CN102457074A - 车用电源系统与其电源管理方法 - Google Patents

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Abstract

一种车用电源系统与其电源管理方法，该车用电源系统包括：第一电池与第二电池、第一电路检测单元与第二电路检测单元以及控制器。第一电池与第二电池分别耦接于电源供应器与电路负载之间，用以接收电源供应器的电源或提供电源予电路负载。第一电路检测单元与第二电路检测单元分别耦接至第一电池与第二电池，用以检测第一电池与第二电池的充放电程度。控制器根据第一电池与第二电池的充放电程度而产生多个控制信号，用以分别控制第一开关、第二开关以及第三开关，藉此控制第一电池与第二电池的充放电。

Description

车用电源系统与其电源管理方法
技术领域
本发明有关于电源系统，特别有关于车用电源系统与其电源管理方法。
背景技术
铅酸电池(Lead-acid battery)是最早出现的可充电电池，经过150年来不断地改良发展，铅酸电池已经成功地商品化并占据可充电电池市场的一半以上。除了成本低廉之外，铅酸电池能够提供极大的突波电流(surge current)，因此广泛地用于启动汽车启动马达(startermotor)。
现有的汽车电源系统仅设置有一个铅酸电池，用以提供汽车启动时的电源，以及启动后其他电子装置的电源。然而近年来，随着汽车工业的演进，汽车配备越来越多具有高消耗功率的装置，例如空调、音响、电子动力辅助转向系统、防锁死煞车系统或卫星导航系统。因此，一个铅酸电池已经不敷使用。此外，铅酸电池也有体积大、重量大的问题。
因此，亟需一种车用电源系统，用以改良现有车用电源系统的问题。
发明内容
本发明的一实施例提供一种车用电源系统，包括：第一电池与第二电池、第一电路检测单元与第二电路检测单元以及控制器。第一电池与第二电池分别耦接于电源供应器与电路负载之间，用以接收电源供应器的电源或提供电源予电路负载。第一电路检测单元与第二电路检测单元分别耦接至第一电池与第二电池，用以检测第一电池与第二电池的充放电程度。控制器根据第一电池与第二电池的充放电程度而产生多个控制信号，用以分别控制第一开关、第二开关以及第三开关，藉此控制第一电池与第二电池的充放电。
本发明的一实施例提供一种电源管理方法，适用于车用电源系统，电源管理方法包括：启始第一电池与第二电池的放电程序；检测第一电池与第二电池对电路负载的放电程度；判断第一电池供应的功率是否小于下限值；当第一电池供应的功率小于下限值时，停止第一电池对电路负载的放电；启始第一电池与第二电池的充电程序；检测电源供应器对第一电池与第二电池的充电程度；判断第一电池与第二电池供应的功率是否大于第一上限值与第二上限值；以及当第一电池与第二电池供应的功率大于第一上限值与第二上限值时，停止电源供应器对第一电池与第二电池的充电。
锂系电池具有放电功率大与体积小(重量轻)的优点，而铅酸电池具有稳定与成本低廉的优点，藉由本发明揭露的车用电源系统，锂系电池与铅酸电池的优点便得以兼顾。此外，本发明藉由提供电路检测与比例式开启(或关闭)的机制予每一个电池，来达到调节功率的目的。
附图说明
图1为本发明实施例的车用电池的外观立体图；
图2为本发明实施例的车用电源系统的电路方块图；
图3为本发明实施例的车用电源系统的电路方块图；
图4为本发明实施例的电源管理方法的流程图。
附图标号：
100                            车用电源系统
10                             控制器
12a                            第一电路检测单元
12b                            第二电路检测单元
14a                            第一比例式调节电流控制开关
14b                            第二比例式调节电流控制开关
16a                            第一电池
16b                            第二电池
18                             电源供应器
19                             电路负载
N1                             第一节点
N2                             第二节点
SW1、SW2、SW3                  开关
SW1_on、SW1_off                控制信号
SW2_on                         控制信号
SW3_on、SW3_off                控制信号
discharge_on_#1                电流控制信号
discharge_on_#2                     电流控制信号
discharge_off_#1                    电流控制信号
charge_on_#1                        电流控制信号
charge_on_#2                        电流控制信号
charge_off_#1                       电流控制信号
charge_off_#2                       电流控制信号
lower_detected_#1                   检测信号
upper_detected_#1                   检测信号
upper_detected_#2                   检测信号
具体实施方式
参阅图1及图2，车用电源系统100包括控制器10、第一电路检测单元12a与第二电路检测单元12b、第一电池16a与第二电池16b、电源供应器18、电路负载19，以及开关SW1、SW2与SW3。如图1，在本实施例中，车用电池包括第一电池16a及第二电池16b，其中第一电池16a为锂系电池(Lithium-ion battery，LIB)，第二电池为铅酸电池，锂系电池包括磷酸锂铁电池(LiFePO4)或锂钴电池(LiCoO2)，但并非以此为限。
第一电池16a与第二电池16b分别耦接于电源供应器18与电路负载19之间，在充电或放电操作时用以接收电源供应器18的电源或提供电源予电路负载19。第一电路检测单元12a与第二电路检测单元12b分别耦接至第一电池16a与第二电池16b，用以检测第一电池16a与第二电池16b的充放电程度。控制器10根据充/放电操作而产生多个控制信号，用以分别控制开关SW1、SW2与SW3；此外，控制器10根据第一电路检测单元12a与第二电路检测单元12b产生的多个检测信号，藉此控制第一电池16a与第二电池16b的充放电。
开关SW1连接于电源供应器18与第一节点N1之间，第一节点N1耦接至电路负载19与第一电路检测单元12a。开关SW3连接于电路负载19与第二节点N2之间，第二节点N2耦接至电源供应器18与第二电路检测单元12b。开关SW2连接于第一节点N1与第二节点N2之间。
车用电源系统100更包括第一比例式调节电流控制开关14a与第二比例式调节电流控制开关14b。第一比例式调节电流控制开关14a与第二比例式调节电流控制开关14b根据控制器10产生的多个电流控制信号来分别控制第一电池16a与第二电池16b的充放电，其中第一比例式调节电流控制开关14a连接于第一电路检测单元12a与第一电池16a之间，并且第二比例式调节电流控制开关14b连接于第二电路检测单元12b与第二电池16b之间。要注意的是，在本实施例中，第一比例式调节电流控制开关14a与第二比例式调节电流控制开关14b根据控制器10产生的电流控制信号而具有不同比例的开启(或关闭)程度，藉此控制流经其上的电流。
当电源系统100进行放电操作时，开关SW1、SW2以及SW3分别根据控制信号SW1_off、SW2_on以及控制信号SW3_on而被关闭(turns off)、开启(turns on)以及开启，并且第一比例式调节电流控制开关14a与第二比例式调节电流控制开关14b根据电流控制信号discharge_on_#1与dischrage_on_#2而被开启，使得第一电池16a与第二电池16b对电路负载19放电，其中电流控制信号dischrage_on_#1中的discharge、on与#1分别表示“放电程序”、“开启”与“第一比例式调节电流控制开关14a”。因此，电流控制信号dischrage_on_#1表示“在放电程序中，使得第一比例式调节电流控制开关14a开启”的电流控制信号，其余的电流控制信号均依循此命名规则，为了简化说明，不再赘述。
为了让车用电源系统100在启动操作时具有最大电源来启动其电路负载19，第一比例式调节电流控制开关14a与第二比例式调节电流控制开关14b被完全地(即100％)开启的。在其他实施例中，若车用电源系统100在启动时不需要使用到最大电源，则第一比例式调节电流控制开关14a与第二比例式调节电流控制开关14b是被部分地开启的，例如以90％的比例开启第一比例式调节电流控制开关14a，并且以80％的比例开启第二比例式调节电流控制开关14b，但并非以此为限。
在电路负载19启动之后(例如启动马达被启动之后)，电路负载19的消耗功率便会减少。因此，当第一电路检测单元12a检测出第一电池16a供应的功率小于下限值时，第一电路检测单元12a产生检测信号lower_detected_#1予控制器10。接着，控制器10根据检测信号lower_detected_#1产生电流控制信号discharge_off_#1。最后，第一比例式调节电流控制开关14a根据电流控制信号discharge_off_#1而被完全地关闭，使得第一电池16a停止对电路负载19放电。
在第一比例式调节电流控制开关14a被关闭之后，为了继续提供电源予其他的车用装置(例如音响、空调和车灯)，第二比例式调节电流控制开关14b仍然维持开启的状态。在其他实施中，第一比例式调节电流控制开关14a被部分地关闭，由第一电池16a和第二电池16b共同提供电源予电路负载19。本发明藉由提供电路检测与比例式开启(或关闭)的机制予每一个电池，来达到调节功率的目的。
随着第一电池16a和第二电池16b对电路负载19持续放电一段时间之后(或第一电池16a和第二电池16b经过多次使用之后)，第一电池16a和第二电池16b供应的功率也逐渐减少，这表示第一电池16a和第二电池16b需要充电。当车用电源系统100进行充电操作时，如图3所示，开关SW1、SW2与SW3分别根据控制信号SW1_on、SW2_on以及SW3_off而被开启、开启以及关闭，并且第一比例式调节电流控制开关14a与第二比例式调节电流控制开关14b根据电流控制信号charge_on_#1与charge_on_#2而被开启，使得电源供应器18对第一电池16a与第二电池16b充电。
为了让车用电源系统100尽速完成充电，第一比例式调节电流控制开关14a与第二比例式调节电流控制开关14b是被完全地(即100％)开启的。在其他实施例中，若车用电源系统100被允许具有较长的充电时间，则第一比例式调节电流控制开关14a与第二比例式调节电流控制开关14b被部分地开启的，又例如第一电池16a的充电时间短于第二电池16b的充电时间，因此，以80％的比例开启第一比例式调节电流控制开关14a，并且以90％的比例开启第二比例式调节电流控制开关14b，使得第一电池16a与第二电池16b能够同时完成充电，但并非以此为限。
在第一电池16a与第二电池16b充电即将完成时，第一电池16a和第二电池16b供应的功率也逐渐增加。因此，当第一电路检测单元12a检测出第一电池16a供应的功率大于上限值时，第一电路检测单元12a产生检测信号upper_detected_#1予控制器10。接着，第一比例式调节电流控制开关14a根据电流控制信号charge_off_#1而被关闭，使得电源供应器18停止对第一电池16a充电。当第二电路检测单元12b测出第二电池16b供应的功率大于上限值charge_off_#2时，第二电路检测单元12b产生检测信号upper_detected_#2予控制器10。接着，第二比例式调节电流控制开关14b根据电流控制信号charge_off_#2而被关闭，使得电源供应器18停止对第二电池16b充电。在本实施例中，第一比例式调节电流控制开关14a与第二比例式调节电流控制开关14b被完全地关闭的，但并非以此为限。
参阅图4，在步骤S1，启始第一电池16a与第二电池16b的放电程序，其中步骤S1包括：根据控制器10产生的控制信号SW1_off、SW2_on与SW3_on，分别关闭开关SW1、开启开关SW2并且开启开关SW3；以及根据控制器10产生的电流控制信号discharge_on_#1与discharge_on_#2，分别比例式地开启第一比例式调节电流控制开关14a与第二比例式调节电流控制开关14b。流程前进至步骤S2。
在步骤S2，检测第一电池16a与第二电池16b对电路负载19的放电程度，其中步骤S2包括：分别检测第一电池16a与第二电池16b供应的功率；以及根据检测的结果，产生多个检测信号予控制器10。流程前进至判断步骤S3。
在判断步骤S3，判断第一电池16a供应的功率是否小于下限值。若是，流程前进至步骤S4。若否，流程退回步骤S2。
在步骤S4，当第一电池16a供应的功率小于下限值时，停止第一电池16a对电路负载19的放电，其中步骤S4包括：根据控制器10产生的电流控制信号discharge_off_#1，比例式地关闭第一比例式调节电流控制开关14a。流程前进至步骤S5。
在步骤S5，启始第一电池16a与第二电池16b的充电程序，其中步骤S5包括：根据控制器10产生的控制信号SW1_on、SW2_on与SW3_off而分别开启开关SW1、开启开关SW2以及关闭开关SW3；以及根据控制器10产生的电流控制信号charge_on_#1与charge_on_#2，分别比例式地开启第一比例式调节电流控制开关14a与第二比例式调节电流控制开关14b。流程前进至步骤S6。
在步骤S6，检测电源供应器18对第一电池16a与第二电池16b的充电程度，其中步骤S6包括：分别检测第一电池16a与第二电池16b供应的功率；以及根据检测的结果，产生多个检测信号予控制器10。流程前进至判断步骤S7。
在判断步骤S7，判断第一电池16a与第二电池16b供应的功率是否大于第一上限值与第二上限值。若是，流程前进至步骤S8。若否，流程退回步骤S6。
在步骤S8，当第一电池16a与第二电池16b供应的功率大于第一上限值与第二上限值时，停止电源供应器18对第一电池16a与第二电池16b的充电。
锂系电池具有放电功率大与体积小(重量轻)的优点，而铅酸电池具有稳定与成本低廉的优点，藉由本发明揭露的车用电源系统，锂系电池与铅酸电池的优点便得以兼顾。此外，本发明藉由提供电路检测与比例式开启(或关闭)的机制予每一个电池，来达到调节功率的目的。

Claims (16)

1.一种车用电源系统，其特征在于，所述的车用电源系统包括：
一第一电池与一第二电池，分别耦接于一电源供应器与一电路负载之间，用以接收一电源供应器的电源或提供电源予一电路负载；
一第一电路检测单元与一第二电路检测单元，分别耦接至所述第一电池与所述第二电池，用以检测所述第一电池与所述第二电池的充放电程度；以及
一控制器，根据所述第一电池与第二电池的充放电程度而产生多个控制信号，用以分别控制一第一开关、一第二开关以及一第三开关，藉此控制所述第一电池与所述第二电池的充放电。
2.如权利要求1所述的车用电源系统，其特征在于，所述的车用电源系统包括一第一比例式调节电流控制开关与一第二比例式调节电流控制开关，根据所述控制器产生的所述多个电流控制信号来分别控制所述第一电池与第二电池的充放电，其中所述第一比例式调节电流控制开关连接于所述第一电路检测单元与所述第一电池之间，并且所述第二比例式调节电流控制开关连接于所述第二电路检测单元与所述第二电池之间。
3.如权利要求1所述的车用电源系统，其特征在于，所述第一开关连接于所述电源供应器与一第一节点之间，所述第一节点耦接至所述电路负载与所述第一电路检测单元；所述第三开关连接于所述电路负载与一第二节点之间，所述第二节点耦接至所述电源供应器与所述第二电路检测单元；并且所述第二开关连接于所述第一节点与所述第二节点之间。
4.如权利要求2所述的车用电源系统，其特征在于，所述第一比例式调节电流控制开关与所述第二比例式调节电流控制开关分别根据所述电流控制信号而被比例式地开启或关闭。
5.如权利要求2所述的车用电源系统，其特征在于，当所述车用电源系统进行放电操作时，所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关分别根据一第一控制信号、一第二控制信号以及一第三控制信号而被关闭、开启以及开启，并且所述第一比例式调节电流控制开关与所述第二比例式调节电流控制开关根据一第一电流控制信号与一第二电流控制信号而被开启，使得所述第一电池与第二电池对所述电路负载放电。
6.如权利要求5所述的车用电源系统，其特征在于，当所述第一电路检测单元检测出所述第一电池供应的功率小于一第一下限值时，所述第一比例式调节电流控制开关根据一第三电流控制信号而被关闭，使得所述第一电池停止对所述电路负载放电。
7.如权利要求2所述的车用电源系统，其特征在于，当所述车用电源系统进行充电操作时，所述第一开关、所述第二开关以及所述第三开关分别根据一第四控制信号、一第五控制信号以及一第六控制信号而被开启、开启以及关闭，并且所述第一比例式调节电流控制开关与所述第二比例式调节电流控制开关根据一第四电流控制信号与一第五电流控制信号而被开启，使得所述电源供应器对所述第一电池与第二电池充电。
8.如权利要求7所述的车用电源系统，其特征在于，当所述第一电路检测单元检测出所述第一电池供应的功率大于一第一上限值时，所述第一比例式调节电流控制开关根据一第六电流控制信号而被关闭，使得所述电源供应器停止对所述第一电池充电。
9.如权利要求7所述的车用电源系统，其特征在于，当所述第二电路检测单元检测出所述第二电池供应的功率大于一第二上限值时，所述第二比例式调节电流控制开关根据一第七电流控制信号而被关闭，使得所述电源供应器停止对所述第二电池充电。
10.一种车用电源管理方法，适用于一车用电源系统，其特征在于，所述电源管理方法包括：
启始一第一电池与一第二电池的放电程序；
检测所述第一电池与所述第二电池对一电路负载的放电程度；
判断所述第一电池供应的功率是否小于一下限值；
当所述第一电池供应的功率小于所述下限值时，停止所述第一电池对所述电路负载的放电；
启始所述第一电池与所述第二电池的充电程序；
检测一电源供应器对所述第一电池与所述第二电池的充电程度；
判断所述第一电池与所述第二电池供应的功率是否大于一第一上限值与一第二上限值；以及
当所述第一电池与第二电池供应的功率大于所述第一上限值与所述第二上限值时，停止所述电源供应器对所述第一电池与所述第二电池的充电。
11.如权利要求10所述的车用电源管理方法，其特征在于，启始所述第一电池与所述第二电池的放电程序包括：
根据一控制器产生的一第一控制信号、一第二控制信号与一第三控制信号，分别关闭一第一开关、开启一第二开关并且开启一第三开关；以及
根据所述控制器产生的一第一电流控制信号与一第二电流控制信号，分别比例式地开启一第一比例式调节电流控制开关与一第二比例式调节电流控制开关。
12.如权利要求10所述的车用电源管理方法，其特征在于，检测所述第一电池与所述第二电池对所述电路负载的放电程度包括：
分别检测所述第一电池与所述第二电池供应的功率；以及
根据检测的结果，产生多个检测信号予一控制器。
13.如权利要求10所述的车用电源管理方法，其特征在于，停止所述第一电池对所述电路负载的放电包括：
根据一控制器产生的一第三电流控制信号，比例式地关闭一第一比例式调节电流控制开关。
14.如权利要求10所述的电源管理方法，其特征在于，启始所述第一电池与所述第二电池的充电程序包括：
根据一控制器产生的一第一控制信号、一第二控制信号与一第三控制信号而分别开启一第一开关、开启一第二开关以及关闭一第三开关；以及
根据所述控制器产生的一第四电流控制信号与一第五电流控制信号，分别比例式地开启一第一比例式调节电流控制开关与一第二比例式调节电流控制开关。
15.如权利要求10所述的车用电源管理方法，其特征在于，检测所述电源供应器对所述第一电池与所述第二电池的充电程度包括：
分别检测所述第一电池与所述第二电池供应的功率；以及
根据检测的结果，产生多个检测信号予一控制器。
16.如权利要求10所述的车用电源管理方法，其特征在于，停止所述电源供应器对所述第一电池与第二电池的充电包括：
根据一控制器供应的一第六电流控制信号与一第七电流控制信号，比例式地关闭一第一比例式调节电流控制开关与一第二比例式调节电流控制开关。
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