CN105083044A - 车辆用电源装置和车辆用再生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供车辆用电源装置和车辆用再生系统。在车辆的怠速停止中，接通开关(3)，控制DC-DC转换器(2)的驱动，使电容器(11)放电，将电容器(11)的电力提供给各负载(14～16)。若电容器(11)的电压低至规定的值，则停止DC-DC转换器(2)对电容器(11)的放电，留存电容器(11)的电力，并且持续开关(3)的接通状态，将电池(12)的电力提供给各负载(14～16)，并将表示能够持续怠速停止状态的信号通过通信部(6)发送至上位ECU(17)。在怠速停止结束，而发动机再启动时，断开开关(3)，控制DC-DC转换器(2)的驱动，使电容器(11)放电，将电容器(11)的剩余电力提供给被保护负载(16)。

Description

车辆用电源装置和车辆用再生系统
技术领域
本发明涉及通过由发电机产生的再生电力对蓄电部进行充电，将蓄电部和直流电源的电力提供给负载的车辆用电源装置以及车辆用再生系统。
背景技术
为了实现地球的环境保护以及燃料消耗率(比油耗)的提升，已开发出了具备怠速停止功能和减速再生功能的车辆。在这种车辆上，设有将减速时由发电机产生的再生电力蓄积于蓄电部中，并将蓄电部的电力和电池(直流电源)的电力提供给负载的再生系统和电源装置。蓄电部由电容器等构成，电池由现有类型的铅电池构成。
例如，在专利文献1的电源装置和专利文献2的图7所示的电源装置中，在需要被保护为不会使得供给电压下降的负载(窄电压范围辅机)与电池之间的电力路径上设有开关。此外，在开关上并联连接有二极管。在开关与负载之间的电力路径上，经由DC-DC转换器而连接有蓄电部。在电池与开关之间的电力路径上，连接有发电机、启动电动机及其他负载(辅机、宽电压范围辅机)。
在由于车辆的减速而由发电机产生了再生电力时，开关接通，DC-DC转换器凭借再生电力而对蓄电部进行充电。此外，在发电机未进行消耗燃料的通常发电时以及发电机未产生再生电力时，开关接通，DC-DC转换器使蓄电部放电。在专利文献1中，在DC-DC转换器能够进行工作，并且电池的电压瞬时降低的既定期间内，使蓄电部放电至蓄电部能够持续驱动负载的规定的电压为止。而且，在蓄电部的电压降至规定电压时，停止蓄电部的放电，再启动发动机，通过发电机进行通常发电，并将该发电电力提供给负载。
此外，在车辆的怠速停止结束后再启动发动机时，使启动电动机起动，因而在启动电动机流过大电流，电池的电压会瞬时降低。于是，此时断开开关，使负载和蓄电部与电池和启动电动机电分离，蓄电部的电力经由DC-DC转换器而提供给负载。由此，负载能够通过蓄电部的电力稳定地持续驱动。
专利文献1日本特开2011-155791号公报
专利文献2专利第4835690号公报
以往，在车辆的怠速停止中，在所放电的蓄电部的电压低至规定的电压时，停止蓄电部的放电，通过发电机发电，因而在结束了怠速停止，再启动发动机时，会妨碍燃料消耗率的提升。
此外，在怠速停止中，若用尽了蓄电部的电力，则在怠速停止结束后再启动发动机时，无法从蓄电部起对保护对象的负载提供电力。
发明内容
本发明的课题在于，能够提升车辆的燃料消耗率，且在发动机的再启动时能够对负载可靠地提供电力。
本发明的车辆用电源装置具有：开关元件，其一端连接有直流电源，且另一端连接有第2负载，其中，在该直流电源上并联连接有第1负载和发电机，该第2负载需要保护为不使供给电压降低；双向型的DC-DC转换器，其第1输入输出端子连接有开关元件的另一端和第2负载，且第2输入输出端子连接有对由发电机产生的再生电力进行蓄积的蓄电部；控制部，其控制开关元件和DC-DC转换器的动作；电压检测部，其检测蓄电部的电压；以及通信部，其用于与上位装置进行通信。
此外，本发明的车辆用再生系统由如下部分构成：直流电源；与直流电源并联连接的第1负载和发电机；需要保护为不使供给电压下降的第2负载；蓄积由发电机产生的再生电力的蓄电部；以及将直流电源和蓄电部的电力分别提供给第1负载和第2负载的上述车辆用电源装置。
在这种结构中，在车辆的怠速停止中，车辆用电源装置的控制部接通开关元件，控制DC-DC转换器的驱动，使蓄电部进行放电，将蓄电部的电力提供给各负载。而且，控制部在蓄电部的电压低至规定的值时，停止蓄电部的DC-DC转换器所致的放电，留存蓄电部的电力，且持续开关元件的接通状态，将直流电源的电力提供给各负载，将表示能够持续怠速停止状态的信号通过通信部发送至上位装置。此外，在怠速停止结束而车辆的发动机再启动时，控制部断开开关元件，控制DC-DC转换器的驱动，使蓄电部放电，将蓄电部的剩余电力提供给第2负载。
如上所述，在车辆的怠速停止中，接通开关元件，使蓄电部放电，对各负载提供电力，在蓄电部的电压低至规定的值时，停止蓄电部的放电，留存蓄电部的电力。此外，由于在持续开关元件的接通状态的情况下，将直流电源的电力提供给各负载，因此能够持续驱动各负载。进而，将表示能够持续怠速停止状态的信号从车辆用电源装置发送至上位装置，因此如果其他的怠速停止结束条件未成立，则会持续怠速停止状态，能够提升车辆的燃料消耗率。而且，在怠速停止结束而再启动发动机时，断开开关元件，并使蓄电部放电，将蓄电部的剩余电力提供给第2负载。因此，在发动机的再启动时，能够从蓄电部对第2负载可靠地提供电力。此外，还能够从直流电源对第1负载提供电力。
此外，在本发明的上述车辆用电源装置中，所述规定的值可以是能够提供发动机的再启动时第2负载的驱动所需的电力的蓄电部的电压以上的值。
此外，在本发明的上述车辆用电源装置中，开关元件可以由并联连接有整流器的场效应晶体管构成，使电流从整流器直流电源侧流向第2负载侧。
此外，在本发明的上述车辆用电源装置中，第1负载可以具有启动电动机，该启动电动机是为启动发动机而起动的，且在起动时，大电流流过该启动电动机。
进而，在本发明的上述车辆用电源装置中，可以在通过发电机产生了再生电力时，控制部接通开关元件，将再生电力提供给第2负载，且控制DC-DC转换器的驱动，通过再生电力对蓄电部进行充电。
根据本发明，能够提升车辆的燃料消耗率，且在发动机的再启动时能够对负载可靠地提供电力。
附图说明
图1是表示本发明实施方式的车辆用电源装置和车辆用再生系统的电路结构的图。
图2是表示在消耗燃料的通常发电时的图1的电路动作的图。
图3是表示再生电力发生时的图1的电路动作的图。
图4是表示怠速停止中的图1的电路动作的图。
图5是表示在怠速停止中电容器的电压低至规定值的情况下的图1的电路动作的图。
图6是表示怠速停止结束后的发动机再启动时的图1的电路动作的图。
图7是表示图1的电路和车辆的动作的时序图。
标号说明
1：控制部，2：DC-DC转换器，3：开关(开关元件)，4：二极管(整流器)，5：电压检测部，6：通信部，10：车辆用电源装置，11：电容器(蓄电部)，12：电池(直流电源)，13：发电机，14：大电流负载(第1负载)，14a：启动电动机，15：负载(第1负载)，16：被保护负载(第2负载)，17：上位ECU(上位装置)，100：车辆用再生系统，T1：第1输入输出端子，T2：第2输入输出端子。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。在各图中，对于相同的部分或对应的部分赋予同一符号。
首先，参照图1说明车辆用再生系统100和车辆用电源装置10的电路结构。
车辆用再生系统100搭载于具备怠速停止功能和减速再生功能的车辆上。车辆用再生系统100包括车辆用电源装置10、电容器11、电池12、发电机13、大电流负载14、负载15、被保护负载16和上位ECU(电子控制装置)17。
电容器11由双电层电容器构成，是本发明的“蓄电部”的一例。除此之外，还可以例如由锂离子电池、锂离子电容器或镍氢充电池等构成蓄电部。
电池12由现有类型的铅电池构成，是本发明的“直流电源”的一例。还可以由除此以外的蓄电池和电池等构成直流电源。在电池12上并联连接有发电机13和负载14、15。
发电机13被未图示的车辆的发动机所驱动，并产生电力。例如在车辆的加速时、匀速行驶时或停止时，凭借发动机的驱动力驱动发电机13进行发电。另外，例如在电池12的电压充分的情况下，不进行发电机13的发电。
此外，在车辆的减速时和车辆的制动操作时，车辆也会继续行驶，在不对发动机提供燃料的情况下，发动机依旧进行旋转。于是，使用该旋转力驱动发电机13，进行发电。将该在减速时等由发电机13产生的电力称作再生电力。电容器11蓄积由发电机13产生的电力。此外，在车辆的减速时，停止对发动机的燃料提供。即，能够在不消耗燃料的情况下进行发电，因而车辆的燃料消耗率提升。
大电流负载14由在起动时流过大电流的电动机等构成。该大电流负载14具有用于启动发动机的启动电动机14a。作为另一个例子，未图示的动力方向盘用的电动机和电动致动器等也属于大电流负载14。
负载15由在车辆的怠速停止中可以不使用的电装部件等构成。负载15例如包括电热式座椅加热器等。大电流负载14和负载15构成本发明的“第1负载”。
被保护负载16由在车辆的怠速停止中也需要提供电力，且在怠速停止结束后的发动机的再启动时(启动电动机14a的起动时)等需要保护为不使得供给电压降低的电装部件等构成。被保护负载16例如包括导航仪、音频设备、空调、仪表盘、变速箱和安全装置等。被保护负载16构成本发明的“第2负载”。
上位ECU17例如通过CAN(ControllerAreaNetwork：控制器局域网)与车辆用电源装置10连接。上位ECU17与车辆用电源装置10相互通信。此外，上位ECU17将表示车辆状态和车速的信息以及动作指示等发送给车辆用电源装置10。上位ECU17构成本发明的“上位装置”。
车辆用电源装置10具有控制部1、DC-DC转换器2、开关3、二极管4、电压检测部5和通信部6。
控制部1由CPU和存储器构成，控制DC-DC转换器2和开关3的动作。DC-DC转换器2具有2个输入输出端子T1、T2，具有双向升降压功能。
开关3由FET(场效应晶体管)构成。开关3的一端连接电池12的正极、发电机13和负载14、15。开关3的另一端连接有被保护负载16和DC-DC转换器2。开关3是本发明的“开关元件”的一例。
与开关3并联连接的二极管4是构成开关3的FET的寄生二极管。二极管4的阳极与开关3的一端、电池12的正极、发电机13和负载14、15连接。二极管4的阴极与被保护负载16和DC-DC转换器2连接。因此，二极管4使电流从电池12侧起流向被保护负载16侧。二极管4是本发明的“整流器”的一例。
DC-DC转换器2的第1输入输出端子T1与开关3的另一端和被保护负载16连接。DC-DC转换器2的第2输入输出端子T2与电容器11连接。
电压检测部5检测电容器11的电压。控制部1根据电压检测部5的检测值，驱动DC-DC转换器2，进行电容器11的充放电。
通信部6由用于通过CAN与上位ECU17相互通信的电路构成。控制部1通过通信部6接收从上位ECU17发送的表示车辆状态的信息和动作指示。此外，控制部1如后所述，将表示能够持续怠速停止状态的信号通过通信部6发送至上位ECU17。
接着，参照图2～图7说明车辆用再生系统100和车辆用电源装置10的动作。
另外，图2表示图7的a区间的状态，图3表示图7的b区间的状态，图4表示图7的c区间的状态，图5表示图7的d区间的状态，图6表示图7的e区间的状态。
在车辆的加速时、匀速行驶时或停止时(图7的a区间)，凭借发动机的驱动力驱动发电机13，在进行消耗燃料的通常发电的情况下，如图2中实线箭头所示，将由发电机13产生的电力提供给负载14、15。车辆用电源装置10的控制部1在通过通信部6从上位ECU17接收到表示通过发电机13进行通常发电的信息(也可以是车速信息)时，接通开关3。由此，由发电机13产生的电力通过开关3，还被提供给被保护负载16。另外，DC-DC转换器2处于非工作状态，因此由发电机13产生的电力不会被提供给电容器11。
此外，在该通常发电时，如果电池12的电压降低，则如图2中的虚线箭头所示，将由发电机13产生的电力提供给电池12，对电池12进行充电。另一方面，如果电池12的电压未降低，则将电池12的电力也提供给负载14～16(省略图示)。另外，大电流负载14被电池12和发电机13等的电力适当驱动。
在车辆的行驶过程中，在驾驶员释放油门踏板，或者踩下制动踏板而车辆减速时，发电机13产生再生电力(图7的b区间)。该再生电力如图3中的箭头所示，从发电机13被提供给负载14、15。此时，在电池12的电压降低的情况下，再生电力从发电机13被提供给电池12，对电池12进行充电(省略图示)。
控制部1在通过通信部6从上位ECU17接收到表示由发电机13产生了再生电力的信息(也可以是表示车辆减速的信息)时，接通开关3，并且驱动DC-DC转换器2。由此，如图3中的箭头所示，再生电力从发电机13起通过开关3，而被提供给被保护负载16，并且被输入到DC-DC转换器2的第1输入输出端子T1。而且，控制部1控制DC-DC转换器2的驱动，通过DC-DC转换器2将再生电力的电压转换(升压或降压)为对应于电容器11的电压，使电流流过电容器11。由此，通过再生电力对电容器11进行充电，如图7的b区间所示，电容器11的电压持续上升。
而且，在电容器11为充满电状态时，电容器11的电压成为上限值，因此控制部1停止DC-DC转换器2的驱动。由此，电流不再从DC-DC转换器2流向电容器11。
在车辆减速的情况下，如图7的P1点所示，在车速低至极低速度时，不再由发电机13产生再生电力(图7的c区间)。如图4所示，控制部1在通过通信部6而从上位ECU17接收到表示车速为极低速度的信息时，接通开关3，控制DC-DC转换器2的驱动，使电容器11放电。由此，如图4中的箭头所示，电容器11的电力被提供给被保护负载16，并且电容器11的电力通过开关3而被提供给负载14、15。因此，电容器11的电压持续降低。
而且，例如在车速变为0(停止状态)等的情况下，规定的怠速停止转移条件成立时，开始怠速停止。控制部1在通过通信部6从上位ECU17接收到表示怠速停止开始的信息时，持续开关3的接通状态，继续进行DC-DC转换器2对电容器11的放电。即，如图4中的箭头所示，电容器11的电力被持续提供给负载14～16。在电容器11的放电中，通过电压检测部5以规定的周期检测电容器11的电压，而且该电压被输出给控制部1。
在车辆的怠速停止中，控制部1如果确认到电容器11的电压降低至规定值(图7的P2点)，则如图5所示，停止DC-DC转换器2的驱动，并停止电容器11的放电，留存电容器11的电力。
用于与上述电容器11的电压比较的规定的值被设定为在此后的发动机再启动时，能够提供被保护负载16的驱动所需的电力的电容器11的电压以上的值。
如上所述，在停止了电容器11的放电时，电容器11的电力不再被提供给负载14～16，而控制部1会持续开关3的接通状态，因此如图5中的箭头所示，电池12的电力被提供给负载14～16。由此，无需基于电力不足而结束怠速停止，因此控制部1将表示能够持续怠速停止状态的信号通过通信部6发送给上位ECU17。上位ECU17在从车辆用电源装置10接收到表示能够持续怠速停止状态的信号时，向怠速停止控制用的其他ECU发送规定信号，并且如图7的d区间所示，持续怠速停止状态。
此后，例如在进行了制动踏板的释放、油门踏板的踩下或出现了电池12的电压降低等而规定的怠速停止结束条件成立时，怠速停止结束(图7的P3点)。控制部1如图6所示，在通过通信部6从上位ECU17接收到表示怠速停止结束的信号时，针对发动机的再启动，断开开关3，并控制DC-DC转换器2的驱动，使电容器11放电。由此，如图6中的箭头所示，电容器11的剩余电力被提供给被保护负载16(图7的e区间)。从电池12对负载14、15提供电力。
启动电动机14a凭借电池12的电力而起动。在该启动电动机14a的起动时，开关3断开，电容器11和被保护负载16与电池12和启动电动机14a电分离。因此，即使大电流从电池12流向启动电动机14a，由电容器11提供给被保护负载16的供给电压也不会降低，能够从电容器11对被保护负载16稳定地提供电力。凭借启动电动机14a的起动，发动机再启动，以后在发动机进行工作时，消耗燃料。此后，按照车辆的状态以及电池12和电容器11的充电量等，重复出现图2～图6的电力提供状态。
根据上述实施方式，在车辆的怠速停止中，接通开关3，使电容器11放电，对各负载14～16提供电力。而且，在电容器11的电压降低至规定值时，停止电容器11的放电，留存电容器11的电力。此外，持续开关3的接通状态，将电池12的电力提供给各负载14～16，因此能够持续驱动各负载14～16。进而，将表示能够持续怠速停止状态的信号从车辆用电源装置10发送至上位ECU17，因此如果其他的怠速停止结束条件未成立，则持续怠速停止状态，能够提升车辆的燃料消耗率。而且，在怠速停止结束而再启动发动机时，断开开关3，并使电容器11放电，将电容器11的剩余电力提供给被保护负载16。因此，在用于再启动发动机而进行的启动电动机14a的起动时，不会降低供给电压，能够从电容器11起对被保护负载16可靠地提供电力。此外，还可以从电池12对其他的负载14、15提供电力。
此外，在上述实施方式中，在怠速停止中，将用于与电容器11的电压比较的规定值设定为能够提供发动机的再启动时被保护负载16的驱动所需的电力的电容器11的电压以上的值。因此，在怠速停止结束而再启动发动机时，能够从电容器11对被保护负载16更为可靠地提供电力，能够稳定地驱动被保护负载16。
此外，在上述实施方式中，作为开关3，使用的是并联有二极管4的FET，因此相比具有机械接点的其他开关，能够进行可靠性更高的开关动作，能够可靠地切换电力的提供状态。此外，二极管4被连接为使得电流能够从电池12侧流向被保护负载16侧，因此在修理时，即使电池12反向连接，来自电池12的电流也不会流向DC-DC转换器2、电容器11和被保护负载16，能够对这些部分进行保护。
进而，在上述实施方式中，在由发电机13产生了再生电力时，接通开关3，将再生电力提供给被保护负载16，并且控制DC-DC转换器2的驱动，凭借再生电力对电容器11充电。因此，不会消耗燃料，能够有效利用所产生的再生电力。
本发明除了上述方式以外还可以采用各种实施方式。例如，在上述实施方式中，示出了作为开关元件，使用由FET构成的开关3的例子，然而本发明不限于此。除此以外，例如还可以使用继电器、晶体管等其他开关元件。此外，既可以将二极管4等整流器与开关元件并联，也可以省略。
此外，在以上的实施方式中，作为怠速停止移行条件，举例说明了车速为0的情况，然而本发明不限于此。除此以外，例如还可以将车速降低至极低速度、以及电容器11和电池12的充电量在规定的量以上等作为怠速停止转移条件。
进而，本发明能够应用于具备怠速停止功能和减速再生功能的所有车辆中。

Claims (6)

1.一种车辆用电源装置，其具有：
开关元件，其一端连接有直流电源，且另一端连接有第2负载，其中，在该直流电源上并联连接有第1负载和发电机，该第2负载需要保护为不使供给电压降低；
双向型的DC-DC转换器，其第1输入输出端子连接有所述开关元件的另一端和所述第2负载，且第2输入输出端子连接有蓄电部，该蓄电部对由所述发电机产生的再生电力进行蓄积；以及
控制部，其对所述开关元件和所述DC-DC转换器的动作进行控制，
该车辆用电源装置的特征在于，还具有：
电压检测部，其检测所述蓄电部的电压；以及
通信部，其用于与上位装置进行通信，
在车辆的怠速停止中，所述控制部接通所述开关元件，控制所述DC-DC转换器的驱动，使所述蓄电部进行放电，将所述蓄电部的电力提供给各负载，
在所述蓄电部的电压降低至规定的值时，所述控制部停止所述蓄电部的所述DC-DC转换器所致的放电，留存所述蓄电部的电力，且持续所述开关元件的接通状态，将所述直流电源的电力提供给所述各负载，将表示能够持续怠速停止状态的信号通过所述通信部发送至所述上位装置，
在所述怠速停止结束，车辆的发动机被再启动时，所述控制部断开所述开关元件，控制所述DC-DC转换器的驱动，使所述蓄电部进行放电，将所述蓄电部的剩余电力提供给所述第2负载。
2.根据权利要求1所述的车辆用电源装置，其特征在于，
所述规定的值是能够提供发动机的再启动时所述第2负载的驱动所需电力的所述蓄电部的电压以上的值。
3.根据权利要求1或2所述的车辆用电源装置，其特征在于，
所述开关元件由并联连接有整流器的场效应晶体管构成，
所述整流器使电流从所述直流电源侧流向所述第2负载侧。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的车辆用电源装置，其特征在于，
所述第1负载具有启动电动机，该启动电动机是为启动发动机而起动的，且在起动时，大电流流过该启动电动机。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的车辆用电源装置，其特征在于，
在由所述发电机产生了再生电力时，所述控制部接通所述开关元件，将所述再生电力提供给所述第2负载，且控制所述DC-DC转换器的驱动，通过所述再生电力对所述蓄电部进行充电。
6.一种车辆用再生系统，其由如下部分构成：
直流电源；
与所述直流电源并联连接的第1负载和发电机；
第2负载，其需要保护为不使供给电压下降；
蓄电部，其对由所述发电机产生的再生电力进行蓄积；以及
车辆用电源装置，其将所述直流电源和所述蓄电部的电力分别提供给所述第1负载和所述第2负载，
该车辆用再生系统的特征在于，所述车辆用电源装置具有：
开关元件，其一端连接有所述直流电源，且另一端连接有所述第2负载；
双向型的DC-DC转换器，其第1输入输出端子连接有所述开关元件的另一端和所述第2负载，且第2输入输出端子连接有所述蓄电部；
控制部，其对所述开关元件和所述DC-DC转换器的动作进行控制；
电压检测部，其检测所述蓄电部的电压；以及
通信部，其用于与上位装置进行通信，
在车辆的怠速停止中，所述控制部接通所述开关元件，控制所述DC-DC转换器的驱动，使所述蓄电部进行放电，将所述蓄电部的电力提供给各负载，
在所述蓄电部的电压降低至规定的值时，所述控制部停止所述蓄电部的所述DC-DC转换器所致的放电，留存所述蓄电部的电力，且持续所述开关元件的接通状态，将所述直流电源的电力提供给所述各负载，将表示能够持续所述怠速停止状态的信号通过所述通信部发送至所述上位装置，
在所述怠速停止结束，车辆的发动机被再启动时，所述控制部断开所述开关元件，控制所述DC-DC转换器的驱动，使所述蓄电部进行放电，将所述蓄电部的剩余电力提供给所述第2负载。
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