CN105656164B - 车用电源装置 - Google Patents

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Abstract

一种车用电源装置，其在车辆中使用，且包括：第一开关单元，其设置在通过车辆的内燃机驱动的电力发电机与连接至电力发电机的并且向用于启动内燃机的启动装置提供电力的二次电池之间；第二开关单元，其设置在电力发电机与对电力发电机提供的电力进行积累的电容器之间；以及控制单元，其控制第一开关单元的连接状态和第二开关单元的连接状态。

Description

车用电源装置
技术领域
本发明涉及用于对安装在车辆上的可充电电池进行控制的技术。
背景技术
现有技术中，存在对作为可充电电池安装在车辆上的电容器和铅蓄电池的充电和放电进行控制的已知技术。例如，JP-A-2011-4556公开了一种用于使连接至铅蓄电池和电容器的车用电源装置能够控制诸如车载音响系统的电负载的技术。
发明内容
然而，为了驱动发动机启动器，与诸如车载音响系统的其他电负载不同的是，需要相对大的瞬时电流量。因此，并不总是容易适当地管理铅蓄电池和电容器。例如，如果电容器没有被充分充电，当车辆首次启动时，启动器不能被平稳驱动，而频繁地执行怠速停止并重启。因此，铅蓄电池容易劣化。
鉴于上述，本发明的示例性方面提供一种用于对安装在车辆上的多个可充电电池的充电和放电进行适当控制的技术。
[1]本发明的一方面提供一种车用电源装置，其在车辆中使用，且包括：第一开关单元，其设置在通过车辆的内燃机驱动的电力发电机与连接至电力发电机的并且向用于启动内燃机的启动装置提供电力的二次电池之间；第二开关单元，其设置在电力发电机与对电力发电机提供的电力进行积累的电容器之间；以及控制单元，其控制第一开关单元的连接状态和第二开关单元的连接状态。
[2]根据[1]的车用电源装置，可具有如下配置，该配置中：在内燃机的首次启动期间，控制单元使第一开关单元连接而使第二开关单元断开，从而产生其中从二次电池向启动装置提供电力的第一连接状态，而在内燃机从其暂时停止状态重启期间，控制单元使第一开关单元断开而使第二开关单元连接，从而产生其中从电容器向启动装置提供电力的第二连接状态。
[3]根据[1]或[2]的车用电源装置，还可包括：直流变换器，其设置在连接二次电池和第一开关单元的第一连接部分与连接电容器和第二开关单元的第二连接部分之间，将输入直流电压转换为另一直流电压，并且输出转换后的直流电压，其中，在内燃机的首次启动期间，控制单元使第一开关单元连接而使第二开关单元断开，从而产生其中通过直流变换器从电力发电机向电容器提供电力发电机所产生的电力的第三连接状态，而在车辆减速期间，控制单元使第二开关单元连接，从而产生其中不通过直流变换器而从电力发电机向电容器提供电力发电机所产生的再生电力的第四连接状态。
[4]根据[1]至[3]中任一项的车用电源装置，还可包括：获取单元，其获取二次电池和电容器的充电状态的相关信息，其中，如果二次电池的充电状态等于或低于第一阈值、或者电容器的充电状态等于或低于第二阈值，不考虑车辆的状态，控制单元使第一开关单元连接而使第二开关单元断开，从而产生第五连接状态。
[5]根据[1]至[4]中任一项的车用电源装置，还可具有如下配置，该配置中：第一开关单元包括第一MOSFET，第二开关单元包括第二MOSFET，第一MOSFET具有连接其漏极和其源极的寄生二极管，该寄生二极管的阳极和阴极分别连接至电力发电机和二次电池，并且第二MOSFET具有连接其漏极和其源极的寄生二极管，该寄生二极管的阳极和阴极分别连接至电力发电机和电容器。
[6]根据[5]的车用电源装置，可具有如下配置，该配置中，在控制单元将第一MOSFET从接通状态切换至断开状态之后，控制单元接通第二MOSFET，并且在控制单元将第二MOSFET从接通状态切换至断开状态之后，控制单元接通第一MOSFET。
根据[1]至[6]，对第一开关单元的连接状态和第二开关的连接状态进行了控制，从而能够适当地控制二次电池和电容器的充电和放电。
根据[2]，当内燃机首次启动时，从二次电池向启动装置提供电力，从而能够进行平稳启动。另外，当内燃机从暂时停止状态重启时，从电容器向启动装置提供电力，从而能够抑制二次电池的放电，防止其劣化。
根据[3]，当内燃机首次启动时，产生的电力通过直流变换器提供给电容器，从而能够实现稳定的电源装置。同时，在车辆减速期间，再生电力不通过直流变换器而提供给电容器，从而能够超越直流变换器的输出能力而向电容器提供再生电力。
根据[4]，基于二次电池和电容器的充电状态，不考虑车辆的状态来控制第一开关单元和第二开关单元。因此，无疑能够控制二次电池和电容器的充电。
根据[5]，能够防止电流在二次电池和电容器的充电之后从二次电池和电容器回流至启动装置。
根据[6]，能够防止当第一MOSFET或第二MOSFET在接通状态和断开状态之间切换时二次电池或电容器被短路。
附图说明
图1示出了根据第一实施例的车用电源装置的概况。
图2示出了根据第一实施例的车用电源装置的配置。
图3示出了车辆状态数据的示例。
图4示出了可提供给电负载的电流电平。
图5示出了根据第一实施例的车用电源装置的处理。
图6示出了根据第一实施例的车用电源装置的另一处理。
图7示出了开关的控制状态和电力的传输路径。
图8示出了开关的控制状态和电力的传输路径。
图9示出了开关的控制状态和电力的传输路径。
图10示出了第一开关和第二开关的配置。
图11示出了对第一开关和第二开关的处理。
图12示出了第一开关和第二开关的操作。
图13示出了根据第二实施例的车用电源装置的概况。
图14示出了充电状态数据的示例。
图15示出了铅蓄电池的充电电平。
图16示出了电容器的电压电平。
图17示出了根据第二实施例的车用电源装置的处理。
图18示出了根据第二实施例的车用电源装置的另一处理。
图19示出了开关的控制状态和电力的传输路径。
图20示出了开关的控制状态和电力的传输路径。
具体实施方式
下面参考附图描述本发明的实施例。
<1.第一实施例>
<1-1.概况>
图1示出了根据第一实施例的车用电源装置1的概况。车用电源装置1是电子控制装置，其设置在车辆2中，并且控制设置车辆2中的铅蓄电池3、电负载4和电容器5。车用电源装置1将来自设置在车辆2中的电力发电机6的电力适当地分配给铅蓄电池3、电负载4、电容器5和发动机EN。从而，能够稳定地操作电负载4，而不会过度地降低铅蓄电池3和电容器5的充电状态，能够有效地对铅蓄电池3和电容器5进行充电。另外，能够稳定地启动发动机EN。
例如，车用电源装置1基于来自发动机EN和车载传感器SN的信号来确定车辆2的诸如运行状态的状态，并且根据车辆2的状态来执行适当的电源控制。换句话说，当车辆2从怠速停止返回时，电源装置1控制第一开关11和第二开关12，使得电容器5的电力供给启动器7，从而抑制铅蓄电池3的频繁放电并且防止铅蓄电池3的劣化。
另外，发动机EN是由启动器7启动的内燃机。另外，车载传感器SN是用于检测车辆速度的车速传感器、用于从发动机控制装置或怠速停止控制装置接收用于确定发动机状态的信号的接收器，等等。
在一些附图中，将开关、直流-直流转换器、铅蓄电池、提供给电负载4的电流、电容器5、电力发电机6、以及铅蓄电池3或电容器5的充电状态分别简称为“SW”、“DDC”、“Pb”、“ELi”、“Cap”、“Alt”和“SOC”。
<1-2.配置>
图2示出了车用电源装置1的配置。车用电源装置1连接至铅蓄电池3、电负载4、电容器5、电力发电机6和启动器7。
铅蓄电池3是具有铅电极的二次电池。铅蓄电池3作为设置在车辆2中的电气装置的主要电源。
电负载4是设置在车辆2中的电气装置。电负载4的示例包括导航装置、立体声系统、空调、灯、动力转向系统、动力窗口系统等。电负载4的耗电量取决于其操作状态。在耗电量较大的情况下，电负载4消耗150A或更大的电流。
电容器5是用于存储电荷的蓄电池。例如，电容器5是蓄电器，然而，其只要是可再充电电池即可。电容器5作为铅蓄电池3的辅助电源。另外，在发动机EN(未示出)最终停止后，电容器5释放存储的电荷以防止劣化。发动机EN最终停止是指发动机EN根据驾驶员下车时对按键或按钮的操作的停止。因此，发动机EN最终停止不同于之后伴随有重启的暂时怠速停止。
电力发电机6是用于使用发动机EN的旋转作为驱动源产生电力的装置。另外，在车辆2减速期间，电力发电机6根据再生制动产生再生电力。电力发电机6还可以被称为交流发电机或发电机。
启动器7是包括电动机并用于启动发动机EN的启动装置。
车用电源装置1包括第一开关11、第二开关12、控制单元13、直流-直流转换器14和存储单元15。
第一开关11和第二开关12是用于控制电路的分断或断开的开关(替续器)。例如，第一开关11和第二开关12是双极性晶体管或场效应晶体管(FET)，具体地，是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。第一开关11连接在铅蓄电池3与电力发电机6之间以及铅蓄电池3与启动器7之间。第二开关12连接在电容器5与电力发电机6之间以及电容器5与启动器7之间。第一开关11的一端连接至第二开关12的一端，并且第一开关和第二开关通过下述控制单元13进行切换。另外，第一开关11作为第一开关单元，第二开关12作为第二开关单元。
控制单元13是包括CPU、RAM和ROM的微计算机。控制单元13控制整个车用电源装置1。控制单元13包括电源控制单元13a、车辆状态获取单元13b和充电状态获取单元13c。另外，控制单元13作为用于控制第一开关11的连接状态和第二开关12的连接状态的控制单元。
电源控制单元13a参考铅蓄电池3和电容器5的充电状态、电负载4的耗电、车辆2的状态等来控制第一开关11和第二开关12的切换状态以及直流-直流转换器14的驱动状态。
车辆状态获取单元13b从车载传感器SN(未示出)获取车辆2的状态的相关信息。车辆2的状态是车辆2的运行状态和发动机EN的驱动状态。车辆2的运行状态是车辆2的诸如运行或减速的状态。车辆状态获取单元13b根据从车速传感器输出的信号来确定车辆2的诸如运行或减速的状态。发动机EN的驱动状态是发动机EN的首次启动、从怠速停止重启(返回)等。发动机EN的首次启动是响应于驾驶员进入车辆2之后对按键或按钮的操作而执行的发动机EN的首次启动。从怠速停止重启(返回)是驾驶员在发动机EN例如为了等待红灯而暂时停止(怠速停止)之后操作加速器时执行的发动机EN的重启。
充电状态获取单元13c获取铅蓄电池3和电容器5的充电状态的相关信息。另外，充电状态获取单元13c作为获取单元。
直流-直流转换器14是用于将直流(DC)电压(电流)转换为另一直流(DC)电压(电流)的DC变换器。另外，直流-直流转换器14是用于减小或增大DC电压的变压器。直流-直流转换器14连接在铅蓄电池3与电容器5之间以及电负载4与电容器5之间。另外，直流-直流转换器14的一端连接至第一开关11，其另一端连接至第二开关12。
存储单元15是用于存储数据的存储介质。例如，存储单元15是诸如电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、或具有磁盘的硬盘驱动器的非易失性存储器。存储单元15存储程序15a和车辆状态数据15b。
程序15a是控制单元13读取并执行用于控制车用电源装置1的固件。
车辆状态数据15b是包括数据项“车辆状态”、“第一开关的切换状态”、“第二开关的切换状态”、“直流-直流转换器的驱动状态”、和“车用电源装置的控制状态”的矩阵式数据表。电源控制单元13a控制第一开关11、第二开关12和直流-直流转换器14时参考车辆数据15b。
图3示出了车辆状态数据15b的示例。车辆状态数据15b包括数据项“车辆状态”MS、数据项“第一开关的切换状态”FS、数据项“第二开关的切换状态”SS、数据项“直流-直流转换器的驱动状态”DC、数据项“车用电源装置的控制状态”CS、以及对应于这些数据项的记录R。每个数据项对应于八个记录。
在数据项“车辆状态”MS中，输入车辆2的诸如发动机EN的首次启动或电容器5的首次充电之类的状态。在数据项“第一开关的切换状态”FS和数据项“第二开关的切换状态”SS中，输入“接通”或“断开”作为第一开关或第二开关的切换状态。在数据项“直流-直流转换器的驱动状态”DC中，输入“被停止”或“被驱动”作为直流-直流转换器的驱动状态。在数据项“车用电源装置的控制状态”CS中，例如，输入表示铅蓄电池3的电力直接供给启动器7的控制状态信息作为车用电源装置1的控制状态。数据项“车用电源装置的控制状态”CS表示车用电源装置1的控制状态，其在车辆2处于数据项“车辆状态”MS表示的状态下在第一开关11、第二开关12和直流-直流转换器14被控制为使得它们变为由数据项“第一开关的切换状态”FS、数据项“第二开关的切换状态”SS和数据项“直流-直流转换器的驱动状态”DC表示的状态时获得。
图4示出了提供给电负载4的电负载电流ELi的电平。另外，直流-直流转换器14能输出的最大电流是50A，也被称为直流-直流转换器的最大放电电平。电力发电机6能输出的最大电流是150A，也被称为电力发电机6的最大电流电平。
在电负载电流ELi是其电平等于或小于直流-直流转换器的最大放电电平的小电流的情况下，电负载电流ELi包含在直流电源优先范围SR内。在电负载电流ELi包含在直流电源优先范围SR内的情况下，车用电源装置1直接用电力发电机6的电力对电容器5进行充电，并且通过直流-直流转换器14向电负载4提供电力。这是因为，由于电负载电流ELi是相对小的电流，因此能够用电力发电机6的电力对电容器5进行充电并且向电负载4提供电力。
在电负载电流ELi是大于直流-直流转换器的最大放电电平且等于或小于电力发电机6的最大电流电平的中等电流的情况下，电负载电流ELi包含在余量充电(surpluscharging)优先范围MR内。在电负载电流ELi包含在余量充电优先范围MR内的情况下，车用电源装置1直接将电力发电机6的电力供给电负载4，并且通过直流-直流转换器14来对电容器5进行充电。一个原因是，由于电负载电流ELi的电平中等，因此能够超越直流-直流转换器14的输出能力而将电力发电机6的电力直接提供给电负载4。另一个原因是，由于电负载电流ELi的电平中等，因此能够通过直流-直流转换器14利用电力发电机6的电力对电容器5进行充电。
在电负载电流ELi为其电平高于电力发电机6的最大电流电平的大电流的情况下，电负载电流ELi包含在辅助电源优先范围LR内。在电负载电流ELi包含在辅助电源优先范围LR内的情况下，车用电源装置1将电力发电机6的全部电力直接提供给电负载4。此外，电源装置1将铅蓄电池3的电力提供给电负载4。这是因为，由于电负载电流ELi为大电流，因此需要将电力发电机6和铅蓄电池3的电力提供给电负载4。
<1-3.处理>
图5示出了车用电源装置1的处理过程。图5所示的处理被以预定循环重复执行。
首先，在步骤S11中，车辆状态获取单元13b确定车辆2的状态。根据从车载传感器SN发送的信号，车辆状态获取单元13b确定车辆2的状态。车辆的状态是发动机EN的首次启动、车辆2的运行、车辆2的减速、车辆2的停止、以及发动机EN从暂时停止重启中的任意一种。另外，暂时停止是发动机EN的怠速停止。
如果车辆状态获取单元13b确定车辆2的状态是发动机EN的首次启动(在步骤S11中为“首次启动”)，参考车辆状态数据15b，电源控制单元13a在步骤S12中接通第一开关11，并且在步骤S13中断开第二开关，以及在步骤S14中停止直流-直流转换器。另外，车辆获取单元13b确定发动机EN的首次启动是否由来自发动机控制装置的信号导致。从而，在步骤S15中，车用电源装置1通过第一开关11将铅蓄电池3的电力提供给启动器7。另外，由于电力从铅蓄电池3提供给启动器7，因此，即使电容器5的充电不充分，也能启动发动机EN。为了防止电容器5的劣化，在发动机EN停止(例如，由断开点火开关导致的停止，而非怠速停止)之后执行从电容器5释放电荷。为此，在发动机EN的首次启动期间，对电容器5的充电可以不充分。
如果车辆状态获取单元13b确定车辆2的状态是运行(在步骤S11中为“运行”)，参考车辆状态数据15b，电源控制单元13a在步骤S16中接通第一开关11，并且在步骤S17中断开第二开关。另外，电源控制单元13a在步骤S18中驱动直流-直流转换器，并且在步骤S19中将电容器5的电力提供给电负载4。此外，车辆状态获取单元13b确定车辆2的运行是否由来自用于检测车辆2的速度的车速传感器的信号导致。从而，在车辆2的运行期间，能够通过直流-直流转换器14将稳定电力提供给电负载14。即，能够稳定地操作设置在车辆2中的诸如导航装置、立体声系统和空调的装置。由于使用了电容器5的电力，能够抑制铅蓄电池的放电并且防止其劣化。
如果车辆状态获取单元13b确定车辆2的状态是减速(在步骤S11中为“减速”)，在步骤S20中，电源控制单元13a执行减速处理。以下将描述在减速处理中执行的处理内容。另外，车辆状态获取单元13b确定车辆2的减速是否由来自用于检测车辆2的速度的车速传感器的信号导致。
如果车辆状态获取单元13b确定车辆2停止，即，怠速停止(在步骤S11中为“停止”)，参考车辆状态数据15b，电源控制单元13a在步骤S21中断开第一开关11，并且在步骤S22中接通第二开关，以及在步骤S23中驱动直流-直流转换器14，从而在步骤S24中将电容器5的电力提供给电负载4。因此，在车辆2停止期间，能够通过直流-直流转换器14向电负载4提供稳定电力。另外，由于使用了电容器5的电力，因此能够抑制铅蓄电池的放电。此外，电源控制单元13a确定车辆2的停止是否由来自怠速停止控制装置的信号导致。
如果车辆状态获取单元13b确定车辆2的状态是从暂时停止状态重启，即，从怠速停止返回(在步骤S11中为“重启”)，参考车辆状态数据15b，电源控制单元13a在步骤S25中断开第一开关11，并且在步骤S26中接通第二开关，以及在步骤S27中停止直流-直流转换器14，从而在步骤S28中通过第二开关12将电容器5的电力提供给启动器7。由于使用电容器5的电力来执行频繁重启，因此能够抑制铅蓄电池3的频繁使用。如果抑制了铅蓄电池3的频繁使用，则能够抑制铅蓄电池3的劣化。另外，由于停止了直流-直流转换器，因此能够将电容器5的大部分电力提供给耗电量大的启动器7，而不把电容器5的电力分配给电负载4。此外，车辆状态获取单元13b确定车辆2从暂时停止状态重启是否由来自怠速停止控制装置的信号导致。
图6示出了步骤S20的减速处理的处理内容。如果减速处理开始，在步骤S20a中，充电状态获取单元13c获取提供给电负载4的电流(即，电负载4的消耗电流ELi)的相关信息。
在步骤S20b中，充电状态获取单元13c确定消耗电流ELi是否等于或小于直流-直流转换器的最大放电电平，即，消耗电流ELi是等于或小于50A的小电流，并且包含在直流电源优先范围SR内。
如果充电状态获取单元13c确定消耗电流ELi等于或小于直流-直流转换器的最大放电电平(在步骤S20b中为“是”)，参考车辆状态数据15b，电源控制单元13a在步骤S20c中断开第一开关11，并且在步骤S20d中接通第二开关，以及在步骤S20e中驱动直流-直流转换器14，从而在步骤S20f中利用电力发电机6由于车辆2的减速而产生的再生电力对电容器5进行充电，并同时通过直流-直流转换器14向电负载4提供电力。以此方式，能够利用电力发电机6的再生电力对电容器5进行充电，并且能够通过直流-直流转换器14向电负载4提供稳定电力。
同时，如果充电状态获取单元13c确定消耗电流ELi高于直流-直流转换器的最大放电电平(在步骤S20b中为“否”)，则在步骤S20g中，充电状态获取单元13c确定消耗电流ELi是否高于直流-直流转换器14的最大放电电平并且等于或小于电力发电机6的最大电流电平，即，消耗电流ELi为高于50A且小于150A的中等电流，并且包含在余量充电优先范围MR内。
如果充电状态获取单元13C确定消耗电流ELi高于直流-直流转换器14的最大放电电平并且等于或小于电力发电机6的最大电流电平(在步骤S20g中为“是”)，参考车辆状态数据15b，电源控制单元13a在步骤S20h中接通第一开关11，并且在步骤S20i中断开第二开关，以及在步骤S20j中驱动直流-直流转换器14，从而在步骤S20k中将电力发电机6由于车辆2的减速而产生的再生电力直接提供至电负载4，并同时通过直流-直流转换器14对电容器5进行充电。不通过直流-直流转换器14而将电力发电机6的再生电力直接提供给电负载4的原因是电负载4需要超过直流-直流转换器14的输出能力的大电流。以上述方式，能够将电力发电机6的再生电力直接提供给需要大电流的电负载4，并且能够通过直流-直流转换器14用稳定电力对电容器5进行充电。
同时，如果充电状态获取单元13c确定消耗电流ELi高于直流-直流转换器14的最大放电电平并且高于电力发电机6的最大电流电平(在步骤S20g中为“否”)，则充电状态获取单元13c确定消耗电流ELi为高于150A的大电流并且包含在辅助电源优先范围LR内。
如果充电状态获取单元13c确定消耗电流ELi高于最大电流电平，参考车辆状态数据15b，电源控制单元13a在步骤S20l中接通第一开关11，并且在步骤S20m中断开第二开关，以及在步骤S20n中停止直流-直流转换器14，从而在步骤S20o中将电力发电机6由于车辆2的减速而产生的再生电力直接提供至电负载4，并同时通过直流-直流转换器14将电容器5的电力提供给电负载4。以此方式，能够将电力发电机6的再生电力直接提供给需要非常大电流的电负载4，同时能够通过直流-直流转换器14利用稳定电力对电负载4进行供电。因此，即使在电负载4需要非常大电流的情况下，也能够稳定地操作电负载4。另外，电负载4需要非常大电流的情况是诸如空调和灯的各种电气装置同时操作的情况。
如上所述，在车辆2减速期间，使用电力发电机6的再生电力。因此，能够有效地利用由于车辆2的减速而产生的能量。另外，在电负载4需要小电流的情况下，能够将电力发电机6的再生电力提供给电负载4同时对电容器5进行充电，从而能够防止电容器5的充电的不充分。另外，在电负载4需要超出直流-直流转换器14的输出能力的大电流的情况下，将电力发电机6的再生电力直接提供给电负载4，从而能够稳定地操作电负载4。
<1-4.电路配置>
图7示出了在发动机EN的首次启动期间车用电源装置1的电路配置。该情况下，车用电源装置1接通第一开关11，并且断开第二开关12，以及停止直流-直流转换器14。从而，在铅蓄电池3与启动器7之间，形成路径C1，使得电力能够从铅蓄电池3通过第一开关11直接提供至启动器7。在首次启动期间，由于电容器5的充电不充分，电力从铅蓄电池3直接提供至启动器7，从而能够稳定地启动发动机EN。这是因为，电容器5在发动机EN最终停止之后被放电以防止电容器的劣化。
图8示出了在车辆2减速且提供给电负载的电流ELi为小电流的情况下车用电源装置1的电路配置。该情况下，车用电源装置1断开第一开关11,并且接通第二开关12,以及驱动直流-直流转换器14,从而将电力发电机6的电力提供给电负载4。该情况下，在电力发电机6与电容器5之间，形成路径C2，并且在电力发电机6与电负载4之间，形成路径C3，使得能够利用电力发电机6的再生电力直接对电容器5进行充电，并且能够通过直流-直流转换器14向电负载4提供稳定电流。
图9示出了在车辆2从怠速停止重启的情况下车用电源装置1的电路配置。该情况下，车用电源装置1断开第一开关11，并且接通第二开关12，以及停止直流-直流转换器14。从而，在电容器5与启动器7之间，形成路径C4，使得能够利用电容器5的电力直接驱动启动器7。即，在频繁重启期间，由于不使用铅蓄电池3的电力，能够防止铅蓄电池3被损耗和劣化。
<1-5.开关的配置、对开关的处理、以及开关的操作>
接下来，将描述第一开关11和第二开关12的配置、对第一开关和第二开关的处理、以及第一开关和第二开关的操作。根据第一开关11和第二开关12的切换，可能产生过载电流或冲击电压，从而导致车用电源装置1的损坏。
即，如果在铅蓄电池3(或电容器5)的充电充分并且电容器5(或铅蓄电池3)的充电不充分的状态下第一开关11和第二开关12同时接通，可能有过载电流从充分充电的铅蓄电池(或电容器)流向不充分充电的电容器(或铅蓄电池)，从而引燃或发热。为此，在第一开关11和第二开关12的切换期间，需要控制来防止第一开关和第二开关被同时接通。
另外，在第一开关11和第二开关12接通之前，两个开关被同时断开，从而能够防止两个开关被同时接通。然而，如果两个开关被同时断开，电力发电机6的放电目的地消失。该情况下，电力发电机6变成为高电压状态的所谓负载转储状态(load dump state)。如果第一开关11和第二开关12中的任意一个在电力发电机6变为负载转储状态之后被接通，则可能突发高电压(即，冲击电压)，从而导致车用电源装置1的损坏。
因此，根据本实施例的第一开关11和第二开关12的配置、对第一开关和第二开关的处理、以及第一开关和第二开关的操作是为了安全地执行两个开关11和12的切换，而不会同时接通和断开开关11和12，即，不会产生过载电流或冲击电压。
图10示出了第一开关11和第二开关12的内部配置。通过连接第一MOSFET 11a和第二MOSFET 11b来配置第一开关11。第一MOSFET 11a的源极S连接至电力发电机6，其漏极D连接至第二MOSFET 11b。连接第一MOSFET 11a的漏极D和源极S的寄生二极管的阳极A连接至电力发电机6，该寄生二极管的阴极C连接至铅蓄电池3。连接第二MOSFET 11b的漏极D和源极S的寄生二极管的阴极C连接至电力发电机6，并且该寄生二极管的阳极A连接至铅蓄电池3。通过电源控制单元13a来控制第一MOSFET 11a和第二MOSFET 11b的栅极G。
通过连接第三MOSFET 12a和第四MOSFET 12b来配置第二开关12，并且第二开关12的其他配置与第一开关11的相同。即，可通过用第三MOSFET 12a、第四MOSFET 12b和电容器5代替第一开关11的配置中的第一MOSFET 11a、第二MOSFET 11b和铅蓄电池3，来配置第二开关12。
图11示出了对第一开关11和第二开关12的切换处理。具体地，图11示出了将第一开关11从接通状态切换至断开状态以及将第二开关12从断开状态切换至接通状态的切换处理。因此，图11所示的处理从第一开关11接通而第二开关12断开的状态开始。另外，通过电源控制单元13a来控制该处理。
首先，在步骤S31中，电源控制单元13a断开第一MOSFET 11a。在步骤S32中，电源控制单元13a确定消逝时间T是否已为4毫秒或更多。4毫秒对于保持第一MOSFET 11a断开的同时接通或断开一个MOSFET来说是足够的时间。
如果电源控制单元13a确定消逝时间T还不够4毫秒或更多(在步骤S32中为“否”)，其等待而不对MOSFET执行控制，并且再次查阅消逝时间T。
同时，如果电源控制单元13a确定消逝时间T已为4毫秒或更多(在步骤S32中为“是”)，则在步骤S33中，电源控制单元接通第三MOSFET 12a和第四MOSFET 12b。
如果电源控制单元13a接通了第三MOSFET 12a和第四MOSFET 12b，在步骤S34中，电源控制单元确定在第三MOSFET 12a和第四MOSFET 12b保持接通时消逝时间T是否已为4毫秒或更多。
如果电源控制单元13a确定消逝时间T还不够4毫秒或更多(在步骤S34中为“否”)，其等待而不对MOSFET执行控制，并且再次查阅消逝时间T。
同时，如果电源控制单元13a确定消逝时间T已为4毫秒或更多(在步骤S32中为“是”)，在步骤S35中，电源控制单元断开第二MOSFET 11b。
另外，与图11所示的处理相反地，可对第一开关11和第二开关12执行将第一开关11从断开状态切换至接通状态并且将第二开关12从接通状态切换至断开状态的切换处理。
图12示出了第一开关11和第二开关12的切换操作。具体地，图11所示的处理中MOSFET的切换操作是将第一开关11从接通状态切换至断开状态并且将第二开关12从断开状态切换至接通状态的切换处理。因此，图12所示的处理从第一开关11接通而第二开关12断开的状态(状态“A”)开始。在状态“A”中，从电力发电机6向铅蓄电池3提供电流11ai。
从状态“A”，第一MOSFET 11a被断开(状态“B”)。在状态“B”中，第二MOSFET 11b的寄生二极管和第一MOSFET 11a被提供电流11bi。
从状态“B”，第三MOSFET 12a和第四MOSFET 12b被接通(状态“C”)。在状态“C”中，通过第二开关12从电力发电机6向电容器5提供电流12i。此时，可能会从被充分充电的铅蓄电池3向未被充分充电的电容器5提供过载电流Ri。然而，该过载电流Ri被第一MOSFET 11a的寄生二极管中断。
从状态“C”，第二MOSFET 11b被断开(状态“D”)。状态“D”是第一开关11和第二开关12已在其接通状态与其断开状态之间被切换的状态。在状态“D”中，由于第二开关12接通，从电力发电机6向电容器5提供电流12i。
另外，与图12所示的处理相反地，可以对第一开关11和第二开关12执行将第一开关11从断开状态切换至接通状态以及将第二开关12从接通状态切换至断开状态的切换处理。
如上所述，由于第一开关11和第二开关12不同时被接通和断开，能够安全地执行两个开关11和12的切换而不产生过载电流或冲击电压。
另外，由于第一开关11和第二开关12的寄生二极管的阴极指向铅蓄电池3和电容器5，因此能够防止在铅蓄电池3和电容器5的充电之后电流从铅蓄电池3和电容器5回流至启动器。
如上所述，根据本实施例的车辆电源装置1根据车辆2的状态来控制连接至电力发电机6、铅蓄电池3和电容器5的第一开关11和第二开关12的连接状态。因此，当发动机EN首次启动时，从铅蓄电池3向启动器7提供电力，从而能够进行稳定启动。另外，当发动机EN从暂时停止状态重启时，从电容器5向启动器7提供电力，从而能够抑制铅蓄电池3的放电，防止其劣化。
另外，不通过直流-直流转换器14而在电容器5中积累电力发电机6的再生电力。因此，能够抑制电力发电机6对电容器5进行充电的操作，从而改进了燃油效率。另外，能够在改进燃油效率的同时防止铅蓄电池3的劣化。
另外，由于根据提供给电负载4的电量来切换针对铅蓄电池3和电容器5的充电路径，因此能够改进燃油效率。
另外，由于能够仅通过车用电源装置1来控制铅蓄电池3和电容器5的充电以及启动器7的驱动，因此能够减小车用电源装置1的大小和成本。
<2.第二实施例>
接下来，将描述第二实施例。第二实施例包括与第一实施例相同的部件。因此，以下将主要描述与第一实施例的不同之处。
<2-1.配置>
图13示出了根据第二实施例的车用电源装置1的配置。如上所述，根据第一实施例的车用电源装置1在存储单元15中存储车辆状态数据15b。相比于此，根据第二实施例的车用电源装置1在存储单元15中不仅存储车辆状态数据15b，还存储充电状态数据15c。
充电状态数据15c是包括铅蓄电池3和电容器5的充电状态、第一开关的切换状态、第二开关的切换状态、直流-直流转换器的驱动状态和车用电源装置的控制状态的相关数据项的矩阵式数据表。
图14示出了充电状态数据15c的示例。充电状态数据15c包括数据项“充电状态”RS、数据项“第一开关的切换状态”FS、数据项“第二开关的切换状态”SS、数据项“直流-直流转换器的驱动状态”DC、数据项“车用电源装置的控制状态”CS、和对应于这些数据项的记录R。每个数据项对应于两个记录。
在数据项“充电状态”RS中，输入了铅蓄电池3和电容器5的充电状态。即，铅蓄电池的充电状态等于或小于80％，而电容器的电压高于劣化防止电平并且等于或小于重启稳妥电平。在其他数据项中，类似于参考图3描述的车辆状态数据15b，输入了对应于数据项“充电状态”RS的数据项。
图15示出了铅蓄电池3的充电状态PbSOC的电平。另外，图15示出了80％作为辅助充电必须电平，其为需要铅蓄电池3的充电的充电状态电平。另外，图15示出了95％作为完全充电电平，其为对应于铅蓄电池3的完全充电的充电状态电平。
在铅蓄电池3的充电状态PbSOC等于或小于辅助充电必须电平的情况下，充电状态PbSOC包含在辅助充电优先范围CR内。在充电状态PbSOC包含在辅助充电优先范围CR内的情况下，车用电源装置1直接用电力发电机6的电力对铅蓄电池3进行充电，并且通过直流-直流转换器14利用余量电力对电容器5进行充电。以此方式，能够优先地对铅蓄电池3进行充电。另外，在铅蓄电池3的充电状态PbSOC等于或小于辅助充电必须电平的情况下，车用电源装置1优先于其他控制而对铅蓄电池3进行充电。
在铅蓄电池3的充电状态PbSOC高于辅助充电必须电平且等于或小于完全充电电平的情况下，充电状态PbSOC包含在正常范围OR内。在充电状态PbSOC包含在正常范围OR内的情况下，车用电源装置1在电容器5中积累电力发电机6的电力，并且将电力发电机6的电力提供给电负载4。
在铅蓄电池3的充电状态PbSOC高于完全充电电平的情况下，充电状态PbSOC包含在充电避免范围AR内。在充电状态PbSOC包含在充电避免范围AR内的情况下，车用电源装置1禁止铅蓄电池3的充电。这是为了防止铅蓄电池3被不必要地充电而被劣化。
图16示出了电容器5的充电状态电平。可以参考电容器5的输出电压来确定电容器5的充电状态。图16示出了8V作为劣化防止电平，其为车辆2最终停止之后为了防止电容器5的劣化电容器5的输出电压应该降至的电平。此外，图16示出了10V作为重启稳妥电平，其为从怠速停止重启所需的电容器5的输出电压电平。而且，图16示出了15V作为电力发电机的最大电压电平，其为从电力发电机6向电容器5输出的输出电压的最大电平。除此之外，图16还示出了16V作为完全充电电平，其为电容器5的充电状态的最大电压电平。
在电容器5的充电状态高于劣化防止电平且等于或小于重启稳妥电平的情况下，电容器5的充电状态包含在辅助充电优先/劣化防止放电优先范围DR内。在电容器5的充电状态包含在辅助充电优先/劣化防止放电优先范围DR内的情况下，当车辆2运行时，车用电源装置1优先执行电容器5的充电；而在车辆2最终停止之后，电源装置1优先执行电容器的放电。以此方式，当车辆2运行时，能够对电容器5进行充分充电，而在车辆2最终停止后，能够优先执行对电容器5的放电，从而防止其劣化。
在电容器5的充电状态高于重启稳妥电平、且等于或小于电力发电机的最大电压电平的情况下，电容器5的充电状态包含在用于运行和怠速停止的使用范围RR内。在电容器5的充电状态包含在用于运行和怠速停止的使用范围RR内的情况下，车用电源装置1在车辆2的运行或怠速停止期间执行电容器5的充电和放电。另外，当车辆2减速时，电源装置1使用电力发电机6的再生电力对电容器5进行充电，否则，电源装置1执行电容器5的放电。以此方式，当车辆2运行时，能够对电容器5进行充分充电，并且在车辆2最终停止之后，能够优先执行电容器5的放电，从而防止其劣化。当车辆2减速时，利用电力发电机6的再生电力来对电容器5进行充电。因此，能够有效地对电容器进行充电。
在电容器5的充电状态高于电力发电机的最大电压电平、且等于或小于完全充电电平的情况下，电容器5的充电状态包含在升压充电(boosting charging)范围UR内。在电容器5的充电状态包含在升压充电范围UR内的情况下，由于电容器5的输出电压超出了电力发电机6的输出，因此车用电源装置1通过直流-直流转换器14增加电力发电机6的输出电压，从而执行电容器5的充电。以此方式，即使在完全充电电平超过电力发电机6的最大输出电压并且电容器5的输出电压超出电力发电机6的输出电压的情况下，也能够对电容器5进行完全充电。
<2-2.处理>
图17示出了根据第二实施例的车用电源装置1的处理过程。根据第二实施例的车用电源装置1的处理过程除了第一实施例的处理过程之外还包括步骤S10的充电状态控制。通过充电状态控制，获取铅蓄电池3和电容器5的充电状态的相关信息，并且根据所获取的充电状态的相关信息来控制车用电源装置1。
如果车用电源装置1的处理过程开始了，则在步骤S10中，执行充电状态控制。即，在用于确定车辆2的状态的步骤S11的处理之前执行充电状态控制。因此，优先于基于车辆2的状态对车用电源装置1的控制，执行基于铅蓄电池3和电容器5的充电状态对车用电源装置1的控制。以此方式，优化了铅蓄电池3和电容器5的充电状态，至少不使其退化。因此，能够稳定地操作电负载4并执行从怠速停止状态稳定返回。
图18示出了充电状态控制的详细处理过程。如果充电状态控制开始了，则在步骤S10a中，充电状态获取单元13c确定铅蓄电池3的充电状态是否等于或小于80％，即，其充电状态包含在辅助充电优先范围CR内。
如果充电状态获取单元13c确定铅蓄电池3的充电状态等于或小于包含在辅助充电优先范围CR内的80％(在步骤S10a中为“是”)，参考充电状态数据15c，电源控制单元13a在步骤S10b中接通第一开关11，并且在步骤S10c中断开第二开关12，以及驱动直流-直流转换器14，从而在步骤S10d中利用电力发电机6的电力对铅蓄电池3进行充电。以此方式，在铅蓄电池3的充电状态等于或小于80％(即，其充电状态包含在辅助充电优先范围CR内)的情况下，能够优先对铅蓄电池3进行充电。
同时，如果充电状态获取单元13c确定铅蓄电池3的充电状态高于80％，即，其充电状态不包含在辅助充电优先范围CR内(在步骤S10a中为“否”)，则在步骤S10e中，充电状态获取单元13c确定电容器5的充电状态是否高于劣化防止电平且等于或小于重启稳妥电平，即，其充电状态是否包含在辅助充电优先/劣化防止放电优先范围DR内。
如果充电状态获取单元13c确定电容器5的充电状态高于劣化防止电平且等于或小于重启稳妥电平(在步骤S10e中为“是”)，参考充电状态数据15c，电源控制单元13a在步骤S10f中接通第一开关11，并且在步骤S10g中断开第二开关12，以及驱动直流-直流转换器14，从而在步骤S10d中利用电力发电机6的电力来对电容器5进行充电。以此方式，在电容器5的充电状态高于劣化防止电平且等于或小于重启稳妥电平(即，其充电状态包含在辅助充电优先/劣化防止放电优先范围DR内)的情况下，能够优先对电容器5进行充电。
在执行步骤S10d或步骤S10h的情况下，或者在充电状态获取单元13c确定电容器5的充电状态等于或小于劣化防止电平或者高于重启稳妥电平的情况下(在步骤S10e中为“否”)，处理返回到图17的处理过程，并且执行步骤S11。
<2-3.电路配置>
图19示出了在铅蓄电池3的充电状态等于或小于80％的情况下车用电源装置1的电路配置。该情况下，车用电源装置1接通第一开关11，并且断开第二开关12，以及驱动直流-直流转换器14，从而通过电力发电机6对电容器5进行充电。该情况下，在电力发电机6与铅蓄电池3之间，形成路径C5，并且在电力发电机6与电容器5之间，形成路径C6，从而能够利用电力发电机6的电力对铅蓄电池3进行充分充电。另外，能够通过直流-直流转换器14利用电力发电机6的余量电力对电容器5进行充电。
图20示出了在电容器5的充电状态高于劣化防止电平且等于或小于重启稳妥电平的情况下车用电源装置1的电路配置。该情况下，车用电源装置1接通第一开关11，并且断开第二开关12，以及驱动直流-直流转换器14，从而通过电力发电机6和铅蓄电池3对电容器5进行充电。该情况下，在电力发电机6与电容器5之间，形成路径C8，并且在铅蓄电池3与电容器5之间，形成路径C7，从而能够利用电力发电机6和铅蓄电池3的电力对电容器5进行充分充电。
如上所述，根据第二实施例的车用电源装置1根据充电状态来切换第一开关11和第二开关12。因此，能够根据铅蓄电池3和电容器5的充电状态来适当地控制充电和放电。
另外，优先于基于车辆2的状态对车用电源装置1的控制，执行基于铅蓄电池3和电容器5的充电状态对车用电源装置1的控制。因此，优化了铅蓄电池3和电容器5的充电状态，至少没有使其退化，从而能够稳定地操作电负载4并且执行从怠速停止稳定返回。
<3.修改例>
本发明不限于上述实施例。可以对本发明进行修改。以下，将描述一些修改例。上述实施例及以下将要描述的实施例可适当组合。
在上述实施例中，车用电源装置1包括直流-直流转换器14。然而，车用电源装置1可包含在直流-直流转换器14中。即，直流-直流转换器14可包括第一开关11、第二开关12、控制单元13和存储单元15。
另外，在实施例中，作为用于设置在车辆2中的电子装置的主要电源，使用具有铅电极的铅蓄电池3。但是，主要电源可以不是铅蓄电池3。主要电源仅需要为能够作为用于设置在车辆2中的电气装置的电源的二次电池。例如，主要电源可以是硅电池。
另外，在上述实施例中，作为用于设置在车辆2中的电气装置的辅助电源，使用电容器5。然而，辅助电源可以不是电容器5。辅助电源仅需要为能够作为用于设置在车辆2中的电气装置的辅助电源的二次电池。例如，辅助电源可以为锂离子电池或镍金属氢化物电池。
另外，在上述实施例中，车用电源装置1安装在车辆上。但是，车用电源装置1可以安装在诸如两轮车辆、火车、飞行器和船舶的任意其他运输装置上。另外，车用电源装置1可以安装在诸如升降电梯或自动扶梯的升降机构上。即，车用电源装置1可以安装在其中(如果需要)电源和电负载相连接的任意装置上，从而对电源的充电和放电以及对为电负载提供电力进行控制。
另外，可以通过软件实现被描述为硬件的部件。同时，可以通过硬件实现被描述为软件的部件。另外，可通过组合硬件和软件来实现上述每个硬件或软件部件。

Claims (6)

1.一种车用电源装置，其在车辆中使用，且包括：
第一开关单元，其设置在通过车辆的内燃机驱动的电力发电机与连接至所述电力发电机的并且向用于启动内燃机的启动装置提供电力的二次电池之间；
第二开关单元，其设置在所述电力发电机与对所述电力发电机提供的电力进行积累的电容器之间；
控制单元，其控制所述第一开关单元的连接状态和所述第二开关单元的连接状态；以及
直流变换器，其设置在连接所述二次电池和所述第一开关单元的第一连接部分与连接所述电容器和所述第二开关单元的第二连接部分之间，将输入直流电压转换为另一直流电压，并且输出转换后的直流电压，
其中，在内燃机的首次启动期间，所述控制单元使所述第一开关单元连接而使所述第二开关单元断开，从而产生其中通过所述直流变换器从所述电力发电机向所述电容器提供所述电力发电机所产生的电力的第三连接状态，以及
在车辆减速期间，所述控制单元使所述第二开关单元连接，从而产生其中不通过所述直流变换器而从所述电力发电机向所述电容器提供所述电力发电机所产生的再生电力的第四连接状态。
2.根据权利要求1的车用电源装置，其中：
在内燃机的首次启动期间，所述控制单元使所述第一开关单元连接而使所述第二开关单元断开，从而产生其中从所述二次电池向所述启动装置提供电力的第一连接状态，以及
在内燃机从其暂时停止状态重启期间，所述控制单元使所述第一开关单元断开而使所述第二开关单元连接，从而产生其中从所述电容器向所述启动装置提供电力的第二连接状态。
3.根据权利要求1的车用电源装置，还包括：
获取单元，其获取所述二次电池和所述电容器的充电状态的相关信息，
其中，如果所述二次电池的充电状态等于或低于第一阈值、或者所述电容器的充电状态等于或低于第二阈值，不考虑车辆的状态，控制单元使所述第一开关单元连接而使所述第二开关单元断开，从而产生第五连接状态。
4.根据权利要求2的车用电源装置，还包括：
获取单元，其获取所述二次电池和所述电容器的充电状态的相关信息，
其中，如果所述二次电池的充电状态等于或低于第一阈值、或者所述电容器的充电状态等于或低于第二阈值，不考虑车辆的状态，控制单元使所述第一开关单元连接而使所述第二开关单元断开，从而产生第五连接状态。
5.根据权利要求1至4中任一项的车用电源装置，其中：
所述第一开关单元包括第一MOSFET，
所述第二开关单元包括第二MOSFET，
所述第一MOSFET具有连接其漏极和其源极的寄生二极管，该寄生二极管的阳极和阴极分别连接至所述电力发电机和所述二次电池，并且
所述第二MOSFET具有连接其漏极和其源极的寄生二极管，该寄生二极管的阳极和阴极分别连接至所述电力发电机和所述电容器。
6.根据权利要求5的车用电源装置，其中，
在所述控制单元将所述第一MOSFET从接通状态切换至断开状态之后，所述控制单元接通所述第二MOSFET，并且
在所述控制单元将所述第二MOSFET从接通状态切换至断开状态之后，所述控制单元接通所述第一MOSFET。
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