через первую линию R1 допускается при другом условии.

[0031] Далее, с помощью временной диаграммы, показанной на фиг. 2, будет описана работа системы 100 электропитания по этому варианту осуществления. На фиг. 2 показывается главным образом работа до возбуждения генератора 1 переменного тока, что является особенностью настоящего изобретения, в то время как иллюстрация переключения со второй линии R2 на первую линию R1 и работа до остановки генератора 1 переменного тока пропускается. Дополнительно, интервал между временем t1 и временем t4 показан шире фактического. Предполагается, что условие для подключения литиево-ионного аккумулятора 4 через вторую линию R2 всегда удовлетворяется в течение периода, показанного на временной диаграмме (см. график для Условия подключения Li-ионного аккумулятора на верху на фиг. 2).

[0032] Фиг. 2 является временной диаграммой, показывающей управление включением/выключением переключателя основной цепи (первого переключателя) и переключателя вспомогательной цепи (второго переключателя) и работу генератора 1 переменного тока во время генерирования мощности в системе 100 электропитания по этому варианту осуществления. На фиг. 2 SW (переключатель) основной цепи представляет реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора, являющееся первым переключателем, а SW (переключатель) вспомогательной цепи SW представляет MOSFET 31, 32, являющиеся вторым переключателем.

[0033] Когда от электрической нагрузки 50 в ECM 10 в момент времени t1 выводится запрос на повышение напряжения, ECM 10 сначала в момент времени t2 включает MOSFET 31, 32, являющиеся SW вспомогательной цепи, так что вторая линия R2 проводит ток. Следовательно, первая линия R1 и вторая линия R2, обе, мгновенно подключаются к электрической нагрузке 50. Поскольку элемент 60 электрического сопротивления предусмотрен на второй линии R2, ток разряда литиево-ионного аккумулятора 4 в этом состоянии протекает к электрической нагрузке 50 через первую линия R1.

[0034] Затем в момент времени t3 ECM 10 выключает реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора, являющееся SW основной цепи, так что проводимость первой линии R1 прерывается.

[0035] В этом состоянии ток разряда литиево-ионного аккумулятора 4 протекает к электрической нагрузке 50 через вторую линию R2, а выходное напряжение свинцово-кислотного аккумулятора 3 уменьшается на значение, соответствующее падению напряжения на элементе 60 электрического сопротивления (см. график Напряжения на фиг. 2). Соответственно, входное напряжение электрической нагрузки 50, являющееся напряжением системы, также временно уменьшается.

[0036] Затем, по истечении заданного времени, в момент времени t4 ECM 10 возбуждает генератор 1 переменного тока, переключая систему 100 электропитания из режима заряда (фазы зарядки) в режим генерирования мощности (фазу генерирования мощности).

[0037] В этом случае ECM 10 выводит командное значение напряжения для генератора 1 переменного тока, и генератор 1 переменного тока возбуждается и управляется так, что напряжение системы достигает командного значения напряжения. Фактическое выходное напряжение генератора 1 переменного тока растет позже командного значения напряжения, и следом за этим напряжение системы, т.е. входное напряжение электрической нагрузки 50, и напряжение на выводах свинцово-кислотного аккумулятора 3 также увеличивается. Напряжение на выводах литиево-ионного аккумулятора 4 увеличивается до значения напряжения, которое ниже напряжения системы на значение, соответствующее падению напряжения на элементе 60 электрического сопротивления.

[0038] Выходной ток генератора 1 переменного тока увеличивается вместе с увеличением выходного напряжения, но поскольку ток, который протекает через электрическую нагрузку 50, является приблизительно неизменным, часть этого выходного тока становится зарядными токами для свинцово-кислотного аккумулятора 3 и литиево-ионного аккумулятора 4.

[0039] Хотя иллюстрация исключена, когда напряжение на выводах литиево-ионного аккумулятора 4 становится равным или выше запрашиваемого напряжения для электрической нагрузки 50, или когда запрос на повышение напряжения от электрической нагрузки 50 завершается, ECM 10 включает реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора и выключает MOSFET 31, 32, тем самым выполняя управление на переключение со второй линии R2 на первую линию R1.

[0040] Когда SOC литиево-ионного аккумулятора 4 становится равным или больше заданного значения (здесь, например, заданного верхнего предельного значения), ECM 10 прекращает возбуждение генератора 1 переменного тока. В этом варианте осуществления, также, когда SOC литиево-ионного аккумулятора 4 достигло заданного значения, ECM 10 может включать реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора и выключать MOSFET 31, 32, тем самым осуществляя переключение со второй линии R2 на первую линию R1.

[0041] Далее будет описана работа системы 100 электропитания по этому варианту осуществления. Фиг. 3 является блок-схемой последовательности операций, показывающей процесс переключения переключателей, который выполняется посредством ECM 10 системы 100 электропитания по этому варианту осуществления. Процесс переключения переключателей выполняется с заданным интервалом времени (например, каждые 10 миллисекунд), в то время как транспортное средство, оборудованное системой 100 электропитания, эксплуатируется.

[0042] В процессе переключения переключателей ECM 10 сначала определяет, имеется или нет запрос на повышение напряжения от электрической нагрузки 50 (этап S101). Если ECM 10 определяет, что не имеется запроса на повышение напряжения, ECM 10 заканчивает процесс переключения переключателей, как он есть.

[0043] С другой стороны, если ECM 10 определяет, что имеется запрос на повышение напряжения, ECM 10 выполняет процесс переключения с основной цепи на вспомогательную цепь. Т.е. ECM 10 включает MOSFET 31, 32, являющиеся вторым переключателем (переключателем вспомогательной цепи) (этап S102), и выключает реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора, являющееся первым переключателем (переключателем основной цепи) (этап S103). Затем, по прошествии заданного времени, когда напряжение в системе 100 электропитания стабилизируется, ECM 10 возбуждает (включает) генератор 1 переменного тока для переключения системы 100 электропитания из режима разряда в режим заряда (этап S104).

[0044] Затем ECM 10 определяет, завершен или нет запрос на повышение напряжения от электрической нагрузки 50, и определяет, действительно или нет напряжение на выводах литиево-ионного аккумулятора 4 равно или выше запрашиваемого напряжения для электрической нагрузки 50 (этап S105). Если ECM 10 определяет, что запрос на повышение напряжения завершен, или определяет, что напряжение на выводах литиево-ионного аккумулятора 4 равно или выше запрашиваемого напряжения, ECM 10 переводит последовательность операций процесса к этапу S107 для выполнения процесса переключения со вспомогательной цепи на основную цепь.

[0045] С другой стороны, если ECM 10 определяет, что запрос на повышение напряжения не завершен, и определяет, что напряжение на выводах литиево-ионного аккумулятора 4 не равно или не выше запрашиваемого напряжения, ECM 10 определяет, допускает или нет литиево-ионный аккумулятор 4 подключение к первой линии R1 на стороне основной цепи при другом условии (этап S106).

[0046] Если ECM 10 определяет на этапе S106, что литиево-ионный аккумулятор 4 не допускает возможности подключения к первой линии R1 на стороне основной цепи при другом условии, ECM 10 повторяет определение на этапах S105 и S106 до тех пор, пока какое-либо из условий не будет установлено.

[0047] Если ECM 10 определяет на этапе S105, что запрос на повышение напряжения завершен, определяет на этапе S105, что напряжение на выводах литиево-ионного аккумулятора 4 равно или выше запрашиваемого напряжения, или определяет на этапе S106, что литиево-ионный аккумулятор 4 допускает возможность подключения к первой линии R1 на стороне основной цепи при другом условии, ECM 10 включает реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора, являющееся первым переключателем (переключателем основной цепи) (этап S107), и выключает MOSFET 31, 32, являющиеся вторым переключателем (переключателем вспомогательной цепи) (этап S108). Следовательно, система 100 электропитания переключается с подключения по вспомогательной цепи через вторую линию R2 на подключение по основной цепи через первую линия R1.

[0048] Затем ECM 10 определяет, действительно или нет SOC литиево-ионного аккумулятора 4 равно или больше заданного значения (этап S109). В качестве этого заданного значения используется, например, верхнее предельное значение SOC во время работы литиево-ионного аккумулятора 4 или т.п.

[0049] Если ECM 10 определяет, что SOC литиево-ионного аккумулятора 4 меньше заданного значения, ECM 10 повторяет определение на этапе S109 до тех пор, пока SOC литиево-ионного аккумулятора 4 не станет равным или больше заданного значения.

[0050] С другой стороны, если ECM 10 определяет, что SOC литиево-ионного аккумулятора 4 равно или больше заданного значения, ECM 10 прекращает (выключает) возбуждение генератора 1 переменного тока (этап S110) и заканчивает процесс переключения переключателей.

[0051] Как описано выше, система 100 электропитания по этому варианту осуществления является системой 100 электропитания, которая включает в себя две аккумуляторные батареи, имеющие различные характеристики заряда и разряда, и является устанавливаемой на транспортном средстве, при этом система 100 электропитания выполняется включающей в себя свинцово-кислотный аккумулятор 3 (свинцово-кислотную аккумуляторную батарею), подключенный к электрической нагрузкой 50, литиево-ионный аккумулятор 4 (литиево-ионную аккумуляторную батарею), соединенный с электрической нагрузкой 50 параллельно со свинцово-кислотным аккумулятором 3 через две линии, являющиеся первой линией R1 и второй линией R2, генератор 1 переменного тока (генератор мощности), способный заряжать свинцово-кислотный аккумулятор 3 и литиево-ионный аккумулятор 4, реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора (первый переключатель), предусмотренное на первой линии R1, MOSFET 31, 32 (второй переключатель), предусмотренные на второй линии R2, элемент 60 электрического сопротивления, предусмотренный на второй линии R2 и имеющий значение сопротивления больше сопротивления жгута первой линии R1, и ECM 10 (средство управления), которое управляет включением/выключением генератора 1 переменного тока и выполняет управление включением/выключением реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора и MOSFET 31, 32 согласно запроса на повышение напряжения (запросу на увеличение напряжения) от электрической нагрузки 50.

[0052] В этом варианте осуществления, за счет выполнения системы 100 электропитания таким способом ECM 10 включает MOSFET 31, 32, являющиеся вторым переключателем, и выключает реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора, являющееся первым переключателем, согласно запроса на повышение напряжения от электрической нагрузки 50, тем самым переключая электрическую линию с первой линии R1 на вторую линию R2, и затем возбуждает генератор 1 переменного тока. Следовательно, сгенерированная электрическая мощность генератора 1 переменного тока подается на электрическую нагрузку 50, а также используется для заряда литиево-ионного аккумулятора 4. В этом случае, поскольку на второй линии R2 предусматривается элемент 60 электрического сопротивления, во время заряда литиево-ионного аккумулятора 4 можно быстро увеличивать напряжение системы (входное напряжение электрической нагрузки 50) на значение, соответствующее падению напряжения, которое вызывается протеканием тока заряда.

[0053] Таким образом, согласно системе 100 электропитания по этому варианту осуществления, поскольку между напряжением системы (входным напряжением электрической нагрузки 50) и литиево-ионным аккумулятором 4 с помощью элемента 60 электрического сопротивления, предусмотренного на второй линии R2, можно получать разность потенциалов, при увеличении напряжения системы согласно запроса электрической нагрузки 50 можно быстро увеличивать напряжение системы (входное напряжение электрической нагрузки 50) при переключении системы без отключения литиево-ионного аккумулятора 4.

[0054] В системе 100 электропитания по этому варианту осуществления ECM 10 (блок управления) также функционирует в качестве блока определения, который определяет присутствие или отсутствие запроса на повышение напряжения (запроса на увеличение напряжения). Когда определяется, что присутствует запрос на повышение напряжения от электрической нагрузки 50, ECM 10 конфигурируется (выполняется с возможностью) на включение MOSFET 31, 32 (второй переключатель) и выключение реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора (первый переключатель), и затем переключение генератора 1 переменного тока (генератор мощности) в режим генерирования мощности. Следовательно, согласно запроса на повышение напряжения, во время заряда литиево-ионного аккумулятора 4 можно быстро увеличивать напряжение системы (входное напряжение электрической нагрузки 50) на значение, соответствующее падению напряжения, которое вызывается протеканием тока заряда.

[0055] В системе 100 электропитания по этому варианту осуществления первый переключатель может быть образован любым из упомянутых двух реле, т.е. реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора и реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора. В этом варианте осуществления первый переключатель образован реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора. Следовательно, первая линия R1 на стороне основной цепи может быть правильно прервана.

[0056] В системе 100 электропитания по этому варианту осуществления один конец MOSFET 31, 32, являющихся вторым переключателем (один конец MOSFET 32 на фиг. 1), подсоединяется между реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора, являющимся одним из двух реле, которые могут образовывать первый переключатель, и литиево-ионным аккумулятором 4 (литиево-ионной аккумуляторной батареей). Следовательно, реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора и MOSFET 31, 32 могут соответственно удовлетворять функции первого переключателя и второго переключателя.

[0057] В системе 100 электропитания по этому варианту осуществления, в качестве элемента электрического сопротивления, который предусматривается на второй линии R2, может быть элемент 60 электрического сопротивления с фиксированным значением сопротивления или сопротивлением жгута самой второй линии R2. Например, если используется сопротивление жгута второй линии R2, это сопротивление жгута может быть задано примерно вдвое больше сопротивления жгута первой линии R1. В частности, если сопротивление жгута первой линии R1 составляет примерно 3-5 мОм, сопротивление жгута второй линии R2 может быть задано примерно как 5-10 мОм. Если предусматривается элемент 60 электрического сопротивления с фиксированным значением сопротивления, это значение сопротивления может быть задано примерно как 2-5 мОм, так что значение сопротивления второй линии R2 в целом становится примерно 5-10 мОм, описанным выше. Это обусловлено тем, что, если предусматривается элемент 60 электрического сопротивления со значением сопротивления, которое является слишком большим, становится большой потеря энергии вследствие потери в меди.

[0058] Способ управления системой 100 электропитания по этому варианту осуществления является таким, что в системе 100 электропитания, включающей в себя свинцово-кислотный аккумулятор 3 (свинцово-кислотную аккумуляторную батарею), подключенный к электрической нагрузке 50, литиево-ионный аккумулятор 4 (литиево-ионную аккумуляторную батарею), подключенный к электрической нагрузке 50 параллельно со свинцово-кислотным аккумулятором 3 через две электрические линии, являющиеся первой линией R1 и второй линией R2, генератор 1 переменного тока (генератор мощности), способный заряжать свинцово-кислотный аккумулятор 3 и литиево-ионный аккумулятор 4, реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора (первый переключатель), предусмотренное на первой линии R1, MOSFET 31, 32 (второй переключатель), предусмотренные на второй линии R2, и элемент 60 электрического сопротивления, предусмотренный на второй линии R2 и имеющий значение сопротивления больше сопротивления жгута первой линии R1, способ конфигурируется включающим этап определения наличия или отсутствия запроса на повышение напряжения (запроса на увеличение напряжения) от электрической нагрузки 50, этап включения MOSFET 31, 32, являющихся вторым переключателем, и выключения реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора, являющегося первым переключателем, если определяется, что запрос на повышение напряжения присутствует, и этап переключения генератора 1 переменного тока в режим генерирования мощности после этапа включения/выключения переключателей. При конфигурировании способа управления системой 100 электропитания таким образом, сгенерированная электрическая мощность генератора 1 переменного тока подается на электрическую нагрузку 50, а также используется для заряда литиево-ионного аккумулятора 4. В этом случае, поскольку на второй линии R2 предусматривается элемент 60 электрического сопротивления, во время заряда литиево-ионного аккумулятора 4 можно быстро увеличивать напряжение системы (входное напряжение электрической нагрузки 50) на значение, соответствующее падению напряжения, которое вызывается протеканием тока заряда.

[0059] (Сравнительный пример)

Здесь далее, для того, чтобы разъяснить действие и эффект системы 100 электропитания по первому варианту осуществления, с помощью временной диаграммы на фиг. 4 будет описано управление традиционной системой электропитания. Фиг. 4 - это временная диаграмма, показывающая управление включением/выключением переключателя основной цепи и переключателя вспомогательной цепи и работу генератора переменного тока во время генерирования мощности в системе электропитания по сравнительному примеру.

[0060] Как показано на фиг. 4, в системе электропитания по сравнительному примеру переключатель основной цепи всегда включен, а переключатель вспомогательной цепи всегда выключен. Т.е. система электропитания по сравнительному примеру может иметь конфигурацию аппаратных средств, эквивалентную конфигурации аппаратных средств, в которой на фиг. 1 удалена монтажная схема (проводка), включающая в себя MOSFET 31, 32 и элемент 60 электрического сопротивления на второй линии R2.

[0061] В этой системе электропитания, согласно запросу на повышение напряжения от электрической нагрузки, генератор переменного тока возбуждается для переключения системы электропитания из режима разряда (фазы разряда) в режим генерирования мощности (фазу генерирования мощности) без переключения электрической линии.

[0062] В этом случае генератор переменного тока возбуждается и управляется так, что напряжение системы достигает командного значения напряжения. Фактическое выходное напряжение генератора переменного тока растет позже командного значения напряжения, и, следом за этим также увеличиваются напряжение системы, т.е. входное напряжение электрической нагрузки, напряжение на выводах литиево-ионного аккумулятора и напряжение на выводах свинцово-кислотного аккумулятора.

[0063] В системе электропитания по сравнительному примеру, если SOC литиево-ионного аккумулятора является низким, поскольку ток, который протекает через электрическую нагрузку, является приблизительно неизменным, часть выходного тока генератора переменного тока становится зарядными токами для свинцово-кислотного аккумулятора 3 и литиево-ионного аккумулятора 4.

[0064] Поскольку система электропитания по сравнительному примеру не включает в себя элемент 60 электрического сопротивления системы 100 электропитания по первому варианту осуществления, напряжение системы не увеличивается до тех пор, пока литиево-ионный аккумулятор не будет заряжен до некоторой степени. Следовательно, даже если имеется запрос на повышение напряжения от электрической нагрузки, не представляется возможным быстро увеличивать напряжение системы.

[0065] (Второй вариант осуществления)

Здесь далее будет описан второй вариант осуществления настоящего изобретения, главным образом относительно моментов отличия от первого варианта осуществления. В этом варианте осуществления те же самые символы будут назначены узлам, которые выполняют те же самые функции, что и узлы по первому варианту осуществления, тем самым пропуская дублирующее описание при необходимости.

[0066] В вышеописанной системе 100 электропитания по первому варианту осуществления генератор 1 переменного тока подключается к стороне литиево-ионного аккумулятора 4 относительно реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора, и элемент 60 электрического сопротивления предусматривается на второй линии R2. Второй вариант осуществления отличается от первого варианта осуществления в том, что генератор 1 переменного тока подключается к стороне электрической нагрузки 50 относительно реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора, и что вместо элемента 60 электрического сопротивления предусматривается датчик 61 тока, который функционирует в качестве шунтирующего сопротивления.

[0067] Фиг. 5 - это блок-схема, показывающая общую конфигурацию системы 101 электропитания во втором варианте осуществления настоящего изобретения. В системе 101 электропитания по этому варианту осуществления генератор 1 переменного тока подключается к электрической нагрузке 50 не через реле или т.п.

[0068] В системе 101 электропитания по этому варианту осуществления, аналогично системе 100 электропитания по первому варианту осуществления, если имеется запрос на повышение напряжения от электрической нагрузки 50, ECM 10 включает MOSFET 31, 32 и затем выключает реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора. Следовательно, в системе 101 электропитания подключение между литиево-ионным аккумулятором 4 и электрической нагрузкой 50 переключается с первой линии R1 на вторую линию R2.

[0069] Затем ECM 10 возбуждает генератор 1 переменного тока. В этом варианте осуществления часть выходного тока генератора 1 переменного тока вводится в литиево-ионный аккумулятор 4 через вторую линию R2, снабженную датчиком 61 тока, который также функционирует в качестве шунтирующего сопротивления, тем самым заряжая литиево-ионный аккумулятор 4.

[0070] В этом случае напряжение системы становится выше напряжения литиево-ионного аккумулятора 4 на значение, соответствующее падению напряжения, которое вызывается током заряда, протекающим через датчик 61 тока. Следовательно, также в этом варианте осуществления, аналогично первому варианту осуществления, можно быстро увеличивать напряжение системы в ответ на запрос на повышение напряжения от электрической нагрузки 50. Таким образом, согласно системе 101 электропитания по этому варианту осуществления, можно добиваться того же эффекта, что и для системы 100 электропитания по первому варианту осуществления.

[0071] В системе 101 электропитания по этому варианту осуществления первый переключатель может быть образован любым из двух реле, т.е. реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора и реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора. В этом варианте осуществления, аналогично первому варианту осуществления, первый переключатель образован с помощью реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора.

[0072] В системе 101 электропитания по этому варианту осуществления вместо элемента 60 электрического сопротивления по первому варианту осуществления используется датчик 61 тока, который также функционирует в качестве шунтирующего сопротивления. В этом случае также можно быстро увеличивать напряжение системы на значение, соответствующее падению напряжения, которое вызывается протеканием тока заряда через датчик 61 тока.

[0073] (Третий вариант осуществления)

Здесь далее будет описан третий вариант осуществления настоящего изобретения, главным образом относительно моментов отличия от второго варианта осуществления. В этом варианте осуществления те же самые символы будут назначены узлам, которые выполняют те же самые функции, что и узлы по первому варианту осуществления, тем самым пропуская дублирующее описание при необходимости.

[0074] В вышеописанной системе 101 электропитания по второму варианту осуществления датчик 61 тока предусматривается на второй линии R2, и один конец MOSFET 32 подключается между литиево-ионным аккумулятором 4 и реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора через датчик 61 тока. Третий вариант осуществления отличается от второго варианта осуществления в том, что элемент 60 электрического сопротивления предусматривается аналогично первому варианту осуществления вместо датчика 61 тока, который функционирует в качестве шунтирующего сопротивления, и что один конец MOSFET 32 подключается между реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора и реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора через элемент 60 электрического сопротивления.

[0075] Фиг. 6 - это блок-схема, показывающая общую конфигурацию системы 102 электропитания в третьем варианте осуществления настоящего изобретения. В системе 102 электропитания по этому варианту осуществления один конец MOSFET 32 подключается между реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора и реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора через элемент 60 электрического сопротивления.

[0076] В этом варианте осуществления, с таким различием в конфигурации аппаратных средств, первый переключатель по настоящему изобретению реализуется с помощью реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора. Конкретное действие будет описано подробно, в то время как временная диаграмма и блок-схема последовательности операций пропускаются.

[0077] В системе 102 электропитания по этому варианту осуществления, если имеется запрос на повышение напряжения от электрической нагрузки 50, ECM 10 включает MOSFET 31, 32 и затем выключает реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора. Следовательно, в системе 102 электропитания подключение между литиево-ионным аккумулятором 4 и электрической нагрузкой 50 переключается с первой линии R1 на вторую линию R2.

[0078] Затем ECM 10 возбуждает генератор 1 переменного тока. В этом варианте осуществления часть выходного тока генератора 1 переменного тока вводится в литиево-ионный аккумулятор 4 через вторую линию R2, снабженную элементом 60 электрического сопротивления, и через реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора, тем самым заряжая литиево-ионный аккумулятор 4.

[0079] В этом случае напряжение системы становится выше напряжения литиево-ионного аккумулятора 4 на значение, соответствующее падению напряжения, которое вызывается протеканием тока заряда через элемент 60 электрического сопротивления. Следовательно, также в этом варианте осуществления, аналогично первому и второму вариантам осуществления, можно быстро увеличивать напряжение системы в ответ на запрос на повышение напряжения от электрической нагрузки 50. Таким образом, согласно системе 102 электропитания по этому варианту осуществления, можно добиваться того же результата, что и для системы 100 электропитания по первому варианту осуществления.

[0080] В системе 102 электропитания по этому варианту осуществления первый переключатель может быть образован любым из двух реле, т.е. реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора и реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора. В этом варианте осуществления, в отличие от первого варианта осуществления и второго варианта осуществления, первый переключатель образован реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора.

[0081] В системе 102 электропитания по этому варианту осуществления один конец MOSFET 31, 32, являющихся вторым переключателем (один конец MOSFET 32 на фиг. 6), может быть подключен между реле 41 линии свинцово-кислотного аккумулятора и реле 42 аксессуаров литиево-ионного аккумулятора, являющимися двумя реле первого переключателя, непосредственно или опосредованно через элемент 60 электрического сопротивления.

[0082] В то время как выше были описаны варианты осуществления настоящего изобретения, вышеописанные варианты осуществления показывают лишь часть примеров применения настоящего изобретения и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения конкретными конфигурациями вышеописанных вариантов осуществления.

[0083] В вышеописанных первом - третьем вариантах осуществления описание было приведено для случая, когда системы 100, 101, 102 электропитания, каждая, включают в себя два MOSFET 31, 32 в качестве второго переключателя по настоящему изобретению. Однако, настоящее изобретение не ограничивается такой конфигурацией аппаратных средств. В системе электропитания по настоящему изобретению, например, второй переключатель может быть образован единственным MOSFET 31. Альтернативно, вместо MOSFET 31, 32, второй переключатель может быть реализован с помощью механического или электрического переключателя, имеющего функцию включения/выключения, программы ECM 10 или т.п.

[0084] Настоящая заявка заявляет приоритет японской патентной заявки № 2016-056445, зарегистрированной Японским патентным ведомством 22 марта 2016 года, и все содержимое которой включено сюда посредством ссылки.

Использование: в области электротехники. Технический результат - быстрое увеличение напряжения системы без отключения литиево-ионной аккумуляторной батареи при увеличении напряжения системы согласно запросу от электрической нагрузки. Система электропитания включает в себя две аккумуляторные батареи, имеющие различные характеристики заряда и разряда, и является устанавливаемой на транспортном средстве. Система электропитания содержит: свинцово-кислотную аккумуляторную батарею, подключенную к электрической нагрузке; литиево-ионную аккумуляторную батарею, подключенную к электрической нагрузке параллельно со свинцово-кислотной аккумуляторной батареей через две электрические линии, являющиеся первой линией и второй линией; генератор мощности, способный заряжать свинцово-кислотную аккумуляторную батарею и литиево-ионную аккумуляторную батарею; первый переключатель, предусмотренный на первой линии; второй переключатель, предусмотренный на второй линии; элемент электрического сопротивления, предусмотренный на второй линии и имеющий значение сопротивления больше сопротивления жгута первой линии; и блок управления, выполненный с возможностью управлять включением/выключением генератора мощности и выполнять управление включением/выключением первого и второго переключателей согласно запросу на увеличение напряжения от электрической нагрузки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Система электропитания, которая является устанавливаемой на транспортном средстве, содержащая:

литиево-ионную аккумуляторную батарею, подключенную к электрической нагрузке через две электрические линии, являющиеся первой линией и второй линией;

электрогенератор, способный заряжать литиево-ионную аккумуляторную батарею;

первый переключатель, предусмотренный на первой линии;

элемент электрического сопротивления, предусмотренный на второй линии; и

блок управления, выполненный с возможностью управлять включением/выключением электрогенератора и выполнять управление включением/выключением первого переключателя,

при этом блок управления выполнен с возможностью выключать первый переключатель в соответствии с запросом на увеличение напряжения от электрической нагрузки с тем, чтобы прекращалась подача мощности на литиево-ионную аккумуляторную батарею через первую линию от электрогенератора, и

при этом блок управления выполняется с возможностью переключать электрогенератор в режим генерирования мощности, в котором увеличивается входное напряжение электрической нагрузки, с тем чтобы мощность, генерируемая электрогенератором, подается на литиево-ионную аккумуляторную батарею через вторую линию.

2. Система электропитания по п. 1, в которой:

блок управления содержит блок определения, выполненный с возможностью определять присутствие или отсутствие запроса на увеличение напряжения; и,

блок управления выполнен с возможностью выключать первый переключатель и затем переключать электрогенератор в режим генерирования мощности, если блок определения определил, что присутствует запрос на увеличение напряжения.

3. Система электропитания по п. 1, дополнительно содержащая:

свинцово-кислотную аккумуляторную батарею, которая подключена к электрической нагрузке, причем свинцово-кислотная аккумуляторная батарея имеет характеристики заряда и разряда, отличающиеся от литиево-ионной аккумуляторной батареи, и свинцово-кислотная аккумуляторная батарея подключена к электрической нагрузке параллельно с литиево-ионной аккумуляторной батареей; и

при этом второй переключатель предусмотрен на второй линии и выполнен с возможностью управляться блоком управления,

при этом значение сопротивления элемента электрического сопротивления больше сопротивления жгута первой линии.

4. Система электропитания по п. 3, в которой первый переключатель образован по меньшей мере одним из двух реле.

5. Система электропитания по п. 4, в которой один конец второго переключателя непосредственно или опосредованно подключен между двумя реле.

6. Система электропитания по п. 4, в которой один конец второго переключателя подключен между одним из двух реле первого переключателя и литиево-ионной аккумуляторной батареей.

7. Система электропитания по любому из пп. 1, 2, 4, 5 и 6, в которой элемент электрического сопротивления образован элементом электрического сопротивления с фиксированным значением сопротивления, сопротивлением жгута второй линии или датчиком тока.

8. Способ управления системой электропитания, включающей в себя:

литиево-ионную аккумуляторную батарею, подключенную к электрической нагрузке через две электрические линии, являющиеся первой линией и второй линией;

электрогенератор, выполненный с возможностью заряжать свинцово-кислотную аккумуляторную батарею и литиево-ионную аккумуляторную батарею;

первый переключатель, предусмотренный на первой линии; и

электрическое сопротивление, предусмотренное на второй линии,

при этом способ содержит этапы, на которых:

определяют наличие или отсутствие запроса на увеличение напряжения от электрической нагрузки;

выключают первый переключатель, если определено, что запрос на увеличение напряжения присутствует, так что прекращается подача мощности на литиево-ионную аккумуляторную батарею через первую линия от электрогенератора; и

переключают, после выключения, электрогенератор в режим генерирования мощности, в котором увеличивается входное напряжение электрической нагрузки, так что мощность от электрогенератора подается на литиево-ионную аккумуляторную батарею через вторую линию.