CN110277811B - 包括高压系统和低压系统的电源系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种电源系统，该电源系统包括低压系统和具有高压电池的高压系统，该电源系统能够提供节能的高压电池的均等化系统。该电源系统包括：高压系统，该高压系统具有由多个电池单元构成的高压电池；低压系统；绝缘传送部，该绝缘传送部被配置为以绝缘方式将能量从各个电池单元独立地传送到低压系统；以及均等化与传送处理部，该均等化与传送处理部被配置为测量各个电池单元的电压，设定要进行均等化处理的目标电池单元，并且控制绝缘传送部的操作，并从而将目标电池单元的能量传送到低压系统。

Description

包括高压系统和低压系统的电源系统
技术领域
本公开涉及一种包括具有高压电池的高压系统以及低压系统的电源系统中的高压电池的均等化(equalization)。
背景技术
通常地，除了用于行驶的高压电池之外，诸如混合动力车辆和电动车辆这样的车辆还安装有低压电池，以将电力供给到诸如电子控制装置和电气装置这样的低压负载。广泛地将12V的铅蓄电池用作低压电池。
电力从低压电池供给到的低压负载与诸如行驶、转向、停止、车门的打开和闭合这样的功能相关。这些低压负载能够分为两个类型：期望在低压电池的故障期间维持电力供给的负载(在下文中称为“备用负载”)和其它负载(在下文中称为“一般负载”)。
传统的，安装副电池以提供备用负载的电源冗余。图4是示出包括冗余性低压电池的传统电源系统的配置的一个实例的框图。在该实例中，电源系统包括：高压系统，几百V的电压从高压电池510供给到该高压系统；和低压系统，例如12V的电压从低压电池530供给到该低压系统。虽然高压系统和低压系统独立地接地，但是能够通过绝缘DC-DC转换器520在它们之间传送和接收电力。
低压系统包括一般负载540和备用负载550。副电池560经由继电器570连接于备用负载550。当低压电池530故障时，继电器570通过未示出的控制装置接通，从而维持到备用负载550的电力供给。低压系统还包括用于给副电池560充电的路径和/或连接于副电池560以将电压转换为例如12V的DC-DC转换器。
专利文献1：JP 2013-99002 A
发明内容
使用锂离子电池组、镍氢电池组等作为高压电池510A。电池组由串联连接的多个二次单电池(cell)构成，从而电池组要求充电状态，例如，充电容量的均等化，从而充分地发挥其性能。
在单电池电压的均等化中，测量和分析各个单电池的端子电压，以监控单电池的充电状态是否发生变化。
存在两种类型的均等化操作，被动均等化和主动均等化。在被动均等化中，选择具有大充电容量的单电池放电，以使得充电状态均等化。另一方面，在主动均等化中，选择具有大充电容量的单电池和具有小充电容量的单电池，并且将具有大充电容量的单电池的电荷转移到具有小充电容量的单电池，以使得充电状态均等化。
能够通过简单构造进行被动均等化并且很受欢迎，然而，其由于放电而消耗电力，浪费能量。另一方面，主动均等化是节能的，然而，由于其要求导致成本增加的复杂构造而不受欢迎。
因此，需要新颖且节能的均等化系统。本发明的目的是提供一种包括具有高压电池的高压系统以及低压系统的电源系统，该电源系统提供了新颖且节能的高压电池的均等化系统。
为了实现上述目的，根据第一方面的本发明提供了一种电源系统，包括：高压系统，该高压系统包括具有多个电池单元的高压电池；低压系统；绝缘传送部，该绝缘传送部被配置为以绝缘的方式将能量从各个所述电池单元独立地传送到所述低压系统，以及均等化与传送处理部，该均等化与传送处理部被配置为：测量各个所述电池单元的电压；设定要进行均等化处理的目标电池单元；并且控制所述绝缘传送部的操作，并从而将所述目标电池单元的能量传送到所述低压系统。所述低压系统可以包括低压电池，并且所述均等化与传送处理部可以被配置为控制所述绝缘传送部的操作，并从而将所述目标电池单元的能量传送到所述低压电池。在该情况下，所述低压电池可以用作所述低压系统的副电池。可选择地，所述低压系统可以包括低压负载，并且所述均等化与传送处理部可以被配置为控制所述绝缘传送部的操作，并从而将所述目标电池单元的能量传送到所述低压负载。所述绝缘传送部可以包括绝缘变压器。在该情况下，开关设置于所述绝缘变压器的初级侧，并且所述均等化与传送处理部可以通过接通和断开所述开关而控制所述绝缘传送部的操作。
根据上述本发明，提供了一种电源系统，该电源系统包括具有高压电池的高压系统以及低压系统，该电源系统能够提供新颖且节能的高压电池的均等化系统。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的电源系统的配置的框图；
图2是示出均等化与传送处理部以及绝缘传送部的示例性配置的图；
图3是图示出均等化与传送处理部的操作的流程图；并且
图4是示出传统的电源系统的配置的框图。
参考标记列表
10    电源系统
110   高压电池
120   DC-DC转换器
130   低压主电池
140   一般负载
150   备用负载
160   副电池
170   继电器
180   均等化与传送处理部
181   电压测量部
182   目标电池设定部
183   传送控制部
190   绝缘传送部
191   绝缘变压器
192   开关
193   二极管
200   低压系统控制部
具体实施方式
下面将参考附图说明本发明的示例性实施例。图1是示出根据该实施例的电源系统10的配置的框图。电源系统10是诸如混合动力车辆和电动车辆这样的车辆的电源系统，并且包括具有高压电池110的高压系统以及低压系统。
高压电池110可以包括具有串联连接的多个二次单电池的锂离子电池组、镍氢电池组等，并且被配置为将几百V的电压供给到具有用于行驶的电机的高压系统(未示出)。
高压电池110要求充电状态，例如，充电容量的均等化，从而有效地发挥其性能。从而，高压系统设置有进行均等化的均等化与传送处理部180。如将在稍后描述地，当进行高压电池110的均等化时，均等化与传送处理部180也进行目标单电池(即，要进行均等化处理的单电池)的能量经由绝缘传送部190到低压系统的传送。
电源系统10的低压系统包括低压主电池130。虽然高压系统与低压系统独立地接地，但是能够通过绝缘DC-DC转换器120在它们之间传送和接收电力。
低压主电池130可以包括12V铅蓄电池，例如，并且被配置为将电力供给到一般负载140和备用负载150。这里，备用负载150涉及诸如行驶、转向、停止、车门的打开和闭合这样的功能。备用负载150是期望在低压主电池130的故障期间维持电力供给的低压负载。一般负载140对应于除了备用负载之外的负载(在下文中称为“一般负载”)。
对备用负载150提供电源冗余，即，备用负载150也经由继电器170连接于副电池160。设置低压系统控制部200以控制继电器170的接通和断开。副电池160可以包括电容器、铅蓄电池、锂离子电池、镍氢电池等。继电器170可以内置在副电池160中。此外，例如，低压系统控制部200可以由ECU构成。
图2示出均等化与传送处理部180和绝缘传送部190的示例性配置。如图所示，均等化与传送处理部180包括：电压测量部181、用于设定要进行均等化处理的目标单电池的目标单电池设定部182以及传送控制部183。例如，均等化与传送处理部180可以由IC构成。
绝缘传送部190包括与高压电池110的各个单电池相应地设置的绝缘变压器191、开关192和二极管193。各个单电池的端子经由开关192连接于绝缘变压器191的初级侧。各个绝缘变压器191的次级侧经由二极管193连接于副电池160。以这种方式，各个单电池的能量能够以绝缘方式独立地传送到副电池160。通过设置绝缘变压器191，高压系统与低压系统能够相对于彼此绝缘。平滑电容器可以连接于次级侧。
绝缘变压器191具有使得能够将单电池的电压变换为低压系统的电压的变压比。以这种方式，能够对副电池160施加低压系统的电压并且充电。在另一个实施例中，可以分离地设置路径切换电路，并且各个单电池可以共用一组绝缘变压器191、开关192和二极管193。
均等化与传送处理部180的电压测量部181连接于高压电池110的各个单电池的端子，并且被配置为测量高压电池110的各个单电池的电压。目标单电池设定部1182被配置为基于测量的电压设定要进行均等化处理的目标单电池。多个单电池可以设定为要进行均等化处理的目标单电池，并且例如，能够根据充电容量的水平设定目标单电池的顺序。
传送控制部183以预定频率进行对应于目标单电池的开关192的接通/断开控制。这使得能够将目标单电池的能量以绝缘方式传送到绝缘变压器191的次级侧。传送的能量经由二极管193蓄积在副电池160中。
即，在该实施例中，在高压电池的均等化处理中，具有大充电容量的单电池的能量以绝缘方式传送，而不放电，并且蓄积在低压系统的副电池160中。因此，提供了新颖且节能的高压电池的均等化系统。
接着，将参考图3的流程图说明如上所述配置的均等化与传送处理部180的操作。首先，电压测量部181在预定时间测量高压电池的各个单电池的电压(S101)，并且掌握充电状态(S102)。
然后，目标单电池设定部182基于充电状态，例如，充电容量提取要进行均等化的目标单电池(S103)。例如，能够提取除了具有最小充电容量的单电池之外的单电池作为要进行均等化的目标单电池。在该情况下，使各个目标单电池的充电容量的水平达到与具有最小充电容量的单电池的充电容量相似的水平。
然后，目标单电池设定部182根据提取的要进行均等化的目标单电池确定要实际处理的目标单电池。可以一次进行一个单电池的均等化处理，或者可以同时进行多个目标单电池的均等化处理。当一次进行一个单电池的均等化处理时，能够从最大充电容量开始以降序确定要处理的目标单电池。
然后，对于确定的要进行处理的目标单电池，均等化与传送处理部180进行绝缘传送处理(S105)。在绝缘传送控制中，确定目标单电池电压。例如，目标单电池电压可以是与具有最小充电容量的单电池的充电容量相对应的单电池电压。
均等化与传送处理部180监控由电压测量部181测量的单电池电压，并且进行开关192的接通/断开控制，直到单电池电压变为目标电压。以这种方式，将能量传送到绝缘变压器191的次级侧，并且存储在副电池160中。例如，用于接通和断开开关192的频率可以是固定的，或者可以根据目标单电池电压或副电池160的充电状态的不同而变化。
蓄积在副电池160中的能量用作低压系统的冗余电源。优选地，低压系统控制部200监控副电池160的电压和/或充电状态等，并且如果可能发生副电池160的过充电，则低压系统控制部200接通继电器170以将电力供给到备用负载150。在另一个实施例中，分离的放电电路可以设置在副电池160的下游处，使得一旦判定存在副电池160的过充电，低压系统控制部200能够使副电池160放电。可选择地，DC-DC转换器可以连接于副电池160，以将电池电压转换为期望的电压从而利用电力。
当一次进行一个单电池的均等化处理时，依次确定要进行处理的目标单电池(S104)，并且重复地进行绝缘传送处理(S105)。然后，一旦完成所有目标单电池的均等化处理(在S106中“是”)，则操作结束。此外，在低压系统中缺少电力的情况下，例如，可以继续从各个单电池到副电池160的绝缘传送。
已经参考说明性实施例描述了本发明。然而，本发明不限于上述实施例，并且可以在不背离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和改进。例如，高压电池110、均等化与传送处理部180、绝缘传送部190和副电池160可以一体地形成为高压电池单元。
此外，在上述实施例中，传送的能量蓄积在低压系统的副电池160中。然而，本发明不限于此，并且传送的能量可以蓄积在低压主电池130中。因此，设置在低压系统中的所有的低压电池都可以用于蓄积能量。
而且，传送到低压系统的能量可以不蓄积在低压系统的副电池160中，代替地，可以直接供给到低压系统中的一般负载140和/或备用负载150。

Claims (3)

1.一种电源系统，包括：
高压系统，该高压系统包括具有多个电池单元的高压电池；
低压系统，该低压系统包括主电池、由所述主电池供给电力的低压负载以及连接于所述低压负载的副电池，所述高压系统和所述低压系统被构成为，能够通过DCDC转换器进行电力转换；
绝缘传送部，该绝缘传送部被配置为，以绝缘的方式将能量从各个所述电池单元单独传送到所述低压系统的所述副电池，以及
均等化与传送处理部，该均等化与传送处理部被配置为：
测量各个所述电池单元的电压；
设定要进行均等化处理的目标电池单元；并且
控制所述绝缘传送部的操作，并从而将所述目标电池单元的能量传送到所述低压系统的所述副电池。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其中，所述绝缘传送部包括绝缘变压器。
3.根据权利要求2所述的电源系统，其中，
开关设置于所述绝缘变压器的初级侧，并且
所述均等化与传送处理部通过接通和断开所述开关而控制所述绝缘传送部的操作。
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