CN101395789A - 电源系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源系统及其方法，当由能够双向电压转换的电压转换装置切换电压转换方向时，不发生电功率供应的瞬时中断。电源系统包括：双向切换调节器(30)，在从低压系统到高压系统的升压方向上进行电压转换和在从高压系统到低压系统的降压方向上进行电压转换之间选择性地进行切换；以及线性调节器(35)，与双向切换调节器并联连接，其沿降压方向转换电压。在电流沿降压方向流经线性调节器(35)后，流经双向切换调节器的电流方向从升压方向切换到降压方向。

Description

电源系统及其方法

技术领域

【1】本发明涉及具有多个电源的电源系统以及控制电源系统的方法。

背景技术

【2】日本专利申请公布No.JP-A-2002-176704描述了一种电源控制装置，其采用两种不同电压系统的多个电池。在一些情况下，采用多个电能存储装置的电源控制装置(包括JP-A-2002-176704中描述的电源控制装置)通过电压转换器(诸如DC/DC转换器)将第一电能存储装置的电压转换成第二电能存储装置的电压，由此对第二电能存储装置进行充电或将电功率供应到其直接电源是第二电能存储装置的电负载。

【3】但是，在能够在不同电压系统之间双向交换(exchange)电流的上述现有技术中，当电压转换器将电压转换的方向切换到相反方向时，由于切换操作引起的时滞，电流供应瞬时中断。因此，避免中断的系统需要有效的措施来防止中断。

【4】与此有关，JP-A-2002-176704描述了用于切换电压转换方向的条件，但是其没有公开或说明上述问题的解决方法。

发明内容

【5】本发明提供一种电源系统以及用于电源的方法，其在由电压转换装置切换电压转换方向时防止电源供应的瞬时中断。

【6】根据本发明电源系统的第一方面的包括一种电源系统，其特征在于，包括：第一电压转换装置，在从第一电压系统到第二电压系统的第一方向的电压转换和从所述第二电压系统到所述第一电压系统的第二方向的电压转换之间进行选择性地切换；以及

第二电压转换装置，与所述第一电压转换装置并联连接，其沿所述第二方向转换电压。具体而言，在电流沿所述第二方向开始流经所述第二电压转换装置后，流经所述第一电压转换装置的电流方向从所述第一方向切换到所述第二方向。

【7】即，在上述方面的电源系统中，当切换第一电压转换装置的电流方向时，仅在电流已经沿第二方向开始流经第二电压转换装置后，将电流的方向从第一方向切换到第二方向。因此，当第一电压转换装置中的电功率的传递方向从第一方向切换到第二方向时，电流已经开始沿第二方向流经第二电压转换装置。因此，本发明的第二电源系统可以经由第一电压转换装置防止电功率供应的中断。

【8】另外，本发明第一方面的电源系统还包括：故障检测器，检测所述第一电压系统中的故障；以及切换控制器，如果所述故障检测器检测到所述第一电压系统中的故障，所述切换控制器输出命令信号，以将流经所述第一电压转换装置的电流方向从所述第一方向切换到所述第二方向。具体而言，在电流方向已经基于所述切换控制器输出的所述命令信号而从所述第一方向切换到所述第二方向后，所述第一电压转换装置开始使得电流沿所述第二方向流动，并且，当所述第一电压系统的电压变得等于或低于预定输出电压时，所述第二电压转换装置开始使得电流沿所述第二方向流动。

【9】为了使电流沿第二方向流经第一电压转换装置，需要在检测到故障后切换电流的方向。但是，为了使电路沿第二方向流经第二电压转换装置，不需要切换电流的方向。因此，如果使得电流沿第二方向流经第二电压转换装置，没有与切换电流方向相关的时间滞后。即，与使得电流沿第二方向流经第一电压转换装置相比，使得电流沿第二方向流经第二电压转换装置可以使得电流开始沿第二方向更快速地流动。

【10】电源系统还包括：电流检测器，检测沿所述第二方向流经所述第二电压转换装置的电流；其中，如果所述电流检测器检测到等于或高于预定值的电流，则所述故障检测器判定所述第一电压系统中已经发生故障。

【11】如果第一电压系统中发生故障，则第一电压系统的电压开始下降。因此，通过检测流经第二电压转换装置(设置用于使得电流在第一电压系统的电压变得等于或低于预定输出电压的时间点开始流动)的电流，可以检测第一电压系统中的任何故障。

【12】此外，本发明该方面的电源系统还具有这样的构造，其中，电流沿所述第二方向流经沿所述第二方向具有更大输出电压的所述第一电压转换装置或所述第二电压转换装置。另外，为所述第一电压转换装置设定的沿所述第二方向的目标输出电压大于为所述第二电压转换装置设定的沿所述第二方向的目标输出电压。

【13】当流经第一电压转换装置的电流方向从第一方向切换到第二方向时，使得电流沿第二方向流动的电压转换装置可以快速地从第二电压转换装置切换到第一电压转换装置。即，使得电流沿第二方向流经第一电压转换装置被赋予优先级，并且使得电流沿第二方向流经第二电压转换装置可以限制到较短时间。

【14】第一电压转换装置的具体示例是切换调节器，并且第二电压转换装置的具体示例时线性调节器或电阻器。

附图说明

【15】参考附图，可以通过下面示例性实施例的描述清楚明白本发明的上述以及其它目的、特征和优点，其中相似的标号用于表示相似的元件，其中：

图1是示出本发明的车载电源系统的第一实施例的示意图。

图2示出双向切换调节器30的具体示例。

图3是示出本发明的车载电源系统的第二实施例的示意图。

图4是示出本发明的车载电源系统的第三实施例的示意图。

具体实施方式

【16】下面，参考附图，描述本发明的示例性实施例。图1是示出本发明的车载电源系统的第一实施例的示意图。安装车载电源系统的车辆装配有：作为高压系统(例如，42v系统)的电能存储装置的高压系统电池20、作为低压系统(例如，14v系统)的电能存储装置的低压系统电池10以及DC/DC电压转换器(DC/DC转换器)70，DC/DC转换器70至少具有降压(step-down)转换模式和升压(step-up)转换模式，在降压转换模式下，DC/DC转换器70将高压系统的电压减低成低压系统的电压，并由此从高压系统将电功率供应到低压系统，在升压转换模式下，DC/DC转换器70将低压系统的电压升高到高压系统的电压，并且由此从低压系统将电功率供应到高压系统。

【17】在车辆中存在多个电负载，并且有时共同存在具有不同电压系统的电负载。高压系统电池20主要将电功率供应到操作于高压系统的电压下的高压系统负载60，而低压系统电池10主要将电功率供应到操作于低压系统的电压下的低压系统负载50。高压系统电池20的具体示例是锂离子电池，而低压系统电池10的具体示例是铅酸电池。与铅酸电池相比，锂离子电池具有更大的功率密度(w/kg或W/1)、更低的内阻以及更低的(由于充电和放电引起的)能耗。低压系统电池10和高压系统电池20可以是镍氢电池和双电层电容器，或者可以是铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池和双电层电容器的适当组合。

【18】低压系统电池10通过低压系统电源线19连接到通过将动能转换成电能来产生电能的发电机21。发电机21使用行驶车辆的发动机的输出来产生电功率。发电机21产生的电功率被供应到第一系统负载50，或者用于对低压系统电池10进行充电。功率可以经由下述的DC/DC转换器70供应到高压系统负载60。发电机21的具体示例是交流发电机。随着发动机的转速增大，交流发电机产生的电功率的量也增大。另外，低压系统电池10等的充电还可以通过马达(电动马达)的再生操作来实现。因此，发电机21可以是能够再生控制的马达。例如，为了确保车辆的制动力，通过连接到车轮驱动轴的马达的再生控制，可以经由逆变器进行低压系统电池10的充电或将电功率供应到低压系统负载50。

【19】此外，在发电机21的停止状态期间，电功率可以从低压系统电池10供应到低压系统负载50。例如，在其中发动机停止并且交流发电机处于非操作状态的车辆停车状态期间所需的电功率可以由低压系统电池10供应。

【20】高压系统电池20上的高压系统负载60的示例包括：电子转向装置(EPS)，其同使得电动马达根据转向状态产生辅助力来辅助驾驶者的转向操作；以及电子稳定控制装置(电子STB)，其通过电动马达根据车辆在侧向上的加速来调节车辆的侧倾角等。EPS具有是电动马达的EPS马达和驱动EPS马达的逆变器。电子STB具有是电动马达的电子STB马达和驱动电子STB马达的逆变器。

【21】低压系统电池10上的低压系统负载50的示例包括：发动机控制装置；制动控制装置；空调；头灯；后除雾器；后窗雨刷；后视镜加热器；车座加热器；音响；灯；点烟器插座；各种ECU(电子控制单元)以及电磁阀。低压系统负载50并联连接到低压系统电池10和发电机21，并且还连接到DC/DC转换器70的低压系统电池端子71。

【22】作为低压系统电池10上的低压系统负载，存在冗余目标负载51。冗余目标负载51是需要一定电平或更高电平的连续供电的电负载(例如，线控转向、电子制动装置、紧急报警装置)。即，冗余目标负载51是即使在低压系统电源(包括低压系统电池10和发电机21)或低压系统电源线19中发生故障或失效时亦需要连续供电的电负载。冗余目标负载51并联连接到低压系统电池10和发电机21，并且还连接到DC/DC转换器70的低压系统电池端子71。此外，冗余目标负载51通过目标冗余负载电源线39连接到DC/DC转换器70的冗余目标负载电源供应端子72，使得即使低压系统电源或低压系统电源线19中发生故障或失效，冗余目标负载51亦由DC/DC转换器70供应电功率。DC/DC转换器70的冗余目标负载电源供应端子72经由二极管38连接到双向切换调节器30的低压系统端子(其与DC/DC转换器70的低压系统电池端子71的电势相同)。因为冗余目标负载51设置有二极管52，所以通过冗余目标负载电源线39供应到冗余目标负载的电流不流到低压系统电源线19。因为设置二极管38，所以通过低压系统电源线19供应到冗余目标负载51的电流不流到冗余目标负载电源线39。

【23】使用内置双向切换调节器30的DC/DC转换器70(为电压转换装置)进行高压系统电池20的电压的降低转换并将降低的电压经由低压系统电池10上的低压负载系统电池端子71输出到冗余目标负载电源供应端子72，或者对低压系统电池10的电压进行升压转换并且将升高的电压输出到高压系统电池20上的高压系统电池端子73。该双向切换调节器30由计算机40控制。

【24】计算机40将DC/DC转换器70的操作模式设定到降压模式、升压模式和停止模式中的一种，在降压模式中，DC/DC转换器70将高压系统电池20的电压降低并将降压输出到低压系统电池10；在升压模式中，DC/DC转换器70将低压系统电池10的电压升高并将升高的电压输出到高电压系统电池20；在停止模式中，电压转换和输出都停止。即，通过向双向切换调节器30提供切换命令信号(即，命令将电压转换方向设定到其中低压系统电池10的电压被升高然后被供应到高压系统电池20的“升压方向”的信号，以及命令将电压转换方向设定到其中高压系统电池20的电压被降低然后被供应到低压系统电池10的“降压方向”的信号)以有选择地切换电压转换方向，计算机40控制双向切换调节器30的操作方向(电压转换方向)。

【25】计算机40还控制DC/DC转换器70的低压系统电池端子71的输出电压。计算机40根据DC/DC转换器70的低压系统电池端子71的目标输出电压(即，预定输出电压，例如13.5v-14.5v范围中的电压值)(该目标输出电压作为命令供应到计算机40)或者根据由计算机40基于车辆的操作状态(例如，车辆的加速状态、稳定行驶状态、发动机的空转操作状态、空转停止状态)、发电机21的发电状态以及各个电池的状态等设定的低压系统电池端子71的目标输出电压控制低压系统电池端子71的输出电压。基于低压系统电池端子71的目标输出电压，计算机40提供将双向切换调节器30的电压转换方向设定到降压方向的切换命令信号。双向切换调节器30基于切换命令信号将高压系统电池20的电压降低到目标输出电压，并将其输出到低压系统电池10。因此，根据目标输出电压(或发电机21产生的电压)对高压系统电池20进行放电。

【26】在空转停止期间或当高压系统电池20过充电时，可以执行低压系统电池端子71的输出电压的控制。因此，在空转停止期间，取代低压系统电池10，高压系统电池20充当低压系统负载和冗余目标负载51的电源，并且防止低压系统电池10的寿命降低。此外，在高压系统电池20的过充电期间，促进高压系统电池20的放电，并且可解决高压系统电池20的过充电状态。

【27】类似地，计算机40控制DC/DC转换器70的高压系统电池端子73的输出电压。计算机40根据DC/DC转换器70的高压系统电池端子73的目标输出电压(即，预定输出电压，例如40.5v-43.5v范围中的电压值)(其作为命令供应到计算机40)或者根据由计算机40基于车辆的操作状态(例如，车辆的加速状态、稳定行驶状态、发动机的空转操作状态、空转停止状态)、发电机21的发电状态以及各个电池的状态等设定的其目标输出电压控制高压系统电池端子73的输出电压。基于高压系统电池端子73的目标输出电压，计算机40供应将双向切换调节器30的电压转换方向设定到升压方向的切换命令信号。双向切换调节器30基于切换命令信号将低压系统电池10的电压升高到目标输出电压，并将其输出到高压系统电池20。因此，根据目标输出电压实现对高压系统电池20的充电。

【28】在车轮下稳定行驶状态、发动机的空转操作或车辆的减速(再生制动操作)期间，可以执行高压系统电池端子73的输出电压的控制。此时，还可以根据高压系统电池端子73的目标输出电压和发电机21的产生的电压对低压系统电池10进行充电。

【29】然后，当计算机收到停止双向切换调节器30的操作的控制信号时或当停止将上述切换命令信号供应到计算机40时，计算机40停止双向切换调节器30的操作。在车辆加速期间，可以执行双向切换调节器30的停止操作。

【30】根据车辆的操作状态(例如，车辆的加速状态、稳定行驶状态、发动机的空转操作状态、空转停止状态)、发电机21的发电状态以及各个电池的状态等，可以从上述操作模式中选择适当的DC/DC转换器70的操作模式。例如，如上所述，如果高压系统电池20被过充电，则可以执行降压模式，以促进高压系统电池20的放电。此外，在空转停止状态(即，发电机21不产生电功率)期间，可以应用降压模式，以防止低压系统电池10的寿命的降低。此外，在车辆的稳定行驶、发动机空转操作或再生制动操作期间，可以应用升压模式，而在车辆加速期间，可以应用停止模式。

【31】因此，在监控从ECU(未示出)获得的信息(例如，发动机转速、发电机21的发电状态)或各种传感器(诸如，加速器踏板传感器等)的输出值的同时，如果车辆等的操作状态达到预定状态，DC/DC转换器70应用于车辆等的操作状态一致的操作模式(即，如果满足预定切换状态，应用DC/DC转换器70的操作模式之间的切换)。

【32】图2示出应用DC/DC转换器70的操作模式的切换的双向切换调节器30的具体示例。双向切换调节器30由切换元件31a-31d(诸如功率二极管等)、电感器32、低压系统滤波电容器33以及高压系统滤波电容器34形成，以形成桥接电路。桥接电路具有连接低压系统电池10和高压系统电池20的一个电流路径。图2中的电流路径的左侧端部连接到低压系统电池端子71(见图1)，而图2中其右侧端部连接到高压系统电池端子73(见图1)。具体而言，电感器32串联连接到连接低压系统电池端子71和高压系统电池端子73的线路。低压系统滤波电容器33和高压系统滤波电容器34都能够存储由低压系统电池10的发电机21供应的电功率或由高压系统电池20供应的电功率，并且能够对电功率放电。

【33】由图2中所示的桥接电路构成的双向切换调节器30由计算机40驱动。具体而言，计算机40连接到切换元件31a-31d中每一个的栅极，并且驱动切换元件31a-31d中的每一个。计算机40以预定方式驱动切换元件31a-31d，以实现从低压系统电压到高压系统电压的升压转换或从高压系统电压到低压系统电压的降压转换。切换元件31a-31d的每一个根据来自计算机40的驱动信号进行切换操作。

【34】为了将DC/DC转换器70的操作模式设定成升压模式，计算机40首先基于高压系统电池端子73的目标输出值设定切换元件31a-31d的占空比，并基于设定的占空比接通切换元件31a、31d并关闭切换元件31b、31c。当切换元件31a、31d接通而切换元件31b、31c关闭时，电感器32中的电流从低压系统向高压系统流动，使得电功率存储在电感器32中。在电功率存储在电感器32中时，计算机40根据设定的占空比关闭切换元件31a、31d并且接通切换元件31b、31c。当切换元件31a、31d关闭并且切换元件31b、31c接通时，存储在电感器32中的电功率被充电到滤波电容器34，使得高于低压系统电池10的电压的滤波电压输出到高压系统电池20。

【35】此外，为了将DC/DC转换器70的操作模式转换到降压模式，计算机40基于低压系统电池端子71的目标输出电压设定切换元件31a-31d的占空比，并根据设定的占空比关闭切换元件31a、31d和接通切换元件31b、31c。当切换元件31a、31d关闭并且切换元件31b、31c接通时，电感器32中电流从高压系统朝向低压系统流动，使得电功率存储在电感器32中。在电功率存储在电感器32中时，计算机40根据设定的占空比接通切换元件31a、31d并且接通切换元件31b、31c。当切换元件31a、31d接通并且切换元件31b、31c关闭时，存储在电感器32中的电功率被充电到滤波电容器33，使得低于高压系统电池20的电压的滤波电压输出到低压系统电池10。

【36】因此，由于DC/DC转换器70的电压转换功能，可以降低高压系统电池20的电压并由此将电功率供应到低压系统负载50或对低压系统电池10充电，并且还可以升高低压系统电池10的电压并由此将电功率供应到高压系统负载60或对高压系统电池20充电，另外还可以停止电压转换，使得不进行电功率的供应。

【37】另外，计算机40由多个电路元件构成，诸如存储控制程序和控制数据的ROM、用于暂时存储控制程序的处理数据的RAM、执行控制程序的CPU、用于和外部交换数据的输入/输出接口等。计算机40可以是设置在DC/DC转换器70外部的计算机，而不是设置在DC/DC转接器70内部的计算机。

【38】冗余目标负载51经由冗余目标负载电源线39连接到DC/DC转换器70的冗余目标负载电源供应端子72，因此，即使低压系统电源或高压系统电源线19中发生故障(诸如断路失效、断路失效等)时，如上所述可以持续地从DC/DC转换器70供应一定电平或更高电平的电功率。

【39】但是，因为在通过使用双向切换调节器30切换电压转换的方向的过程中电流的方向被反向，或者因为切换电压转换方向需要一定量的时间，电功率的供应中发生瞬时中断。例如，当低压系统电源等发生故障时，在DC/DC转换器70从升压模式切换到降压模式以将电功率供应到低压系统之前发生几毫秒的时间迟滞。在时间迟滞期间，在检测到故障后，没有电功率供应到低压系统负载50或冗余目标负载51。因此，如果连接需要持续供应一定电平或更高的电功率的电负载(诸如，冗余目标负载51)，需要提供用于防止当切换双向切换调节器30的电压转换方向时发生的电功率供应的瞬时中断的措施。

【40】为了采取这样的对策，本实施例的车载电源系统包括线性调节器35和二极管“或”电路36。

【41】线性调节器(串联调节器)35降低高于系统电池20的电压，并将降低的电压输出到低压系统电池10。线性调节器35的高压系统电池20输入端子连接到DC/DC转换器70的高压系统电池端子73。线性调节器35的低压系统电池10输入端子连接到二极管“或”电路36的二极管37的阳极。线性调节器35在高压系统电池20输入端子和低压系统电池10输出端子之间具有功率晶体管，并将功率晶体管用作可变电阻，以调节低压系统电池10的输出端子的输出电压，使得其输出电压变为常数(集中到目标输出电压)。线性调节器35的低压系统电池输出端子的目标输出电压被设定在比冗余目标负载51正常操作需要的电压的最小操作电压高并且比双向切换调节器30的低压系统电池端子71的目标输出电压低的值。例如，与低压系统的电源电压对应，如果冗余目标负载51的最小操作电压为10v并且双向切换调节器30的低压系统电池端子71的目标输出电压为14v，则线性调节器35的低压系统电池输出端子的目标输出电压被设定为11v。

【42】二极管“或”电路36由二极管37、38构成。双向切换调节器30的低压输出电压被输入到二极管“或”电路36的二极管38，并且线性调节器35的输出电压被输入到二极管“或”电路36的二极管37。二极管“或”电路36的输出端子，经由冗余目标负载电源线39连接到冗余目标负载51。

【43】计算机40基于检测线性调节器35的输出电流的电流传感器84的输出值计算线性调节器35的输出电流。此外，计算机40基于检测低压系统电源线19的电压的电压传感器80计算低压系统电源线19的电压值。此外，计算机还基于检测二极管“或”电路36的输出电压(冗余目标负载电源线39的电压)的电压传感器82的输出值计算二极管“或”电路36的输出电压值。计算机40使用线性调节器35的输出电流值、低压系统电源线19的电压值以及冗余目标负载电源线39的电压值中的至少一个，以计算用于设定电压转换方向的切换命令信号，并将信号输出到双向切换调节器30。

【44】现在，描述本实施例的车载电源系统的低压系统电源或低压系统电源线19中发生故障时进行的操作。

【45】如果在DC/DC转换器70的升压模式期间第一系统电源等中发生电功率供应性能降低的故障(诸如，断路失效等)，低压系统电源线19的电压开始从可以由发电机21调节的14v的低压系统电源电压下降。随着低压系统电源线19的电压下降，施加到冗余目标负载51的电压也下降。然后，当低压系统电源线19的电压低于线性调节器35的目标输出电压，基于二极管“或”电路36的两个二极管的“或”判断，开始从线性调节器35经由二极管37到冗余目标负载51的电功率供应(电气化)。

【46】如果检测线性调节器35的输出电流值大于或等于预定电流值(只要其是可以经由线性调节器35检测到电流通过的任何值)，计算机40认为已经发生低压系统电源等的电功率供应性能下降的故障，并且向双向切换调节器30输出用于将电压转换切换到降压方向的切换命令信号。如上所述，设置这样的电路结构，当发生低压系统电源的电功率供应性能下降的故障并且因此低压系统电源线19的电压变得低于线性调节器35的设定输出电压时，电流流经线性调节器35。或者，计算机40可以被这样设计，使得如果电压传感器80检测到低压系统电源线19的电压值低于或等于预定电压值(即，至少满足电压值应大于或等于冗余目标负载51的最小操作电压并且二极管52的电压降低量已经被计算在内的要求)，则计算机40认为已经发生低压系统电源等的电功率供应性能降低的故障，并且向双向切换调节器30输出用于将电压转换切换到降压方向的切换命令信号。这是因为，如果发生低压系统电源等的电功率供应性能降低的故障，则低压系统电源线19的电压降低。或者，如果电压传感器82检测到冗余目标电源线39的电压低于或等于预定电压值(即，至少满足电压值应大于或等于冗余目标负载51的最小操作电压的要求)，则计算机40认为已经发生低压系统电源等的电功率供应性能降低的故障，并且向双向切换调节器30输出用于将电压转换切换到降压方向的切换命令信号。这是因为，如果发生低压系统电源等的电功率供应性能降低的故障，则冗余目标电源线39的电压降低。或者，基于可以认为低压系统电源等的电功率供应性能已经降低的一些上述条件的组合，用于将电压转换切换到降压方向的切换命令信号可以被输出到双向切换调节器30。由于关于通过使用上述条件的组合的低压系统电源的电功率供应性能等的冗余判断，提高双向切换调节器30的电压转换方向的切换控制的可靠性。

【47】基于用于将电压转换切换到降压方向的电压转换的切换命令信号的输入，双向切换调节器30将电压转换方向从升压方向切换到降压方向，并且开始共用高于线性调节器35的目标输出电压的电压(双向切换调节器30的低压系统电池端子71的目标输出电压)处的电功率。双向切换调节器30的低压系统电池端子71的目标输出电压被设定到高于线性调节器35的目标输出电压的电压。因此，当双向切换调节器30的电压转换方向切换到降压方向时，停止从线性调节器35经由二极管37到冗余目标负载51的电功率供应(电气化)，并且基于二极管“或”电路36的二极管37、38的“或”判断，开始从双向切换调节器30经由二极管38到冗余目标负载51的电功率供应(电气化)。

【48】期望仅在高压系统电池20的剩余电荷量高于或等于预定值时执行将电功率传递到低压系统。这防止在高压系统电池20的剩余电荷量较小时由执行将电功率传递到低压系统而引起的高压系统的电功率供应性能的降低。仅在高压系统负载60不操作时，执行到低压系统的电功率传递。这防止高压系统负载60的不稳定操作(具体而言，其功耗较大的电负载，诸如EPS等)。

【49】因此，构造本实施例的车载电源系统，使得在电流经由线性调节器35沿降压方向流动后经由双向切换调节器30流动的电流方向从升压方向切换到降压方向。因此，可以防止这样的状态的发生：当双向切换调节器30的电功率传递的方向从升压方向切换到降压方向时，由于低压系统电源等的电功率供应性能的降低，到冗余目标负载51的电功率供应瞬时降低或停止。

【50】在经由双向切换调节器30流动的电流方向从升压方向切换到降压方向后，自动快速地进行经由双向切换调节器30而不是经由线性调节器35的电功率供应。因此，线性调节器35的操作时间非常短。与切换调节器相比，线性调节器具有组成部件较少和便宜的优点，但是其具有释放大量热量并且因此需要较大的散热器的缺点。但是，因为线性调节器的使用主要局限于切换双向切换调节器30的电压切换方向时，所以相当小的散热器就够了，并且因此与切换调节器相比，线性调节器30的尺寸可以更小并且成本更低。

【51】图3是示出本发明车载电源系统的第二实施例。第二实施例的车载电源系统与第一实施例的车载电源系统的不同之处在于：发电机21和冗余目标负载51被设定为高压系统；以及并联连接到双向切换调节器30的调节器不是线性调节器，而是由切换调节器45所取代。

【52】与假设低压系统电源或低压系统电源线19中发生故障(诸如，断路失效、短路失效等)构造的第一实施例的车载电源系统类似，第二实施例的车载电源系统具有这样的构造，其中冗余目标负载51经由冗余目标负载电源线39连接到DC/DC转换器70的冗余目标负载电功率供应端子72，使得即使高压系统电源或高压系统电源线29中发生故障(诸如断路失效、短路失效等)，也从DC/DC转换器70持续供应一定电平或更高的电功率。

【53】但是，与第一实施例的情况一样，因为在通过使用双向切换调节器30切换电压转换方向过程中电流方向被反向，或者因为切换电压转换方向需要时间量，电源供应中发生瞬时中断。例如，当高压系统电源等中发生故障时，在DC/DC转换器70从降压模式切换到升压模式以确保为高压系统供应电源之前，发生几毫秒的时间迟滞。在时间迟滞期间，在检测到故障后，没有电功率供应到高压系统负载60或冗余目标负载51。因此，如果连接需要持续供应一定电平或更高的电功率的电负载(诸如冗余目标负载51)，需要提供防止当切换双向切换调节器30的电压传方向时发生电功率供应的瞬时中断的措施。

【54】切换调节器45升高低压系统电池10的电压，并将升高的电压输出到高压系统电池20。切换调节器45的低压系统电池10输入端子连接到DC/DC转换器70的低压系统电池端子71。切换调节器45的高压系统电池20的输出端子连接到二极管“或”电路36的二极管37的阳极。切换调节器45的高压系统电池输出端子的目标输出电压被设定在比冗余目标负载51正常操作所需的最小操作电压高并且比双向切换调节器30的高压系统电池端子73的目标输出电压低的值。例如，与高压系统的电源电压对应，如果冗余目标负载51的最小操作电压为41v并且双向切换调节器30的高压系统电池端子73的目标输出电压为43v，则将切换调节器45的高压系统电池输出端子的输出设定电压设定为42v。在切换双向切换调节器30的电压转换方向的过程中，切换调节器45至少避免电压转换方向的切换，并且事先将电压转换方向设定到升压方向。

【55】二极管“或”电路36由二极管37、38构成。双向切换调节器30的高压输出电压被输入到二极管“或”电路36的二极管38，并且切换调节器45的输出电压被输入到二极管“或”电路36的二极管37。二极管“或”电路36的输出端子经由冗余目标负载电源线39连接到冗余目标负载51。

【56】由计算机40计算切换调节器45的输出电流。计算机40基于电流传感器84检测的切换调节器45的输出电流值计算切换调节器45的输出电流。此外，计算机可以基于电压传感器80检测的高压系统电源线29的电压计算高压系统电源线29的电压值。此外，计算机40还可以基于检测二极管“或”电路36的输出电压(冗余目标负载电源线39的电压)的电压传感器82的输出值计算二极管“或”电路36的输出电压值。计算机40使用切换调节器45的输出电流值、高压系统电源线29的电压值以及冗余目标负载电源线39的电压中的至少一个，以确定用于设定电压转换方向的切换命令信号，并且将信号输出到双向切换调节器30。

【57】第二实施例的车载电源系统在高压系统电源或高压系统电源线29中存在故障时进行的操作与第一实施例的车载电源系统在低压系统电源或低压系统电源线19中存在故障时进行的操作基本上相同，所以在此不再描述。

【58】因此，构造第二实施例的车载电源系统，使得在电流沿升压方向流经切换调节器后流经双向切换调节器的电流方向从降压模式切换到升压模式。因此，可以防止发生这样的状态：当双向切换调节器30的电功率传递从降压方向切换到升压方向时，由于高压系统电源线等的电功率供应性能的降低，到冗余目标负载51的电功率供应瞬时降低或停止。此外，由于设置有切换调节器45，即使冗余目标负载51连接到高压系统，也可以使得电流沿升压方向流动。

【59】虽然已经详细描述本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于上述实施例。相反，在不偏离本发明范围的情况下，可以将各种修改或替换添加到示例性实施例。

【60】例如，图4是示出本发明车载电源系统的第三实施例的示意图。第三实施例的车载电源系统与第一实施例的车载电源系统的不同之处在于：线性调节器35由电阻元件90所替换。当电流流过电阻元件90时，电阻元件90可以用作电压转换装置。在第三实施例的车载电源系统中，电阻元件产生热量。因此，如果第三实施例的系统被构造成或操作在与第一实施例的系统基本相同的模式，仅当冗余目标负载51是低电功率负载时，第三实施例的车载电源系统可以获得与第一实施例的系统基本相同的效果。与第一实施例的系统相比，第三实施例的车载电源系统可以实现更便宜的构造。

Claims (11)

1、一种电源系统，其特征在于，包括：

第一电压转换装置，在从第一电压系统到第二电压系统的第一方向的电压转换和从所述第二电压系统到所述第一电压系统的第二方向的电压转换之间进行选择性地切换；以及

第二电压转换装置，与所述第一电压转换装置并联连接，其沿所述第二方向转换电压；

其中，在电流沿所述第二方向开始流经所述第二电压转换装置后，流经所述第一电压转换装置的电流方向从所述第一方向切换到所述第二方向。

2、根据权利要求1所述的电源系统，还包括：

故障检测器，检测所述第一电压系统中的故障；以及

切换控制器，如果所述故障检测器检测到所述第一电压系统中的故障，所述切换控制器输出命令信号，以将流经所述第一电压转换装置的电流方向从所述第一方向切换到所述第二方向；

其中，在电流方向已经响应于所述切换控制器输出的所述命令信号而从所述第一方向切换到所述第二方向后，所述第一电压转换装置(30)使得电流沿所述第二方向流动，并且

其中，当所述第一电压系统的电压变得等于或低于预定输出电压时，所述第二电压转换装置开始使得电流沿所述第二方向流动。

3、根据权利要求2所述的电源系统，还包括：

电流检测器，检测沿所述第二方向流经所述第二电压转换装置的电流；

其中，如果所述电流检测装置检测到等于或高于预定值的电流，则所述故障检测器判定所述第一电压系统中已经发生故障。

4、根据权利要求1-3中任一项所述的电源系统，

其中，电流沿所述第二方向流经所述第一电压转换装置和沿所述第二方向具有更大输出电压的所述第二电压转换装置中的一个，并且

其中，为所述第一电压转换装置设定的沿所述第二方向的目标输出电压大于为所述第二电压转换装置设定的沿所述第二方向的目标输出电压。

5、根据权利要求1-4中任一项所述的电源系统，其中，所述第一电压转换装置是切换调节器。

6、根据权利要求1-5中任一项所述的电源系统，其中，所述第二电压转换装置是线性调节器。

7、根据权利要求1-5中任一项所述的电源系统，其中，所述第二电压转换装置是电阻器。

8、一种用于控制电源系统的方法，其中所述电源系统包括：

第一电压转换装置，在从第一电压系统到第二电压系统的第一方向的电压转换和从所述第二电压系统到所述第一电压系统的第二方向的电压转换之间地进行选择性地切换；以及第二电压转换装置，与所述第一电压转换装置并联连接，其沿所述第二方向转换电压；

其特征在于，所述方法包括：

在电流沿所述第二方向开始流经所述第二电压转换装置后，将流经所述第一电压转换装置的电流方向从所述第一方向切换到所述第二方向。

9、根据权利要求8所述的方法，还包括：

判定所述第一电压系统中是否已经发生故障；以及

如果判定所述第一电压系统中发生故障，则将流经所述第一电压转换装置的电流方向从所述第一方向切换到所述第二方向；

其中，当所述第一电压系统的电压等于或低于预定输出电压时，电流开始沿所述第二方向流经所述第二电压转换装置。

10、根据权利要求9所述的方法，还包括：

检测沿所述第二方向流经所述第二电压转换装置的电流；

其中，如果检测到的电流等于或高于预定值，则判定为所述第一电压系统中已经发生故障。

11、根据权利要求8-10中任一项所述的方法，

其中，电流沿所述第二方向流经所述第一电压转换装置和沿所述第二方向具有更大输出电压的所述第二电压转换装置中的一个，并且

其中，为所述第一电压转换装置设定的沿所述第二方向的目标输出电压大于为所述第二电压转换装置设定的沿所述第二方向的目标输出电压。

Images